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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇大學化學方向,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:軍隊院校 大學化學 教學內容改革
軍隊院校是培養軍事人才的主陣地,軍事人才個體素質要求的變化和軍事人才隊伍結構的調整,直接推動軍隊院校教育進行相應的變革和轉型[1]。大學化學是軍隊院校重要的通識教育公共基礎課程,是培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的高級科技人才所必須的,是培養21世紀全面發展的軍事人才知識結構和能力的重要組成部分。為了我校一三旅初級指揮學員的培養,更好地讓他們適應軍隊現代化建設的需要,有必要進一步明確大學化學的定位和發展方向,對學員進行與化學相關知識的教育,努力培養具有實際任職能力的合格軍事人才。
1、大學化學的傳統教學內容
對于傳統大學化學的教學,我們的著重點是化學基礎知識、基本概念和基礎理論,即讓學員在中學化學的基礎上,對化學反應的基本規律、變化過程中的能量關系以及物質組成、結構與性能的關系等有一個比較全面的認識;對化學實驗基本方法做進一步訓練,為學習新理論、新技術和相關的科學研究奠定必要的化學基礎;使學員適當了解當前化學學科發展的特點及與其他學科的聯系、交叉和滲透,進一步了解化學對科技發展和社會進步的影響,從而使學員在部隊及日常生活中能夠運用化學的觀點和所學的化學知識分析問題和解決問題。
2、大學化學教學內容改革的方向
2.1 對學員進行軍事化學教育
現在生活離不開化學,現在軍事更離不開化學?;瘜W知識在戰爭中的應用日益重要,兩次世界大戰、海灣戰爭、阿富汗戰爭、伊拉克戰爭等等,無一不牽動著愛好和平的人民的神經,特別是作為軍校學員,將來會擔當起保家衛國的重任,學員們也時刻關注著風云變幻的國際形勢,對學員進行化學與軍事相關知識的教育,使學員自覺地主動地為祖國的振興、民族的繁榮而努力學習化學知識顯得尤為重要。而在傳統的大學化學教學中存在著軍事特色不突出的問題,有必要對其進行改革。
就目前而言,我們所選用的教材涉及到軍事化學的內容很少,因此,作為大學化學教員,就應該不斷的更新觀念,關注軍事化學研究的發展,充實和完善自己的知識結構。教員聯系周期表,可重點闡述一些與軍事有關的典型物質的性質及應用。例如:稀土元素。在軍事方面,稀土有工業“黃金”之稱,由于其具有優良的光電磁等物理特性,能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料,比如大幅度提高用于制造坦克、導彈的鋼材、鋁合金、鈦合金的戰術性能等。稀土科技一旦用于軍事,必然帶來軍事科技的躍升。教員還可以采取講座的形式,介紹化學基本原理在軍事高科技中的應用,讓學員了解軍事戰爭中應用到的化學知識及所產生的危害,內容可包括軍用核技術、偽裝隱身技術、生化武器等等。
2.2 對學員進行綠色化學教育
綠色化學是20世紀90年代初產生的新概念,它代表了人類社會可持續發展的一種長遠利益,是化學發展的更高層次,是化學未來發展的方向?;瘜W在人類的發展中發揮了巨大的作用,制造出了塑料、新藥品、紡織品等數千萬種醫藥和化工產品,但同時卻產生了大量的副產品——工業三廢。因此,要想享受化學給我們帶來的方便而減少化學帶來的危害就要提倡綠色化學,化學教員就承擔起了對學員進行綠色化學的普及和宣傳的任務。
教員可以聯系生活中的實例介紹綠色化學的相關知識,比如,我國每年食物中毒人數約為2~4萬人,并且估計這個數字尚不到實際發生數的1/10[2]。其原因就是農藥殘留等,如果選擇對人無毒或無殘留農藥,這些問題就迎刃而解了,這就是與我們息息相關的食品安全問題中包含的綠色化學。教員還可以在課堂上設計一些生活中與綠色化學有關的問題:為什么要使用無鉛汽油?為什么要限制含硫量高的煤的使用?通過這樣的教學方式作為教學改革的一種嘗試,可使學員在潛移默化中接受綠色化學教育,使綠色化學的思想融合于大學化學教學中,這樣也有助于提高學員學習化學的興趣。
2.3 對學員進行計算機化學教育
今天,以計算機及其網絡深入到社會各個層面為標志的數字化新世紀已經到來,這也將使傳統化學發生深刻的變化。數字化新世紀的化學不僅要靠“濕”實驗室來發展,同時也要依賴于“干”實驗室來輔助和補充。所謂“濕”實驗室就是傳統意義上的化學實驗室,“干”化學實驗室則是指數字化虛擬仿真化學實驗室?!案伞?、“濕”相結合才能更高效地孕育出新的化學實體,才能大大提高化學非凡的創造力。
虛擬仿真化學實驗室集成了多種關鍵軟件,融合了計算機技術、化學及其相關學科的最新理論成就。通過使用虛擬仿真實驗室,不但可以突破傳統單一化的實驗教學模式,提高學員的理解和記憶能力,還可以保證學員實驗的可重復化、實驗的安全化,實現實驗的綠色化,更好地完成教學任務[3-4]。軍隊建設正處于以信息化為標志的新的發展時期,使用以計算機為支撐的虛擬仿真實驗室來推進大學化學的教學改革,必將成為改革的一個亮點。
3、結語
通過對學員進行軍事化學、綠色化學以及計算機化學教育,既優化了大學化學的知識結構,拓寬了專業面,又在不增加學員負擔、不讓學員窮于應付的前提下,逐漸改變學員被動式學習的習慣,增強了自主學習意識,為培養基礎扎實、知識面寬、任職能力強的合格軍事人才奠定了堅實的基礎。
參考文獻
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[2] 張春燕.綠色化學教育在大學化學教育中的作用[J].柳州師專學報,2006,21(1):90-92.
關鍵詞:創新設計能力;化學;實驗教學
當今的社會已經是一個高度發達的知識化、高度信息化以及智能化的科技時代,以科學、信息技術以及知識的迅速發展帶來了前所未有的挑戰,現在,技術不僅改變著人們的生產和生活方式,而且改變著人們的思維方式?,F代教育的核心內容開始轉移到以培養創新精神、增長創新才能、培養終身學習的愿望以及訓練創新思維為目標的創新教育,是新世紀教育改革的重要學習方式之一[1]。眾所周知,化學是一門以實驗為基礎的自然學科,尤其是大學化學其實驗教學在現代教學中占有極重要的地位。同時,大學化學實驗教學也是大學教師常采用的教學方法,同時也是培養現代大學生用于提高其大學化學學科素養以及培養現代具有創新精神的有效方法。然而,在現實生活中,很多大學化學教師在教學過程中往往會忽視其實驗的教學方法,在一定程度上弱化了現代大學生的實驗能力的提高,尤其是現代大學生創新能力的培養[2]。如何改變這種困境,怎樣提高學生在化學實驗的教學效果呢?本文從學生化學實驗設計能力角度出發,我們在把握無機化學實驗設計能力培養的涵義及創新意義上,從而提出一條具有創新性的策略以供其參考。
1在課堂上要開展大學生的化學實驗的設計創新能力
1.1教學策略
首先,要完成現代大學化學實驗教學從而解決在此過程中發現的新問題,被看成是現代大學化學實驗教育的創新學習。而傳統的教學方法是以化學實驗為基本的教學內容,以教師為主導、學生為主體,在教與學過程中所實施的系列化與創新性學習的過程,此種教學方法的目的是讓現代大學生通過創新性實踐活動、創新性思維的培養讓現代大學生從創新的實驗教學和實驗經驗的培養走向創新的人生過程。在創新性實驗教學過程中,著名的美國心理學家馬斯諾提出,創造性一般分為兩類:一類是“有特別才能的創造性”,如藝術家、書法家、科學家等天才人物的創造性;第二種是“有自我實現的創造性”,如培養大學生在化學理論和實驗學習過程中的行為、活動與經驗。在現代大化學實驗教學過程中,凡是大學生通過自己的知識水平、智力水平、學習能力等能夠獨立地“發現”或發明未曾學過或接觸過的知識,對在大學化學實驗過程中提出新穎的設想、能夠獨立的設計、完成大學化學實驗,從而解決新問題、完善新技術、提出新方法等。而與之相對應的是化學實驗創新教學,一般是以大學化學實驗為基本教學內容,以教師為主導,學生為主體,在實驗課堂上實施的化學實驗創新學習的過程。其目的是培養創新性的大學化學實驗活動、創新性的思維和創新性的素養,讓現代大學生通過創新能力的培養走向創新的人生[3]。
1.2教學的組織形式
傳統意義上的化學實驗創新教學,是以小組合作學習為基本的組織形式。一般來說,在大學化學創新實驗教學中,學生一般從文獻處理、搜集資料、進行試驗設計、進行試驗、整理數據一直到得出結論,這些工程都是大學生在進行著自主創新、自主設計的探索的創新活動,而且在整個化學實驗過程中采用4~7人為一個教學小組的合作形式。因此,我們在開展大學化學實驗教學時,一般都采取以4~7人為一個小組的合作與競爭性學習、研究為主的形式,在這一過程中,我們同時兼做到個體研究、小組探討到班級集體探討相結合的方式,在實驗教學實踐過程中,系統有機的把創新思維、創新方法和創新探索與合作競爭學習結合在一起,從而培養現代大學生的綜合素質。
1.3情境設置
提出問題是科學探究的一個主要要素。課堂教學中尤其是化學實驗教學中問題的設置、問題的內容和表述應具有科學性、合理性、技術性以及可探究性,化學教師要在研究并熟悉教材內容、教學方法、教學大綱的基礎上進行學情分析,合理的設置一些問題情境,分析學生的知識現狀、能力要求,尤其是多關注一些學生的實驗學習能力以及遇到問題分析問題解決問題的能力,從而在情境下激發起學生探究的需求,幫助學生明確探究目標,把問題的疑點層層分解,并逐一解決。因而實驗問題的創設既要兼顧已有知識,同時又要讓學生通過探究得以解決。通過上述一組情境,讓學生對科學、嚴謹的探究問題產生思考、討論,進行實驗設計、找到解決的辦法和動手做實驗,真正的讓學生在實踐過程中領悟“過程與方法”的探究歷程,著眼于培養學生的科學素養培養他們攫取新知識的能力[4]。
2培養化學設計實驗的方法
2.1規范實驗操作
給學生樹立一個意識:要想取得成功必須要有優秀的學習習慣。優秀習慣重要性不言而喻,但具體到化學實驗操作而言,只有樹立正規、按步驟的操作方法才能形成良好的操作習慣,從而才能達到實驗的目的。在做大學化學實驗的時候要認真、仔細地按照實驗操作流程進行實驗操作,這樣就可避免各種事故的發生,從而在實驗教學、實驗探討過程中做到做到安全實驗。
2.2課外活動
設置課外活動的目的是為了豐富現代大學生的精神生活,從而擴大其視野、培養修養、陶冶情操以及激勵創新設計的有效陣地,因此是現代大學生實施和培養創新能力的重要場所和陣地。現代大學生可以通過家庭性的小實驗、通過戶外實習以及多樣化的第二課堂活動,一般能有效地培養、開發現代大學生的創新意識、創新方法以及創新設計能力,在這一過程中能夠提高現代大學生的科學素質。因此,在現代大學化學實驗教學過程中,我們重在培養大學生在實驗教學過程中的自我實現、自我發展以及自我完善的能力,重在鼓勵學生通過創新實驗能力的培養能夠獨立的對一些問題提出新的觀點、看法,提出解決新的問題的方法及采取的措施等,要讓大學生充分利用家庭實驗、戶外活動以及第二課堂等來開發現代大學生的創新設計才能和創新設計意識,為將來的發明創造奠定良好的基礎。
2.3社會實踐
社會是現代大學生實施創新實驗設計教育的宏觀途徑,不僅有助于培養現代大學生的創新能力,而且有助于培養現代大學生的團隊合作意識。因此,我們鼓勵大學生走出課堂、走出教室、走下網絡,廣泛地接觸社會,這樣更有利于創新性方法、意識和能力的培養。可以采取各種的社會調查活動,書寫調查報告,及時的了解掌握國內外關于先進的科技發明及技術創造的過程,使大學生廣泛的進行現場教學活動。并結合具體的大學化學實驗教學內容,讓大學生廣泛的到工廠、企業進行現場教學,從而了解到大學化學知識在現在社會上的具體應用;同時還可以舉辦各種形式的專題報告活動,在現場介紹其發明設計和創新思維過程等。通過上述這些活動都能促進現代大學生創新思維、創新意識和創新能力的培養及開發,從而激發大學生進行創新設計的熱情,培養大學生創新能力的提高和增長大學生的創新技能。
3結論
大學化學實驗教學作為培養我國創新性人才的重要組成部分,因此對大學生的創新意識、創新能力的培養具有重要的參考作用。在大學化學實驗教學的過程中,重在培養大學生的創新思維能力,首先應設置富有創新意味的教學情境,可以通過熱點、焦點問題引入實驗教學;對于生活常識的研究;可以設置探索性、問答式問題等方法,從而引發大學生對于化學實驗教學探究的強烈興趣,點燃大學生的創新的情趣,在積極的心理氛圍中幫助大學生打開創新的大門;其次,在教學的實施階段,一般首先進行創新意識的訓練,然后幫助進行大學化學實驗的創新實驗設計,作為教學的主策略和重點。當然除了以課堂教學之外,還可結合課外活動、第二課堂、慕課與翻轉課堂、微課等多樣的形式,進行創新性設計活動,讓大學生在創新思維的火花引導下展開想象的翅膀,從而培養在實踐中發現問題、分析問題、解決問題的能力,在動腦、動手進行研究,最終創造性的解決問題。
參考文獻
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關鍵詞:大學化學實驗;考核方法;考核標準
大學化學實驗是化學實驗課中的一個重要分支,同時也是工科專業,如化工、環境、醫學、藥學、材料等專業本科生進入大學后所學習的第一門基礎性實驗課。大學化學實驗和理論課程具有同等重要的地位[1-3]。因此,大學化學實驗課不僅面臨著與高中化學實驗課程銜接的任務,還為后續實驗課程培養學生的基本操作能力,同時更要培養學生良好的科學素養,實事求是的科學態度、良好的實驗室工作習慣,以及分析、解決問題和實踐創新的能力[4]。大學化學實驗課程考核是實驗教學環節的重要組成部分,其考核方式的改革和考核標準的制定對學生創新素質的培養以及課程教學質量的提高,起著極其重要的作用[5]。作為理工類本科院校,本校諸多專業的學生都要學學化學實驗,大學在增加實驗教學投入,更新實驗儀器,調整師資方面做了改進,然而,大學生的實驗技能仍需不斷提高。本文分析了我院當前的大學化學實驗考核標準與方式,提出了改革的方向,初步構建了相應的評價體系。
1傳統大學化學實驗考核方式存在的問題
傳統的大學化學實驗多以預習報告和實驗報告成績為主要考核依據,忽視了對實驗過程中操作技能的考查。這種單純依靠實驗報告給出分數的考核方法不夠客觀,會給部分學生造成實驗報告是實驗課最重要環節的錯覺,從而在課前預習、實驗操作、現象觀察、數據記錄與結果分析環節得不到最好的鍛煉[6]。大學化學實驗課程是一門以實驗操作為主的實踐課程,必須將實驗操作考核貫穿于整個實驗教學過程[7]。因此,我們從建立實驗考核標準入手,在考核方法、手段上進行了行之有效的嘗試,從而提高了學生學學化學實驗課的積極性和主動性,同時也激發了學生的學習熱情;不僅培養了學生實驗動手能力,更鍛煉了他們分析問題、解決問題能力,從而提高了大學化學實驗課的教學質量。
2新考核方式的具體內容
新的考核方式更注重實驗過程考核,大學化學實驗成績依然采用的是百分制,具體考核方式為平時與期末考核相結合。對平時每一次實驗,進行隨堂考核;在期末進行實驗基礎知識和操作技能考核,成績分配按照平時成績70%,期末成績占30%。
2.1平時考核
平時成績占實驗總成績的70%,以百分制計分。從預習報告、實驗操作、實驗結果以及課后實驗報告多方面綜合評分。預習報告、實驗操作規范和實驗報告(包括實驗結果)分別占平時成績的20%、40%和40%。
2.2實驗預習
課前預習是大學化學實驗課不可忽視的環節。化學教研室的老師們精心制作了大學化學實驗網絡課程,內容包括實驗目的、原理、操作步驟、思考題,并有詳細的ppt供學習。實驗開展之前,學生需在認真學習網絡課程的基礎上,正確回答十個問題,網絡課程系統會自動給出成績,成績達標后,本次實驗預習就算合格。該部分成績占據平時成績的20%。
2.3實驗操作規范評價
大學化學實驗按照實驗內容可以分為:無機化合物性質驗證、無機化合物合成、化學分析以及綜合實驗。根據不同的實驗類型,擬定相應的實驗操作規范評分標準。比如,無機化合物性質驗證實驗主要是培養學生觀察、記錄實驗現象的能力,因此考核側重于檢查實驗結果;無機化合物合成實驗則側重于操作過程,涉及溶解、蒸發、結晶和過濾等操作,每個操作步驟都需要教師仔細評判,并及時糾正操作有誤的地方;化學分析即滴定實驗,側重的是各儀器的規范使用、滴定終點的判斷、實驗結果的準確記錄,這些都需要教師全程跟蹤,及時糾錯,實時評價。為了更好的培養學生的實驗能力,教師在學生實驗前,為學生重點講述實驗原理和操作步驟,同時講解實驗中的注意事項。學生在實驗過程中,老師給出科學的評價,該部分成績占據平時成績的40%。
2.4實驗報告
對實驗報告的考查主要從以下幾方面:(1)實驗報告格式是否規范;(2)實驗原理是否清晰;(3)實驗內容記錄是否完整,數據是否可靠;(4)是否完成了課后思考題。通過實驗報告的撰寫,可以培養學生們認真記錄實驗數據的習慣,為將來進入研究生階段的學習,打下堅實的基礎。在實驗報告批改過程中,教師將學生實驗結果記錄在冊,然后給出相應的成績。該部分成績占據平時成績的40%。
2.5期末考核
期末考核成績占總成績的30%。期末考核分為理論考試和操作考試兩個環節,理論考試的內容涉及實驗原理、儀器設備使用注意事項、各個實驗中重要的實驗現象和注意事項等,該部分可以以閉卷考試的形式進行考核,所得成績占據期末考核成績的40%。期末考核的重點是操作考核,在所開設的實驗中,選擇一個綜合實驗作為考試內容,這樣可以全面地考核學生的基本實驗動手能力。例如我們在此次大學化學實驗考核改革過程中選用的考試實驗:硫酸亞鐵銨的制備與含量分析[8]。該實驗由三部分內容組成,一是硫酸亞鐵銨的制備,這是屬于無機合成部分的實驗,主要考察學生水浴加熱、蒸發結晶和過濾等基本操作技能;第二部分實驗內容是高錳酸鉀法測定亞鐵離子的含量,這是屬于化學分析部分的實驗,主要考察學生準確稱量和滴定的技能;三是無機化合物性質實驗,通過實驗現象的觀察對樣品進行半定量分析。具體考核時,要求學生在預習的前提下自選儀器,在規定時間內合成目標化合物、并對其進行半定量分析和定量分析,最后完成數據分析,給出明確的結果。教師根據學生在實驗過程中的各方面表現進行打分,所得成績占據期末考核成績的60%。這種考核方式,在檢驗學生學習成效的同時,也能提高學生學習的積極主動性,收到較好的教學效果。
3結論
大學化學實驗課程改革是對考核方式和考核標準的細化、量化規定。這種改革不僅體現在形式上,更體現在過程中。無論是課前、課上以及期末考試,都對學生提出了更高、更具體的要求。采取多種考查方式,全面科學的評價學生的實驗成績,不僅考查同學們對實驗的掌握情況,也可以調動同學們的學習主動性和積極性,同時也培養了學生們正確的實驗觀念,科學的操作規范,為其后續課程奠定良好的基礎。
參考文獻
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目前,我國對于化學類高水平人才的培養主要包括三個階段,即中學化學教育、大學化學教育與研究生化學教育。其中,研究生化學教育主要以培養學生對化學知識的綜合運用能力為目標,在這一過程中,學生完全處于主導地位,與其說培養學生,不如說學生在展示自己掌握的化學能力。與研究生教育階段相比,中學化學教育與大學化學教育則是以培養學生對化學基礎知識的掌握與理解為主的兩個階段。在學習興趣培養、基本概念掌握、化學規律理解等方面,二者相輔相成、缺一不可。然而,現實存在的問題是,由于教學對象的不同,教師群體的差異,在中學化學與大學化學教學體系在整體設計上,二者往往習慣性地被分開進行。中學化學教學過程不考慮大學化學的知識體系,而大學教學也經常忽視中學化學的教學內容,造成這兩個階段化學知識的傳授銜接性較差。這種情況下,最直接的影響就是多數學生在由中學轉入大學后,對于某些基礎化學知識的學習,往往有種似曾相識但又模糊不清的感覺,化學學習缺乏著力點;此外,大學與中學兩個階段學生學習模式的差別較大,時間一長,很容易導致學生對化學學習興趣的降低,甚至反感對化學知識的學習,極大地影響了化學學習效果。值得慶幸的是,現在有很多教師已經開始意識到這方面的問題,并開始予以關注與探討。
筆者根據自身對大學化學知識體系與教學模式的掌握與理解,結合近十年在中學化學教學過程中的親身體會,擬從理論教學、實驗教學以及課程考核三個方面,簡要探究大學化學知識內容與教學模式在中學化學教學中的指導作用。
一、理論教學
理論教學是化學教學的主要組成部分,也是中學化學教學的主要難點之一。目前,考慮到中學生對某些抽象理論知識的接受能力,中學普遍采用的化學教材中,往往很少涉及關于化學基本理論方面的詳細知識內容。例如,大學化學知識體系中的化學熱力學、化學動力學、平衡常數、電極電勢、原子分子結構、電子雜化等理論知識,在中學化學教學中要么根本未涉及,要么不要求定量表述,往往將復雜問題簡單化,這樣的教學內容設計優點在于能夠使學生在較短時間內掌握化學的基礎知識。然而,由于在教授上述知識點的時候缺乏理論上的引導,往往會使學生在知識的掌握上不夠扎實。為了有效彌補這種缺陷,只能讓學生一字不差地去記憶,同時進行大量的解題訓練,以強化這種記憶。這種教學模式表面上實現了學生對基礎知識點的掌握,但是往往也會造成學生“學而不思”的不良學習習慣,再加上強迫式的記憶手段,很容易造成學生對于知識學習的反感。
除此之外,在缺少理論學習的情況下,很多學生還會出于對某些化學結論或化學現象的困惑而提出一些超出教材知識點的問題,如“為什么苯不能使高錳酸鉀褪色,而甲苯能?”“sp2雜化與sp3雜化有什么區別,二者之間的最終結果是怎樣的?”,等等。目前中學教學改革的核心就是把課堂還給學生,充分發揮學生的主觀能動性,鼓勵學生提出問題。那么,當學生提出諸如上述超出教材知識點范圍的問題時,作為教師,應該怎么處理呢?或許有些教師以一句“這不是你現在需要掌握的內容”予以安撫,某些脾氣較為急躁的教師,更是直接回答“不要問這么多”。這種簡單粗暴地回答方式很不利于學生對化學學習興趣的培養。那么,作為一名優秀的教師,如何來回答這種問題呢?前面我們已經提到,化學知識的教學是一個龐大的體系,作為這一體系的兩個組成部分,許多中學化學教學中沒有涉及的理論問題往往在大學化學知識體系中均能找到答案。因此,對于中學教師來說,在熟悉并深入鉆研中學化學教材,科學、完整地掌握教材教學內容的同時,充分借助大學化學知識來充實自己的知識面,提高自己理論教學水平是非常有必要的。將部分大學理論知識點,如價鍵理論、分子軌道理論和碳的雜化軌道理論這些在中學化學教學中能用到,但教材中敘述又不太清楚的適當引入中學教學中,使學生對于化學知識的學習能夠知其所以然。如,不僅要知道水分子空間結構是折線形、氨分子是三角錐形,還應弄清這是原子軌道sp3不等性雜化的結果;不僅知道各種反應速率的不同,還應該明白這種現象是由反應活化能差異等因素造成的。這種結合理論本質講現象,再通過現象解釋理論的教學模式,不僅有利于學生對化學基礎知識的掌握,同時對于學生化學學習興趣的培養也是大有裨益的。
二、實驗教學
人類對任何知識的學習動力均源于興趣,而培養學生化學學習興趣的最佳手段之一就是實驗?;瘜W是一門以實驗為基礎的自然學科。所以,從這個角度上講,學習化學更多地應該從實驗入手,通過各種各樣的實驗現象來激發學生對化學知識的學習渴望。然而,現行的中學化學教材中,很多實驗設計的重心在于如何讓學生做好實驗、做對實驗,結果驗證型實驗較多,而用于培養學生設計實驗、開發實驗的探究型實驗相對較少,換句話說,學生做實驗只是“照方配藥”,只動手不動腦,缺乏必要的理性思維。那么,在中學化學教學過程中,如何有效解決上述問題呢?大學化學教學實驗的設計可以給我們提供一些很有價值的教學思路。目前,在許多高?;瘜W實驗教學體系中,增設了很多讓學生自己動手設計、操作并給出實驗結果的綜合性教學實驗。這種實驗教學模式在很大程度上調動了學生學習的主觀能動性,使學生在實驗過程中能發現問題、分析問題并解決問題,有利于學生創新思維的培養。當然,受硬件條件的限制,上述大學實驗教學模式在中學化學實驗教學中完全照搬也是不可取的。我們可以取其精髓,根據自己的實際情況來設計具有中學特色的實驗教學模式。例如,提供必要的儀器、試劑,讓學生自己設計實驗,既而動手實驗,得出結論。如在講Fe3+與Fe2+的性質時,可以先引導學生從氧化還原角度分析Fe3+、Fe2+各具有什么性質,然后根據所給的儀器、藥品動手實驗,通過對實驗現象分析得出結論;在某些實驗中,還可以適當地引導學生對課本中現有的實驗裝置或原理進行改進或完善。這種完全依靠學生自己動手操作、思考的實驗過程卻恰恰能夠起到鍛煉學生創新思維、提高學生綜合專業能力的教學目的。
三、課程考核
課程考核是教學過程的關鍵環節,是反映教師教學效果與學生學習效果的重要手段,具有從教與學兩方面檢驗教學質量的功能。目前,中學化學課程考核仍然采用傳統的試卷考核方式。然而,以這種考試方式得到的成績往往被賦予了很多其他特殊的含義,使學生無形中承受了更多的壓力。因為,在學生看來,一份試卷成績不僅代表自己的學習效果,它在很大程度上代表了父母與老師的寄托,代表了自己的前程,這種對于成績的認識顯然是非常片面的。目前,許多在大學從事化學類課程教學的教師已逐漸意識到這一問題,并已經開始著手進行各種化學類課程考核方式的改革與探究,如以課程報告、小組討論并提交論文等方式來取代單一的試卷考核,這為中學化學教學考核方式的改革提供了一個參考性的嘗試方向。例如,我們可以結合學生平時的課堂發言表現進行綜合打分,或者對學生在實驗學習過程中的綜合表現進行考核,并將這種考核得分融入期末考試成績的核算中。相信這種帶有學生平時能力考核的打分方式應該更能夠綜合反映出學生對化學知識的掌握情況,對學生化學學習興趣的培養,也是非常有利的。
大學化學教育是中學化學教育的延展和加深,二者一脈相承,缺一不可。從學生的角度來講,學好中學化學,有利于學生在大學化學學習過程中對更多化學基礎知識的掌握與理解;而對于教師而言,隨時了解并更新自己對大學化學知識體系與教學模式的掌握,對于提高個人的教學水平、改善化學課堂教學效果、增強學生化學學習興趣與學習效果均起到重要作用。
高等學校是培養未來工程師的搖籃,化學是理工農醫類各專業的重要基礎課程,因此在高等教育中滲透綠色化學的理念,進而從高等教育的源頭上杜絕環境污染是十分必要的。綠色化學(GreenChemistry),又稱環境友好化學(EnvironmentallyFriendlyChemistry),是以化學反應“原子經濟性”為基本原則,即在獲取新物質的化學反應中充分利用參與反應的每個原料原子,在始端就采用實現污染預防的科學手段,因而過程和終端均為零排放和零污染,是一門從源頭阻止污染的化學。它不但是化學科學與化學工業可持續發展的必由之路,還是2l世紀化學技術的發展方向,已成為當今國際化學科學研究的前沿。將綠色化學理念融入化學教育的全過程,使學生樹立起綠色意識,培養學生綠色化學研究能力,提高科學素質水平,成為高等學校人才培養目標之一。為此,我們在大學化學教學實踐中,通過理論教學和實驗教學中的各環節,構建新的教學體系,對學生灌輸綠色化學理念,培養適應國家可持續發展的高素質綜合型人才。
1大學化學教學中灌輸綠色化學理念的重要性與必要性
近年來,隨著環境污染的愈發嚴重和公眾對環境問題的日益關心,尤其是近年來我國多地連續出現大面積的霧霾天氣,迫使人們思考保護環境和發展經濟的兩者關系問題。究竟是先發展經濟后治理環境,還是在發展經濟的同時就杜絕環境污染的發生?人們開始對化學工業提出質疑,認為這一切主要是由化學造成的。面對這種情況,化學教師在日常教學中對學生進行綠色化學理念教育就顯得尤為必要,是培養具有綠色意識和環保能力高素質人才的基礎,也是解決環境問題的根本出路。同時化學工作者也應該深刻反思,回過頭去看看化學給環境帶來了哪些負面影響,總結經驗教訓,按照綠色化學12條原則的要求,研究出新的原子經濟合成路線,開發出新的綠色化合物。綠色化學與環境保護不同之處在于:綠色化學不是被動地治理環境污染,而是主動地防止化學污染,從而在根本上切斷污染源。目前綠色化學在節約能源、防治污染、保障人類健康與安全等方面發揮著日益顯著的作用,受到了社會的極大關注,發展綠色化學成為當今社會的迫切需要和大勢所趨。讓學生們堅信,化學在創造出更多的高新技術材料的同時,也一定能避免無用的、有害的物質產生。教師應該用實際生動的范例充實我們課堂教學的內容,按照范例所涉及的知識點,自然地、形象地滲透到大學化學中。滿足社會的需要是大學化學教學的重要目的之一,21世紀社會需要的是具備高科學素質的“綠色工程師”,他們肩負著建設祖國未來的使命,是國家的棟梁之才。學生在校學習階段就牢固樹立起綠色化學和環境保護的意識,使他們自覺的成為未來環境的保護者。因此,作為培養未來高級專業人才的高等學校,為適應21世紀社會對高級人才培養需求,在大學化學的教學中,融入綠色化學的理念,使學生了解綠色化學,認識綠色化學,構建起綠色化學思維,方能從根本上預防環境污染事件的發生,解決目前環境面臨的困境。
2大學化學實驗教學中構建綠色化學理念的探索
化學是以實驗為基礎的自然學科,實驗教學在大學化學教學中有舉足輕重的作用,但實驗也是產生污染的主要渠道之一。人們的傳統思想是化學實驗造成污染是不可避免的事情,“環境保護”就是治理污染,更不會想到還可以從源頭上防止污染的產生。首先我們在實驗教學中,堅持讓學生在實驗前對實驗內容預習,并寫出預習報告,在預習報告中包含設計具體實驗步驟,盡量減少試劑用量,實驗結束對實驗室廢液的如何處理,減少“三廢”的排放,以降低污染和減少浪費,從而實現綠色化學的理想和目標,其次對實驗教學內容進行“綠色化”改革和創新,在保證學生基本實驗技能得以訓練的前提下,盡可能開設對環境友好的實驗。具體來說要做好以下兩方面的工作。一方面,改革實驗部分內容。遵照綠色化學的理念,從實驗項目和內容抓起,從源頭上阻止污染。因此,在實驗教學中要實現教學內容的綠色化,最先考慮的是實驗項目的設置,既要能體現實驗教學的目的,又要能達到化學實驗的“綠色化”。如沉淀溶解平衡實驗,經典的Pb(NO3)2和K2CrO4生成黃色PbCrO4沉淀,盡管現象明顯,但Pb、Cr都是有毒重金屬,會對水資源造成嚴重污染。為此選擇Na2SO4和BaCl2作為沉淀試劑,生成白色BaSO4沉淀,現象明顯,實驗效果良好,既達到了實驗目的,又減少了有毒物質的使用和排放。對于某些與綠色化學理念相悖有毒的驗證性實驗,亦不能提高學生的綜合操作技能,則予以刪除,選取具有代表性的無毒的實驗來鍛煉學生的基本操作技能。如有機化學醛酮、糖等性質實驗,所用化學試劑毒性很大,取而代之的是測定葡萄糖旋光度的實驗,徹底杜絕了有毒物質的使用和排放。
另一方面處理實驗廢棄物,杜絕污染物的排放。我們在大一新生剛開始做第一個化學實驗時,就以綠色化學理念引導學生正確處理實驗室廣泛使用的鉻酸洗液。若不經處理的含鉻廢水直接排入下水道,就會造成嚴重的鉻污染,這樣既消除了鉻的污染,又得到副產品Cr(OH)3和Fe(OH)3。再如廢酸廢堿的中和處理,含銀鹽的廢液通過加入金屬鋅進行還原回收金屬銀,變廢為寶,一舉兩得,保證實驗全過程的綠色化。第三利用現代信息技術建設網絡虛擬仿真實驗室,將有毒實驗進行仿真實驗演示。例如沉淀溶解平衡碘化汞沉淀的生成,碘化銀在氰化鉀中溶解等實驗,分別需要用到極毒試劑氯化汞和氰化鉀,實驗后的廢液雖經過處理但仍對環境造成極大危害。將類似的有毒實驗由老師集中做并現場錄像或從網上下載有關視頻,制作成多媒體光盤掛在網上,供學生下載觀看。同時加強實驗管理,嚴格要求操作規范,培養學生良好的實驗習慣,將實驗教學對環境的損害降到最低限度。把綠色環保的辦學理念滲透到實驗細微之處,將綠色化學的理念印入腦海,提高環保意識,達到化學實驗綠色化的宗旨。
3大學化學理論教學內容的綠色化
大學化學涵蓋無機化學、分析化學和有機化學等內容,教學內容十分豐富,其中的綠色化學反應例子很多,為綠色化學教學提供廣闊的平臺。教師應該在教學中須對教材進行優化重組、拓展和創新,結合具體的內容對學生灌輸綠色理念。教材中涉及到綠色化學的反應加以重點強調,對未體現出綠色化學的教學內容進行及時的補充、適當的拓寬。例如乙烯被氧化成環氧乙烷[8]制備重要化工原料乙二醇的反應就符合原子經濟性原則。在講授碳的氧化物時,介紹CO2在綠色化學中的重要用途,當CO2在臨界點(溫度31.1℃,壓力73.8個大氣壓)以上時,CO2具有液體的密度和常規液態溶劑的強度;同時它又具有氣體的粘度,因而有很高的傳質速度,而且具有很大的可壓縮性,這些特點使超臨界二氧化碳成為一種優良的溶劑,它無毒、不可燃、而且價廉,已發現許多反應能在超臨界二氧化碳中進行。因此,研究超臨界二氧化碳溶劑代替揮發性有機化合物作溶劑,從而消除它們對環境的污染,這就符合綠色化學不使用有毒溶劑的理念。農作物秸稈的綜合利用是當前我國面料的實際難題之一,植物生物質的主要成分是木質素~纖維素和半纖維素,它們都可以轉化成極為寶貴的能源和化工原料。但是為了充分和高效地轉化它們,必須在木質素降解酶催化下水解,得到葡萄糖等小分子物質之后,再把它們轉化成需要的有機化學制品,從而實現生物質替代石油作化工原料。例如,氫氣是綠色清潔能源,但氫氣的制取一直困擾著氫氣的推廣使用。用木材及農作物殘渣為原料,以NaOH作催化劑,用Ca(OH)2作CO2吸收劑。該工藝優點:不使用氰化物和甲醛,操作安全,生產步驟少,產率高。
大學化學教學內容中有關綠色化學的例子很多,只要教師耐心去挖掘,改變講課思路,使學生在潛移默化中受到綠色化學教育,增加綠色素養,同時也使學生加深對所講內容的印象和理解,收到事半功倍的效果。我們教師應該與時俱進,開拓創新,充分利用現代化教學手段。將現代教育方法融入課堂教學中,利用多媒體技術集圖、文、聲、像和三維動畫為一體的特性,開發使用多媒體教學課件,展示綠色化學理念下的化學理論教學、化學實驗教學、綠色化學工藝、綠色能源等。使綠色化學理念在學生頭腦中生根發芽,視環境保護為己任,將來走向工作崗位后,為改善我們居住的環境,看見碧水藍天做出貢獻。
作者:張長水 單位:河南科技大學 化工與制藥學院
關鍵詞:綠色化學;大學;化學實驗;策略
大學化學屬于工科院校非化學化工專業設置的一門基礎課程,也是大學中唯一的化學類課程,其教學效果關系著學生綜合素質的提高。大學化學面對的是非化學化工專業的學生,在實驗教學中引入綠色化學理念,具有獨特的優勢?,F階段,綠色化學已經逐漸發展成為化學科研工作的前沿,受到了各國政府部門的高度關注。
1綠色化學的概念與意義
綠色化學,也稱環境無害化學、環境友好化學或者清潔化學,是一門基于化學學科,具備明確的科學目標和社會需求的新興學科。從概念上分析,綠色化學是指在進行化學品制造和使用的過程中,通過對原料的有效利用以及合理的操作,盡可能消除廢棄物,減少和避免對有毒有害化學試劑的使用。發展綠色化學的主要目標,是在節約資源的前提下,從源頭上進行污染的防治工作,將環境治理從治標轉為治本。與傳統化學相比,綠色化學最為顯著的特點有兩個,一是最大限度的對原材料進行了利用,二是最大限度的減少了廢棄物的排放。從科學的觀點分析,綠色化學是針對傳統化學思維方式的一種改進與創新;從經濟的觀點分析,綠色化學通過對資源的合理利用,能夠有效降低成本;從環境的觀點分析,綠色化學能夠從根本上對污染進行治理,符合當前可持續發展的客觀要求[1]。推動化學實驗的綠色化,是當前大學化學實驗課程改革的重要方向,受到了科研機構、政府部門以及學術界的高度關注,也取得了比較明顯的成效?;诰G色化學原則,構建全新的大學實驗化學體系,針對當前普遍存在的高?;瘜W實驗教學中的環境污染問題進行深入探究,可以有效減少環境污染,體現環境保護和可持續發展。從目前來看,綠色化學已經逐漸成為化學教育的一個重要內容,通過相應的研究和實踐,能夠對化學實驗室中的常見廢棄物進行無害化處理,減少化學實驗過程中的環境污染,保證了實驗過程的綠色化,同時也促進了學生環保意識和綜合素質的提高。
2大學化學實驗污染問題的誘發因素
就目前而言,在大學化學實驗中,環境污染問題頻發,其主要誘發因素有幾個:
2.1認識不足,經費欠缺
當前,許多高校在化學實驗室的建設中,存在著資金投入不足的問題,經費往往只能用于購買實驗藥劑,或者進行實驗器材的更新,沒有直接針對實驗廢棄物進行處理的設備,在污染防治方面顯得力不從心。同時,部分高校對于化學實驗引發的環境污染問題缺乏到位的認識,在實驗中一味強調教學質量和教學效果,忽視了對于藥品、設備以及學生操作的管理。教師和實驗室管理人員缺乏環保意識,認為實驗過程中產生的污染可以直接忽略。在這樣的背景下,一些實驗室會直接將實驗產生的廢棄物倒入垃圾桶或者下水道,而氣體廢物則直接排放,造成了比較嚴重的環境污染問題[2]。
2.2重視不足,安排不當
在對化學實驗的內容進行安排時,由于缺乏環保意識,沒有重視污染防治工作,導致實驗的設計不合理,容易引發環境污染。另外,部分高校沒有及時對試驗教材進行更新,使得化學實驗的內容陳舊,缺乏創新,甚至僅僅要求學生能夠了解化學實驗的目的,掌握化學實驗的步驟和結果,對于實驗可能帶來的污染問題則直接無視,影響了學生的全面健康發展。
2.3理論不足,回收缺失
在化學實驗過程中,產生的廢棄物類型多樣,回收處理流程繁瑣,從目前來看并沒有專門針對化學廢棄物回收處理的理論指導,嚴重影響了實驗室廢棄物的回收工作,也是造成化學實驗室環境污染問題的一個主要原因[3]。針對上述問題,高校以及相關部門應該及時更新觀念,強化認識,采取切實有效的應對措施,逐步推進高校化學實驗的綠色化,順應可持續發展的需求,做好環境保護工作。
3綠色化學背景下化學實驗有效策略
3.1提高環保意識
在開展化學實驗教學的過程中,應該加強對于學生的教育,引導其樹立起良好的環保意識。應該認識到,在新的發展環境下,傳統化學正在逐漸朝著綠色化學轉百年,而綠色化學并不僅僅是科研人員的任務,更是需要整個化學領域的共同參與。對于教師而言,可以通過相應的案例,講解國內和國外的一些環境污染事件,使得學生能夠清除的認識到環境保護的重要性和迫切性。例如,在對環境污染問題進行講解時,可以引入分組討論的教學方法,針對一些比較典型的環境問題,展開討論:空氣污染有哪些危害?霧霾的誘發因素是什么?如何正確處理塑料袋便捷性、經濟性與環境污染之間的矛盾沖突?通過這樣的方式,可以激發學生對于學習的積極性和主動性,使得其能夠主動參與到討論中,認識到發展綠色化學的重要性,提升學生的環保意識[4]。
3.2加大資金投入
綠色化學實驗的開展離不來資金和設備的支持,對于高校而言,必須重視化學實驗室建設,增加相應的設備。例如,可以在通風管道出風口設置氣體處理裝置,同時在實驗室中統一設立廢棄物分類系統,由學校組織專人人員進行定期收集和處理,避免廢棄物的隨意排放。在條件允許的情況下,還可以在學校設置廢水處理系統,在提升污水凈化效率和效果的同時,也可以作為環保教育的一個基地。3.3規范實驗操作在開展化學實驗的過程中,新課程標準規定,學生必須能夠熟練掌握基本操作,對進行藥品取用、物質稱量、加熱處理、器皿洗滌等操作是,動作標準規范,運用靈活。但是在實際教學中,部分學生并不能嚴格依照相關規定進操作,甚至存在著試劑量越大實驗現象越顯著的錯誤認識,不僅導致了藥品的嚴重浪費,而且引發了更大的環境污染問題。對此,教師應該對化學實驗的操作進行規范,減少浪費和污染問題,同時也能夠培養學生形成演進的實驗態度,引導其掌握科學的實驗方法。另外,可以在定性實驗中,對藥品的使用進行定量化,例如,在制作氧氣時,可以結合相應的化學方程式,依照需要的氧氣的量,對所需高錳酸鉀的用量進行估算,以此為依據取用藥品,這樣可以有效減少浪費問題。
3.4倡導微型實驗
所謂微型實驗,實際上是一種化學實驗操作技術,通過盡量少的試劑,獲取盡量多的化學信息,相比較常規的化學實驗,微型實驗具有節約藥品、現象明顯、減少污染、安全可靠等優點,在環境污染問題日漸嚴峻,可持續發展理念持續深化的背景下,進行微型實驗的普及和推廣意義重大。需要注意的是,微型實驗并非是簡單的對常規化學實驗進行壓縮,而是在綠色化學原則背景下,以預防化學污染的技術、思路和方法,對常規化學實驗進行改革和創新,其核心在于利用盡可能少的試劑獲得預期的實驗目標,可以說,微型實驗是綠色化學在化學實驗教學中的一種典型體現。例如,在進行銅與稀硝酸的反應實驗中,會產生大量的一氧化氮氣體,如果不能對其進行有效處理,會帶來比較嚴重的環境污染,但是如果想要對其進行統一收集和處理,則需要大量的資金和專業的設備。對此,可以重新對實驗裝置進行設計,引入微型實驗。在具體實驗中,可以在經過消毒的針管內,放入銅片,排盡空氣,然后吸取少量的稀硝酸,以膠塞堵塞針頭。當觀察到藍色溶液,同時活塞被氣體推動后,將針管內的溶液注入到氫氧化鈉溶液中,藍色沉淀物的出現表明硝酸銅也氫氧化鈉溶液發生了反應。拉動活塞吸入空氣,看到針管內部逐漸變成紅棕色,將其注入到滴有酚酞試劑的氫氧化鈉溶液中,紅棕色逐漸消失,對NO的性質進行惡劣驗證。這樣的實驗不僅操作簡單,可靠性強,而且不會產生污染。
3.5改進實驗操作
在部分化學實驗中,會生成一些有毒有害物質,影響師生的身體健康,引發環境污染問題。從綠色化學的角度,可以在保證實驗效果的前提下,對實驗操作進行適當的改進,減少污染。例如,在銅與濃硫酸的反應實驗中,會生成二氧化硫氣體,不僅氣味難聞,而且對于人體的危害較大。此時,教師可以引導學生進行積極討論,看如何才能夠避免實驗過程中二氧化硫氣體的泄露,同時對其性質進行驗證。經討論和總結,將原本的實驗裝置改造成了圖1的樣式(略去了夾具和酒精燈)。經檢驗,該裝置具有較強的密封性,可以根據實際需要,隨時進行反應或者停止反應,也可以對二氧化硫的性質進行檢驗,更能夠對廢氣進行處理,符合綠色化學的基本要求。圖1改進實驗裝置
4結語
總而言之,在可持續發展理念不斷深化的背景下,綠色化學逐漸興起,并且迅速成為學術界關注的重點,構建綠色化學實驗室,對化學實驗過程中的環境污染問題進行有效預防和控制,是非常重要的。對于大學化學教師而言,在開展化學實驗教學的過程中,應該始終貫穿綠色化學理念,提高學生的環保意識,從根本上對污染進行治理,營造出一個綠色健康的學習環境。
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關鍵詞:實驗中心;管理體系改革;四位一體;創新實驗
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9324(2012)06-0208-02
化學是一門以實驗為基礎的學科,實驗教學是培養學生動手能力、科學態度,提高綜合素質的重要實踐教學環節,也是開展創新教育的重要途徑。實驗教學改革是本科教學改革的一個重要方面。長期以來,我國化學實驗教學一直沿用無機化學、有機化學、分析化學、物理化學的依附于理論課的開課模式,實驗教學內容驗證性偏多、設計性偏少,這種實驗教學體制注重的是傳授知識,而對能力的培養不利。在實驗學時數受限的情況下,只有進行體系創新、內容重組,才能保證實驗教學質量的不斷提高。我們在認真總結此前立項的實驗教改課題的實踐基礎上,借鑒國內外高校課程體系改革的經驗,成立了化學實驗教學中心,對原化學專業實驗教學體系進行了重組,打破原來的實驗教學框架,將分散在不同實驗課程中的實驗內容整合、重組,增加了應用性實驗、研究性實驗的內容,同時鼓勵學生跨學科使用實驗室,努力實現實驗室向學生開放,為他們進行主動性的探索和思考提供物質基礎和條件保證。為了保證實驗教學的改革效果,在改革實驗教學體系的
同時,結合實驗中心的建立,我們進一步探索了實驗室管理體系的改革。
一、改革實驗室管理體系,建立四位一體的管理模式
我?;瘜W實驗室多年來一直沿用按學科組建教研室,實驗室劃歸各教研室管理的模式。以前化學系只有一個化學專業,只是無機化學、有機化學、分析化學、物理化學四個教研室,而且只開設四大化學實驗,這種教研室管理實驗室的管理模式比較簡單明了,易于操作。但隨著新專業的設立和招生,現在化學系擁有化學、應用化學、環境科學、制藥工程四個本科專業和精細化工一個??茖I,如果按二級學科組建教研室,需要組建二十多個教研室,不可能有這么多實驗室,而且有的學科實驗項目較少,實驗室利用率太低,而對于化學基礎課,則各專業實驗累加學時數很大,不能保質保量完成實驗。根據以上分析,結合教研室的調整,我們進行了實驗室管理體系的改革,將原來各學科管理的實驗室重組,建立了化學基礎實驗室、專業實驗室、創新實驗室、測試中心四位一體的管理模式,如下圖所示。
實驗室管理體系的改革,不僅實現了實驗室與實驗教學的統一管理,提高了實驗室的利用率,還為打破學科界限,重組實驗內容提供了保證。
二、打破學科界限,重組實驗內容
隨著各學科的相互滲透和教學儀器設備的改進,各學科涉及內容交叉越來越多,實驗內容也出現較多重復現象。比如一件酸度計,無機化學實驗用來測溶液的PH值,分析化學用來做酸堿滴定,物理化學用來測電離常數,一般情況,實驗用試劑都是醋酸溶液,這樣統一測定操作重復了三次,既浪費了藥品也浪費了學生和教師的時間。實驗中心建立后,打破了以學科或課程開設實驗實驗的限制,可以對整體化學實驗項目重組、整合。
1.基礎化學實驗分層次?;A化學實驗室主要承擔全校的基礎化學實驗,有二部分組成:(1)化學、應用化學、化學工藝、材料科學等專業的無機化學、有機化學、分析化學(化學分析)、物理化學以及儀器分析課程的相關實驗,(2)環境科學、生物科學、制藥工程等專業的無機與分析化學、有機化學、物理化學、儀器分析等課程的實驗。為了滿足各專業對實驗教學的要求,將基礎化學實驗分為四個層次,對不同的專業選取不同層次的實驗項目。如下表所示。
從上表可以看出,整合重組實驗項目后,不同的專業選擇不同層次的實驗,有利于培養方案的實施,實驗室的管理更加順暢,節約了實驗耗材,也提高了實驗室利用率。
2.專業實驗突出專業特色。為了進一步突出各專業的特色,實驗中心針對不同的專業的人才培養方案,協同各專業教研室,制訂了個具有專業特色的實驗方案,實驗項目的設置和實驗室的使用,除了結合各專業方向,還考慮到該專業開設基礎化學實驗的情況。對于化學基礎實驗開設較少,而專業課程中化學學科內容較少的專業,開設專業課內容較多,專業實驗室的房間也較多。例如,環境科學專業的專業實驗開設環境化學、環境監測兩門實驗課程,都是45學時,該專業的專業實驗室有兩口;而化學專業的基礎實驗內容較多,專業實驗只開設化學教學法實驗,36學時,一口實驗室。專業實驗室的教學內容由各專業教研室制定,更能突出各專業的特色,收到良好的教學效果。
3.測試中心重視日常教學。測試中心現有x射線單晶衍射儀、液相-質譜聯用儀等大型儀器,也有紅外光譜儀、熱分析儀、熒光光譜儀等中檔測試儀器。測試中心除了承擔科研任務外,非常重視日常學生實驗教學,在儀器分析、環境監測等實驗課程中,盡量在教師指導下,鼓勵學生動手操作中檔測試儀器,讓學生多接觸現代化設備,開闊學生的眼界,為以后走向社會或進一步深造打下一定的基礎。
4.創新實驗培養創新意識。隨著創新教育理念的深入人心,廣大教師在如何培養創新型人才方面做了大量的思索和實踐,泰安市科技局也設立了大學生創新項目資助。對于化學類專業,創新教育首先應從創新實驗開始,為此,我們專門設立了創新實驗室。創新實驗項目主要有三部分組成:①泰安市科技局立項的大學生創新項目實驗;②教師畢業論文中有創新內容的實驗;③學生自己提出的創新實驗。特別是第三部分,學生提出有創新內容的實驗,實驗中心專門指派教師進行指導,并在儀器、藥品使用方面給予支持,實驗室隨時對這些學生開放。
三、專職兼職結合,教師輪流承擔實驗教學
實驗中心的組成有專職人員和兼職教師兩部分,其中專職人員主要負責實驗室管理、儀器藥品采購、實驗準備等工作,有的也兼任部分學生實驗的指導工作,而大部分的學生實驗指導工作有兼職教師承擔。兼職實驗教師采用輪流制,參與基礎實驗或專業實驗的指導工作,要求符合如下幾點:①每位教師每學年應該有三個月以上的實驗教學,實驗工作量不少于本學年工作量的1/4。②兼職實驗教師中應由一定數量的高級職稱人員。③新引進青年教師第一年應在老教師的指導下,承擔一學期的實驗教學任務。④根據實驗中心統一安排,同一教師在不同學期可以指導不同的基礎實驗,專業實驗應盡量固定。教師輪流進入實驗室承擔實驗教學任務,一方面能進一步加強課堂教學與實驗教學的聯系,起到相互支撐的作用,另一方面,教師還可以在實驗教學中融入教師的科研成果,提高基礎實驗的質量,突出專業實驗的特色。
通過實驗中心統一管理基礎實驗,與專業教研室協同管理專業實驗室,隨時對學生開放創新實驗室,提高了實驗室的利用率,保障了基礎實驗的質量,突出了專業實驗的特色,培養了學生的創新意識,收到了良好的教學效果,為實驗教學內容、教學方法的改革提供了可靠的平臺和良好的實施環境。
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關鍵詞:化學科學;大類招生;綠色化學
傳統的化學在發揮巨大作用的同時,也給人類帶來了嚴重的環境污染問題。綠色化學正是在這一背景下應運而生。綠色化學以“原子經濟性”為原則,研究如何在產生產物的過程中充分利用原料及能源,減少有害物質的釋放。
一、在發展中的化學科學課程教學中滲透綠色化學理念的必要性
專業大類培養指的是學生在本科入學后的第一學期按照培養類別進行通識培養,后面七個學期按照學科專業方向進行專業培養。相近學科專業學生的共同必修基礎課,即大類通識平臺課程。發展中的化學科學是面向化學、生物專業學生開設的大類通識平臺課程。
發展中的化學科學課程是我?;瘜W、生物專業學生最先接觸的一門核心課程。學生在學習化學基礎課之初就受到綠色化學思想的熏陶,逐步形成預防污染的綠色觀念,他們在以后的工作中就會非常注重綠色化學知識的運用。其次,我校很多學生會是將來在中小學從事基礎教育的老師。加強對師范生有關綠色化學理念的熏陶,實際上是抓住了對全社會進行綠色化學理念教育的關鍵。
二、在發展中的化學科學課程教學中滲透綠色化學理念的可行性
發展中的化學科學課程的主要教學目標是讓學生全面了解化學科學在社會發展中的地位、作用。在發展中的化學科學教學中進行綠色化學滲透,既符合課程的特點,又與課程的教學內容非常契合;既可以使教學內容顯得生動有趣,又可以拓寬學生的知識面。
三、綠色化學理念在發展中的化學科學課程教學中滲透的具體措施
1.將綠色化學理念滲透到“化學與能源”教學
要想改變石油、天然氣和煤炭等傳統不可再生資源日益減少的現狀,就要大力開發太陽能、地熱能、氫能源、核能等可再生資源。將各類能源轉化為實用能源最重要的一種形式是發電機(站)、化學電源等電能轉換裝置。其中以鋰離子電池、氫化物 / 鎳二次電池、燃料電池為代表的綠色化學電源已經廣泛地應用于各個領域中,用來代替各類有污染傳統電源。
2.將綠色化學理念滲透到“化學與材料”教學
介紹陶瓷材料時,可以引入綠色陶瓷相關內容。在介紹催化劑材料時,可以引入如分子篩、雜多酸、固體超強酸等固體催化劑,這些非均相催化劑具有選擇性高、不腐蝕設備、不污染環境等優點。
綜上所述,將綠色化學理念滲透于高校大類通識平臺課程發展中的化學科學課程教學中是必要的、可行的。通過綠色化學理念在發展中的化學科學課程教學中的滲透,可以讓綠色化學理念在學生的頭腦中深深扎根,擴展學生的知識面,激發學生的學習興趣,提高學生的學習效率。
參考文獻:
[1]蔡衛權.綠色化學原則在發展[J].化學進展,2009(21).
關鍵詞:綜合化學實驗;實驗預習;思想教育
中圖分類號:G42 文獻標志碼:A 文章編號:1002-2589(2013)20-0292-02
化學是一門實驗性很強的學科,學好化學不但要懂化學理論,還必須會化學實驗。為了教好大學化學實驗課,化學教師們在大量反復實踐的基礎上,精心選擇實驗內容,以達到實現化學理論、操作技能、思想教育等方面同時訓練的目的。編寫了內容豐富、全面的化學實驗教材,并付諸教學實踐。改革開放以來,為適應科學技術的飛速發展對化學化工人才的急需,原來附設于二級學科之上的專門化實驗已不適應形勢發展的要求,各類院校都積極地開展了實驗教學的改革,如廈門大學、陜西師范大學等都將此項改革列為專門的研究項目。投入大量人力、物力進行研究,提出了各種改革方案,將大學化學實驗分成了基礎實驗、綜合實驗、設計與研究實驗三個層次。依據教師科研的成果精選了能反映化學研究主要方向的前沿性內容,編寫成綜合化學實驗教材,以供教學使用,有力地保證了綜合化學實驗課的開設與質量。然而無論多好的教材,都只能是給上好實驗課提供了一個客觀的條件。實驗課的質量主要取決于學生的自覺性和教師的高水平指導與嚴格要求。作為一個大學化學教師,必須正視這些問題,做到既教書又育人。
在綜合化學實驗課的多年教學實踐中,通過深入了解學生的實際情況和教學過程中出現的問題,歸納起來有以下幾方面:一是學生對實驗課認識不清楚,思想上不重視;二是對自己要求低,大多數學生在實驗課的預習上只滿足于照講義抄一遍以供課前檢查,對化學原理、儀器、藥品、操作流程等都不清楚。實驗過程中照方抓藥,操作中的條件細節把握不住,做的結果好壞無所謂,同學間的合作比較忙亂,出了事故不會處理等等,都不利于實驗課教學質量的提高。為解決上述問題,總結我們多年的實驗教學經驗和借鑒其他化學教師總結的經驗,認真分析各個教學環節、教學內容所能提供的進行思想道德、思維方法等方面教育的機會,具體做法是。
第一,讓學生明確綜合化學實驗課的性質、任務、特點、目標與要求。第一次課首先給學生講清楚綜合化學實驗是在化學一級學科的平臺上開設的,它與前面在化學二級學科后附設的基礎實驗有很大的不同,比如基礎實驗任務是驗證所學的化學原理、反應、性質,操作過程講義上寫得很詳細,而綜合化學實驗是圍繞一兩個產品而設計的“合成、制備――分離、分析、表征――應用”的連續過程,時間長,要求上有明確的數量質量目標。講義只是主要參考方案,學生要查一定的文獻來完善操作細節。這一段訓練是給設計實驗、畢業論文打基礎的,使學生感到必須以全新的姿態來上綜合化學實驗課,并公布全部實驗安排,讓學生做好全面準備。
第二,教會學生預習實驗。認真做好實驗預習報告,是做好實驗的前提,這個道理教師和學生都明白,但要切實做到卻很不容易。在教學過程中,雖然每次我們第一次實驗前幾天都通知了實驗內容,學生預習較好的是把講義抄一遍,預習差的只抄1/3的內容。經過與學生談話,我們發現主要是學生不會預習,搞不清該怎么做(比如要考研的學生很愿意認真預習)。我們以所做的具體實驗內容(比如利多卡因的制備、二茂鐵的合成和其衍生物的制備等)為例,給學生指出幾條主線進行預習,比如主反應及條件、反應物狀態與性質、主要儀器與裝置、藥品配制與用量計算、操作流程、關鍵操作、可能出現的事故與處理方法、產品檢驗要求等,并要求學生必須查閱相關資料。在實驗開始前先檢查預習,沒預習的學生要先預習然后再做實驗。經過這樣的嚴格要求,學生的預習水平大幅提高,不但提高了產品質量,也克服了時間上的浪費,能按時完成實驗。
第三,討論式講解。過去講實驗總有一部分學生不專心聽講,忙于準備工作,思想不集中,給操作造成困難。由于我們預習安排得細致,后來就改成了提問式和討論式。比如反應原理提問2~3個學生,大家就都明白了,操作流程讓1個學生講一遍,其他學生補充,指出關鍵操作,裝置讓學生演示連接。其他需要強調的再由教師強調說明,幾乎每個學生都有發言和被提問的機會,使學生都感到不認真預習、不注意聽講是不行的,總不能每次提問都講不清楚吧。還有的同學覺得這是給自己練習教學的好機會,所以積極發言的同學逐漸增多,討論的效果好,實驗中的盲目性大大減少。
第四,堅決糾正不規范操作。綜合實驗開始階段學生在操作中比較忙亂,在儀器選用、連接、清洗、藥品的取用、稱量、實驗設備的使用上都有不少不規范操作,比如移液管的使用,錐形瓶的振搖,分液漏斗、旋轉蒸發儀、電子天平的使用等等,如果發現操作不規范就必須給學生演示,堅決克服隨意操作的習慣。如果儀器連接斜了,冷卻水開得大了,布氏漏斗中的濾紙大小不合適等,就必須要求學生馬上改正,對于用電子天平稱濃鹽酸、氫氧化鉀、取濃鹽酸后不蓋瓶塞,打了水銀溫度計后不處理的應及時批評并立即制止。作為教師,錯誤的東西是不可通融的,要讓學生明確對與錯的界限,養成遵守規范操作的習慣。有的操作,比如熔點測定儀,集體講一遍大家并不十分注意細節,所以集體講過后,教師再給第一個小組手把手教一遍,直到他們能夠順利操作。這個小組自己測定后,再負責手把手教會下一小組,大家都感到只有把別人教會了,自己才真正會了。操作上的嚴格要求,學生開始有些不習慣,但隨后逐漸適應并能體會到教師不嚴,學生也學不到真本事。
第五,分工協作,明確責任。化學實驗課中大多數情況下學生都是兩人一個小組進行實驗。兩人分工不明確,出了問題責任不明確,不利于獨立工作能力的訓練。在實驗過程中,兩個人的觀察、記錄都不完整,動手能力弱的學生會更有依賴性。為解決這個問題,我們按每個小組的任務把兩個學生分成主操作者和輔助人員,誰是本次實驗的主操作者,誰就主持全部主要的操作過程,誰負主要責任。另一位學生是助手,要聽從主操作者的安排,做好儀器清洗、藥品準備等一系列準備工作,同時要認真觀察出現的現象,詳細地做好實驗過程中每個細小操作的實況記錄。這樣分工后,要求主操作者要主持工作,敢負責,會安排,只做核心工作,集中精力把操作做到位,確保質量。當助手的學生能明確自己的角色,聽從指揮,主動協作,處處事先做好準備,并能監督操作過程,發現錯誤可以及時建議。經過分工協作,克服了實驗中的忙亂現象,兩個人思考的重心不同,都有時間靜心思考自己應做好的操作,大大提高了操作質量,每次實驗都輪換主操作者,使學生主持工作的能力與協作的意識都不斷增強。實驗做失敗了都不再推脫責任,都能從細節上找到原因提出補救的辦法,這樣做對動手能力弱的學生提高更大。
第六,讓值日生成為管理者。以前實驗課學生當值日生主要是打蒸餾水、打掃衛生倒垃圾等以勞動為主,大家積極性不高,甚至個別學生不認真。根據綜合化學實驗的特點,我們給值日生的職責是四個字:管理、服務。要求管理要嚴格、公平,服務要熱情、周到。管理的內容有:簽到點名,控制藥品的添加,實驗室全部電器及設備的開、關、調,補充儀器的統計發放,產品的回收、稱量、登記,架、臺、地面衛生檢查,以及按時準備實驗材料等。作為教師,每次要確認兩名學生做值日,要親自帶這兩名學生,在講解前先操作一遍電器的開、關、調。??厮幤芳傲烤咛幚?,只有原料加入量把住關,最后回收產品數量才有意義,產品質量檢驗的方法、標準只交給值日生,讓值日生去驗收。衛生方面值日生只要求每個小組時刻保持自己周圍的環境衛生,以維持為主。實踐證明,學生的潛力很大,兩個學生即做自己的實驗又兼做值日生,都能輕松地完成,而且實驗也做得很好。但相比不做值日的學生,值日生確實忙,但做過值日的學生都不再有怨言,他們感到學會了許多東西,也體會了許多過程,都感到很值得。作為管理者的角色,值日生與教師的溝通也更容易。
第七,要求學生做個優秀的化學工作者?;瘜W對環境造成的污染是有目共睹的,未來的化學工作者要具有許多優秀的品質,但這些優秀品質是在學習化學、做化學實驗的一點一滴中培養出來的,比如保護環境、節約用水、誠實守信、積極創新等意識,我們在教學中時刻關注,要求每個學生從我做起,從今日做起。在實驗過程中不亂扔廢液,按規定進行回收;開冷卻水時調節到較小水流,配試劑先計算好用量,盡可能用多少配多少,溫度計打碎了要立即回收散落的汞,并用硫黃處理;損壞了燒杯、量筒、分液漏斗、燒瓶等要馬上匯報,賠償后進行補領;如實上交產品,記錄數據,如實寫實驗報告,操作中有失誤要認真分析原因;每次實驗結束后要清洗儀器,并給后繼學生準備好儀器,仔細打掃臺面地面衛生,經值日生檢查合格后方可離開。作為教師,要嚴要求,要抓緊,一絲不茍,讓學生形成習慣,成為一個高素質的化學工作者。在教學過程中,我們及時征求學生的建議,好的建議會馬上采用,不斷改進教學方法,使綜合化學實驗中的失誤越來越少,使教學教育的質量不斷提高。
參考文獻:
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關鍵詞:畢業設計 團隊模式 改革
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.17.093
全國各大高校秉承培養高素質創新型人才的目標,對于畢業設計(論文)的改革目前正逐步向培養學生創新能力、實踐能力,自主研究能力以及合作精神的培養推進。如:校企、產學研結合模式;畢業實習和畢業設計相結合的模式等[1,2]。
1 畢業設計(論文)的改革背景
1.1 學生的問題
1.1.1 就業壓力的影響
隨著高校連年擴大招生,畢業人數不斷攀升,與就業崗位的數量差距逐年變大。許多學生在畢業設計階段,參加研究生復試、外出找工作,參加雙選會等,沒有心思踏踏實實地完成畢業設計(論文),勢必會影響到論文的質量。
1.1.2 學生不重視畢業設計(論文)
學生在畢業設計(論文)正式完成之前,就已經落實了工作或考上了研究生,所以認為畢業設計(論文)的成績是無關緊要的,做實驗馬馬虎虎,數據東拼西湊,根本就認識不到畢業論文(設計)是對個人實踐動手能力和創新能力的培養,是對今后工作和學習的前期鍛煉。
1.2 教師的問題
1.2.1 指導教師和學生比例失調
教師一般要承擔著課堂教學和實驗任務,但由于指導的學生太多而易顯得力不從心,勢必會間接影響到畢業設計(論文)的質量。
1.2.2 實驗研究經費不足
部分青年教師踏入工作崗位時間較短,沒有科研項目,沒有獨立實驗室,也沒有經費支持。在這種情況下,指導學生論文難度較大。必須要應用現有實驗室的條件而選題,有局限性。
2 本科畢業設計的改革思路
渤海大學屬綜合性大學,化學專業的發展趨勢也正在由理科向工科方向轉變。不管是課程設置還是專業發展方向都緊靠工科,但由于成立時間尚短,工科畢業設計的多樣性,沒有在學生中得到開展。針對我校對應用型人才培養方案的要求以及學情的現狀,采取了基于團隊的畢業設計模式。一來可以培養學生團隊合作的精神和領導才能,二來學生不會對新的畢業設計模式無所適從,三來可以使學生對工程設計有初步的了解,運用所學的知識解決實際問題。
除此之外,每年舉行的化工設計大賽一直是學生關注的熱點,但苦于只有理論知識,沒有實際的設計與實踐經驗,經常與其失之交臂。所以,團隊型畢業設計的模式不僅是一種合理的嘗試,可以充分調動學生的積極性,而且也可以促動學生參加比賽、積累經驗、增長見識。
3 畢業設計實施方案
3.1 實習階段
工程設計類題目實踐性非常強,并且和工廠生產實際息息相關,而學生只有課本上學到的理論知識,沒有實踐經驗。大部分畢業的學生希望能夠參與到生產單位的實際生產中去,能盡可能聯系工程需要。所以由教師帶領學生到企業先進行為期半個月到一個月的畢業實習,借助已經相對成熟的校企、產學研結合模式,發揮部分指導教師的科研優勢,聯系科研課題的合作單位,使學生了解產品生產的工藝流程、操作條件、生產設備等方面的知識,由指導教師和企業相關科技人員給予學生指導。
3.2 學生畢業設計團隊的組成
將6名學生組成課題組,組員的選擇考慮構成的合理性。將動手能力好的、工作細致的、有領導才能的、表現好的、表現一般的進行合理搭配,可以取長補短。
化工設計是一個復雜的體系,需要周密的思考、計算以及軟件的熟練應用。如采用Aspen進行流程的模擬、AutoCAD繪制設計圖、Excel計算數據等,對學生的要求高,工作量也比較大,所以團隊合作的模式顯得尤其重要。
3.3 畢業設計題目的選擇
畢業設計選題的深度、廣度、難度與分量必須達到一定要求,學生才能通過畢業設計,達到鍛煉。但大多數情況是指導教師根據自己的工作經歷或熟悉的領域,確定畢業設計題目。資料也是教師事先整理好,學生享有現成的,故不能培養學生親自動手進行資料收集、整理、分析的能力。
采取新的改革方案后,由指導教師提出選題原則和要求以及選題的前沿性與時效性,學生根據理論基礎與實習經驗自行查閱和收集資料,并與教師共同開會討論,提出多種課題方案。如年產20萬t啤酒廠發酵車間工藝設計、年產10萬t苯乙烯工藝設計、年產0.5Mt乙烯裂解裝置工藝設計等等,并做出可行性分析,最終確定大家共同感興趣的課題。
3.4 實施與成果展示
由團隊的組長負責安排畢業設計進度小組會議,每半個月對階段性的設計結果進行匯總,并組織組員進行討論,研究下一步的設計思路與方案,指導教師輔助學生給予適當的意見。雖然每位組員負責的任務不同,但由于化工設計本身的復雜性、多樣性,實際設計過程的每個環節都是全員參與的。俗話說,萬事開頭難,學生們也走過不少彎路,但這種不斷嘗試與改進的過程恰恰是對學生的一種歷練。最后,以組為單位做一個公開報告,進行成果展示。教師根據設計的完成度與設計書的質量以及學生平時的表現,以組為單位判定學生的成績。
4 效果評價
工程設計類課題可使學生參與到實際生產中去,不僅積累了經驗,提高了工程實踐能力,也激發了學生的成就感和創造欲望,對今后的工作、成長和發展都是很有益處的。通過學生組成畢業設計團隊,培養了學生的團隊合作精神和組織能力。而且畢業設計成績以組為單位進行評定,這樣就改進了少數學生得過且過,渾水摸魚的態度。另外,論文時間安排的靈活性大大改善了部分學生因考研或工作不能按時完成實驗的情況;不僅如此,工程設計類課題時間靈活,場地無限制,可以解決年輕教師由于經費不足和實驗條件限制帶來的困擾。
參考文獻:
[1]王曉華.校企共同體:高職院校產學研合作模式探究[J].職教論壇,2010,(30):19-21.
[2]龔宇輝.應用型本科畢業設計與產學研結合模式研究[J].華章,2012,(24):129.
作者簡介:萬鑫(1980-),女,講師,主要研究方向為化工安全技術,渤海大學化學化工與食品安全學院,遼寧錦州 121000
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889(2013)07B-0017-03
高中《有機化學基礎》內容繁多,知識點零散,部分學生覺得所學知識就像一盤散沙,難記、難學。另外,該選修教材中部分內容涉及大學知識,如雜化軌道知識、手性分子等,空間想象力稍差的學生學習起來感到吃力。在大學階段,很多學生剛開始學習有機化學時覺得很難適應,大多數大學教師也并不了解學生原有的知識水平以及高中有機化學知識的深度和廣度,主要根據以往的教學經驗進行教學,導致教與學的脫節?;谝陨显颍疚膶⒏咧小队袡C化學基礎》(人教版,2007)與大學《有機化學》(曾瓊主編.高等教育出版社.2009)的知識點進行歸納、比較,以供中學、大學教師和教學管理者參考。
一、高中《有機化學基礎》與大學《有機化學》知識點對比
由上表可見,大學與高中知識點的銜接和延伸主要表現為以下幾個方面:
(1)對有機化合物的分類和命名,大學要求更高。如第一章有機物的分類中,大學增加了雜化化合物、硝基化合物、胺、偶氮化合物、重氮化合物、硫醇、硫酚、磺酸;第三章對醇的學習,大學增加了醇的命名等。
(2)對有機物化學性質的學習,大學要求更細。如第二章烷烴的化性(氧化、熱裂、鹵代)、炔烴的化性(親電加成、水化、氧化、炔化物的生成及還原),第三章醇的性質(與活潑金屬反應,親核取代,與鹵化磷、硫酸、硝酸、磷酸等反應,脫水,氧化,催化脫氫),第四章氨基酸的性質(兩性,等電點,氨基?;?、烷基化,羧基反應,與茚三酮反應)等。
(3)大學對有機物結構特點的學習更復雜,如第一章對碳原子成鍵特點的學習,大學結合軌道重疊圖例、軌道波函數、氫分子軌道能級圖更詳細地介紹共價鍵的成鍵特點、飽和性和方向性,甲烷的SP3雜化等。
二、高中《有機化學基礎》與大學《有機化學》知識銜接的特點
從以上分析得知,高中《有機化學基礎》與大學《有機化學》知識銜接點較多,其銜接方式主要有以下幾種:
1.沉沒式。在高中教材簡單介紹而大學教材未涉及的知識的銜接方式可稱為沉沒式。《有機化學基礎》的內容編寫注重與實際生活的聯系,在資料卡片、科學視野、科學史話等板塊會補充一些生活中與化學相關的內容,這不僅增加了教材的趣味性,也使教材更有廣度。如在科學史話中介紹碳價四面體學說的創建過程,在實踐活動中介紹用粉筆分離菠菜葉中的色素的方法,介紹“西氣東輸”工程的重要性等。這些內容考試不作要求,學生淺嘗即可,卻能拓寬知識面。
2.接近式。高中有些知識點在理論解釋上已接近大學水平,但在練習上大學要求更高,這些知識的銜接方式稱為接近式。《有機化學基礎》作為選修教材,是對必修教材內容的補充和深化,如烷烴、烯烴、炔烴的命名,甲烷的正四面體結構,碳原子的SP3、SP2、SP雜化等,其難度已接近大學程度,將這些內容提前放在高中學習,讓學生更早了解,為大學階段的學習打下基礎。
3.生長式。在高中的基礎上進一步擴大知識點的外延,增加其內涵,使學生更全面地認識事物各方面的屬性,或進一步抽象出更為本質的屬性,這種知識銜接方式稱為生長式。如在高中通過碳原子的成鍵特點來介紹共價鍵的形成,而在大學則是結合軌道重疊圖例、軌道波函數、氫分子軌道能級圖更詳細地介紹共價鍵的成鍵特點、飽和性和方向性;在苯的同系物命名時,高中簡單介紹二甲苯的“鄰”“間”“對”的習慣命名和系統命名,大學則拓展到三甲苯的“連”“偏”“均”的習慣命名和系統命名。這樣可以使學生由分散學習上升到系統地理解所學知識的實質,以便在各種情境下都能夠靈活運用。
4.跳躍式。在大學《有機化學》教學中,有些內容是高中未曾涉及的,這些知識的銜接方式稱為跳躍式。如有機物的構象、構型,烷烴鹵代反應和烯烴反應的歷程及其規則,紅外光譜、核磁共振氫譜及質譜的解析等。這些內容使學生學得更深、更廣、更扎實。
三、高中《有機化學基礎》與大學《有機化學》銜接教學的對策
1.聯系實際,激活沉沒式知識。沉沒式知識在高中教材中所占比例少,涉及的內容只作補充性材料,對后續學習并無深遠影響,因此這部分知識在教學過程中要求很低。而大學教材缺少與生活緊密聯系的內容,學習起來稍顯枯燥,在教學過程中我們可以聯系學生的生活實際,適當補充一些趣味性知識,激活高中所學知識,以利于學生理解記憶。
2.練習鞏固,強化接近式知識。接近式知識在高中教材已作詳細介紹,但涉及的練習難度不大。在大學階段,對于接近式知識的教學,教師可采用提出問題讓學生自行復習、創設情境引導學生回憶等方法,并逐漸加大練習的難度,強化所學知識,加深理解。如學習烯烴命名時,可先讓學生回憶烯烴的命名方法,完成一些簡單的烯烴的命名,然后著重學烯烴的命名,使學生的知識在原有基礎上得到進一步發展。
3.注重本質,整合生長式知識。生長式知識在高中階段已有一定的介紹,但受到認知能力和思維特點的限制,高中學生對這些知識還不能全面理解。在大學化學教學中,教師要了解學生已有的知識水平,以學生原有的知識經驗為生長點,融入新知識,并通過列舉各種不同的實例,從不同側面進行解釋,抽象出這些知識的本質屬性,整合所學知識,形成新的知識體系。如學習單烯烴時,學生通過分析單烯烴官能團(雙鍵)的形狀及其電子云分布特點,知道烯烴容易給出電子,也就是容易被缺電子(如鹵素、路易斯酸)的物質進攻而發生親電加成反應,反應取向符合馬爾科夫尼科夫規則;但有過氧化物存在時,氫溴酸與不對稱烯烴起加成反應時,反應取向是反馬爾科夫尼科夫規則。通過這樣的對比學習,可以更全面地理解烯烴的本質。
4.巧妙拓展,掌控跳躍式知識。跳躍式知識在高中并未涉及,所以這些知識點對學生來說都是新鮮、陌生的。在學生剛開始接觸這些知識時,教師要抓住學生的好奇心,全面分析,歸納出該類知識,然后結合生活實例、故事等,逐漸呈現知識點,再利用形象的語言,對知識進行深入的解釋,使知識的陌生程度掌控在學生能接受的范圍,進而得到拓展和深化。
[關鍵詞] 材料類專業;物理化學;課程教學;教學實踐
[中圖分類號] G642.0 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634(2014)04-0060-02
0 引言
隨著社會的發展和科學技術的進步,高等學校不斷深化教學改革,全面提高教學質量,大力提升人才培養水平,主動適應現代社會對學生知識、能力和素質日益提高的要求。在這樣的形勢下,作為材料類專業基礎課的物理化學的教學課時數明顯壓縮,教學內容不斷更新[1,2]。因此,需要積極推進課程體系改革,充實和更新教學內容,改進教學方法,豐富教學手段,從而全面提高物理化學課程的教學質量和效果。結合江蘇科技大學材料類專業的辦學定位、人才培養目標和人才培養方案,筆者對材料類專業物理化學教學做了一些改革嘗試,經過多年的教學實踐證明,成效顯著。
1 充實和更新教學內容
物理化學是化學學科的一個重要分支,是從研究化學現象和物理現象的聯系入手,應用物理學的基本原理和實驗方法,探求化學變化規律的一門科學。物理化學課是高等工科院校材料類專業的一門理論基礎課程。課程內容面廣、量大、更新快,數學推導多、邏輯性強,理論性、實踐性高[3,4]。自2000年以來,物理化學課程一直是江蘇科技大學校級重點建設課程,2005年入選首批校級精品課程建設項目,2008年被評為江蘇省精品課程。2003年以前,江蘇科技大學金屬材料工程、焊接工藝與技術、材料成型與控制工程等材料類專業一直采用程蘭征教授等所編《物理化學》為教材,化工類專業的學生一直采用天津大學所編《物理化學》為教材。為明確教學目的和要求,保證教學質量,在參照有關《綜合性大學化學化工專業物理化學教學大綱》和《高師物化標準化考試大綱》的基礎上,以《高等工業學校物理化學課程教學基本要求》為依據,充分考慮在教學的內容組織上注意處理好該課程各部分內容之間的關系與基本知識、基礎理論與實際應用的關系以及后續課程的關系,結合江蘇科技大學的辦學定位、人才培養目標、生源情況及各專業的人才培養方案,2003年物理化學課程針對不同專業特點分別設置為:56學時(含實驗8學時)的物理化學A(適用于材料成型與控制工程、金屬材料工程、焊接技術與工程等材料類專業)和88學時(含實驗16學時)的物理化學B(適用于高分子材料與工程、環境工程等化工類專業)兩大不同系列;并采用天津大學所編的《物理化學》作為材。經過10年的實踐和研究,江蘇科技大學目前材料類專業物理化學在教材、教學內容和學時的分配為:緒論、熱力學第一定律,7課時;熱力學第二定律,7課時;多組分系統熱力學,5課時;化學平衡,4課時;相平衡,7課時;電化學,6課時;表面現象,6課時;化學動力學,6課時。這樣的安排有利于教學質量和效果的提高。
考慮到學生畢業后要從事教學、科研、開發等工作的實際,江蘇科技大學物理化學教學團隊在參照國家教委綜合性大學的理、工科《物理化學實驗教學大綱》的基礎上,制定了與江蘇科技大學物理化學實驗的教學和科研特色相適應的教學大綱,編寫了《物理化學實驗》講義,10年來先后3次對其進行了修訂。材料類物理化學實驗教學時數為8學時,至少開設2個實驗,學生必須按要求完成一個必開實驗和至少一個選開實驗。必開實驗為燃燒熱測定,選開實驗為過氧化氫分解動力學測定、純液體飽和蒸汽壓的測定、碳酸鈣分解壓的測定、二組分合金相圖的測定、粘度的測定、電動勢的測定、電導的測定及應用等。學生實驗成績按10% 的比例計入課程總成績,缺做實驗者課程的實驗成績以0分計算,實驗成績不及格者課程總成績以不及格處理。新大綱進一步明確了物理化學實驗的教學目標和要求,突出了重點、難點,增加了與本學科有關的科技新成就和新發展,增加選修實驗和開放實驗,使之更符合江蘇科技大學物理化學實驗教學實際,并有江蘇科技大學物理化學實驗的特色。
2 改進教學方法
物理化學內容繁多,理論性強,學生學習積極性不高,教學難度大,必須依靠教師的主觀能動性,結合多媒體技術等現代教學手段的充分、合理運用,堅持突出重點,力求內容條理化、講清難點,采用啟發式教學方法。在教學過程中,教師要適時、恰當地提出問題,啟發學生掌握通過自己的思考獲得知識的方法,以激發學生的學習興趣和學習熱情,發揮學生的學習主動性和積極性,并逐步由教師啟發轉向學生自我啟發完成學習任務,激發學生的獨立思考和創新意識,從而有利于教學質量和效果的提高[5,6]。不能忽視緒論課的作用,更不能忽略緒論課的講授。上好緒論課,既可以使學生初步明確物理化學課程的學習目的(“為什么學”)、學習內容(“學什么”)以及學習方法(“怎么學”),又可以讓學生初步產生學習興趣。重點放在從學生身邊的現象尋找物理化學問題,讓他們認識到為什么要學習物理化學,而不是照本宣科。這樣可以給學生留下一個良好的第一印象,激發他們的學習興趣,讓他們體會到學習這門課程對自己的價值,這樣才有可能在以后的學習過程中花時間、花精力去學習這門課程,從而學好這門課程。
物理化學內容繁多,學生不可能一下子將教師講過的知識全部理解掌握,為了讓學生明確課堂重點,教師在全面系統講授課程內容的同時,要把重點內容講清楚說明白(比如在講到復雜的數學公式推導時,在不失數學推導嚴密性的前提下,著重講清各推導環節的物理意義),加重語氣,反復強調,配以板書,引起學生對重點內容的重視。采用錄像、模擬實驗等多種教學媒體,擴大學生接受知識的容量,加快接受知識的速度,提高教學效率。例如,講熱力學時,可以讓學生觀看滑冰錄像,思考滑冰鞋冰刀下冰的凝固點的變化,強化Clapeyron方程的應用;講動力學時,可以讓學生觀看計算機模擬碰撞行為實驗,使其馬上就產生了弄清碰撞理論的迫切感,自然就增大了學習的積極性、主動性。此外,適時地將物理化學學科發展的最新動態介紹給學生[7],激發他們的學習興趣,同時鼓勵和吸引他們參與教師的科研工作,以科研促教學,更有利于創新性人才的培養。
3 豐富教學手段
充分利用現代化教學手段輔助教學。在多媒體教學課件中,教學內容的處理思路、教學重點和難點等以各種形式突出,并有動畫效果。課件除具有正常板書的優點外,還具有內容豐富、信息量大、直觀、學生課后便于復習、課前便于預習等優點。2004年初,江蘇科技大學物理化學課程建立了教學網站。該網站內容豐富、面廣量大,主要包括課程描述、教學文檔、網絡課件、在線自測、在線答疑、來賓留言等內容。多媒體教學適于課堂教學,教學網站便于學生課外自學;同時,還保留傳統板書的課堂教學形式,強化教學內容的重點和層次。實踐表明,物理化學課程多媒體教學與網絡教學,在實際教學中已收到了很好的教學效果,受到了同學、同行和督導的廣泛贊許。網絡教學的使用促進了學生在課前和課后的學習、鞏固和提高,多媒體教學的實施提高了師生的課堂教學效率。
4 改革課程考核和考試制度
全面提高材料類專業物理化學課程的教學質量和效果,加強物理化學專業基礎課程的教與學,加強教師授課和學生學習的統一評價與管理。嚴格考試制度,物理化學課程考試采用“全國高師物理化學標準化考試試題庫”和“全國綜合性大學物理化學試題庫”隨機出題,收到了很好的教學效果。執行全體學生評教制度,所有學生通過學校教務處網絡平臺對上一學期所學課程進行教學評價,教務處將學生評教結果通知給教師本人。教師授課認真、負責、規范,教師的授課和學生學習的教學效果得到了統一的評價與管理。對教師和學生有明確要求,嚴格規范教學,調動了各方面的積極性和創造性。綜觀近年來所取得的成績,學生學期的題庫考試平均成績高于試題庫給出的平均成績。根據教
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師、督導和學生的反饋意見,在以后一段相當長的時期內,對江蘇科技大學工科物理化學課程仍將繼續采用全國理科物理化學題庫隨機出題的方式,進一步促進教師的授課和學生學習的教學效果。
為了較好的體現現代教育思想,符合國內外同類課程改革趨勢和建設方向,全面開放所有物理化學實驗,一名教師負責一個實驗,一個實驗最多同時開設4組,每組實驗最多允許2名學生參與。對《物理化學實驗》講義進行修訂與補充,在燃燒熱測定、金屬相圖測定等實驗中增加了自動化實時測量與監控技術。每年至少對2個物理化學實驗進行改進或更新。
5 結束語
江蘇科技大學材料類專業物理化學課程教學與時俱進,不斷充實和更新教學內容,改進教學方法,豐富教學手段,經過10年的探索和實踐證明該課程的教學改革有助于提高教學質量和效果。
參考文獻
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