关键词：信息技术；高中；物理教学
一、信息技术在高中物理教学中的运用原则
在高中物理教学中，教师对信息技术的运用需要遵循相应的原则。首先，需要遵循个性化原则。信息技术的运用要体现学生学习的个性化，在高中物理的课堂教学中，学生是主体，教师要根据学生的实际认知需求，利用信息技术促进学生对物理知识进行主动探索，从而使学生能够更好地参与物理知识的体验和探究。其次，信息技术的运用也要体现物理学科的韵味，教学过程中教师一定要明确信息技术主要是对物理知识探究过程的媒介，在物理教学中不能让信息技术喧宾夺主。最后，信息技术的运用还要注重学习过程的交互性，教师要充分借助信息技术具有交互性的特点，在学生独立思考的基础上，更好地促进他们交流、互动和共享，从而营造良好的学习氛围，促进学生更加积极地学习，实现其物理学科素养的全面提升[1]。
二、信息技术在高中物理教学中的作用
高中物理具有显著的学科特点，知识点往往比较晦涩难懂，同时在传统教学的观念和教学的模式下，教师教学方式存在单一性，导致学生对物理知识的学习兴趣不高，课堂气氛沉闷。信息技术在高中物理教学中的运用，有效地改变了这种教学现状，促进了教师教学质量的提高及学生学习效率的提升。首先，教师通过对信息技术的合理运用，能够有效地提升学生物理学习的兴趣，学生一般对多媒体和信息网络比较感兴趣，信息技术能够有效地吸引学生的注意力；其次，信息技术的应用能够把难懂抽象的物理知识通过直观化的图像或视频等形式进行表现，这样不仅能够促进学生的理解，还能活跃课堂氛围，提高学生学习的积极性；最后，通过信息技术的运用，教师还能对物理知识内容进行有效拓展，信息网络环境中存在丰富的物理资源和素材，这些资源和素材的良好应用，能够实现教师对学生物理综合素养的培养，并开阔他们的眼界，这对他们后期的物理学习和发展具有重要的意义[2]。
三、信息技术在高中物理教学中的运用策略
（一）借助信息技术创设教学情境
在高中物理的课堂教学过程中，很多知识都是比较抽象的，学生在学习时往往需要大量的分析和想象，这对学生的学习造成了很大的困难。学生面对抽象难懂的物理知识，会丧失学习积极性甚至出现抵触的情绪，这对教师物理教学产生了很大的影响。通过信息技术的运用，教师能够借助信息技术进行教学情境的创设，从而促进学生更好地理解教学内容。良好的教学情境还能够吸引学生学习的注意力，提高教师教学的效果。比如，在进行“平抛运动”一课教学时，教师就可以借助信息技术将生活中比较常见的平抛运动案例进行展示，如“枪口射出子弹的路径”和“桌边飞出的弹球”等，这样能够营造出相应的平抛运动环境让学生进行相关概念的认识和理解，然后教师再设置相应的问题：生活中还有哪些平抛运动现象？这时候学生的积极性就会被迅速调动起来，根据自己对平抛运动概念的理解，展开相应的想象、思考和讨论[3]。
（二）借助信息技术进行物理实验教学
物理是一门探究科学的学科，高中物理教材中涉及大量的物理实验，这些实验一些是能够进行实际操作的，一些是无法进行实际操作的，还有一些实验操作具有瞬时性，学生进行观察和理解比较困难，因此这些实验都可以借助信息技术进行模拟，这样不仅能够反复观看实验过程，还能放缓其播放速度，从而促进学生对实验过程和实验现象的深入观察。比如，在进行“自由落体”运动规律的实验探究中，由于小球自由落体的速度比较快，学生对其瞬变状态不能进行有效观察，会影响对变速情况的理解和分析，而通过信息技术进行自由落体相应运动的模拟，教师可以对小球下落过程的速度进行一定的延缓，这样学生就能够对自由落体具体变速的情况进行直观性的观察，并在相等的时间间隔内直观性地观察到小球具体的位置，然后根据相应的背景标尺读出实际的刻度，进而进行小球运动规律的计算和推论。
（三）借助信息技术进行物理重难点的突破
高中物理很多知识点的理解和掌握都是比较困难的，由于课堂时间有限，学生面对大量复杂抽象的物理知识点，难免存在学习困难的情况，同时，教师不可能对学生实现全面的学习辅导，这就导致学生在物理学习中出现学习困难和兴趣不足的恶性循环。通过运用信息技术可以为物理重难点的突破提供良好的条件，教师通过信息网络环境获取更多的重难点解析资源，然后再将这些资源和学生进行共享，让学生进行针对性的学习，从而实现难题的突破[4]。比如，在进行“向心力”相关实例的分析时，向心力是物理学习中的重难点，为了促进学生更好地理解向心力，教师可以借助信息技术将教材中关于向心力的案例，如过山车、火车转弯等，通过动态模拟的方式进行演示，使学生对案例的理解更加直观和清晰，同时教师还可以获取更多相似案例进行展示，促进学生对物体运动规律的理解。
我国生态环境污染日趋严重,如“三废”污染、水体污染、土壤污染、废弃塑料和农用地膜污染、农用化肥和农药污染等,造成水资源严重短缺,土地荒漠化日益加剧,森林覆盖率剧减,草场严重退化。生态环境的恶化,时刻威胁着人们的生命财产安全,疾病发病率也迅速提高。因此,必须积极发展高新技术,如现代环保生物技术等,采用防治结合的方式,解决当前的环境危机,维护生态平衡,已迫在眉睫。
2环境生物技术简介
生物技术是建立在生命科学的基础上,通过直接或间接的方式利用生物或生物有机体的特定部分或某些功能,建立降低或消除污染物的生产工艺或能够高效净化环境污染,同时又能生产有用物质的工程技术。主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程、染色体工程、生化工程等。生物技术在环保领域发挥着越来越重要的作用,正衍生出一门新兴的学科与技术,即我们所说的“环境生物技术”,亦称“环境生物工程”。其特点如下:
2.1实现对污染物的循环利用
对垃圾废弃物的降解生成的产物或副产物,一般都可重新利用。这样,可把污染降到最小程度,不仅可解决长期污染的问题,还实现了对固废的循环利用。
2.2安全可靠、效果明显
利用发酵工程技术治理,产生的物质基本属于稳定无害的物质,常见的包括CO2、水、氮气、甲烷等。并且,多数都是一步到位,无二次污染。因此,该技术既安全、彻底又高效。
2.3简化流程,节约成本
生物技术是建立在酶促反应基础上的生物化学过程。酶作为生物催化剂,实质是一种活性蛋白质。一般在常温常压或近乎中性的条件下即可发生反应。因此,绝大部分生物治理对环境条件要求不高,并可就地实施。
3.环境生物技术在三废处理中的应用
3.1在废水处理方面的应用
废水中含有许多有毒有害物质,比如,酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇、蛋白质等。废水生化处理经近百年的发展,现已形成了许多新工艺、新技术。通过生物技术治理废水,主要借助微生物的降解作用完成。它分为耗氧降解技术与厌氧降解技术两种。耗氧降解技术又分为:活性污泥法与生物膜法。目前,采用较多的是固定化酶与固定化细胞技术,它属于酶工程技术。固定化酶又称为水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法,导致水溶性酶和固态的不溶性载体结合起来,从而使酶不再溶于水。微生物细胞犹如一个天然的固定化酶反应器。微生物细胞的固定可采用制备固定化酶的方式。对于污水中的多种污染物,均可通过固定化酶或固定化细胞进行治理。国内外有很多这方面的成功案例。
3.2在废气净化方面的应用
废气是近年来重要的污染源之一。如何利用生物技术高效净化废气也成为重要的研究课题。目前采用的方法包括生物过滤、生物洗涤、生物吸附和植物修复法等。常用的生物反应器有生物净气塔、渗滤器和生物滤池等。根据微生物在废气处理过程中的具体形式,分为两大类:生物吸附法与生物过滤法。前者可治理含胺、酚和乙醛等气体,后者可降解恶臭性废气。植物修复技术是把太阳能作为动力,依靠植物的同化作用达到净化气体的目的。它属于一种绿色技术。现在,全球都有很多成功处理废气的案例。美国利用微生物作用来净化工业恶臭气体,效果明显,且还不会出现二次异臭。德国与荷兰利用生物膜过滤技术可除掉超过90%的硫化氢。我国相关学者也在此方面取得了不错的成果。比如,利用生物膜填料塔处理橡胶再生脱硫过程中产生的低浓度的有机废气,经试验表明,该方法是可行的,若相关条件控制适度,净化效果显着,净化率可超过90%。相比原有的废气处理方法,生物技术法有着很多优势:节约成本、效果好、安全可靠、没有二次污染等。
3.3在处理固废方面的应用
工农业生产、城市建设与日常生活都会产生很多固体废弃物。传统固体废弃物的处理方式,不仅浪费资源能源,还会污染环境。利用生物技术处理城市生活垃圾和农业废弃物,不但可以把这些废弃物变为优质的有机肥料,实现废物的资源化,更有利于生态环境的良性循环。常见的处理方式包括卫生填埋、堆肥和发酵制沼气等。
4.环境生物技术在环境污染修复中的应用
4.1污染土壤的生物修复
随着农业的发展,各种化学杀虫剂、农药被大量使用。而这些农药很多都会残留在土壤中,。尤其是那些极难降解的农药给生态环境造成难以估量的损害。通过相关生物技术处理,可以把这些污染物质进行有效分解,生成水与CO2。不仅不会造成对环境的破坏,还能防止出现二次污染。但是是分解周期较长,不符合农业生产的需求。重金属属于土壤污染中重要的污染物。重金属污染的生物治理机制是:借助生物作用(酶促反应)导致重金属的化学形态改变,将其固定在土壤中,或减轻其毒性。这样,可有效制约重金属在土壤中的移动。通过生物的吸收、代谢作用后,会进一步固定重金属或减小其毒性,从而净化土壤。此外,生物修复污染土壤的过程中,还能提高土壤有机物的数量,调动相关微生物的活性,从而优化土壤生态结构。同时,还能强化对土壤的固定作用,避免土壤受到风蚀、水蚀的破坏,预防水土流失。
4.2.水体生物自然净化技术
环境生物技术中通过植物吸收达到净化水体与土壤的方法被称为生物自然净化技术。分为生物塘与人工湿地两种。前者把太阳能作为初始能源,利用塘中植物的同化作用将水中的污染物吸收掉,从而净化水体。生物塘中可栽植的高效净化植物有水葫芦、芦苇、水莴苣等。同时,还应构建集组合曝气、水生植物、水产养殖一体化复合生态系统,进而提高生物塘的处理能力。后者是通过自然生态系统中的物理、化学、生物等作用达到对水体的净化作用。由于人工湿地处理系统出水水质较好,可用于饮用水源的处理,并且所需成本也比常规处理方法要低。
4.3白色污染的治理
采用生物技术治理可从两方面入手,一是筛选具有降解塑料与农用薄膜的微生物,形成高效降解菌。二是分离克隆出带有降解功能的基因,再将其植入到特定的土壤微生物内,如根瘤菌。这样,既能发挥两者各自作用,还有利于加快对塑料垃圾的降解速度。此外,还应重点对预防白色垃圾技术进行攻关与研发。个别微生物可以生成一些高分子化合物,类似于塑料,被称为聚酯。为进一步节约成本、提高产量,人们正致力于通过DNA重组技术,试图改造某些微生物。比如,当前一个重点研究课题就是通过微生物发酵生产聚-β羟基烷酸(PHAs),相关研究人员正试图形成自溶性PHAs生产菌种。通过把PHAs重组菌发酵后,积累数量众多的PHAs,再添加一些信号物质,从而生成裂解蛋白,然后细胞壁被破坏,PHAs析出。即简化PHAs的提取流程,达到节约成本的目的。
4.4降解废水中微量油脂
含油废水属于一种量大面广的污染源。废水中的少量油脂并不能通过原有的物理或化学方法处理掉。上海交大生命科学技术学院和日本日立化成公司合作,从5种活性污泥或土壤中驯化分离出六种菌,分析了它们在低温条件下对低浓度植物类油脂的实际降解能力。不同菌的降解能力都各不相同,其中,发现两种菌的除油效果很好,除油率高达92.80%和95.49%,相关特性还有待进一步研究。
4.5化学农药污染的消除
经统计资料显示,每合成一吨农原药需消耗3-4吨化工原料,多余的原料作为未反应物或中间副产物随水排出,每年数百家农药厂排出的废水上亿吨,危害极大。中科院成都生物所经过反复试验,终于找到了解决处理农药(乐果)废水的方法。他们将高效微生物菌种用于SBR设备处理有机农药废水,效果显着,使有机磷转化率达96-99%,其技术指标达到了相关排放标准。一般情况下施用的农药化肥约有80%的残留,特别是难降解的氯代烃类农药,给生态系统带来了极大的滞留危害,必须依赖基因工程构建的高效菌种来进行处理。但要想彻底消除化学农药的污染,还必须全面推广生物农药。生物农药是指由生物体产生的具有防治病虫害和除草功能的一大类物质的总称,大多是生物体的代谢产物,主要有微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。
5.环境生物技术在环境监测方面的应用
应用在环境监测领域的生物技术主要有以下几种:①监测水质,利用细菌的数量、某些粪便指示菌(大肠埃希氏菌、克霉伯氏菌)等②检测物质致突变性和致癌性,通常使用鼠伤寒少门氏菌来检验。③通过发光细菌对环境中的毒物进行检测,速度较快。④根据对水中藻类的生长情况测定,对水质进行监测或检测某些物质的毒性。近年来,国际上在这一领域的重点研究对象包括PCR技术(应用聚合酶式反应技术)、核酸探针、生物传感器等。PCR技术可用于当前还无法培养的微生物检测,一般适用于对土壤、水样、沉积物等环境标本的细胞检测。
随着今后技术的不断完善,对于水质的检测,核酸探针与PCR技术极有可能取代现在的常规微生物检测方式。此外,生物酶法具有良好的发展潜力,它适用于快速检测与现场测定。生物传感器具体有酶传感器、微生物传感器、免疫传感器,通过酶、微生物、抗原、抗体等生物材料作为分子识别元件,从而把外部对其理化特性的影响转化为电磁信号。它可用于对特定污染物的快速检测,并且操作简便、结果精确。
5环境生物技术现状及前景展望
5.1现状
环境生物技术虽有诸多优点,并能有效解决各种污染问题。但实际应用中依然存在种种局限:
①反应速度较慢,并且需要大型的反应器,需占用过多的土地面积。
②对于原水水质有着十分严格的标准,不然,不利于微生物的生长。
③运行过程中会发生一些问题,如污泥膨胀或流失,余下的污泥也不易处理。
④通常的微生物也极难解决人工合成物,尤其是难生物降解的污染物。
⑤实验室有可能泄漏某些活的有害菌体。大规模的微生物应用会给生态环境带来潜在的风险。
5.2发展前景
5.2.1各种新工艺新方法不断涌现
比如,国内有关专家利用高效反应器治理印染废水时,结合三种新技术,以提高生物处理效率。即在厌氧流化床中加入高效的脱色菌,通过聚集-交胶固定法,把脱色菌固定到活性污泥中。再在反应器中加入磁粉以构成稳恒弱磁场,从而对微生物产生正的磁生物效应以加快生化反应速率。此外,还有利用基因工程克隆生物生长基因控制植物生长、构建高效的细菌来治理各种污染问题,以及利用遗传工程处理农业固废中难降解的五碳糖等等新技术。
5.2.2综合利用
为了避免微生物降解污染物后形成二次污染,同时,让资源得到充分利用,生物治理技术也更趋向综合性利用,如利用降解后形成的微生物菌体、微生物体内酶、有关代谢产物、或其产生的能源。当前,“沼气田”发电是比较成熟的生物技术,投资少、成本低、使用管理方便,正受到很多国家的推崇。英国有的污水处理厂采用乳酸细菌降解农用工业垃圾生成乳酸。
5.2.3和其它现代科技有效结合
近年来,现代科技的发展特别是IT技术的快速发展,促使生物治理技术取得了极大的进步。生物处理工艺正实现自动化控制,并且,生物技术方面正积极开展数学模拟研究。据有关报道显示,目前已研制出电子计算机辅助系统。该系统分为分析程序与处理程序,进一步降低了废水处理厂设计方面的难度。随着自控技术的发展,连续性运行的大型氧化沟也随之产生。
5.2.4重点研究极端微生物与超级工程菌
极端微生物是指在一般生物无法生存的条件下能生存的生物。比如在高温、高酸、高碱、高压、高盐、低温等极端条件。这类微生物具有特殊的生理机制,有很高的环保应用价值。Whyte等经研究了解到,冷微生物菌株可以使石油烃、十二烷、正十六烷、甲苯、萘等发生矿化。随着技术的进步,对现有微生物的有效改造,不断研发出新的具有特殊功能的微生物。通过质粒工程技术,把分别降解芳烃、多环芳烃等的质粒接合到降解酯烃的细菌体内,形成一种“超级菌”。这种细菌在治理石油污染方面有着很好的应用前景,可以把60%的烃分解。同时,相比一般菌种,其几小时就能达到一般菌种净化一年左右的效果。
5.2.5转变观念,从治理转向预防
目前,随着环境问题的日益突出,世界各国都意识到环境保护的重要性。生物技术的发展也会从单纯地治理过渡到防治结合,以预防为主,最终实现清洁生产。比如,生产微生物农药、源于微生物体又能生物降解的表面活性剂等。今后还可应用于诸多领域,如洗涤剂制造、油类回收处理、感光乳剂稳定、植物病害防控、细胞破碎、微生物的快速测定等方面。目前,正尝试通过基因工程技术把PHBV基因植入某些植物体内,实现从植物体内获取塑料,从而解决严重的塑料污染难题。
关键词：生物技术；环保工程；运用对策；探究
随着人们生活水平的提高，对环境的关注度也在不断提升，人们开始重视环境的保护，并且将环保作为一项造福子孙后代的事业。环保工程就是为了改善由于工业发展而造成环境严重污染局面的工程，其目的在于保护环境，主要项目有水污染防治工程、大气污染防治工程、噪声控制工程以及固体废弃物的回收处理工程等，都是切实解决社会上存在的典型环境污染问题的工程。生物技术是一门新兴的综合性学科，其中的理论研究和技术体系被广泛应用在环保工程中，已逐渐成为环保工程中的关键性技术，因此在环保工程的建设中，加强生物技术的应用深度和广度，对于提高工程的环保性能具有积极意义。
1.生物技术的环保价值分析
目前，我国工业生产造成的环境污染问题日益突出，雾霾、水污染、白色污染等问题日益严重，绿色环保工程的建设已是迫在眉睫。生物技术在工业制造和环境保护领域的应用，大大降低了工业生产引起的环境污染危害，微生物将逐步取代工业化学品，成为新一代的工业生产原料。就比如说催化剂，化学制造需要用到多种催化剂，而微生物（比如酶制剂），具有更强的催化作用，且不会对环境造成危害，在造纸工艺中，酶制剂的使用可降低纸浆漂白过程中氯化物的使用量，此外，酶制剂可以应用在无磷洗涤剂中取代磷，在皮革鞣制过程中取代硫化物。
生物技术是一项现代化的科学技术，涉及到细胞生物学、微生物学、遗传学、基因工程、生物化学、信息学等多个学科的应用，是一门以生命科学为本质的研究科目，通过生物谷技术的应用，可以实现对生物体的改造和物体原料的加工，满足人们的工业生产需求。整体上来说，生物技术具有较高的环保价值，不仅能够解决困扰人们多年的环境治理问题，而且能够从工业生产的源头降低污染物的产生。生物技术的研究角度与化学技术不同，它多半是建立在微观分子的角度上，因此可以解决很多化学污染问题，就比如说白色污染，在化学研究角度上，塑料物质在土壤中难以降解，因此现在一般都会采取焚烧废弃物的方式解决一些固体废弃物，这样虽然解决了目前的问题但是会造成大气污染，而在生物技术的研究角度，则可以利用微生物加快这些物质的降解，同时还可以通过微生物的研究制造易降解的包装袋等，避免白色污染的发生。整体上来说，微生物反应的机制与化学反应不同，经过生物技术的处理，一些废气污染物可以直接降解为氮气、二氧化碳的较为稳定的大气组成成分，基本上不会产生二次环境污染，而一般情况下经过化学处理工业废气仍然是氮化物、硫化物等，只能经过再次吸收处理，工序相对复杂，环保投入较大。
2.生物技术在环保工程中的实际运用
2016年12月，对于我国的生态文明建设作出了新的指示，提出了“绿水青山就是金山银山”的可持续发展理念，明确了我国生态文明建设的重点任务，明晰了政府部门在环境督查和执法上的重大职责，要求各个部门加大对于环保工程的建设力度，坚持不懈，推进工业环保改革，建设现代化环保生产体系。
2.1废气处理工程中的生物技术
工业生产中，会产生大量的氮化物、硫化物等污染性气体及大量温室气体，影响到大气环境，因此废气处理是环保工程的主要工作内容。在废气治理中，常用的生物技术有以下两种：①生物膜法。使一些微生物附着在多孔性介质填料中，使得废气能够在填料床层中得到科学处理，附着于孔隙中，经过微生物处理转化为有机物、中性盐等无污染物质，在废气全面净化后从风机排出，同时，生物膜还能够对废气进行除臭处理，达到全面净化废气的目的；②生物过滤法。利用干树皮、塑料、纤维性泥炭等作为填料，营造一个良好的微生物生存环境，接种多种微生物，将收集的废气污染物通过布满微生物的填料，在微生物的分解作用下，转化为无污染无臭物质，排出。
2.2污水净化工程中的生物技术
水体污染是即为严重的一个问题，一般情况下，污水中会含有酸碱物质、重金属等多种污染物，影到水体生态环境。在污水净化工程中，生物技术的应用原理为微生物活动降低或消除污水的毒性。目前，在净水环保工程中应用较为广泛的生物技术，为固定化细胞及酶技术。其技术原理为化学键结合法，根据污水中污染物的性质，选择合适的微生物，使用一定的技术手段将水溶性酶与其他不溶性的载体结合固定，形成具有催化活性但不与水相溶的物质，使用物理吸附法、交联法等制定固定化酶，对微生物中的细胞进行固定，获取固定化细胞。通过这一生物技术，可以对水体中的无机金属和有机污染物进行有效处理。此外，在水体中，农药的含量也会比较高，尤其是在一些农业较为发达的区域，使用生物技术，利用微生物对水体中的残存农药进行生物降解，能够有效降低农业生产造成的环境危害，同时，还可以利用这一技术进行农产品的清洁，确保产品的安全。
2.3固体污染物处理中的生物技术
固体污染物的处理主要是污泥、土壤的处理，通过生物技术的应用，可以快速将被污染的泥土恢复原有的性质，改善土壤生态环境。一般情况下，会利用以下两种生物技术进行固体污染物处理：①微生物法。可用于消除土壤中的重金属物质，改善土壤PH值，通过微生物的吸附特性及新陈代谢活动，可以将土壤中的重金属物质及酸碱物质快速转化为无污染物质，转化为土壤中的有机成分；②植物修复法。植物是改善土壤生态环境最有效的生物，通过微生物及植物的利用，可以对污染性土壤中的污染物进行有效控制，降低土壤污染扩散概率，实现对污染性土壤的治理。植物修复法是一种利用植物和微生物特性进行土壤治理的环保手段，高效简便，被广泛应用于土壤治理工程中。
