基于RRT的无人机实时避障算法实现.docx
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基于RRT的无人机实时避障算法实现
中学化学与大学化学知识点差异分析
1.1新课程改革的需求2
中学化学与大学化学知识点差异分析
--以化学反应速率、化学平衡为例
摘要:
新课程改革将高中化学课程分为必修、选修两个模块,必修模块内容较为简单,选修模块则是在必修模块的基础上开展的,其内容来源与大学化学,但又与大学化学有所不同。
因此,中学化学与大学化学知识点的差异问题就成为了无法忽视的问题。
为了有的放矢的完成化学教学,对现版人教版的高中化学教材中化学反应速率、化学平衡两章进行分析,并与辽宁师范大学等校合编的大学无机化学教材中相应章节进行对比,将二者知识点差异进行分析、对比,并详细梳理两个学习阶段中所涉及到的知识点在深度和广度上的联系与差别,在此基础上对中学化学教师和大学化学教师的教学提出建议。
Abstract:
Thenewcurriculumreformofhighschoolchemistrycurriculumisdividedintocompulsory,electivetwomodules,thecompulsorymoduleisrelativelysimple,theelectivemoduleiscarriedoutbasedonthecompulsorymodule,thecontentsofthesourceandtheuniversitychemistry,butwithadifferentuniversitychemistry.Therefore,thedifferenceofchemistryinmiddleschoolanduniversitychemistryhasbecomeaproblemcannotbeignored.Inordertohaveadefiniteobjectinviewtocompletethechemistryteaching,thechemicalreactionofthePEPversionseniorhighschooltextbooksintherateofchemicalequilibrium,thetwochapteranalyzesuniversity,inorganicchemistryteachingmaterialandcombinedwithLiaoningNormalUniversityofcorrespondingsectionswerecompared,thetwoknowledgepointsdifferencewasanalyzed,compared,anddifferencesinthedepthandbreadthanddetailedanalysisoftwolearningstagesinvolvedintheknowledgepoint,onthebasisofthechemistryteachersinmiddleschoolchemistryteachersanduniversityteachingsuggestions.
关键词:
中学化学;大学化学;基础教育;知识点差异;改进建议
Keywords:
Middleschoolchemistry;Universityofchemical;basiceducation;knowledge;
suggestionsforimprovement
前言
为顺应中学化学新课程改革的潮流,同时推进素质教育的进一步实施,我国教育部在2004年启动了中学化学新课程的改革。
按照教育部基础教育改革的统一规划,到2010年为止,我国各省、市以及自治区全部都进入中学化学新课程改革实验中。
为了让不同的学生都得到发展,新课程改革将高中化学教材分为必修和选修这两个模块,二者在广度和深度上都有所不同。
其中,必修模块是面向全体学生开设的,其内容的难度比较低,目的是为了让全体的学生都能够掌握化学的基本知识。
选修模块则是在必修模块的基础上开展的,其难度较必修来说有所增大,与大学化学的内容也有所联系,目的是为了满足不同学生的个性发展。
此次基础教育的改革,使得中学、大学化学知识点的异同问题成为了一个令人关注的问题,对中学、大学化学的教学也是一个巨大的挑战。
本文对大学化学教材与中学化学教材进行了具体的对比、分析,重点分析化学反应速率、化学平衡这两部分知识点的异同,并对这些异同点进行总结与概括,分析二者在深度和广度上的差别。
旨在能够让大学教师更加清楚的了解学生掌握基础知识的程度,进一步对大学化学的教学内容进行优化与改革。
同时,使中学、大学化学内容相衔接,给教师提供合理的教学参考。
目的是让学生从中学化学的学习平稳的过渡到大学化学的学习中,同时,向中学、大学化学教师提出改进的建议。
1.课题背景
我国教育部自2001年起,开始研制高中化学课程标准,在经过多次的讨论、修改后,正式颁布了《普通高中化学课程标准(实验)》。
该标准于2003年4月正式出版,将原来的全一册教材改为必修与选修两个模块的教材,分别由人民教育出版社、江苏教育出版社以及山东科学技术出版社出版。
从2009年9月开始,我国各地的高中学生从入学开始就统一采用现版人民教育出版社出版的高中化学新课程标准实验教科书。
我国的高等化学教育正处于改革和发展的过程中,但其改革的进度较为缓慢,各高校的改革程度也不相同。
目前,随着我国高等教育改革的不断深入,应用型人才的培养越来越受到重视,尽管目前我国各高校专业所开设的化学课程内容和化学课程种类有所不同,但化学学科的课程设置与内容却基本一致,即我们通常所说的“四大化学”。
近些年以来,课程改革的重要性也逐渐被我国的各大高校所认识,一些高校也对“四大化学”的课程内容与课程结构进行了一些尝试性的改革,但符合现代课程改革理念和趋势的新格局尚未建立,课程内容仍没有突破传统学科观念的束缚,大学化学课程内容与中学化学课程内容仍未做到完美衔接,我国高等化学课程内容的改革还是有所欠缺。
目前,我国的中学化学课程内容体系与大学化学课程内容体系仍然存在一定的问题。
其中突出问题为二者的教学内容难以衔接。
大学教师不能够很好把握现版高中化学教材的内容,对学生的知识储备情况也不甚了解。
从而导致,大学教师不能够很好的依据学生的实际学习状况来进行大学化学课程的教学。
多年的实践经验告诉我们,对于学生的培养是需要循序渐进,一步一步完成的,切不可急功近利,教师应该按着一体、分层的教学方法来逐步进行教学。
目前,我国中学、大学化学的教学目标、方式和内容不能够连续进行,这样就出现了诸多的问题。
学生在升入大学之后很难适应突然增加的知识的量与难度,而教师也难以掌握学生的具体学习状况。
1.2新课程改革的需求
1.2.1教学课程内容差异
大学化学“量”的急剧增加是中学、大学化学在课程内容上的一个突出差别,大学生在单位时间内接受知识信息的量与中学学生相比来说增加了许多,而课后辅导、练习的时间却在减少。
我国的高中化学内容有许多都来源于大学化学但却与大学内容有所不同。
一般的中学化学课程强调的是对化学基础知识的掌握,其教学内容是建立在经验的基础之上。
这里所说的的经验既包括系统的间接经验,如化学科学的基本概念、基本事实、基本规律、基本原理等等,也包括学生在经过各种活动后所感受和获得的直接经验。
大学化学是高中化学的延续,就目前情况来说,大学化学的内容普遍比中学化学难度更大,范围也更广泛。
大学化学更多的是在中学已有的知识背景的基础上进行更加抽象的学习,需要学生自身具有一定的能力。
1.2.2教学课程结构差异
伴随着我国基础化学教育的改革,高中化学新课程的设置也出现了多种形式,视角不同,类型也不同。
在保证学生化学基础的前提条件下,为适合不同志向、兴趣学生的发展需要,高中新化学课程结构分为必修化学和选修化学这两个模块。
其中,必修化学模块传授的主要是化学的基础知识,其内容较为简单,而选修化学模块的难度则高于必修模块,同时与大学化学有所联系。
我国普通高中化学必修模块主要是面向全体学生而开设的,它的目的在于学习基础的化学概念,同时能够认识一些较为常见的物质。
必修模块旨在提高全体中学生未来发展所需的科学素养,并为后续学习化学选修模块而提供一定的基础。
高中化学课程标准所规定必修课程包括“化学必修①”与“化学必修②”。
其中,“化学必修①”包括“认识化学科学”、“常见无机物及其应用”、“化学实验基础”这三大课程方面。
“化学必修②”包括“物质结构基础”、“化学与可持续发展”、“化学反应与能量”这三大方面。
我国普通高中化学选修模块是在化学必修模块的基础上开设的,它旨在满足学生的个性发展需要,尊重不同学生的爱好、兴趣和志向。
它在必修课程的基础上,继续传授给学生化学基本技能、基础知识和研究方法等,为对化学学科有兴趣的学生未来打下坚实的化学基础。
高中化学课程标准所开设的选修模块包括六大主题,化学选修①的主题为“化学与生活”,化学选修②的主题为“化学与技术”,化学选修③的主题为“物质结构与性质”,化学选修④的主题为“化学反应原理”,化学选修⑤的主题为“有机化学基础”,化学选修⑥的主题为“实验化学”。
在教学结构上,我国的大学化学一般将化学课程分为无机化学、结构化学、分析化学、有机化学、物理化学等具体的学科。
在学生掌握四大化学的基础知识后,给学生以选择的空间,让学生自主选择感兴趣的方向,进行更深层次、专业化的研究,为培养化学专业的人才打下坚实的基础。
1.2.3教学课程目标差异
我国中学化学教学的起点和依据都是教学目标。
中学化学新课程以提高学生的科学素养为宗旨,构建“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”相融合的化学课程目标体系。
而大学化学则更加重视学生的知识掌握、应用以及知识与生活、生产等各方面的联系。
1.2.4学生自身因素的差异
高中学生的年龄介于14、15-17、18岁之间,这是一个特定的年龄阶段。
在这个特殊的年龄阶段,学生的心理、生理逐渐趋于成熟,学生的抽象思维得到发展到,但却未达到成熟的状态。
中学生受认知水平的影响,对一些化学问题的认知还比较模糊。
而大学生的年龄在18、19-22、23岁之间,作为一个成年人,大学生已经形成了一个较稳定的性格特征,其心理与生理状态已经成熟,学习动机更加深刻而稳定。
一方面,学生在进入大学以后就往往意味着要面临就业或是继续学习的选择问题,故对于大学生来说,特别是对较高年级的学生来说,具有更大的选择性,需要做出自己的选择。
因此,大学生的学习目标较高中学生来说更为明确也更加的具体,大学生的学习主动性也更加强烈。
另一方面,大学生更加热衷于学术探讨,对理论问题会产生越来越浓厚的兴趣,并有能力将各种具体化学事实综合成若干系统的总原则。
中学生的化学知识储备较少,并且缺少一定的学习能力,需要教师进行引导与帮助,用直观的化学事实来认识理论知识。
在学习上就表现为一种被动的学习方式,需要教师的外在监督和激励,导致了学习兴趣不能持久,学习动力不足。
而大学生已经掌握了一些基本的化学理论知识,并且拥有学习的主动性以及自主学习的能力。
1.2.5中学、大学化学教学差异总结
综合来看,中学、大学化学的教学有各自的着眼点。
中学化学的侧重点在于对知识的掌握,一般情况下,学习的是对知识的定性描述,其主要的目的让学生了解化学、感受化学并进一步喜爱上化学。
而大学化学的侧重点则在于学习具体的理论应用与深层次的科学研究,学习的内容是在中学化学定性的基础上更进一步的定量说明,其目的在于培养与化学学科相关的专业人员。
课程内容大多比较抽象,学生难以与已有的生活背景进行联系,是要在有一定的知识贮备与学习能力的基础上才能够进行的。
同时,大学化学的课程结构划分更加详细,其课程内容相比于中学化学的内容也更多。
大学化学需要学生有一定的动手能力与对问题的分析能力,以进行各科的实验操作。
1.3本课题的意义
大学的无机化学课程是一门在大一就开设的化学课程,具有较庞大的授课对象群,它要为后续的高等无机化学、物理化学、分析化学等课程提供基础知识与理论。
大学的无机化学课程不仅有着与高中化学内容相衔接的任务,又要起着承前启后的重要作用。
大学化学是中学化学的自然延续和发展,其内容是在中学理论的基础之上进一步加深、加宽的。
我国普通高中新课程实施之后,由于学生选修教材使用情况千差万别,对大学的教学会产生一定的影响。
在目前大学化学的实际教学过程中,教师遇到了超出预想的许多实际问题。
教学目标、计划与大一新生的实际状况不能很好协调。
大学化学老师对中学化学特别是高中化学的教材内容不甚了解,导致教师在中学、大学化学的教学内容有重复或是跨越较大的现象。
因此一部分学生在刚进入大学之后难以适应突然间化学教学方式及内容的改变,在不同程度上降低了学生对化学学科的学习兴趣,产生厌学情绪。
目前,我国高校化学教学的实际情况是,教师普遍认为新生难教,而众多的大一年级学生又觉得大学化学难以学习。
这种现象的主要原因就是由于教师没能做好中学、大学化学知识点差异研究,在二者的教材中我们可以看到其内容有较多的重复,这样学生在大学化学的学习过程中就丧失了学习的积极性,学生没有足够的热情去学习。
另一方面,中学化学所包涵的知识内容比大学所包涵到的知识内容少很多,甚至有不少知识学生在中学化学学习阶段完全没有接触过。
因此,有许多的大一学生感觉大学化学的课程较难,感觉难以接受。
同时,大学化学教师在缺少对中学、大学教材的内容了解的实际情况下,只能去单方面注重大学化学课程目标的实现。
这种情况会导致刚入学的大一学生在没有做好充分的心理准备的情况下,突然间接触到高层次、快节奏的学习要求会感到有些吃力。
大一的学生在初学大学化学时不能与原有的中学化学所接触到的认知结构相适应,中学、大学的化学知识不能充分融合。
本文研究中学化学教材与大学化学教材的知识点的差异,以化学反应速率、化学平衡这两部分为例,对二者知识点进行归纳和分析,找出其中的异同点,对其进行具体的分析与总结,并对中学、大学化学内容在教学层次上进行比较,为化学教师的教学提供有益的参考。
大学教师可以了解学生在中学阶段学习到了什么知识以及怎样的程度,在实际授课的过程中就可以忽略已学习的知识,从而节省时间来讲解高中没有涉及到的重点、难点内容。
方便大学教师合理安排化学学科的教学内容,同时帮助新生顺利的完成由高中到大学化学学习的过渡。
2.“化学反应速率”部分中学化学与大学化学知识点差异分析
化学反应速率这一部分内容在高中和大学都有所涉及,尤其在高中化学反应速率是一个既是基础又是重点的内容。
在这一部分,大学化学在高中化学的基础上,进行了更进一步细致的研究,从根本上解释有关化学反应速率的一些问题。
在中学化学中,现版的人民教育出版社出版的普通高中化学必修②、化学选修④,对化学反应速率这一内容有所涉及。
在大学化学中,无机化学上册(辽宁师范大学等高校合编)的第五章化学动力学初步中对化学反应速率做了进一步的介绍。
2.1反应速率的概念
2.1.1高中部分
高中化学通过联系以往所学习过的有关化学键的知识(一般情况下,化学键的键能越大,则化学键就越牢固,该物质的活性就越小),进一步提出化学反应速率的大小首先是由反应物分子的内部结构(即内因)决定的。
现版高中化学教材中化学反应速率的概念为:
单位时间内反应物或生成物的浓度变化。
通常用υ表示。
单位为mol•L-1•s-1、mol•L-1•min-1、mol•L-1•h-1。
表示方法:
例:
mA+nB=pC+qD
2.1.2大学部分
大学化学则在高中定义的基础上提出了新的定义:
在一定条件下,反应物转变为生成物的速率。
通常用γ表示,单位与高中表示方法相同,为mol•L-1•s-1、mol•L-1•min-1、mol•L-1•h-1。
大学化学对高中化学在这一部分的知识点进行了完善,提出了反应进度ξ这一概念。
大学化学认为高中广义的反应速率的表示会受到化学反应计量式中的计量数的制约。
由于ξ与参与化学反应的物种没有关系,所以在温度一定的等容系统中,当反应进行时,则定义:
表示方法:
例:
mA+nB=pC+qD
2.2化学反应平均速率与瞬时速率
2.2.1化学反应平均速率
大学化学与高中化学均介绍了化学反应平均速率,且其内容大致相同。
△t表示时间的变化量;△c(i)表示i物质在△t时间内的变化量。
2.2.2化学反应瞬时速率
化学反应瞬时速率是大学化学新提出的一个概念,但在中学物理中学习过物体运动的瞬时反应速率的概念,其原理大致相同,可以参照进行讲解。
测量不同时间下某一物质的浓度时,可以用绘制浓度随时间的变化曲线的方法求出。
图4-2-2反应物或产物浓度随时间的变化曲线
2.3影响化学反应速率的因素
高中化学简单介绍了活化分子数、活化能以及有效碰撞频率等概念。
以日常生活中实例为引导,介绍了反应速率与分子间发生的有效碰撞频率存在相应的联系。
大学化学则更深层次的进行讨论,主要用反应公式来表现。
在这一节中中学化学的内容主要是从浓度、催化剂、压强、温度四个方面对化学反应速率的影响做了讨论,直接给出了结论与原理。
而大学化学则将中学所学习的四大因素简化为了温度、浓度、催化剂这三个因素,并对三者的影响原理进一步进行讨论。
大学化学主要对反应历程进行分析,同时对相应的公式进行变式与分析,用公式更加直观的表现反应速率γ与浓度c、温度T的关系。
2.3.1浓度对反应速率的影响
1.高中化学(选修④)
以在KMnO4中加入不同浓度的H2C2O4观察溶液褪色所需时间的实验为基础,以文字定义的方式介绍了浓度对反应速率的影响以及其原理。
结论:
当其他条件一定时,增加反应物浓度,则反应速率增大;反之,则减小。
原理:
增加反应物浓度,会使活化分子总数增大,进而会增加有效碰撞的次数,最终导致反应速率的增大。
2.大学化学
大学化学认为高中化学所应用的反应方程式只能够在宏观的层面上的说明生成物与反应物之间的化学计量关系,不能进行微观上的探讨。
故,大学化学在这一部分中则更加深入的在微观上说明反应物转变为产物所经历的途径。
在这一节中大学化学重点介绍了化学反应速率方程,对不同的反应方程进行具体的分析,同时对反应机理进行了简单的介绍,提出了质量作用定律、基元反应、非基元反应、反应级数、一级反应等一系列的新的概念。
在这一节中,大学化学要求能够掌握速率方程的书写、应用以及计算,并能够导出反应的速率方程。
(1)反应速率方程
大学化学在高中能够简单描述化学反应现象的基础之上,根据实验的测定数据提出了化学反应速率方程,根据该方程来更深入、直观的解释浓度对反应速率的影响,并提出了质量作用定律的概念。
对于基元反应:
aA+bB=gG+hH
通过实验可以确定:
速率方程
速率常数k的单位:
单位[c]1-(m+n)[t]-1
由上述方程可知,当反应物浓度增大时,反应速率增大;反之则减小。
(2)基元反应与非基元反应
大学部分的重点在于研究化学反应的历程,并提出一般情况下的的方程式不能够完全代表实际的化学反应历程这一观点。
基元反应:
一步就能完成的反应。
举例:
2NO2(g)=2NO(g)+O2(g)
CO(g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)
非基元反应:
由两个或两个以上基元反应组成的反应。
举例:
合成HI的反应H2(g)+I2(g)=2HI(g)
(3)反应级数
大学化学为进一步探讨浓度的程度影响,通过对一些反应的速率方程比较,可以发现,速率方程的次方与相对应的物质的计量数没有关系。
由此提出了反应级数这一概念。
例:
在化学速率方程中,n分别是cA及cB的指数,(m+n)则为反应级数。
(4)一级反应
在大学化学中重点讨论了一级反应中浓度与反应速率的关系,并具体的提出了一级反应的通式及其变形式,并对其进行作图及计算。
以一级反应为例:
任何一个一级反应B产物
一级反应通式:
一级反应变形式:
高中化学简单提出过半衰期这一基本概念,而大学化学则再此基础上更深层次的提出了半衰期的反应通式。
t1/2=ln2/k=0.693/k
2.3.2温度对反应速率的影响
1.高中化学
在高中化学必修②的教材中,以在不同温度下H2O2分解时间的不同为例,来初步得出温度对反应速率的影响的结论;在高中选修④教材中,以Na2S2O3与H2SO4分别在热水和冷水中的实验为例,记录反应发生所用的时间,更进一步的总结出温度对反应速率的影响,并分析其中的原理。
结论:
在其他条件一定时,增加化学反应体系的温度,则反应速率增大;反之,则减小。
主要原因:
升高化学反应体系的温度,参加反应的分子会获得一定能量,这样就让其中一部分分子转变为活化分子,进而增加活化分子百分数,有效碰撞次数也随之增加,所以反应速率最终会增大。
次要原因:
升高化学反应体系的温度,分子运动的速率会相应加快,导致参加反应的分子碰撞次数随之增加,所以反应速率最终会增大。
2.大学部分
大学在高中仅能根据条件改变来描述现象的基础之上,更进一步的提出温度与反应速率常数关系公式—阿仑尼乌斯公式。
大学化学的要求是能够用实验对该公式进行验证,并掌握其变式的计算、应用。
阿仑尼乌斯公式:
变式:
由上述公式可知,温度T越大则反应的k值越大,反之则越小。
又已知反应速率方程,故可以得出结论:
增大T值,则γ值会相应增大,即反应速率增大,反之则减慢。
所得出的结果能够很好的验证高中所给出的结论。
对不同温度与反应速率的关系进行分析与讨论。
图4-3-2
(1)不同温度下速率的关系
大学化学不仅通过公式、图表来讨论,也通过实验来就已知的结论进行验证。
以一级分解为例:
N2O5→2NO2+½O2
由实验数据lnk-1/T,得到如图曲线:
图.4-3-2
(2)N2O5→2NO2+½O2的lnk-1/T图
2.3.3压强对反应速率的影响
1.高中部分
在这里,中学化学主要是从压强变化引起浓度变化来进行讨论的。
结论:
在其他条件一定时(除体积),增加化学反应体系的压强,反应速率增大,反之则减小。
原理:
有参与反应的气体存在,增加化学反应体系的压强,即减小反应体系的体积,从而导致物质浓度的增加,活化分子数也随之增加,有效碰撞次数增大,故最终会使反应速率相应的增大。
反之,则减小。
若体积不变,增加化学反应体系的压强,由于参加反应的物质浓度不会发生变化,故活化分子数不变,反应速率也不发生变化。
2.大学部分
未具体提及该部分内容。
2.3.4催化剂对反应速率的影响
在这一部分中,中学、大学化学的内容基本相同。
结论:
在其他条件一定时,使用正催化剂,反应速率增大;使用负催化剂,则减慢。
原理:
用正催化剂能够降低反应所需的能量,使其中一部分分子转化为活化分子,故在很大程度上加快了反应的速率,负催化剂则反之。
2.4碰撞理论、过渡态理论
2.4.1高中部分
1.碰撞理论
在高中化学中,碰撞理论是一个非重点章节。
在一部分,高中化学简单介绍了反应的活化分子、有效碰撞以及活化能的概念,并讨论了三者之间的关系。
2.过渡态理论
高中化学在介绍活化能时,简单涉及了过渡态理论:
有化学反应发生时,反应物转化为生成物的过程中,当有两个或以上的活化分子按一定的方向发生碰撞时,这些活化分子的化学键会进行再次排布,其能量也会随之进行再次分配。
即中学化学认为,化学反应发生时,参加化学反应的分子一定会经过一个中间的
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