美国的中学每年也举办各种化学奥林匹克竞赛,但它的内容形式与中国的中学化学奥林匹克竞赛有些差异。现以美国的新泽西州举办的化学奥林匹克竞赛为例,介绍其特点:
1、竞赛的发起
新泽西州的化学奥林匹克竞赛是由新泽西州的技术研究所(NewJersyInstituteofTechnologyNJIT)在1985年的春天发起创立的,并与州立综合技术大学和州科技中心共同主办。发起创立化学奥林匹克竞赛的原因,旨在给那些在化学方面赋有造诣的中学生提供额外的教育经历,激发他们学习化学的兴趣和创造性,同时也让他们感受到化学的真正本质——既要体验到发现智慧的兴奋也要经历实验失败的挫折。化学竞赛的目标有:提供给学生挑战当今科学中与化学有关的社会、生活感兴趣的问题的教育经历;选拔在化学方面具有杰出成就的学生;通过竞赛所安排的研究项目和实验课题提高化学教育质量;鼓励学生把化学作为毕生所追求的事业;激发团队精神和倡导合作完成任务。
2、竞赛的经费支持
新泽西州举办化学奥林匹克竞赛的资金主要是由一些化学公司和专业团体协会所提供。新泽西州的化学奥林匹克竞赛一般在每年的五月份举行,竞赛组委会必须在前一年的十一月份把将要举行的竞赛的经费预算和上一次竞赛的报告一起提交给这些化学公司和专业团体协会以便得到资金的支持。竞赛的评委来自于新泽西州科技研究所(NJIT)及其他大学或化学公司的教授和工程师,这些评委是义务充当的,不需要提供薪水。一些图书出版商也捐献许多的书籍给那些竞赛学校的老师们,以表彰他们对竞赛的支持。总的来说,组织一次竞赛的费用尽可能的降到最小成本。
3、竞赛的组织及规则
新泽西州的化学奥林匹克竞赛面向州内的所有私立和公立的中学,参加者必须是以学校的名义报名,组委会不接纳以个人名义报名。由于名额有限,根据报名的顺序以最先的前四十个队为准,每个队必须由6至12名学生组成。每个学校最多可报两个参赛队,第一个队必须由10至12名学生组成,第二个队至少有6名学生组成。关于化学竞赛的须知以及具体的竞赛内容以通知的形式直接发放给各个中学,并且还在每年十月份举行的全新泽西州的科学教师会议上传达。也可以在化学奥林匹克竞赛的网站上看到,以便老师和学生提前准备。由于竞赛的内容是分项目进行的,学校在进行报名登记时必须注明参赛所选的具体竞赛项目和参赛队伍组成的具体日期,报名登记表一般在四月中旬最迟不超过五月初,以电子邮件、传真等形式提交给竞赛组委会。也可以直接在组委会的化学竞赛网页上报名登记。因为竞赛的内容有许多不同的项目构成,这些不同的项目又属于三种不同的类别。参赛队伍获得评分的条件:每个队必须参加最少四个最多六个项目,而且每个类别中至少有一个项目,否则将失去评分的资格。一些项目可能仅需要最先报名的16个参赛队,并且这些参赛队需要提交有关这个项目的声明表。也有一些项目要求参赛队伍在竞赛那天向主评委提交多版本的报告,报告和海报的撰写必须按照美国化学协会规定的格式。对于参加实验室类别各个项目的队员,在实验的整个过程中必须带上防护眼罩,还有一些其他的安全设施例如工作服、鞋套、发套等。另外,各队的带队教练必须签署一项关于这个竞赛安全协议,声明他们已经告知学生必须遵守安全预防措施。参赛学生被要求提交他们实验中所需的化学药品的安全数据表给竞赛组委会。
4、竞赛的评判及奖励
每个项目至少任命三个评委,主评委是NJIT的教授,其他的评委是来自新泽西州美国化学协会教师委员会的会员和当地化学公司的化学家或化学工程师,主评委和助理评委共同出项目的题目,题目具有详细的评分标准,并且这题目对于参赛学校又是可行的。当评判结束后,主评委按得分顺序把报告提交给组委会。团体总分是把每个项目的得分加起来。每个项目的得分是按积分点制计算,每个项目中的第一名获得15个团体分,第二名获得14个团体,依此类推。参赛的每个学生将获得一个参赛证书,每个项目的得分前三名队伍各获得一个奖杯,队中每个队员获得一个奖牌。获得团体第一名的队伍的所在学校将保存竞赛委员会特制的铂金坩锅一年的机会。每个队的教练获得一些书籍和礼物,每个参赛的学生和老师均有一件印有竞赛文字和图案的体恤衫,作为纪念。
5、竞赛的内容
新泽西州的化学奥林匹克竞赛的内容是以不同的项目的形式出现,纵观近几年的项目内容,可大致分为三大类型:研究类项目,实验室项目,一般类项目。每年项目的总数可以变化,项目的内容也可变化但都不超过这三大类型。参赛队伍并不需完成所有的项目,只要选择4~6个项目就行,这在前面的竞赛规则中已经提到。现将2002年新泽西州化学奥林匹克竞赛内容,详细介绍给大家。此次化学竞赛有十个项目组成:
5.1 项目一、pH值对生化反应影响的研究论文
5.1.1 背景
溶液中酸碱性与溶液中的氢离子和氢氧根离子的浓度有关,溶液中酸碱性对化学反应起到十分重要的作用,特别体现在人体和动植物体内的生物酶的反应中。血液是一种缓冲溶液,在血浆中存在着三种不同的缓冲体系,正是这三种缓冲体系的存在才使血浆的pH值控制在一个较小的范围内,如果血浆中的pH值的变化超过了人体的正常pH值7.3—7.5的0.5个单位,就会导致严重的疾病甚至死亡。
5.1.2 目标
学生被要求准备一份关于pH值对一系列生化反应的影响的论文。论文中应包括:(1)叙述有机体内反应的重要性(2)解释化学反应中热力学和动力学问题(3)对于怎样控制和监控pH值做一般的讨论。学生完成至少一个反应并记录观察的现象。
5.2 项目二、环境的研究:水资源的保护
5.2.1 背景
每个参赛队得到250mL来自水库的水样,水库的水是由一条溪流和1700英亩地下水保护区水井中的水构成。一条高速公路和几条乡村公路沿着水保护区外围并穿过保护区。这几条公路到了严寒的冬季都被撒上盐。在这个水保护区域里有一个巨大的居民住宅发展区,一个高尔夫球场,一个牧场,及七个二百英亩的一般农场。这条溪流穿过这居民区、高尔夫球场和两个农场。有900头牛和其他的牲畜在农场里。农场种植谷物和喂养牲畜的干草,农场的土地是粘土质的,从殖民时期起这里一直作为农场。水库中的水是这个地区二十万居民的仅有的水资源,水库中的水加入可溶性阴离子的无机固体物质以达到饮用水的标准,才能提供饮用。
5.2.2 问题
根据上述资料确定水中存在的可能的污染物,以及这些污染物是怎样进入水体中?
5.2.3 目标
估计每种污染物的量:用标准的鉴定方法测试水样中所猜测的污染物,用基本的技术推断每种污染物的污染级别;研究这些潜在的污染物对环境和饮用水的影响,以及人饮用了含有污染物的水有什么影响;报告污染的级别指数及使用的方法,包括方法中所使用的相关的化学反应方程式,测试结果与美国家环境标准作比较;研究消除这些目前存在的污染物的步骤,及其费用和有效性。
5.3 项目三、化学工程的研究:晶体的解离
5.3.1 背景
化学工业操作中,化合物在液体中的解离是一个重要的过程,例如溶解固体形成反应溶液。解离在生物系统中也十分重要,例如病人体内的药物的溶解。解离过程是一个复杂的现象,解离的速率受许多因素的影响:例如晶体的形成;可溶的晶体化合物在环境溶剂中的溶解性;系统的温度、粘度和密度;晶体周围液体的搅拌速率;晶体悬浮的状态。影响解离速率的变化因素能够通过实验来研究也可以从理论中推测出来。
5.3.2 目标
此项目要求学生通过实验设计来理解解离现象,此实验设计适当地放大一定的比例就可应用于化学工业操作中。在实验中搜集数据和分析数据。在竞赛的那一天只要求学生解释怎样使用模拟工业操作装置获得数据的。
5.4 项目四、网页设计:实际的污水处理工厂
目标:学生要求设计一个网页,此网页应描述工业中运用化学工程原理处理污水的运作过程。并构建一个污水处理工厂的模型,对于那些甚至没有化学工程经验基础的中学生也能模拟处理流程。网页中具体内容应包含:化学工业操作过程指南;化学工业设备的交互模型平面流程图或三维走势图;利用此模拟图的方法说明;对于实际执行的放大比例的信息;引用各种关于此方面学术的和实践的信息源;原创的图片和表格。网页应具有的特点是吸引人的、易操作、原创性的、风格独特的。
5.5 项目五、电化学实证演示
目标:要求学生用三分钟的时间实证演示和解释电化学的概念。演示一至两个电化学的实验,实验应表现生动,学生应准备一篇论文,论文中应描叙怎样应用这个实证演示在电化学教学中;演示实验所要达到的各种教育目标;一个安全的演示实验所完成的指导和步骤;所需要提供的设备和材料;相关参考文献。
5.6 项目六、化学物质的命名
目标:在三十分钟里完成50个有机和无机化学物质的命名和分子式,这些化学物质包括元素、化合物、酸碱、配位化合物、盐、简单的有机化合物和普通的矿物质。
5.7 项目七、信息的搜索
目标:利用因特网信息资源找到五个与化学相关问题的答案,并注明所用的网址。
练习1
找到讨论关于新泽西州空气污染的网页,这些网页来自(1)新泽西州政府机构(2)联邦政府机构(3)保护空气组织(4)改进和消除空气污染的新泽西州的公司,注明机构、组织和公司的网址
练习2
利用数据库搜索有关此课题的科技文章,学生被要求使用所列出的五个数据库中的两个来搜集相关信息。当学生搜索到相关文章后,列出参考文献信息例如:作者、题目、杂志名称、卷期、页码。
5.8 项目八、有机实验室
目标:在限定的时间里完成有关实验,在竞赛准备期间,每个团队的两名队员在其学校完成以下实验:酯的形成;苯甲醛的氧化;豆蔻中的三豆蔻碱的分离;片呐醇的重排。到竞赛时,要求测出所制造出的产品的熔沸点及产率,并把所测得数据交给评委。
5.9 项目九、微型实验室1-酸碱滴定
目标:此项目的目标是利用微量的化学方法测出未知浓度的醋酸,关于竞赛中要求的标准滴定细节可参考化学竞赛网页
5.10 项目十、微型实验室2-定量分析
目标:此项目的目标是分析和确定三种阴离子,未知溶液中可能含有以下阴离子:氯离子、溴离子、碘离子、碳酸根离子、硫离子和硝酸根离子。所有阴离子的溶液浓度均为0.2M.