熱力學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：熱力學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】生物醫(yī)學(xué)工程普通化學(xué)課程教學(xué)改革

【中圖分類號】G【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）10C-0135-02

一、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點

生物醫(yī)學(xué)工程旨在運用工程技術(shù)的原理和方法，研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)問題的新興、邊緣、交叉學(xué)科。其主要任務(wù)是：從工程學(xué)角度研究、解釋生物體特別是人體的生理、病理變化過程。其主要研究方向包括：生物系統(tǒng)的建模與仿真、生物醫(yī)學(xué)信號的檢測與分析、生物醫(yī)學(xué)成像和圖像處理、電磁場生物效應(yīng)、腦科學(xué)與認(rèn)知、人工器官以及相關(guān)的醫(yī)療設(shè)備的研制等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是醫(yī)療衛(wèi)生健康、保健性產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)和動力，它所帶動的產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，世界各國都在不斷加大對生物醫(yī)學(xué)工程的投入。經(jīng)過本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，不僅應(yīng)能夠在醫(yī)學(xué)中較熟練地運用電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)，而且還應(yīng)具備生物科學(xué)理論基礎(chǔ)以及醫(yī)工結(jié)合的研究和實驗技能，以及醫(yī)療電子設(shè)備、醫(yī)學(xué)信息處理的初步開發(fā)、研究、應(yīng)用、維護(hù)和管理能力。本專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生擇業(yè)面寬，就業(yè)適應(yīng)能力強。畢業(yè)生既可以在醫(yī)療儀器行業(yè)從事新產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，又可以在醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部門比如醫(yī)學(xué)儀器、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與技術(shù)，國家技術(shù)監(jiān)督部門，以及其他電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)等部門從事研究、開發(fā)、維護(hù)與維修、教學(xué)及管理等方面的工作。此外，本專業(yè)的學(xué)生還可以進(jìn)入生物醫(yī)學(xué)工程、電子信息工程、通信工程與技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)等方向繼續(xù)深造。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)要求知識方面：打好堅實的數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、外語、計算機與信息科學(xué)和電子技術(shù)的基礎(chǔ)，掌握寬厚的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)知識，具備寬廣而深遠(yuǎn)的科技視野、強烈的求知欲望、事業(yè)心和創(chuàng)新意識。

二、普通化學(xué)課程及其教學(xué)的基本要求

（一）課程的地位、性質(zhì)和任務(wù)

化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門科學(xué)。在解決人類最關(guān)心的環(huán)境、材料、能源、醫(yī)藥保健、糧食增產(chǎn)、資源利用等問題中，化學(xué)科學(xué)處于中心地位。而普通化學(xué)則是化學(xué)的導(dǎo)言，它包含了現(xiàn)代化學(xué)的基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能，是現(xiàn)代大學(xué)生應(yīng)該普遍掌握的自然科學(xué)基礎(chǔ)知識的重要部分，是高等院校非化學(xué)專業(yè)必修的一門重要的基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在一定程度上掌握一些必需的近代化學(xué)基本理論、基本知識和基本技能，并了解這些理論、知識和技能在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用；培養(yǎng)學(xué)生具有應(yīng)用化學(xué)觀點分析生活、生產(chǎn)中的一些簡單的化學(xué)問題的初步能力；為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)和工作打下一定的化學(xué)知識基礎(chǔ)。

（二）課程教學(xué)的基本要求

通過對普通化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)平衡以及原子、分子結(jié)構(gòu)等方面的基本理論和基礎(chǔ)知識；掌握一定的元素化合物的基本知識；掌握重要的有機化合物結(jié)構(gòu)、性能以及一些重要的有機合成反應(yīng)；掌握分析化學(xué)基本原理和一些重要的化學(xué)、儀器分析方法；并了解化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、新材料的研究與應(yīng)用、能源開發(fā)與利用以及生命科學(xué)研究等領(lǐng)域的作用，為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程打下化學(xué)理論基礎(chǔ)。

三、普通化學(xué)教學(xué)改革的具體措施

（一）修改教學(xué)大綱

應(yīng)根據(jù)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，修改普通化學(xué)的教學(xué)大綱，并將本課程分為理論教學(xué)和實驗教學(xué)。理論課時為32學(xué)時，實驗課時為16學(xué)時。首先從普通化學(xué)課程的地位、性質(zhì)和任務(wù)來定位。普通化學(xué)則是化學(xué)的導(dǎo)言，它包含現(xiàn)代化學(xué)的基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能，使學(xué)生掌握化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)平衡；掌握一定的元素化合物的基本知識；掌握重要的有機化合物結(jié)構(gòu)、性能以及一些重要的有機合成反應(yīng)；掌握分析化學(xué)基本原理和一些重要的化學(xué)、儀器分析方法；并了解化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)以及生命科學(xué)研究等領(lǐng)域的作用，為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程打下化學(xué)理論基礎(chǔ)。

為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，應(yīng)讓學(xué)生熟悉化學(xué)實驗及實驗室的基本規(guī)則；培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象、正確記錄和實驗數(shù)據(jù)的習(xí)慣；了解常用化學(xué)儀器的性能、使用和維護(hù)方法。同時，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生正確處理實驗數(shù)據(jù)，正確書寫實驗報告的能力；促使學(xué)生逐漸養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、實事求是的實驗習(xí)慣和工作作風(fēng)，并初步具有獨立思考、獨立設(shè)計實驗、獨立進(jìn)行實驗以及獨立分析、綜合問題的能力，從而為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步的科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。主要實驗項目如下：玻璃工操作實驗（2學(xué)時）；離解平衡與沉淀一溶解平衡（2學(xué)時）；銅、鋅、銀、鎘及其離子的鑒定（2學(xué)時）；烴的性質(zhì)和鑒定（2學(xué)時）；粗鹽的提純（4學(xué)時）。

值得注意的是，理論教學(xué)大綱和實驗教學(xué)大綱的修訂，應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)特色明確、重點突出、思路清晰的教學(xué)思路。

（二）探索新的教學(xué)方法

1.理論聯(lián)系實際。普通化學(xué)是非化學(xué)化工類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門基礎(chǔ)化學(xué)課，主要介紹化學(xué)學(xué)科基本情況，化學(xué)各個分支對社會發(fā)展的作用，化學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢，化學(xué)與其他自然科學(xué)、工程技術(shù)學(xué)科的關(guān)系。因此，普通化學(xué)課程知識點多、內(nèi)容復(fù)雜、概念跨度大，需要與學(xué)生所學(xué)專業(yè)及實際情況有機結(jié)合起來。然而，在教學(xué)實踐中，本課程的教學(xué)課時不足，教學(xué)過程中，化學(xué)理論和化學(xué)與專業(yè)結(jié)合選擇是，教師往往容易顧此失彼，使化學(xué)教學(xué)演變成一堆化學(xué)名詞和專業(yè)術(shù)語的堆積，枯燥乏味。同時，學(xué)生重視度不夠、學(xué)習(xí)興趣不濃。但是化學(xué)知識在各種領(lǐng)域中不斷滲透，在日常社會生活中起著越來越重要的作用。面對實際問題，針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特點，在教學(xué)過程中，教師可首先和學(xué)生進(jìn)行討論，解決如下問題：（1）學(xué)習(xí)的原動力。（2）學(xué)習(xí)的方法和習(xí)慣；告訴大學(xué)課程內(nèi)容多，上課進(jìn)度快、信息量大，并且輔導(dǎo)課和習(xí)題課少，要掌握好學(xué)習(xí)方法；設(shè)計了從實驗現(xiàn)象一引發(fā)思考一理論內(nèi)容一實驗內(nèi)容一在線測試的教學(xué)路線。（3）學(xué)習(xí)精神，只有更加刻苦才有可能適應(yīng)大學(xué)階段的學(xué)習(xí)。通過討論和示范，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以求達(dá)到最佳教學(xué)效果。

將普通化學(xué)中基礎(chǔ)部分的講授與中學(xué)化學(xué)教學(xué)良好接軌，在上課時首先回顧一下中學(xué)化學(xué)相關(guān)知識點，再引入新的知識點。在講例題的采用為“先示例、后解析”的方式。上實驗課，采用實驗前提問和預(yù)習(xí)，代替實驗課先講實驗原理和步驟的方式，要求、鼓勵學(xué)生預(yù)習(xí)和思考。在指導(dǎo)實驗時，及時發(fā)現(xiàn)問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。建議學(xué)校平時適當(dāng)開放實驗室，為對化學(xué)感興趣的學(xué)生提供實際操作平臺。鼓勵學(xué)生根據(jù)個人興趣參加項目創(chuàng)新活動，和指導(dǎo)教師一起選題，查閱文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，進(jìn)行科研活動。當(dāng)然，也可結(jié)合其他課外科技活動展開教學(xué)。

2引入實例。在實際的教學(xué)過程中，針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特點，可適當(dāng)引入生活和專業(yè)應(yīng)用中的具體實施例。課堂講授時，利用具體實例，引入每一章節(jié)內(nèi)容，再將每一章節(jié)的重點、難點內(nèi)容在學(xué)生深入挖掘的基礎(chǔ)上，將內(nèi)容分解成若干小問題或?qū)⑷舾上嚓P(guān)小問題合并起來，指導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想、討論思考、聯(lián)想歸納、比較總結(jié)本課程的目標(biāo)是系統(tǒng)講授化學(xué)基本理論和知識，加強基礎(chǔ)，提煉基本，按需拓寬，注重實踐性和應(yīng)用性。

在講到酸堿時，可把知識點延伸，把電子舌知識和酸堿性結(jié)合起來。電子舌測量酸味時就是利用酸性，檢測出酸的濃度，也就是將酸的濃度通過化學(xué)傳感器轉(zhuǎn)化為可檢測的信號，信號的強弱就能反映酸的濃度。同樣，電子舌檢測其他味覺，就是將其味覺物質(zhì)，通過化學(xué)傳感器轉(zhuǎn)化為可檢測的信號，通過信號的強弱來反映味覺物質(zhì)的含量，進(jìn)一步體現(xiàn)味道的內(nèi)涵。

可引入直觀形象的化學(xué)反應(yīng)動畫效果，加強學(xué)生對反應(yīng)機理和抽象概念的理解；同時，可采用動態(tài)圖表，充分發(fā)揮各類圖形的優(yōu)勢。

3.突出重點，擴(kuò)大信息量。根據(jù)培養(yǎng)方案和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點，可將下列內(nèi)容列為普通化學(xué)的教學(xué)重點和難點：熱力學(xué)的基本概念；蓋斯定律和標(biāo)準(zhǔn)生成焓、標(biāo)準(zhǔn)熵、標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能計算方法；化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判??；化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動的規(guī)律及有關(guān)計算；分散體系的概念及分類；溶液的依數(shù)性；膠體分散體系的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)；弱酸、弱堿解離平衡；溶度積規(guī)則和溶解平衡；電極電勢的概念；用電極電勢的數(shù)據(jù)判斷氧化劑和還原劑的相對強弱及氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向和程度；配位體的相關(guān)概念及命名規(guī)則；核外電子運動的特殊性；四個量子數(shù)的取值及物理意義。教學(xué)難點為：化學(xué)反應(yīng)等溫方程式的應(yīng)用；相似相溶液原理；能斯特方程式的應(yīng)用；吉布斯自由能變、原電池電動勢、氧化還原反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系。根據(jù)重點和難點，可采取理論講解、PPT、板書和學(xué)生互動相結(jié)合的教學(xué)模式，講解后再讓學(xué)生來回答問題，加深學(xué)生對重點知識點的印象與理解，在原有知識點的基礎(chǔ)上擴(kuò)大信息量。

第2篇：熱力學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：生態(tài)化學(xué)計量學(xué)；概念；歷史；進(jìn)展

收稿日期：2011-06-16

作者簡介：王振興（1984―），男，黑龍江齊齊哈爾人，福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生。

中圖分類號：F590文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-9944（2011）07-0195-02

1生態(tài)化學(xué)計量學(xué)概念

生態(tài)化學(xué)計量學(xué)（ecological stoichiometry）結(jié)合了生物學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等基本原理,包括了生態(tài)學(xué)和化學(xué)計量學(xué)的基本原理,考慮了熱力學(xué)第一定律、生物進(jìn)化的自然選擇原理和分子生物學(xué)中心法則的理論,是研究生物系統(tǒng)能量平衡和多重化學(xué)元素（主要是碳、氮、磷）平衡的科學(xué),以及元素平衡對生態(tài)交互作用影響的一種理論,這一研究領(lǐng)域使得生物學(xué)科不同層次（分子、細(xì)胞、有機體、種群、生態(tài)系統(tǒng)和全球尺度）的研究理論能夠有機地統(tǒng)一起來［1］。

2生態(tài)化學(xué)計量學(xué)小史

1862年李比希提出的最小因子定律（Liebig's law of the minimum）,這個理論認(rèn)為低于某種生物需要的最少量的任何特定因子,是決定該種生物生存和分布的根本因素。這個定律闡述的精華就是生物體中元素的組成平衡對于生物體生長是非常重要的。李比希認(rèn)為化學(xué)在動物和植物生理學(xué)研究中具有不可替代的地位,許多生命有機體對于貧瘠環(huán)境的適應(yīng)的研究以此為基礎(chǔ)產(chǎn)開,大量證據(jù)表明,限制性元素的含量不同會影響有機體元素的組成。

1925年,Lotka首先將物理-化學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)定律與生物世界相聯(lián)系起來,著成了《物理生物學(xué)的基礎(chǔ)》（Elements of Physical Biology） 一書,提出了一個重要的模型s捕食者-獵物相互作用模型,這個模型定量闡述了生物之間的相互作用關(guān)系。許多生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論由于他的思想的影響得到了廣泛的完善和發(fā)展。1958年,哈佛大學(xué)的A.Redfiel首次提出了Redfield比率:海洋浮游生物的C、N、P有特定的組成,摩爾比為106:16:1,后人認(rèn)為這個比率不是不變的,而是受海洋環(huán)境和生物相互作用的調(diào)節(jié)。這個假設(shè)的提出極大發(fā)展了海洋生物地球化學(xué)研究。

1986年Reiners 集合前人的研究結(jié)果,提出了化學(xué)計量學(xué)理論在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用,并且結(jié)合化學(xué)計量學(xué)理論提出了生態(tài)學(xué)研究的理論模型。

自Reiners提出生態(tài)化學(xué)計量學(xué),拉開了化學(xué)計量學(xué)在生態(tài)學(xué)中應(yīng)用的序幕,科學(xué)家們在20多年的時間內(nèi)取得了矚目的成績。研究結(jié)果顯示,不僅群落結(jié)構(gòu)與動態(tài)、物種共生、營養(yǎng)級動態(tài)、生物的養(yǎng)分限制受生態(tài)化學(xué)計量學(xué)的影響,生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與供求平衡和全球生物地球化學(xué)循環(huán)等關(guān)系也受生態(tài)化學(xué)計量學(xué)的制約。因此,生態(tài)化學(xué)計量學(xué)成了探索從個體到生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一化的一個重要理論,成為連接分子、細(xì)胞、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)等不同尺度生物學(xué)研究的新工具,為研究營養(yǎng)級動態(tài)、生物多樣性和生物地球化學(xué)循環(huán)提供了嶄新的視點［2］。

生態(tài)化學(xué)計量學(xué)近年來在國內(nèi)發(fā)展較快。最近的研究不僅包括了不同生態(tài)系統(tǒng)類型之間不同演替階段植物之間生態(tài)化學(xué)計量特征的差異,還包括了植物葉片生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征的季節(jié)變化,以及植物葉片和細(xì)根不同器官之間計量特征的關(guān)聯(lián)［3］。

3生態(tài)化學(xué)計量學(xué)在我國的研究進(jìn)展

3.1不同生態(tài)系統(tǒng)類型之間

自從生態(tài)化學(xué)計量學(xué)被作為生態(tài)系統(tǒng)研究的一個重要補充理論,已經(jīng)在需多個方面得到了應(yīng)用,比如種群動態(tài)、森林演替和碳循環(huán)。盡管我國在這方面的研究起步較國外玩,但是也在東部南北樣帶、草地生態(tài)系統(tǒng)及全國水平的陸地生態(tài)系統(tǒng)做了大尺度的研究。2004年,McGroddy等總結(jié)了世界范圍內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)的葉片和凋落物的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征,發(fā)現(xiàn)了不同生物群（溫帶闊葉林、溫帶針葉林和熱帶森林）具有不同的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征,但有關(guān)同一區(qū)域不同森林類型間的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)研究還未曾報道,于是吳統(tǒng)貴［4］以珠江三角洲3種典型森林類型（常綠闊葉林、針闊混交林和針葉林）為研究對象,分析了各類型優(yōu)勢喬木葉片C、N、P化學(xué)計量特征。閆恩榮［5］以浙江天童常綠闊葉林、常綠針葉林和落葉闊葉林為對象,通過對葉片和凋落物C:N:P比率與N、P重吸收的研究,揭示3種植被類型N、P養(yǎng)分限制和N、P重吸收的內(nèi)在聯(lián)系。

3.2不同演替階段之間

2004年,Wardle等研究發(fā)現(xiàn),如果沒有災(zāi)難性的干擾,當(dāng)森林生態(tài)系統(tǒng)演替到后期時,生產(chǎn)力經(jīng)常會呈現(xiàn)下降的趨勢,而且新鮮的凋落物和腐殖質(zhì)中氮磷比增加,這說明隨著演替進(jìn)行,森林生態(tài)系統(tǒng)受到磷的限制。我國南亞熱帶森林分布在低緯度地區(qū),是氮限制的區(qū)域,而這個地區(qū)由于工業(yè)化,城市化的迅速發(fā)展,存在高氮沉降的現(xiàn)象,所以植被和土壤中氮、磷狀況及其比值特點就需要進(jìn)一步深入研究。劉興詔［6］選擇南亞熱帶森林演替過程3個階段（初期、中期和后期）的典型森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,在測定植物與土壤中全氮,全磷含量的基礎(chǔ)上,揭示了該地區(qū)的森林演替過程中植物與土壤的氮磷化學(xué)計量特征。

3.3不同季節(jié)變化之間

已有研究表明植物葉片的養(yǎng)分含量隨季節(jié)而變化。在新葉中N和P隨著生長季節(jié)的變化而變化,通過研究葉片養(yǎng)分含量季節(jié)變化,可以估算葉片養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移,植物葉片在凋落前將養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到生長組織中,降低了因為葉片凋落而引起的養(yǎng)分損失,提高了植物對養(yǎng)分的利用效率,這是植物保存養(yǎng)分的一個重要途徑,可以減少植物對土壤養(yǎng)分的過分依賴。由于N和P是植物生長的重要限制元素,所以N、P在樹木體內(nèi)的轉(zhuǎn)移受到普遍的重視。雖然對葉片養(yǎng)分含量季節(jié)變化以多有研究,但進(jìn)行分析時多是以濃度為基礎(chǔ)。當(dāng)葉片成熟時,干重會增加,因為纖維素和木質(zhì)素增加了。以干重的百分比來表示養(yǎng)分,那么碳在成熟葉中的積累以及在老葉中的減少將使養(yǎng)分含量的計算產(chǎn)生偏差。因為葉片充分展開后的大小形狀變化不大,所以單位葉面積的養(yǎng)分含量變化可以客觀地反映養(yǎng)分轉(zhuǎn)移,基于此,薛立［7］對日本中部10 種樹木葉片中氮和磷的季節(jié)變化及其轉(zhuǎn)移做了研究,更加精確的揭示了植物葉片的養(yǎng)分含量的季節(jié)變化規(guī)律。

3.4植物葉片和不同器官之間

理解物種性狀演化的一個關(guān)鍵是查明植物葉片和不同器官之間計量特征的聯(lián)系,闡明不同器官結(jié)構(gòu)和功能屬性的關(guān)系,這對于確定控制功能性狀的內(nèi)在機制以及性狀間的比例關(guān)系是非常有益的,許多全球生態(tài)系統(tǒng)機理模型將因此得到重大改進(jìn),周鵬等對調(diào)查研究了植物葉片和細(xì)根不同器官之間計量特征的關(guān)聯(lián),以此來探索溫帶草地草本植物各功能性狀在不同器官內(nèi)是否具有一致的關(guān)系；這些性狀在不同器官間是否存在一致的相關(guān)關(guān)系。

4結(jié)語

盡管葉片生態(tài)化學(xué)計量學(xué)研究涉及到了植物生態(tài)學(xué)的多個尺度,但是各個尺度上的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)研究并未同步展開。已有的研究顯示我國的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征與全球尺度的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征有所不同,但是,目前針對生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)的研究,主要是針對植物個體水平和物種水平的研究調(diào)查,對于群落水平的研究報道尤為罕見,植物在群落水平和個體水平生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征是否相似,目前還是個未知數(shù),這一問題關(guān)系到能否將不同植物個體的特征和生理生態(tài)功能與群落以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、動態(tài)相連接,統(tǒng)一各個尺度的相關(guān)問題,綜合理解群落乃至生態(tài)系統(tǒng)水平的化學(xué)計量學(xué)特征以及相關(guān)功能。楊闊［8］等就探討了群落水平的化學(xué)計量學(xué)特征及隨環(huán)境的變化,這必將是以后研究的一個重要方向。

參考文獻(xiàn)：

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Research Advances and Prospect of Ecological Stoichiometry in China

Wang Zhenxing

（College of Life Sciences,Fujian Normal University,Fujian,Fuzhou 350108,China）

第3篇：熱力學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用范文

（巢湖學(xué)院 化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

摘 要：“無機及分析化學(xué)”是應(yīng)用型高?；瘜W(xué)專業(yè)開設(shè)的重要基礎(chǔ)課，對后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)有著顯著的影響.依據(jù)目前應(yīng)用型高?！盁o機及分析化學(xué)”教學(xué)中所存在的一般問題和教學(xué)實踐經(jīng)驗，需要從修訂教學(xué)大綱，選擇教材，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，更新教學(xué)方式、教學(xué)手段和考核方式等方面對之進(jìn)行系統(tǒng)的改革，才能切實提高其教學(xué)效果.

關(guān)鍵詞 ：應(yīng)用型高校；無機及分析化學(xué)；教學(xué)改革；應(yīng)用型人才

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-260X（2015）04-0245-03

“無機及分析化學(xué)”是由“無機化學(xué)”與“分析化學(xué)”兩門課程經(jīng)嚴(yán)格的整合而形成的新課程，是課程體系改革的產(chǎn)物.它是應(yīng)用型高校的化工、制藥、醫(yī)學(xué)、材料、環(huán)境、食品、生物等專業(yè)必修的重要基礎(chǔ)課.通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握化學(xué)反應(yīng)的基本原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論、元素化學(xué)的基礎(chǔ)知識、物質(zhì)組成的化學(xué)分析方法、比較豐富的相關(guān)理論知識，掌握化學(xué)實驗的基本技能、儀器分析的操作方法，具有正確分析、表達(dá)測試結(jié)果的能力，為以后解決化學(xué)生產(chǎn)工藝與科學(xué)研究中的實際問題打下可靠的基礎(chǔ)；學(xué)生還可以形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和創(chuàng)新的意識，從而逐步具備科技人員應(yīng)有的科學(xué)素質(zhì)[1].因此，“無機及分析化學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量狀況，對于學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課，提高其綜合素質(zhì)和實踐能力，起著關(guān)鍵性的作用[2].但是，目前應(yīng)用型高校“無機及分析化學(xué)”的教學(xué)一般還存在著不少類似的問題，與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求還不相符合.我們要在汲取教學(xué)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過從實際出發(fā)的改革，逐步解決問題，切實提高其教學(xué)效果.

1 “無機及分析化學(xué)”教學(xué)的現(xiàn)存問題

目前，在應(yīng)用型高校中，“無機及分析化學(xué)”的教學(xué)一般存在以下主要問題.

1.1 教學(xué)內(nèi)容較多與課時較少構(gòu)成矛盾

“無機及分析化學(xué)”大體包含原“無機化學(xué)”、“分析化學(xué)”兩門課程的主要內(nèi)容；而分配的講授時間一般是2學(xué)期共80學(xué)時.其中，定量分析基礎(chǔ)（誤差和數(shù)據(jù)處理）、化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)和元素化學(xué)共安排40課時，四大化學(xué)平衡、四大滴定分析和儀器分析共安排40課時.在教學(xué)過程中，師生普遍感覺教學(xué)內(nèi)容比較多，知識點比較分散，有些內(nèi)容比較抽象難懂.但教師為了完成教學(xué)任務(wù)，一般都得抓緊時間，加快教學(xué)進(jìn)度，難以從容、細(xì)致地講解一些難點.這就容易導(dǎo)致不少學(xué)生對重要的基礎(chǔ)理論知識理解、接受不了.

1.2 合格專業(yè)教師數(shù)量往往不敷需要

近些年來，應(yīng)用型高校招生數(shù)量一般都快速增長，許多學(xué)校出現(xiàn)了合格師資不足的問題[3].一些教師沒有相關(guān)的企業(yè)工作經(jīng)驗，在教學(xué)中常常只作理論傳授，忽視或不能恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生運用理論知識分析、解決企業(yè)的實際問題.這顯然不符合培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才的需要.

1.3 學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)知識、技能參差不齊

“無機及分析化學(xué)”的教學(xué)，涉及很多化學(xué)基礎(chǔ)理論和技能.應(yīng)用型高校擴(kuò)招以后，許多學(xué)生的中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)薄弱，并且參差不齊.這些就給教學(xué)帶來一定的困難.

1.4 學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方式不夠正確

許多學(xué)生主觀地認(rèn)為，只有專業(yè)課對他們的就業(yè)、工作有用，不必重視基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí).在學(xué)習(xí)“無機及分析化學(xué)”時，許多學(xué)生側(cè)重于記憶現(xiàn)成的理論知識，對自學(xué)能力、科研能力和結(jié)合實際能力的培養(yǎng)卻重視不足.

2 “無機及分析化學(xué)”教學(xué)改革探索

對上述應(yīng)用型高?！盁o機及分析化學(xué)”教學(xué)所存在的實際問題，需要在汲取教學(xué)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過下述教學(xué)改革來逐步解決.

2.1 加強教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)，努力提高教學(xué)水平

教學(xué)團(tuán)隊的素質(zhì)是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素.要逐步形成愛崗敬業(yè)、具有較高教學(xué)水平和較強改革意識的骨干教師團(tuán)隊，特別是要引入一些“雙師”型教師，以適應(yīng)應(yīng)用型高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的迫切要求.團(tuán)隊要定期開展教學(xué)研究、課程和實驗室的建設(shè)，由有經(jīng)驗的教師示范講課，互相切磋，以增長團(tuán)隊的教學(xué)經(jīng)驗和教學(xué)水平.

對于應(yīng)用型高校來說，除通過課堂講授，以逐步形成學(xué)生的比較扎實系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)外，還應(yīng)特別注重培養(yǎng)學(xué)生在生產(chǎn)、生活中的較強動手能力.因此，在教學(xué)過程中，教師不應(yīng)只是“教”，更要“導(dǎo)”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.例如，在學(xué)習(xí)稀溶液的依數(shù)性理論以后，可以指導(dǎo)學(xué)生觀察、分析在寒冷的冬天向汽車水箱加甘油、結(jié)冰的路面上撒鹽等實際現(xiàn)象.還要積極鼓勵學(xué)生自學(xué)和努力參加實踐，以擴(kuò)充知識面和鍛煉多方面的能力.

2.2 修訂教學(xué)大綱和選擇教材

教學(xué)大綱反映教學(xué)質(zhì)量的基本要求，是評價專業(yè)人才質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)，是指導(dǎo)和考核教學(xué)的重要依據(jù)，對于教學(xué)有著重要的指導(dǎo)意義.而原來一般采用的《無機及分析化學(xué)教學(xué)大綱》存在著內(nèi)容多、要求高等特點，已經(jīng)不適合應(yīng)用型高校的現(xiàn)實要求，必須依據(jù)其辦學(xué)特色和專業(yè)特點，對教學(xué)大綱作出減少內(nèi)容、降低要求、突出重點的全面修訂，更好地體現(xiàn)以學(xué)生為本的教學(xué)理念.

現(xiàn)在，許多省份高中化學(xué)僅作為理科綜合考試的一部分，于是，許多學(xué)生對學(xué)習(xí)化學(xué)的重視程度也有所下降，致使他們的化學(xué)基礎(chǔ)不太好，學(xué)習(xí)“無機及分析化學(xué)”中的一些基本原理和重要計算感到吃力.這會在相當(dāng)程度上減低他們的學(xué)習(xí)興趣.所以，要認(rèn)真考慮學(xué)生的原有基礎(chǔ)和專業(yè)特點.現(xiàn)在的“無機及分析化學(xué)”教材非常多，內(nèi)容深淺不一.要依據(jù)修訂后的教學(xué)大綱的要求，慎重選取合適的教材、實驗用書和習(xí)題集等.

2.3 具體調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

恰當(dāng)?shù)亟M織“無機及分析化學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容，就是要使學(xué)生更好地掌握基本概念、基本理論、基本知識和基本技能.因此，在具體選擇、組織教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)該根據(jù)不同的專業(yè)對化學(xué)基礎(chǔ)的不同需求作出不同的安排.可以依照以下原則具體調(diào)整教學(xué)內(nèi)容.

刪除與中學(xué)化學(xué)重疊的部分；與具體專業(yè)無關(guān)的內(nèi)容也要盡量精減，對其少講或者讓學(xué)生自學(xué).比如，元素化學(xué)部分的“s區(qū)和p區(qū)元素”，在高中時學(xué)得比較透徹，作為大一新生，對它們的記憶一般還比較深刻，可以只介紹這些元素及其化合物在金屬材料和其它方面的應(yīng)用.對中學(xué)化學(xué)涉及較少的、與專業(yè)密切相關(guān)的內(nèi)容要精講.例如，“過渡元素”部分，高中化學(xué)講得較少，而它在后續(xù)的教學(xué)中還有較為廣泛的應(yīng)用，就要詳細(xì)講解其基本的概念、性質(zhì)及應(yīng)用.而對于原子結(jié)構(gòu)、化學(xué)熱力學(xué)初步和四大平衡理論這些核心內(nèi)容，則要重點講，要聯(lián)系專業(yè)的實際應(yīng)用來講，要主次分明，重點突出.還有詳略得當(dāng)原則.如“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”章，要重點講解原子的四個量子數(shù)（n,l,m,ms）、雜化軌道理論、價鍵理論、氫健和分子的極性，而對波粒二象性和薛定諤方程等可只作一般的介紹.

這樣的合理調(diào)整，既節(jié)省教學(xué)時間，又培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，使得“無機及分析化學(xué)”的課程目標(biāo)與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)緊密相連，課程的知識與技能目標(biāo)明確，符合應(yīng)用型高校的辦學(xué)要求.

2.4 改革教學(xué)方式，優(yōu)化教學(xué)手段

教學(xué)的過程應(yīng)該是師生互動的過程.通常那種老師講學(xué)生聽、老師寫學(xué)生抄的“填鴨式”教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性，不利其自學(xué)能力、創(chuàng)造性思維能力和個性的培養(yǎng).因而在課堂教學(xué)中要力求采用啟發(fā)、研究、討論、提問等互動方式，針對教學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生提出問題和思考問題，并通過學(xué)生的相互討論得出結(jié)論.為擴(kuò)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開展不同主題的討論會、小講座、小論文寫作等，以充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力.

在優(yōu)化教學(xué)手段上，應(yīng)該將現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段有機結(jié)合起來，提高教學(xué)的質(zhì)量、效率和效果.應(yīng)用多媒體技術(shù)于教學(xué)當(dāng)中，其信息量大，能使抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化、形象化[4]；板書優(yōu)于多媒體在于它的靈活性.在教學(xué)中要發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢.例如，s、p、d原子軌道的形狀及其伸展方向、雜化軌道的形成過程、分子軌道理論等抽象而難懂，可以借助多媒體動畫來表達(dá)軌道的形狀、雜化形成的全過程，以及原子軌道形成分子軌道的經(jīng)過，取得生動直觀的效果.但多媒體的大信息量和快速度，往往也使學(xué)生難以迅速地理解、接受新知識，故而重要的知識點還要求老師板書，以引發(fā)學(xué)生思考.例如，對一些公式的推演，用板書更能體現(xiàn)其邏輯性，且使學(xué)生的思路與老師的講解保持同步，避免產(chǎn)生因多媒體課件一閃而過，學(xué)生難以理解公式來歷的問題.

2.5 利用網(wǎng)絡(luò)資源

以傳統(tǒng)方式傳授課本知識是有效的，但它在幫助學(xué)生廣泛學(xué)習(xí)、吸收課外知識上就有欠缺.教師可以利用學(xué)校構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)輔助平臺，把“無機及分析化學(xué)”課程的教學(xué)要求、教學(xué)大綱、教案、課件、自測題和模擬題、習(xí)題解答、

參考文獻(xiàn)等學(xué)習(xí)資源，以及實驗教學(xué)的實驗指導(dǎo)要領(lǐng)、基本操作視頻等加入其中，供學(xué)生查閱，為其自學(xué)提供豐富的資料.這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)幾乎不再受時間和空間的限制.在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，還可以設(shè)置“在線答疑”等欄目，學(xué)生可將學(xué)習(xí)疑問發(fā)送到教學(xué)郵箱中，教師查閱后，有針對性地輔導(dǎo).教師可以匯集學(xué)生的問題，集中答疑，以彌補課堂教學(xué)的不足.由于及時解決了學(xué)生的學(xué)習(xí)問題，就能夠在很大程度上提高他們的學(xué)習(xí)積極性.

2.6 加強實驗教學(xué)

化學(xué)是以實驗作為基礎(chǔ)的學(xué)科.實驗教學(xué)是“無機及分析化學(xué)”教學(xué)中不可缺少的環(huán)節(jié).但是，現(xiàn)在通行的“無機及分析化學(xué)”實驗教學(xué)是以其理論課程為主線而設(shè)置的，內(nèi)容重復(fù)率較高、教學(xué)效率較低，難以活躍學(xué)生的創(chuàng)新思維和滿足應(yīng)用型高校培養(yǎng)方式的要求，必須作出重要的改革.

首先，加強學(xué)生的基礎(chǔ)實驗操作技能.譬如，熟練掌握分析天平和電子天平的結(jié)構(gòu)和使用，以及容量瓶、滴定管、移液管的使用和滴定分析的基本操作等.要通過教師示范、指導(dǎo)和學(xué)生操作練習(xí)、反復(fù)觀看錄像相結(jié)合，達(dá)到“教、學(xué)、做”一體化.實驗前，教師應(yīng)對上次實驗和實驗報告作出講評，強調(diào)實驗操作步驟的規(guī)范化和原始數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，總結(jié)實驗結(jié)果的計算、誤差的分析和思考題的解答等，要求學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效數(shù)字的修約.促使學(xué)生逐漸養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、求實的科研作風(fēng).

其次，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰?在基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，每學(xué)期可開設(shè)三至五個設(shè)計型或研究型的實驗，為學(xué)生提供開展創(chuàng)造性實驗的機會，激發(fā)其開展科學(xué)研究的興趣和主動性，發(fā)揮其潛能.

2.7 改革考核方式

考核是“無機及分析化學(xué)”教學(xué)中的重要環(huán)節(jié).為了對教和學(xué)的狀況作出科學(xué)的評價，要做到平時考核與期末考試相結(jié)合，改變單一化考核方式.平時考核可分為三個量化部分，即出勤、課堂表現(xiàn)和回答問題占20%，作業(yè)占10%，小論文占10%.期末考試再占60%.考試題目從標(biāo)準(zhǔn)試題庫中隨機抽??；題型要靈活多樣，既有填空、選擇和判斷等客觀題，又有考查學(xué)生綜合素質(zhì)的物質(zhì)推斷、解釋分析、分離鑒別和計算等主觀題.通過考試考察學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運用能力[5].

改革考核方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和解決問題能力；同時，督促教師自覺提高自己的業(yè)務(wù)水平和教學(xué)水平.

3 結(jié)束語

“無機及分析化學(xué)”作為一門新課程，在教師深刻理解“無機化學(xué)”和“分析化學(xué)”內(nèi)在聯(lián)系的條件下，在認(rèn)真總結(jié)教學(xué)實踐經(jīng)驗后所進(jìn)行的改革中，才可能對它取得踏踏實實的教學(xué)效果.我們應(yīng)當(dāng)按照“厚基礎(chǔ)、強能力、高素質(zhì)”應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)模式的要求，造就有較強的基本技能和較扎實的基本理論的應(yīng)用型人才.要以此作為目標(biāo)要求，搞好“無機及分析化學(xué)”課程的教學(xué)改革，提高其教學(xué)質(zhì)量，使之充分發(fā)揮出重要基礎(chǔ)課對于培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的作用.

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