时间:2023-09-20 16:57:37
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇大学化学方向,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
关键词:军队院校 大学化学 教学内容改革
军队院校是培养军事人才的主阵地,军事人才个体素质要求的变化和军事人才队伍结构的调整,直接推动军队院校教育进行相应的变革和转型[1]。大学化学是军队院校重要的通识教育公共基础课程,是培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的高级科技人才所必须的,是培养21世纪全面发展的军事人才知识结构和能力的重要组成部分。为了我校一三旅初级指挥学员的培养,更好地让他们适应军队现代化建设的需要,有必要进一步明确大学化学的定位和发展方向,对学员进行与化学相关知识的教育,努力培养具有实际任职能力的合格军事人才。
1、大学化学的传统教学内容
对于传统大学化学的教学,我们的着重点是化学基础知识、基本概念和基础理论,即让学员在中学化学的基础上,对化学反应的基本规律、变化过程中的能量关系以及物质组成、结构与性能的关系等有一个比较全面的认识;对化学实验基本方法做进一步训练,为学习新理论、新技术和相关的科学研究奠定必要的化学基础;使学员适当了解当前化学学科发展的特点及与其他学科的联系、交叉和渗透,进一步了解化学对科技发展和社会进步的影响,从而使学员在部队及日常生活中能够运用化学的观点和所学的化学知识分析问题和解决问题。
2、大学化学教学内容改革的方向
2.1 对学员进行军事化学教育
现在生活离不开化学,现在军事更离不开化学。化学知识在战争中的应用日益重要,两次世界大战、海湾战争、阿富汗战争、伊拉克战争等等,无一不牵动着爱好和平的人民的神经,特别是作为军校学员,将来会担当起保家卫国的重任,学员们也时刻关注着风云变幻的国际形势,对学员进行化学与军事相关知识的教育,使学员自觉地主动地为祖国的振兴、民族的繁荣而努力学习化学知识显得尤为重要。而在传统的大学化学教学中存在着军事特色不突出的问题,有必要对其进行改革。
就目前而言,我们所选用的教材涉及到军事化学的内容很少,因此,作为大学化学教员,就应该不断的更新观念,关注军事化学研究的发展,充实和完善自己的知识结构。教员联系周期表,可重点阐述一些与军事有关的典型物质的性质及应用。例如:稀土元素。在军事方面,稀土有工业“黄金”之称,由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,比如大幅度提高用于制造坦克、导弹的钢材、铝合金、钛合金的战术性能等。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。教员还可以采取讲座的形式,介绍化学基本原理在军事高科技中的应用,让学员了解军事战争中应用到的化学知识及所产生的危害,内容可包括军用核技术、伪装隐身技术、生化武器等等。
2.2 对学员进行绿色化学教育
绿色化学是20世纪90年代初产生的新概念,它代表了人类社会可持续发展的一种长远利益,是化学发展的更高层次,是化学未来发展的方向。化学在人类的发展中发挥了巨大的作用,制造出了塑料、新药品、纺织品等数千万种医药和化工产品,但同时却产生了大量的副产品——工业三废。因此,要想享受化学给我们带来的方便而减少化学带来的危害就要提倡绿色化学,化学教员就承担起了对学员进行绿色化学的普及和宣传的任务。
教员可以联系生活中的实例介绍绿色化学的相关知识,比如,我国每年食物中毒人数约为2~4万人,并且估计这个数字尚不到实际发生数的1/10[2]。其原因就是农药残留等,如果选择对人无毒或无残留农药,这些问题就迎刃而解了,这就是与我们息息相关的食品安全问题中包含的绿色化学。教员还可以在课堂上设计一些生活中与绿色化学有关的问题:为什么要使用无铅汽油?为什么要限制含硫量高的煤的使用?通过这样的教学方式作为教学改革的一种尝试,可使学员在潜移默化中接受绿色化学教育,使绿色化学的思想融合于大学化学教学中,这样也有助于提高学员学习化学的兴趣。
2.3 对学员进行计算机化学教育
今天,以计算机及其网络深入到社会各个层面为标志的数字化新世纪已经到来,这也将使传统化学发生深刻的变化。数字化新世纪的化学不仅要靠“湿”实验室来发展,同时也要依赖于“干”实验室来辅助和补充。所谓“湿”实验室就是传统意义上的化学实验室,“干”化学实验室则是指数字化虚拟仿真化学实验室。“干”、“湿”相结合才能更高效地孕育出新的化学实体,才能大大提高化学非凡的创造力。
虚拟仿真化学实验室集成了多种关键软件,融合了计算机技术、化学及其相关学科的最新理论成就。通过使用虚拟仿真实验室,不但可以突破传统单一化的实验教学模式,提高学员的理解和记忆能力,还可以保证学员实验的可重复化、实验的安全化,实现实验的绿色化,更好地完成教学任务[3-4]。军队建设正处于以信息化为标志的新的发展时期,使用以计算机为支撑的虚拟仿真实验室来推进大学化学的教学改革,必将成为改革的一个亮点。
3、结语
通过对学员进行军事化学、绿色化学以及计算机化学教育,既优化了大学化学的知识结构,拓宽了专业面,又在不增加学员负担、不让学员穷于应付的前提下,逐渐改变学员被动式学习的习惯,增强了自主学习意识,为培养基础扎实、知识面宽、任职能力强的合格军事人才奠定了坚实的基础。
参考文献
[1] 张宝书.关于推进军队院校教育转型的若干思考.中国军事科学,2004,17(5):56-64.
[2] 张春燕.绿色化学教育在大学化学教育中的作用[J].柳州师专学报,2006,21(1):90-92.
关键词:创新设计能力;化学;实验教学
当今的社会已经是一个高度发达的知识化、高度信息化以及智能化的科技时代,以科学、信息技术以及知识的迅速发展带来了前所未有的挑战,现在,技术不仅改变着人们的生产和生活方式,而且改变着人们的思维方式。现代教育的核心内容开始转移到以培养创新精神、增长创新才能、培养终身学习的愿望以及训练创新思维为目标的创新教育,是新世纪教育改革的重要学习方式之一[1]。众所周知,化学是一门以实验为基础的自然学科,尤其是大学化学其实验教学在现代教学中占有极重要的地位。同时,大学化学实验教学也是大学教师常采用的教学方法,同时也是培养现代大学生用于提高其大学化学学科素养以及培养现代具有创新精神的有效方法。然而,在现实生活中,很多大学化学教师在教学过程中往往会忽视其实验的教学方法,在一定程度上弱化了现代大学生的实验能力的提高,尤其是现代大学生创新能力的培养[2]。如何改变这种困境,怎样提高学生在化学实验的教学效果呢?本文从学生化学实验设计能力角度出发,我们在把握无机化学实验设计能力培养的涵义及创新意义上,从而提出一条具有创新性的策略以供其参考。
1在课堂上要开展大学生的化学实验的设计创新能力
1.1教学策略
首先,要完成现代大学化学实验教学从而解决在此过程中发现的新问题,被看成是现代大学化学实验教育的创新学习。而传统的教学方法是以化学实验为基本的教学内容,以教师为主导、学生为主体,在教与学过程中所实施的系列化与创新性学习的过程,此种教学方法的目的是让现代大学生通过创新性实践活动、创新性思维的培养让现代大学生从创新的实验教学和实验经验的培养走向创新的人生过程。在创新性实验教学过程中,著名的美国心理学家马斯诺提出,创造性一般分为两类:一类是“有特别才能的创造性”,如艺术家、书法家、科学家等天才人物的创造性;第二种是“有自我实现的创造性”,如培养大学生在化学理论和实验学习过程中的行为、活动与经验。在现代大化学实验教学过程中,凡是大学生通过自己的知识水平、智力水平、学习能力等能够独立地“发现”或发明未曾学过或接触过的知识,对在大学化学实验过程中提出新颖的设想、能够独立的设计、完成大学化学实验,从而解决新问题、完善新技术、提出新方法等。而与之相对应的是化学实验创新教学,一般是以大学化学实验为基本教学内容,以教师为主导,学生为主体,在实验课堂上实施的化学实验创新学习的过程。其目的是培养创新性的大学化学实验活动、创新性的思维和创新性的素养,让现代大学生通过创新能力的培养走向创新的人生[3]。
1.2教学的组织形式
传统意义上的化学实验创新教学,是以小组合作学习为基本的组织形式。一般来说,在大学化学创新实验教学中,学生一般从文献处理、搜集资料、进行试验设计、进行试验、整理数据一直到得出结论,这些工程都是大学生在进行着自主创新、自主设计的探索的创新活动,而且在整个化学实验过程中采用4~7人为一个教学小组的合作形式。因此,我们在开展大学化学实验教学时,一般都采取以4~7人为一个小组的合作与竞争性学习、研究为主的形式,在这一过程中,我们同时兼做到个体研究、小组探讨到班级集体探讨相结合的方式,在实验教学实践过程中,系统有机的把创新思维、创新方法和创新探索与合作竞争学习结合在一起,从而培养现代大学生的综合素质。
1.3情境设置
提出问题是科学探究的一个主要要素。课堂教学中尤其是化学实验教学中问题的设置、问题的内容和表述应具有科学性、合理性、技术性以及可探究性,化学教师要在研究并熟悉教材内容、教学方法、教学大纲的基础上进行学情分析,合理的设置一些问题情境,分析学生的知识现状、能力要求,尤其是多关注一些学生的实验学习能力以及遇到问题分析问题解决问题的能力,从而在情境下激发起学生探究的需求,帮助学生明确探究目标,把问题的疑点层层分解,并逐一解决。因而实验问题的创设既要兼顾已有知识,同时又要让学生通过探究得以解决。通过上述一组情境,让学生对科学、严谨的探究问题产生思考、讨论,进行实验设计、找到解决的办法和动手做实验,真正的让学生在实践过程中领悟“过程与方法”的探究历程,着眼于培养学生的科学素养培养他们攫取新知识的能力[4]。
2培养化学设计实验的方法
2.1规范实验操作
给学生树立一个意识:要想取得成功必须要有优秀的学习习惯。优秀习惯重要性不言而喻,但具体到化学实验操作而言,只有树立正规、按步骤的操作方法才能形成良好的操作习惯,从而才能达到实验的目的。在做大学化学实验的时候要认真、仔细地按照实验操作流程进行实验操作,这样就可避免各种事故的发生,从而在实验教学、实验探讨过程中做到做到安全实验。
2.2课外活动
设置课外活动的目的是为了丰富现代大学生的精神生活,从而扩大其视野、培养修养、陶冶情操以及激励创新设计的有效阵地,因此是现代大学生实施和培养创新能力的重要场所和阵地。现代大学生可以通过家庭性的小实验、通过户外实习以及多样化的第二课堂活动,一般能有效地培养、开发现代大学生的创新意识、创新方法以及创新设计能力,在这一过程中能够提高现代大学生的科学素质。因此,在现代大学化学实验教学过程中,我们重在培养大学生在实验教学过程中的自我实现、自我发展以及自我完善的能力,重在鼓励学生通过创新实验能力的培养能够独立的对一些问题提出新的观点、看法,提出解决新的问题的方法及采取的措施等,要让大学生充分利用家庭实验、户外活动以及第二课堂等来开发现代大学生的创新设计才能和创新设计意识,为将来的发明创造奠定良好的基础。
2.3社会实践
社会是现代大学生实施创新实验设计教育的宏观途径,不仅有助于培养现代大学生的创新能力,而且有助于培养现代大学生的团队合作意识。因此,我们鼓励大学生走出课堂、走出教室、走下网络,广泛地接触社会,这样更有利于创新性方法、意识和能力的培养。可以采取各种的社会调查活动,书写调查报告,及时的了解掌握国内外关于先进的科技发明及技术创造的过程,使大学生广泛的进行现场教学活动。并结合具体的大学化学实验教学内容,让大学生广泛的到工厂、企业进行现场教学,从而了解到大学化学知识在现在社会上的具体应用;同时还可以举办各种形式的专题报告活动,在现场介绍其发明设计和创新思维过程等。通过上述这些活动都能促进现代大学生创新思维、创新意识和创新能力的培养及开发,从而激发大学生进行创新设计的热情,培养大学生创新能力的提高和增长大学生的创新技能。
3结论
大学化学实验教学作为培养我国创新性人才的重要组成部分,因此对大学生的创新意识、创新能力的培养具有重要的参考作用。在大学化学实验教学的过程中,重在培养大学生的创新思维能力,首先应设置富有创新意味的教学情境,可以通过热点、焦点问题引入实验教学;对于生活常识的研究;可以设置探索性、问答式问题等方法,从而引发大学生对于化学实验教学探究的强烈兴趣,点燃大学生的创新的情趣,在积极的心理氛围中帮助大学生打开创新的大门;其次,在教学的实施阶段,一般首先进行创新意识的训练,然后帮助进行大学化学实验的创新实验设计,作为教学的主策略和重点。当然除了以课堂教学之外,还可结合课外活动、第二课堂、慕课与翻转课堂、微课等多样的形式,进行创新性设计活动,让大学生在创新思维的火花引导下展开想象的翅膀,从而培养在实践中发现问题、分析问题、解决问题的能力,在动脑、动手进行研究,最终创造性的解决问题。
参考文献
[1]实施创新教育,培养创新人才-访中央教育科学研究所所长阎立钦教授[J].教育教学究,1999(7):5-8.
[2]化学国家课程标准研制组.义务教育课程标准实验教科书.化学[M].上海:上海教育出版社,1999.
[3]宋心琦.有关化学实验改革的想法与建议[J].化学教育,2001(3):14-18.
[4]许玉.以实验为载体培养学生创新能力[J].云南师范大学学报,2005(8):238-241.
[5]许玉.化学实验教学中培养学生创新能力的策略[D].昆明:云南师范大学,2006.
关键词:大学化学实验;考核方法;考核标准
大学化学实验是化学实验课中的一个重要分支,同时也是工科专业,如化工、环境、医学、药学、材料等专业本科生进入大学后所学习的第一门基础性实验课。大学化学实验和理论课程具有同等重要的地位[1-3]。因此,大学化学实验课不仅面临着与高中化学实验课程衔接的任务,还为后续实验课程培养学生的基本操作能力,同时更要培养学生良好的科学素养,实事求是的科学态度、良好的实验室工作习惯,以及分析、解决问题和实践创新的能力[4]。大学化学实验课程考核是实验教学环节的重要组成部分,其考核方式的改革和考核标准的制定对学生创新素质的培养以及课程教学质量的提高,起着极其重要的作用[5]。作为理工类本科院校,本校诸多专业的学生都要学学化学实验,大学在增加实验教学投入,更新实验仪器,调整师资方面做了改进,然而,大学生的实验技能仍需不断提高。本文分析了我院当前的大学化学实验考核标准与方式,提出了改革的方向,初步构建了相应的评价体系。
1传统大学化学实验考核方式存在的问题
传统的大学化学实验多以预习报告和实验报告成绩为主要考核依据,忽视了对实验过程中操作技能的考查。这种单纯依靠实验报告给出分数的考核方法不够客观,会给部分学生造成实验报告是实验课最重要环节的错觉,从而在课前预习、实验操作、现象观察、数据记录与结果分析环节得不到最好的锻炼[6]。大学化学实验课程是一门以实验操作为主的实践课程,必须将实验操作考核贯穿于整个实验教学过程[7]。因此,我们从建立实验考核标准入手,在考核方法、手段上进行了行之有效的尝试,从而提高了学生学学化学实验课的积极性和主动性,同时也激发了学生的学习热情;不仅培养了学生实验动手能力,更锻炼了他们分析问题、解决问题能力,从而提高了大学化学实验课的教学质量。
2新考核方式的具体内容
新的考核方式更注重实验过程考核,大学化学实验成绩依然采用的是百分制,具体考核方式为平时与期末考核相结合。对平时每一次实验,进行随堂考核;在期末进行实验基础知识和操作技能考核,成绩分配按照平时成绩70%,期末成绩占30%。
2.1平时考核
平时成绩占实验总成绩的70%,以百分制计分。从预习报告、实验操作、实验结果以及课后实验报告多方面综合评分。预习报告、实验操作规范和实验报告(包括实验结果)分别占平时成绩的20%、40%和40%。
2.2实验预习
课前预习是大学化学实验课不可忽视的环节。化学教研室的老师们精心制作了大学化学实验网络课程,内容包括实验目的、原理、操作步骤、思考题,并有详细的ppt供学习。实验开展之前,学生需在认真学习网络课程的基础上,正确回答十个问题,网络课程系统会自动给出成绩,成绩达标后,本次实验预习就算合格。该部分成绩占据平时成绩的20%。
2.3实验操作规范评价
大学化学实验按照实验内容可以分为:无机化合物性质验证、无机化合物合成、化学分析以及综合实验。根据不同的实验类型,拟定相应的实验操作规范评分标准。比如,无机化合物性质验证实验主要是培养学生观察、记录实验现象的能力,因此考核侧重于检查实验结果;无机化合物合成实验则侧重于操作过程,涉及溶解、蒸发、结晶和过滤等操作,每个操作步骤都需要教师仔细评判,并及时纠正操作有误的地方;化学分析即滴定实验,侧重的是各仪器的规范使用、滴定终点的判断、实验结果的准确记录,这些都需要教师全程跟踪,及时纠错,实时评价。为了更好的培养学生的实验能力,教师在学生实验前,为学生重点讲述实验原理和操作步骤,同时讲解实验中的注意事项。学生在实验过程中,老师给出科学的评价,该部分成绩占据平时成绩的40%。
2.4实验报告
对实验报告的考查主要从以下几方面:(1)实验报告格式是否规范;(2)实验原理是否清晰;(3)实验内容记录是否完整,数据是否可靠;(4)是否完成了课后思考题。通过实验报告的撰写,可以培养学生们认真记录实验数据的习惯,为将来进入研究生阶段的学习,打下坚实的基础。在实验报告批改过程中,教师将学生实验结果记录在册,然后给出相应的成绩。该部分成绩占据平时成绩的40%。
2.5期末考核
期末考核成绩占总成绩的30%。期末考核分为理论考试和操作考试两个环节,理论考试的内容涉及实验原理、仪器设备使用注意事项、各个实验中重要的实验现象和注意事项等,该部分可以以闭卷考试的形式进行考核,所得成绩占据期末考核成绩的40%。期末考核的重点是操作考核,在所开设的实验中,选择一个综合实验作为考试内容,这样可以全面地考核学生的基本实验动手能力。例如我们在此次大学化学实验考核改革过程中选用的考试实验:硫酸亚铁铵的制备与含量分析[8]。该实验由三部分内容组成,一是硫酸亚铁铵的制备,这是属于无机合成部分的实验,主要考察学生水浴加热、蒸发结晶和过滤等基本操作技能;第二部分实验内容是高锰酸钾法测定亚铁离子的含量,这是属于化学分析部分的实验,主要考察学生准确称量和滴定的技能;三是无机化合物性质实验,通过实验现象的观察对样品进行半定量分析。具体考核时,要求学生在预习的前提下自选仪器,在规定时间内合成目标化合物、并对其进行半定量分析和定量分析,最后完成数据分析,给出明确的结果。教师根据学生在实验过程中的各方面表现进行打分,所得成绩占据期末考核成绩的60%。这种考核方式,在检验学生学习成效的同时,也能提高学生学习的积极主动性,收到较好的教学效果。
3结论
大学化学实验课程改革是对考核方式和考核标准的细化、量化规定。这种改革不仅体现在形式上,更体现在过程中。无论是课前、课上以及期末考试,都对学生提出了更高、更具体的要求。采取多种考查方式,全面科学的评价学生的实验成绩,不仅考查同学们对实验的掌握情况,也可以调动同学们的学习主动性和积极性,同时也培养了学生们正确的实验观念,科学的操作规范,为其后续课程奠定良好的基础。
参考文献
[1]安玉民,王菊葵.大学基础化学实验考核标准及考试方法改革研究[J].广州化工,2016,44(22):156-158.
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[3]戴蔚荃,周长江,林锦明,等.基础化学实验课研究性教学考核评价体系构建[J].实验室研究与探索,2012,31(5):125-127.
[4]程美令,赖梨芳,戎红仁.高中化学和大学无机与分析化学教学衔接研究[J].广州化工,2017,45(1):148-149.
[5]罗峰,冯雪风.化学实验课程考核方式新思路[J].江西化工,2015(2):155-156.
[6]赵强,刘小娣,党元林.大学无机化学实验存在的问题及改革[J].广州化工,2017,45(1):159-171.
[7]李红喜,郎建平.无机化学实验教学改革的探索与实践[J].苏州大学学报(自然科学版),2011,27(4):92-94.
目前,我国对于化学类高水平人才的培养主要包括三个阶段,即中学化学教育、大学化学教育与研究生化学教育。其中,研究生化学教育主要以培养学生对化学知识的综合运用能力为目标,在这一过程中,学生完全处于主导地位,与其说培养学生,不如说学生在展示自己掌握的化学能力。与研究生教育阶段相比,中学化学教育与大学化学教育则是以培养学生对化学基础知识的掌握与理解为主的两个阶段。在学习兴趣培养、基本概念掌握、化学规律理解等方面,二者相辅相成、缺一不可。然而,现实存在的问题是,由于教学对象的不同,教师群体的差异,在中学化学与大学化学教学体系在整体设计上,二者往往习惯性地被分开进行。中学化学教学过程不考虑大学化学的知识体系,而大学教学也经常忽视中学化学的教学内容,造成这两个阶段化学知识的传授衔接性较差。这种情况下,最直接的影响就是多数学生在由中学转入大学后,对于某些基础化学知识的学习,往往有种似曾相识但又模糊不清的感觉,化学学习缺乏着力点;此外,大学与中学两个阶段学生学习模式的差别较大,时间一长,很容易导致学生对化学学习兴趣的降低,甚至反感对化学知识的学习,极大地影响了化学学习效果。值得庆幸的是,现在有很多教师已经开始意识到这方面的问题,并开始予以关注与探讨。
笔者根据自身对大学化学知识体系与教学模式的掌握与理解,结合近十年在中学化学教学过程中的亲身体会,拟从理论教学、实验教学以及课程考核三个方面,简要探究大学化学知识内容与教学模式在中学化学教学中的指导作用。
一、理论教学
理论教学是化学教学的主要组成部分,也是中学化学教学的主要难点之一。目前,考虑到中学生对某些抽象理论知识的接受能力,中学普遍采用的化学教材中,往往很少涉及关于化学基本理论方面的详细知识内容。例如,大学化学知识体系中的化学热力学、化学动力学、平衡常数、电极电势、原子分子结构、电子杂化等理论知识,在中学化学教学中要么根本未涉及,要么不要求定量表述,往往将复杂问题简单化,这样的教学内容设计优点在于能够使学生在较短时间内掌握化学的基础知识。然而,由于在教授上述知识点的时候缺乏理论上的引导,往往会使学生在知识的掌握上不够扎实。为了有效弥补这种缺陷,只能让学生一字不差地去记忆,同时进行大量的解题训练,以强化这种记忆。这种教学模式表面上实现了学生对基础知识点的掌握,但是往往也会造成学生“学而不思”的不良学习习惯,再加上强迫式的记忆手段,很容易造成学生对于知识学习的反感。
除此之外,在缺少理论学习的情况下,很多学生还会出于对某些化学结论或化学现象的困惑而提出一些超出教材知识点的问题,如“为什么苯不能使高锰酸钾褪色,而甲苯能?”“sp2杂化与sp3杂化有什么区别,二者之间的最终结果是怎样的?”,等等。目前中学教学改革的核心就是把课堂还给学生,充分发挥学生的主观能动性,鼓励学生提出问题。那么,当学生提出诸如上述超出教材知识点范围的问题时,作为教师,应该怎么处理呢?或许有些教师以一句“这不是你现在需要掌握的内容”予以安抚,某些脾气较为急躁的教师,更是直接回答“不要问这么多”。这种简单粗暴地回答方式很不利于学生对化学学习兴趣的培养。那么,作为一名优秀的教师,如何来回答这种问题呢?前面我们已经提到,化学知识的教学是一个庞大的体系,作为这一体系的两个组成部分,许多中学化学教学中没有涉及的理论问题往往在大学化学知识体系中均能找到答案。因此,对于中学教师来说,在熟悉并深入钻研中学化学教材,科学、完整地掌握教材教学内容的同时,充分借助大学化学知识来充实自己的知识面,提高自己理论教学水平是非常有必要的。将部分大学理论知识点,如价键理论、分子轨道理论和碳的杂化轨道理论这些在中学化学教学中能用到,但教材中叙述又不太清楚的适当引入中学教学中,使学生对于化学知识的学习能够知其所以然。如,不仅要知道水分子空间结构是折线形、氨分子是三角锥形,还应弄清这是原子轨道sp3不等性杂化的结果;不仅知道各种反应速率的不同,还应该明白这种现象是由反应活化能差异等因素造成的。这种结合理论本质讲现象,再通过现象解释理论的教学模式,不仅有利于学生对化学基础知识的掌握,同时对于学生化学学习兴趣的培养也是大有裨益的。
二、实验教学
人类对任何知识的学习动力均源于兴趣,而培养学生化学学习兴趣的最佳手段之一就是实验。化学是一门以实验为基础的自然学科。所以,从这个角度上讲,学习化学更多地应该从实验入手,通过各种各样的实验现象来激发学生对化学知识的学习渴望。然而,现行的中学化学教材中,很多实验设计的重心在于如何让学生做好实验、做对实验,结果验证型实验较多,而用于培养学生设计实验、开发实验的探究型实验相对较少,换句话说,学生做实验只是“照方配药”,只动手不动脑,缺乏必要的理性思维。那么,在中学化学教学过程中,如何有效解决上述问题呢?大学化学教学实验的设计可以给我们提供一些很有价值的教学思路。目前,在许多高校化学实验教学体系中,增设了很多让学生自己动手设计、操作并给出实验结果的综合性教学实验。这种实验教学模式在很大程度上调动了学生学习的主观能动性,使学生在实验过程中能发现问题、分析问题并解决问题,有利于学生创新思维的培养。当然,受硬件条件的限制,上述大学实验教学模式在中学化学实验教学中完全照搬也是不可取的。我们可以取其精髓,根据自己的实际情况来设计具有中学特色的实验教学模式。例如,提供必要的仪器、试剂,让学生自己设计实验,既而动手实验,得出结论。如在讲Fe3+与Fe2+的性质时,可以先引导学生从氧化还原角度分析Fe3+、Fe2+各具有什么性质,然后根据所给的仪器、药品动手实验,通过对实验现象分析得出结论;在某些实验中,还可以适当地引导学生对课本中现有的实验装置或原理进行改进或完善。这种完全依靠学生自己动手操作、思考的实验过程却恰恰能够起到锻炼学生创新思维、提高学生综合专业能力的教学目的。
三、课程考核
课程考核是教学过程的关键环节,是反映教师教学效果与学生学习效果的重要手段,具有从教与学两方面检验教学质量的功能。目前,中学化学课程考核仍然采用传统的试卷考核方式。然而,以这种考试方式得到的成绩往往被赋予了很多其他特殊的含义,使学生无形中承受了更多的压力。因为,在学生看来,一份试卷成绩不仅代表自己的学习效果,它在很大程度上代表了父母与老师的寄托,代表了自己的前程,这种对于成绩的认识显然是非常片面的。目前,许多在大学从事化学类课程教学的教师已逐渐意识到这一问题,并已经开始着手进行各种化学类课程考核方式的改革与探究,如以课程报告、小组讨论并提交论文等方式来取代单一的试卷考核,这为中学化学教学考核方式的改革提供了一个参考性的尝试方向。例如,我们可以结合学生平时的课堂发言表现进行综合打分,或者对学生在实验学习过程中的综合表现进行考核,并将这种考核得分融入期末考试成绩的核算中。相信这种带有学生平时能力考核的打分方式应该更能够综合反映出学生对化学知识的掌握情况,对学生化学学习兴趣的培养,也是非常有利的。
大学化学教育是中学化学教育的延展和加深,二者一脉相承,缺一不可。从学生的角度来讲,学好中学化学,有利于学生在大学化学学习过程中对更多化学基础知识的掌握与理解;而对于教师而言,随时了解并更新自己对大学化学知识体系与教学模式的掌握,对于提高个人的教学水平、改善化学课堂教学效果、增强学生化学学习兴趣与学习效果均起到重要作用。
高等学校是培养未来工程师的摇篮,化学是理工农医类各专业的重要基础课程,因此在高等教育中渗透绿色化学的理念,进而从高等教育的源头上杜绝环境污染是十分必要的。绿色化学(GreenChemistry),又称环境友好化学(EnvironmentallyFriendlyChemistry),是以化学反应“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。它不但是化学科学与化学工业可持续发展的必由之路,还是2l世纪化学技术的发展方向,已成为当今国际化学科学研究的前沿。将绿色化学理念融入化学教育的全过程,使学生树立起绿色意识,培养学生绿色化学研究能力,提高科学素质水平,成为高等学校人才培养目标之一。为此,我们在大学化学教学实践中,通过理论教学和实验教学中的各环节,构建新的教学体系,对学生灌输绿色化学理念,培养适应国家可持续发展的高素质综合型人才。
1大学化学教学中灌输绿色化学理念的重要性与必要性
近年来,随着环境污染的愈发严重和公众对环境问题的日益关心,尤其是近年来我国多地连续出现大面积的雾霾天气,迫使人们思考保护环境和发展经济的两者关系问题。究竟是先发展经济后治理环境,还是在发展经济的同时就杜绝环境污染的发生?人们开始对化学工业提出质疑,认为这一切主要是由化学造成的。面对这种情况,化学教师在日常教学中对学生进行绿色化学理念教育就显得尤为必要,是培养具有绿色意识和环保能力高素质人才的基础,也是解决环境问题的根本出路。同时化学工作者也应该深刻反思,回过头去看看化学给环境带来了哪些负面影响,总结经验教训,按照绿色化学12条原则的要求,研究出新的原子经济合成路线,开发出新的绿色化合物。绿色化学与环境保护不同之处在于:绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动地防止化学污染,从而在根本上切断污染源。目前绿色化学在节约能源、防治污染、保障人类健康与安全等方面发挥着日益显著的作用,受到了社会的极大关注,发展绿色化学成为当今社会的迫切需要和大势所趋。让学生们坚信,化学在创造出更多的高新技术材料的同时,也一定能避免无用的、有害的物质产生。教师应该用实际生动的范例充实我们课堂教学的内容,按照范例所涉及的知识点,自然地、形象地渗透到大学化学中。满足社会的需要是大学化学教学的重要目的之一,21世纪社会需要的是具备高科学素质的“绿色工程师”,他们肩负着建设祖国未来的使命,是国家的栋梁之才。学生在校学习阶段就牢固树立起绿色化学和环境保护的意识,使他们自觉的成为未来环境的保护者。因此,作为培养未来高级专业人才的高等学校,为适应21世纪社会对高级人才培养需求,在大学化学的教学中,融入绿色化学的理念,使学生了解绿色化学,认识绿色化学,构建起绿色化学思维,方能从根本上预防环境污染事件的发生,解决目前环境面临的困境。
2大学化学实验教学中构建绿色化学理念的探索
化学是以实验为基础的自然学科,实验教学在大学化学教学中有举足轻重的作用,但实验也是产生污染的主要渠道之一。人们的传统思想是化学实验造成污染是不可避免的事情,“环境保护”就是治理污染,更不会想到还可以从源头上防止污染的产生。首先我们在实验教学中,坚持让学生在实验前对实验内容预习,并写出预习报告,在预习报告中包含设计具体实验步骤,尽量减少试剂用量,实验结束对实验室废液的如何处理,减少“三废”的排放,以降低污染和减少浪费,从而实现绿色化学的理想和目标,其次对实验教学内容进行“绿色化”改革和创新,在保证学生基本实验技能得以训练的前提下,尽可能开设对环境友好的实验。具体来说要做好以下两方面的工作。一方面,改革实验部分内容。遵照绿色化学的理念,从实验项目和内容抓起,从源头上阻止污染。因此,在实验教学中要实现教学内容的绿色化,最先考虑的是实验项目的设置,既要能体现实验教学的目的,又要能达到化学实验的“绿色化”。如沉淀溶解平衡实验,经典的Pb(NO3)2和K2CrO4生成黄色PbCrO4沉淀,尽管现象明显,但Pb、Cr都是有毒重金属,会对水资源造成严重污染。为此选择Na2SO4和BaCl2作为沉淀试剂,生成白色BaSO4沉淀,现象明显,实验效果良好,既达到了实验目的,又减少了有毒物质的使用和排放。对于某些与绿色化学理念相悖有毒的验证性实验,亦不能提高学生的综合操作技能,则予以删除,选取具有代表性的无毒的实验来锻炼学生的基本操作技能。如有机化学醛酮、糖等性质实验,所用化学试剂毒性很大,取而代之的是测定葡萄糖旋光度的实验,彻底杜绝了有毒物质的使用和排放。
另一方面处理实验废弃物,杜绝污染物的排放。我们在大一新生刚开始做第一个化学实验时,就以绿色化学理念引导学生正确处理实验室广泛使用的铬酸洗液。若不经处理的含铬废水直接排入下水道,就会造成严重的铬污染,这样既消除了铬的污染,又得到副产品Cr(OH)3和Fe(OH)3。再如废酸废碱的中和处理,含银盐的废液通过加入金属锌进行还原回收金属银,变废为宝,一举两得,保证实验全过程的绿色化。第三利用现代信息技术建设网络虚拟仿真实验室,将有毒实验进行仿真实验演示。例如沉淀溶解平衡碘化汞沉淀的生成,碘化银在氰化钾中溶解等实验,分别需要用到极毒试剂氯化汞和氰化钾,实验后的废液虽经过处理但仍对环境造成极大危害。将类似的有毒实验由老师集中做并现场录像或从网上下载有关视频,制作成多媒体光盘挂在网上,供学生下载观看。同时加强实验管理,严格要求操作规范,培养学生良好的实验习惯,将实验教学对环境的损害降到最低限度。把绿色环保的办学理念渗透到实验细微之处,将绿色化学的理念印入脑海,提高环保意识,达到化学实验绿色化的宗旨。
3大学化学理论教学内容的绿色化
大学化学涵盖无机化学、分析化学和有机化学等内容,教学内容十分丰富,其中的绿色化学反应例子很多,为绿色化学教学提供广阔的平台。教师应该在教学中须对教材进行优化重组、拓展和创新,结合具体的内容对学生灌输绿色理念。教材中涉及到绿色化学的反应加以重点强调,对未体现出绿色化学的教学内容进行及时的补充、适当的拓宽。例如乙烯被氧化成环氧乙烷[8]制备重要化工原料乙二醇的反应就符合原子经济性原则。在讲授碳的氧化物时,介绍CO2在绿色化学中的重要用途,当CO2在临界点(温度31.1℃,压力73.8个大气压)以上时,CO2具有液体的密度和常规液态溶剂的强度;同时它又具有气体的粘度,因而有很高的传质速度,而且具有很大的可压缩性,这些特点使超临界二氧化碳成为一种优良的溶剂,它无毒、不可燃、而且价廉,已发现许多反应能在超临界二氧化碳中进行。因此,研究超临界二氧化碳溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂,从而消除它们对环境的污染,这就符合绿色化学不使用有毒溶剂的理念。农作物秸秆的综合利用是当前我国面料的实际难题之一,植物生物质的主要成分是木质素~纤维素和半纤维素,它们都可以转化成极为宝贵的能源和化工原料。但是为了充分和高效地转化它们,必须在木质素降解酶催化下水解,得到葡萄糖等小分子物质之后,再把它们转化成需要的有机化学制品,从而实现生物质替代石油作化工原料。例如,氢气是绿色清洁能源,但氢气的制取一直困扰着氢气的推广使用。用木材及农作物残渣为原料,以NaOH作催化剂,用Ca(OH)2作CO2吸收剂。该工艺优点:不使用氰化物和甲醛,操作安全,生产步骤少,产率高。
大学化学教学内容中有关绿色化学的例子很多,只要教师耐心去挖掘,改变讲课思路,使学生在潜移默化中受到绿色化学教育,增加绿色素养,同时也使学生加深对所讲内容的印象和理解,收到事半功倍的效果。我们教师应该与时俱进,开拓创新,充分利用现代化教学手段。将现代教育方法融入课堂教学中,利用多媒体技术集图、文、声、像和三维动画为一体的特性,开发使用多媒体教学课件,展示绿色化学理念下的化学理论教学、化学实验教学、绿色化学工艺、绿色能源等。使绿色化学理念在学生头脑中生根发芽,视环境保护为己任,将来走向工作岗位后,为改善我们居住的环境,看见碧水蓝天做出贡献。
作者:张长水 单位:河南科技大学 化工与制药学院
关键词:绿色化学;大学;化学实验;策略
大学化学属于工科院校非化学化工专业设置的一门基础课程,也是大学中唯一的化学类课程,其教学效果关系着学生综合素质的提高。大学化学面对的是非化学化工专业的学生,在实验教学中引入绿色化学理念,具有独特的优势。现阶段,绿色化学已经逐渐发展成为化学科研工作的前沿,受到了各国政府部门的高度关注。
1绿色化学的概念与意义
绿色化学,也称环境无害化学、环境友好化学或者清洁化学,是一门基于化学学科,具备明确的科学目标和社会需求的新兴学科。从概念上分析,绿色化学是指在进行化学品制造和使用的过程中,通过对原料的有效利用以及合理的操作,尽可能消除废弃物,减少和避免对有毒有害化学试剂的使用。发展绿色化学的主要目标,是在节约资源的前提下,从源头上进行污染的防治工作,将环境治理从治标转为治本。与传统化学相比,绿色化学最为显著的特点有两个,一是最大限度的对原材料进行了利用,二是最大限度的减少了废弃物的排放。从科学的观点分析,绿色化学是针对传统化学思维方式的一种改进与创新;从经济的观点分析,绿色化学通过对资源的合理利用,能够有效降低成本;从环境的观点分析,绿色化学能够从根本上对污染进行治理,符合当前可持续发展的客观要求[1]。推动化学实验的绿色化,是当前大学化学实验课程改革的重要方向,受到了科研机构、政府部门以及学术界的高度关注,也取得了比较明显的成效。基于绿色化学原则,构建全新的大学实验化学体系,针对当前普遍存在的高校化学实验教学中的环境污染问题进行深入探究,可以有效减少环境污染,体现环境保护和可持续发展。从目前来看,绿色化学已经逐渐成为化学教育的一个重要内容,通过相应的研究和实践,能够对化学实验室中的常见废弃物进行无害化处理,减少化学实验过程中的环境污染,保证了实验过程的绿色化,同时也促进了学生环保意识和综合素质的提高。
2大学化学实验污染问题的诱发因素
就目前而言,在大学化学实验中,环境污染问题频发,其主要诱发因素有几个:
2.1认识不足,经费欠缺
当前,许多高校在化学实验室的建设中,存在着资金投入不足的问题,经费往往只能用于购买实验药剂,或者进行实验器材的更新,没有直接针对实验废弃物进行处理的设备,在污染防治方面显得力不从心。同时,部分高校对于化学实验引发的环境污染问题缺乏到位的认识,在实验中一味强调教学质量和教学效果,忽视了对于药品、设备以及学生操作的管理。教师和实验室管理人员缺乏环保意识,认为实验过程中产生的污染可以直接忽略。在这样的背景下,一些实验室会直接将实验产生的废弃物倒入垃圾桶或者下水道,而气体废物则直接排放,造成了比较严重的环境污染问题[2]。
2.2重视不足,安排不当
在对化学实验的内容进行安排时,由于缺乏环保意识,没有重视污染防治工作,导致实验的设计不合理,容易引发环境污染。另外,部分高校没有及时对试验教材进行更新,使得化学实验的内容陈旧,缺乏创新,甚至仅仅要求学生能够了解化学实验的目的,掌握化学实验的步骤和结果,对于实验可能带来的污染问题则直接无视,影响了学生的全面健康发展。
2.3理论不足,回收缺失
在化学实验过程中,产生的废弃物类型多样,回收处理流程繁琐,从目前来看并没有专门针对化学废弃物回收处理的理论指导,严重影响了实验室废弃物的回收工作,也是造成化学实验室环境污染问题的一个主要原因[3]。针对上述问题,高校以及相关部门应该及时更新观念,强化认识,采取切实有效的应对措施,逐步推进高校化学实验的绿色化,顺应可持续发展的需求,做好环境保护工作。
3绿色化学背景下化学实验有效策略
3.1提高环保意识
在开展化学实验教学的过程中,应该加强对于学生的教育,引导其树立起良好的环保意识。应该认识到,在新的发展环境下,传统化学正在逐渐朝着绿色化学转百年,而绿色化学并不仅仅是科研人员的任务,更是需要整个化学领域的共同参与。对于教师而言,可以通过相应的案例,讲解国内和国外的一些环境污染事件,使得学生能够清除的认识到环境保护的重要性和迫切性。例如,在对环境污染问题进行讲解时,可以引入分组讨论的教学方法,针对一些比较典型的环境问题,展开讨论:空气污染有哪些危害?雾霾的诱发因素是什么?如何正确处理塑料袋便捷性、经济性与环境污染之间的矛盾冲突?通过这样的方式,可以激发学生对于学习的积极性和主动性,使得其能够主动参与到讨论中,认识到发展绿色化学的重要性,提升学生的环保意识[4]。
3.2加大资金投入
绿色化学实验的开展离不来资金和设备的支持,对于高校而言,必须重视化学实验室建设,增加相应的设备。例如,可以在通风管道出风口设置气体处理装置,同时在实验室中统一设立废弃物分类系统,由学校组织专人人员进行定期收集和处理,避免废弃物的随意排放。在条件允许的情况下,还可以在学校设置废水处理系统,在提升污水净化效率和效果的同时,也可以作为环保教育的一个基地。3.3规范实验操作在开展化学实验的过程中,新课程标准规定,学生必须能够熟练掌握基本操作,对进行药品取用、物质称量、加热处理、器皿洗涤等操作是,动作标准规范,运用灵活。但是在实际教学中,部分学生并不能严格依照相关规定进操作,甚至存在着试剂量越大实验现象越显著的错误认识,不仅导致了药品的严重浪费,而且引发了更大的环境污染问题。对此,教师应该对化学实验的操作进行规范,减少浪费和污染问题,同时也能够培养学生形成演进的实验态度,引导其掌握科学的实验方法。另外,可以在定性实验中,对药品的使用进行定量化,例如,在制作氧气时,可以结合相应的化学方程式,依照需要的氧气的量,对所需高锰酸钾的用量进行估算,以此为依据取用药品,这样可以有效减少浪费问题。
3.4倡导微型实验
所谓微型实验,实际上是一种化学实验操作技术,通过尽量少的试剂,获取尽量多的化学信息,相比较常规的化学实验,微型实验具有节约药品、现象明显、减少污染、安全可靠等优点,在环境污染问题日渐严峻,可持续发展理念持续深化的背景下,进行微型实验的普及和推广意义重大。需要注意的是,微型实验并非是简单的对常规化学实验进行压缩,而是在绿色化学原则背景下,以预防化学污染的技术、思路和方法,对常规化学实验进行改革和创新,其核心在于利用尽可能少的试剂获得预期的实验目标,可以说,微型实验是绿色化学在化学实验教学中的一种典型体现。例如,在进行铜与稀硝酸的反应实验中,会产生大量的一氧化氮气体,如果不能对其进行有效处理,会带来比较严重的环境污染,但是如果想要对其进行统一收集和处理,则需要大量的资金和专业的设备。对此,可以重新对实验装置进行设计,引入微型实验。在具体实验中,可以在经过消毒的针管内,放入铜片,排尽空气,然后吸取少量的稀硝酸,以胶塞堵塞针头。当观察到蓝色溶液,同时活塞被气体推动后,将针管内的溶液注入到氢氧化钠溶液中,蓝色沉淀物的出现表明硝酸铜也氢氧化钠溶液发生了反应。拉动活塞吸入空气,看到针管内部逐渐变成红棕色,将其注入到滴有酚酞试剂的氢氧化钠溶液中,红棕色逐渐消失,对NO的性质进行恶劣验证。这样的实验不仅操作简单,可靠性强,而且不会产生污染。
3.5改进实验操作
在部分化学实验中,会生成一些有毒有害物质,影响师生的身体健康,引发环境污染问题。从绿色化学的角度,可以在保证实验效果的前提下,对实验操作进行适当的改进,减少污染。例如,在铜与浓硫酸的反应实验中,会生成二氧化硫气体,不仅气味难闻,而且对于人体的危害较大。此时,教师可以引导学生进行积极讨论,看如何才能够避免实验过程中二氧化硫气体的泄露,同时对其性质进行验证。经讨论和总结,将原本的实验装置改造成了图1的样式(略去了夹具和酒精灯)。经检验,该装置具有较强的密封性,可以根据实际需要,随时进行反应或者停止反应,也可以对二氧化硫的性质进行检验,更能够对废气进行处理,符合绿色化学的基本要求。图1改进实验装置
4结语
总而言之,在可持续发展理念不断深化的背景下,绿色化学逐渐兴起,并且迅速成为学术界关注的重点,构建绿色化学实验室,对化学实验过程中的环境污染问题进行有效预防和控制,是非常重要的。对于大学化学教师而言,在开展化学实验教学的过程中,应该始终贯穿绿色化学理念,提高学生的环保意识,从根本上对污染进行治理,营造出一个绿色健康的学习环境。
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关键词:实验中心;管理体系改革;四位一体;创新实验
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-9324(2012)06-0208-02
化学是一门以实验为基础的学科,实验教学是培养学生动手能力、科学态度,提高综合素质的重要实践教学环节,也是开展创新教育的重要途径。实验教学改革是本科教学改革的一个重要方面。长期以来,我国化学实验教学一直沿用无机化学、有机化学、分析化学、物理化学的依附于理论课的开课模式,实验教学内容验证性偏多、设计性偏少,这种实验教学体制注重的是传授知识,而对能力的培养不利。在实验学时数受限的情况下,只有进行体系创新、内容重组,才能保证实验教学质量的不断提高。我们在认真总结此前立项的实验教改课题的实践基础上,借鉴国内外高校课程体系改革的经验,成立了化学实验教学中心,对原化学专业实验教学体系进行了重组,打破原来的实验教学框架,将分散在不同实验课程中的实验内容整合、重组,增加了应用性实验、研究性实验的内容,同时鼓励学生跨学科使用实验室,努力实现实验室向学生开放,为他们进行主动性的探索和思考提供物质基础和条件保证。为了保证实验教学的改革效果,在改革实验教学体系的
同时,结合实验中心的建立,我们进一步探索了实验室管理体系的改革。
一、改革实验室管理体系,建立四位一体的管理模式
我校化学实验室多年来一直沿用按学科组建教研室,实验室划归各教研室管理的模式。以前化学系只有一个化学专业,只是无机化学、有机化学、分析化学、物理化学四个教研室,而且只开设四大化学实验,这种教研室管理实验室的管理模式比较简单明了,易于操作。但随着新专业的设立和招生,现在化学系拥有化学、应用化学、环境科学、制药工程四个本科专业和精细化工一个专科专业,如果按二级学科组建教研室,需要组建二十多个教研室,不可能有这么多实验室,而且有的学科实验项目较少,实验室利用率太低,而对于化学基础课,则各专业实验累加学时数很大,不能保质保量完成实验。根据以上分析,结合教研室的调整,我们进行了实验室管理体系的改革,将原来各学科管理的实验室重组,建立了化学基础实验室、专业实验室、创新实验室、测试中心四位一体的管理模式,如下图所示。
实验室管理体系的改革,不仅实现了实验室与实验教学的统一管理,提高了实验室的利用率,还为打破学科界限,重组实验内容提供了保证。
二、打破学科界限,重组实验内容
随着各学科的相互渗透和教学仪器设备的改进,各学科涉及内容交叉越来越多,实验内容也出现较多重复现象。比如一件酸度计,无机化学实验用来测溶液的PH值,分析化学用来做酸碱滴定,物理化学用来测电离常数,一般情况,实验用试剂都是醋酸溶液,这样统一测定操作重复了三次,既浪费了药品也浪费了学生和教师的时间。实验中心建立后,打破了以学科或课程开设实验实验的限制,可以对整体化学实验项目重组、整合。
1.基础化学实验分层次。基础化学实验室主要承担全校的基础化学实验,有二部分组成:(1)化学、应用化学、化学工艺、材料科学等专业的无机化学、有机化学、分析化学(化学分析)、物理化学以及仪器分析课程的相关实验,(2)环境科学、生物科学、制药工程等专业的无机与分析化学、有机化学、物理化学、仪器分析等课程的实验。为了满足各专业对实验教学的要求,将基础化学实验分为四个层次,对不同的专业选取不同层次的实验项目。如下表所示。
从上表可以看出,整合重组实验项目后,不同的专业选择不同层次的实验,有利于培养方案的实施,实验室的管理更加顺畅,节约了实验耗材,也提高了实验室利用率。
2.专业实验突出专业特色。为了进一步突出各专业的特色,实验中心针对不同的专业的人才培养方案,协同各专业教研室,制订了个具有专业特色的实验方案,实验项目的设置和实验室的使用,除了结合各专业方向,还考虑到该专业开设基础化学实验的情况。对于化学基础实验开设较少,而专业课程中化学学科内容较少的专业,开设专业课内容较多,专业实验室的房间也较多。例如,环境科学专业的专业实验开设环境化学、环境监测两门实验课程,都是45学时,该专业的专业实验室有两口;而化学专业的基础实验内容较多,专业实验只开设化学教学法实验,36学时,一口实验室。专业实验室的教学内容由各专业教研室制定,更能突出各专业的特色,收到良好的教学效果。
3.测试中心重视日常教学。测试中心现有x射线单晶衍射仪、液相-质谱联用仪等大型仪器,也有红外光谱仪、热分析仪、荧光光谱仪等中档测试仪器。测试中心除了承担科研任务外,非常重视日常学生实验教学,在仪器分析、环境监测等实验课程中,尽量在教师指导下,鼓励学生动手操作中档测试仪器,让学生多接触现代化设备,开阔学生的眼界,为以后走向社会或进一步深造打下一定的基础。
4.创新实验培养创新意识。随着创新教育理念的深入人心,广大教师在如何培养创新型人才方面做了大量的思索和实践,泰安市科技局也设立了大学生创新项目资助。对于化学类专业,创新教育首先应从创新实验开始,为此,我们专门设立了创新实验室。创新实验项目主要有三部分组成:①泰安市科技局立项的大学生创新项目实验;②教师毕业论文中有创新内容的实验;③学生自己提出的创新实验。特别是第三部分,学生提出有创新内容的实验,实验中心专门指派教师进行指导,并在仪器、药品使用方面给予支持,实验室随时对这些学生开放。
三、专职兼职结合,教师轮流承担实验教学
实验中心的组成有专职人员和兼职教师两部分,其中专职人员主要负责实验室管理、仪器药品采购、实验准备等工作,有的也兼任部分学生实验的指导工作,而大部分的学生实验指导工作有兼职教师承担。兼职实验教师采用轮流制,参与基础实验或专业实验的指导工作,要求符合如下几点:①每位教师每学年应该有三个月以上的实验教学,实验工作量不少于本学年工作量的1/4。②兼职实验教师中应由一定数量的高级职称人员。③新引进青年教师第一年应在老教师的指导下,承担一学期的实验教学任务。④根据实验中心统一安排,同一教师在不同学期可以指导不同的基础实验,专业实验应尽量固定。教师轮流进入实验室承担实验教学任务,一方面能进一步加强课堂教学与实验教学的联系,起到相互支撑的作用,另一方面,教师还可以在实验教学中融入教师的科研成果,提高基础实验的质量,突出专业实验的特色。
通过实验中心统一管理基础实验,与专业教研室协同管理专业实验室,随时对学生开放创新实验室,提高了实验室的利用率,保障了基础实验的质量,突出了专业实验的特色,培养了学生的创新意识,收到了良好的教学效果,为实验教学内容、教学方法的改革提供了可靠的平台和良好的实施环境。
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关键词:化学科学;大类招生;绿色化学
传统的化学在发挥巨大作用的同时,也给人类带来了严重的环境污染问题。绿色化学正是在这一背景下应运而生。绿色化学以“原子经济性”为原则,研究如何在产生产物的过程中充分利用原料及能源,减少有害物质的释放。
一、在发展中的化学科学课程教学中渗透绿色化学理念的必要性
专业大类培养指的是学生在本科入学后的第一学期按照培养类别进行通识培养,后面七个学期按照学科专业方向进行专业培养。相近学科专业学生的共同必修基础课,即大类通识平台课程。发展中的化学科学是面向化学、生物专业学生开设的大类通识平台课程。
发展中的化学科学课程是我校化学、生物专业学生最先接触的一门核心课程。学生在学习化学基础课之初就受到绿色化学思想的熏陶,逐步形成预防污染的绿色观念,他们在以后的工作中就会非常注重绿色化学知识的运用。其次,我校很多学生会是将来在中小学从事基础教育的老师。加强对师范生有关绿色化学理念的熏陶,实际上是抓住了对全社会进行绿色化学理念教育的关键。
二、在发展中的化学科学课程教学中渗透绿色化学理念的可行性
发展中的化学科学课程的主要教学目标是让学生全面了解化学科学在社会发展中的地位、作用。在发展中的化学科学教学中进行绿色化学渗透,既符合课程的特点,又与课程的教学内容非常契合;既可以使教学内容显得生动有趣,又可以拓宽学生的知识面。
三、绿色化学理念在发展中的化学科学课程教学中渗透的具体措施
1.将绿色化学理念渗透到“化学与能源”教学
要想改变石油、天然气和煤炭等传统不可再生资源日益减少的现状,就要大力开发太阳能、地热能、氢能源、核能等可再生资源。将各类能源转化为实用能源最重要的一种形式是发电机(站)、化学电源等电能转换装置。其中以锂离子电池、氢化物 / 镍二次电池、燃料电池为代表的绿色化学电源已经广泛地应用于各个领域中,用来代替各类有污染传统电源。
2.将绿色化学理念渗透到“化学与材料”教学
介绍陶瓷材料时,可以引入绿色陶瓷相关内容。在介绍催化剂材料时,可以引入如分子筛、杂多酸、固体超强酸等固体催化剂,这些非均相催化剂具有选择性高、不腐蚀设备、不污染环境等优点。
综上所述,将绿色化学理念渗透于高校大类通识平台课程发展中的化学科学课程教学中是必要的、可行的。通过绿色化学理念在发展中的化学科学课程教学中的渗透,可以让绿色化学理念在学生的头脑中深深扎根,扩展学生的知识面,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习效率。
参考文献:
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关键词:综合化学实验;实验预习;思想教育
中图分类号:G42 文献标志码:A 文章编号:1002-2589(2013)20-0292-02
化学是一门实验性很强的学科,学好化学不但要懂化学理论,还必须会化学实验。为了教好大学化学实验课,化学教师们在大量反复实践的基础上,精心选择实验内容,以达到实现化学理论、操作技能、思想教育等方面同时训练的目的。编写了内容丰富、全面的化学实验教材,并付诸教学实践。改革开放以来,为适应科学技术的飞速发展对化学化工人才的急需,原来附设于二级学科之上的专门化实验已不适应形势发展的要求,各类院校都积极地开展了实验教学的改革,如厦门大学、陕西师范大学等都将此项改革列为专门的研究项目。投入大量人力、物力进行研究,提出了各种改革方案,将大学化学实验分成了基础实验、综合实验、设计与研究实验三个层次。依据教师科研的成果精选了能反映化学研究主要方向的前沿性内容,编写成综合化学实验教材,以供教学使用,有力地保证了综合化学实验课的开设与质量。然而无论多好的教材,都只能是给上好实验课提供了一个客观的条件。实验课的质量主要取决于学生的自觉性和教师的高水平指导与严格要求。作为一个大学化学教师,必须正视这些问题,做到既教书又育人。
在综合化学实验课的多年教学实践中,通过深入了解学生的实际情况和教学过程中出现的问题,归纳起来有以下几方面:一是学生对实验课认识不清楚,思想上不重视;二是对自己要求低,大多数学生在实验课的预习上只满足于照讲义抄一遍以供课前检查,对化学原理、仪器、药品、操作流程等都不清楚。实验过程中照方抓药,操作中的条件细节把握不住,做的结果好坏无所谓,同学间的合作比较忙乱,出了事故不会处理等等,都不利于实验课教学质量的提高。为解决上述问题,总结我们多年的实验教学经验和借鉴其他化学教师总结的经验,认真分析各个教学环节、教学内容所能提供的进行思想道德、思维方法等方面教育的机会,具体做法是。
第一,让学生明确综合化学实验课的性质、任务、特点、目标与要求。第一次课首先给学生讲清楚综合化学实验是在化学一级学科的平台上开设的,它与前面在化学二级学科后附设的基础实验有很大的不同,比如基础实验任务是验证所学的化学原理、反应、性质,操作过程讲义上写得很详细,而综合化学实验是围绕一两个产品而设计的“合成、制备――分离、分析、表征――应用”的连续过程,时间长,要求上有明确的数量质量目标。讲义只是主要参考方案,学生要查一定的文献来完善操作细节。这一段训练是给设计实验、毕业论文打基础的,使学生感到必须以全新的姿态来上综合化学实验课,并公布全部实验安排,让学生做好全面准备。
第二,教会学生预习实验。认真做好实验预习报告,是做好实验的前提,这个道理教师和学生都明白,但要切实做到却很不容易。在教学过程中,虽然每次我们第一次实验前几天都通知了实验内容,学生预习较好的是把讲义抄一遍,预习差的只抄1/3的内容。经过与学生谈话,我们发现主要是学生不会预习,搞不清该怎么做(比如要考研的学生很愿意认真预习)。我们以所做的具体实验内容(比如利多卡因的制备、二茂铁的合成和其衍生物的制备等)为例,给学生指出几条主线进行预习,比如主反应及条件、反应物状态与性质、主要仪器与装置、药品配制与用量计算、操作流程、关键操作、可能出现的事故与处理方法、产品检验要求等,并要求学生必须查阅相关资料。在实验开始前先检查预习,没预习的学生要先预习然后再做实验。经过这样的严格要求,学生的预习水平大幅提高,不但提高了产品质量,也克服了时间上的浪费,能按时完成实验。
第三,讨论式讲解。过去讲实验总有一部分学生不专心听讲,忙于准备工作,思想不集中,给操作造成困难。由于我们预习安排得细致,后来就改成了提问式和讨论式。比如反应原理提问2~3个学生,大家就都明白了,操作流程让1个学生讲一遍,其他学生补充,指出关键操作,装置让学生演示连接。其他需要强调的再由教师强调说明,几乎每个学生都有发言和被提问的机会,使学生都感到不认真预习、不注意听讲是不行的,总不能每次提问都讲不清楚吧。还有的同学觉得这是给自己练习教学的好机会,所以积极发言的同学逐渐增多,讨论的效果好,实验中的盲目性大大减少。
第四,坚决纠正不规范操作。综合实验开始阶段学生在操作中比较忙乱,在仪器选用、连接、清洗、药品的取用、称量、实验设备的使用上都有不少不规范操作,比如移液管的使用,锥形瓶的振摇,分液漏斗、旋转蒸发仪、电子天平的使用等等,如果发现操作不规范就必须给学生演示,坚决克服随意操作的习惯。如果仪器连接斜了,冷却水开得大了,布氏漏斗中的滤纸大小不合适等,就必须要求学生马上改正,对于用电子天平称浓盐酸、氢氧化钾、取浓盐酸后不盖瓶塞,打了水银温度计后不处理的应及时批评并立即制止。作为教师,错误的东西是不可通融的,要让学生明确对与错的界限,养成遵守规范操作的习惯。有的操作,比如熔点测定仪,集体讲一遍大家并不十分注意细节,所以集体讲过后,教师再给第一个小组手把手教一遍,直到他们能够顺利操作。这个小组自己测定后,再负责手把手教会下一小组,大家都感到只有把别人教会了,自己才真正会了。操作上的严格要求,学生开始有些不习惯,但随后逐渐适应并能体会到教师不严,学生也学不到真本事。
第五,分工协作,明确责任。化学实验课中大多数情况下学生都是两人一个小组进行实验。两人分工不明确,出了问题责任不明确,不利于独立工作能力的训练。在实验过程中,两个人的观察、记录都不完整,动手能力弱的学生会更有依赖性。为解决这个问题,我们按每个小组的任务把两个学生分成主操作者和辅助人员,谁是本次实验的主操作者,谁就主持全部主要的操作过程,谁负主要责任。另一位学生是助手,要听从主操作者的安排,做好仪器清洗、药品准备等一系列准备工作,同时要认真观察出现的现象,详细地做好实验过程中每个细小操作的实况记录。这样分工后,要求主操作者要主持工作,敢负责,会安排,只做核心工作,集中精力把操作做到位,确保质量。当助手的学生能明确自己的角色,听从指挥,主动协作,处处事先做好准备,并能监督操作过程,发现错误可以及时建议。经过分工协作,克服了实验中的忙乱现象,两个人思考的重心不同,都有时间静心思考自己应做好的操作,大大提高了操作质量,每次实验都轮换主操作者,使学生主持工作的能力与协作的意识都不断增强。实验做失败了都不再推脱责任,都能从细节上找到原因提出补救的办法,这样做对动手能力弱的学生提高更大。
第六,让值日生成为管理者。以前实验课学生当值日生主要是打蒸馏水、打扫卫生倒垃圾等以劳动为主,大家积极性不高,甚至个别学生不认真。根据综合化学实验的特点,我们给值日生的职责是四个字:管理、服务。要求管理要严格、公平,服务要热情、周到。管理的内容有:签到点名,控制药品的添加,实验室全部电器及设备的开、关、调,补充仪器的统计发放,产品的回收、称量、登记,架、台、地面卫生检查,以及按时准备实验材料等。作为教师,每次要确认两名学生做值日,要亲自带这两名学生,在讲解前先操作一遍电器的开、关、调。专控药品及量具处理,只有原料加入量把住关,最后回收产品数量才有意义,产品质量检验的方法、标准只交给值日生,让值日生去验收。卫生方面值日生只要求每个小组时刻保持自己周围的环境卫生,以维持为主。实践证明,学生的潜力很大,两个学生即做自己的实验又兼做值日生,都能轻松地完成,而且实验也做得很好。但相比不做值日的学生,值日生确实忙,但做过值日的学生都不再有怨言,他们感到学会了许多东西,也体会了许多过程,都感到很值得。作为管理者的角色,值日生与教师的沟通也更容易。
第七,要求学生做个优秀的化学工作者。化学对环境造成的污染是有目共睹的,未来的化学工作者要具有许多优秀的品质,但这些优秀品质是在学习化学、做化学实验的一点一滴中培养出来的,比如保护环境、节约用水、诚实守信、积极创新等意识,我们在教学中时刻关注,要求每个学生从我做起,从今日做起。在实验过程中不乱扔废液,按规定进行回收;开冷却水时调节到较小水流,配试剂先计算好用量,尽可能用多少配多少,温度计打碎了要立即回收散落的汞,并用硫黄处理;损坏了烧杯、量筒、分液漏斗、烧瓶等要马上汇报,赔偿后进行补领;如实上交产品,记录数据,如实写实验报告,操作中有失误要认真分析原因;每次实验结束后要清洗仪器,并给后继学生准备好仪器,仔细打扫台面地面卫生,经值日生检查合格后方可离开。作为教师,要严要求,要抓紧,一丝不苟,让学生形成习惯,成为一个高素质的化学工作者。在教学过程中,我们及时征求学生的建议,好的建议会马上采用,不断改进教学方法,使综合化学实验中的失误越来越少,使教学教育的质量不断提高。
参考文献:
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关键词:毕业设计 团队模式 改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.17.093
全国各大高校秉承培养高素质创新型人才的目标,对于毕业设计(论文)的改革目前正逐步向培养学生创新能力、实践能力,自主研究能力以及合作精神的培养推进。如:校企、产学研结合模式;毕业实习和毕业设计相结合的模式等[1,2]。
1 毕业设计(论文)的改革背景
1.1 学生的问题
1.1.1 就业压力的影响
随着高校连年扩大招生,毕业人数不断攀升,与就业岗位的数量差距逐年变大。许多学生在毕业设计阶段,参加研究生复试、外出找工作,参加双选会等,没有心思踏踏实实地完成毕业设计(论文),势必会影响到论文的质量。
1.1.2 学生不重视毕业设计(论文)
学生在毕业设计(论文)正式完成之前,就已经落实了工作或考上了研究生,所以认为毕业设计(论文)的成绩是无关紧要的,做实验马马虎虎,数据东拼西凑,根本就认识不到毕业论文(设计)是对个人实践动手能力和创新能力的培养,是对今后工作和学习的前期锻炼。
1.2 教师的问题
1.2.1 指导教师和学生比例失调
教师一般要承担着课堂教学和实验任务,但由于指导的学生太多而易显得力不从心,势必会间接影响到毕业设计(论文)的质量。
1.2.2 实验研究经费不足
部分青年教师踏入工作岗位时间较短,没有科研项目,没有独立实验室,也没有经费支持。在这种情况下,指导学生论文难度较大。必须要应用现有实验室的条件而选题,有局限性。
2 本科毕业设计的改革思路
渤海大学属综合性大学,化学专业的发展趋势也正在由理科向工科方向转变。不管是课程设置还是专业发展方向都紧靠工科,但由于成立时间尚短,工科毕业设计的多样性,没有在学生中得到开展。针对我校对应用型人才培养方案的要求以及学情的现状,采取了基于团队的毕业设计模式。一来可以培养学生团队合作的精神和领导才能,二来学生不会对新的毕业设计模式无所适从,三来可以使学生对工程设计有初步的了解,运用所学的知识解决实际问题。
除此之外,每年举行的化工设计大赛一直是学生关注的热点,但苦于只有理论知识,没有实际的设计与实践经验,经常与其失之交臂。所以,团队型毕业设计的模式不仅是一种合理的尝试,可以充分调动学生的积极性,而且也可以促动学生参加比赛、积累经验、增长见识。
3 毕业设计实施方案
3.1 实习阶段
工程设计类题目实践性非常强,并且和工厂生产实际息息相关,而学生只有课本上学到的理论知识,没有实践经验。大部分毕业的学生希望能够参与到生产单位的实际生产中去,能尽可能联系工程需要。所以由教师带领学生到企业先进行为期半个月到一个月的毕业实习,借助已经相对成熟的校企、产学研结合模式,发挥部分指导教师的科研优势,联系科研课题的合作单位,使学生了解产品生产的工艺流程、操作条件、生产设备等方面的知识,由指导教师和企业相关科技人员给予学生指导。
3.2 学生毕业设计团队的组成
将6名学生组成课题组,组员的选择考虑构成的合理性。将动手能力好的、工作细致的、有领导才能的、表现好的、表现一般的进行合理搭配,可以取长补短。
化工设计是一个复杂的体系,需要周密的思考、计算以及软件的熟练应用。如采用Aspen进行流程的模拟、AutoCAD绘制设计图、Excel计算数据等,对学生的要求高,工作量也比较大,所以团队合作的模式显得尤其重要。
3.3 毕业设计题目的选择
毕业设计选题的深度、广度、难度与分量必须达到一定要求,学生才能通过毕业设计,达到锻炼。但大多数情况是指导教师根据自己的工作经历或熟悉的领域,确定毕业设计题目。资料也是教师事先整理好,学生享有现成的,故不能培养学生亲自动手进行资料收集、整理、分析的能力。
采取新的改革方案后,由指导教师提出选题原则和要求以及选题的前沿性与时效性,学生根据理论基础与实习经验自行查阅和收集资料,并与教师共同开会讨论,提出多种课题方案。如年产20万t啤酒厂发酵车间工艺设计、年产10万t苯乙烯工艺设计、年产0.5Mt乙烯裂解装置工艺设计等等,并做出可行性分析,最终确定大家共同感兴趣的课题。
3.4 实施与成果展示
由团队的组长负责安排毕业设计进度小组会议,每半个月对阶段性的设计结果进行汇总,并组织组员进行讨论,研究下一步的设计思路与方案,指导教师辅助学生给予适当的意见。虽然每位组员负责的任务不同,但由于化工设计本身的复杂性、多样性,实际设计过程的每个环节都是全员参与的。俗话说,万事开头难,学生们也走过不少弯路,但这种不断尝试与改进的过程恰恰是对学生的一种历练。最后,以组为单位做一个公开报告,进行成果展示。教师根据设计的完成度与设计书的质量以及学生平时的表现,以组为单位判定学生的成绩。
4 效果评价
工程设计类课题可使学生参与到实际生产中去,不仅积累了经验,提高了工程实践能力,也激发了学生的成就感和创造欲望,对今后的工作、成长和发展都是很有益处的。通过学生组成毕业设计团队,培养了学生的团队合作精神和组织能力。而且毕业设计成绩以组为单位进行评定,这样就改进了少数学生得过且过,浑水摸鱼的态度。另外,论文时间安排的灵活性大大改善了部分学生因考研或工作不能按时完成实验的情况;不仅如此,工程设计类课题时间灵活,场地无限制,可以解决年轻教师由于经费不足和实验条件限制带来的困扰。
参考文献:
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[2]龚宇辉.应用型本科毕业设计与产学研结合模式研究[J].华章,2012,(24):129.
作者简介:万鑫(1980-),女,讲师,主要研究方向为化工安全技术,渤海大学化学化工与食品安全学院,辽宁锦州 121000
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2013)07B-0017-03
高中《有机化学基础》内容繁多,知识点零散,部分学生觉得所学知识就像一盘散沙,难记、难学。另外,该选修教材中部分内容涉及大学知识,如杂化轨道知识、手性分子等,空间想象力稍差的学生学习起来感到吃力。在大学阶段,很多学生刚开始学习有机化学时觉得很难适应,大多数大学教师也并不了解学生原有的知识水平以及高中有机化学知识的深度和广度,主要根据以往的教学经验进行教学,导致教与学的脱节。基于以上原因,本文将高中《有机化学基础》(人教版,2007)与大学《有机化学》(曾琼主编.高等教育出版社.2009)的知识点进行归纳、比较,以供中学、大学教师和教学管理者参考。
一、高中《有机化学基础》与大学《有机化学》知识点对比
由上表可见,大学与高中知识点的衔接和延伸主要表现为以下几个方面:
(1)对有机化合物的分类和命名,大学要求更高。如第一章有机物的分类中,大学增加了杂化化合物、硝基化合物、胺、偶氮化合物、重氮化合物、硫醇、硫酚、磺酸;第三章对醇的学习,大学增加了醇的命名等。
(2)对有机物化学性质的学习,大学要求更细。如第二章烷烃的化性(氧化、热裂、卤代)、炔烃的化性(亲电加成、水化、氧化、炔化物的生成及还原),第三章醇的性质(与活泼金属反应,亲核取代,与卤化磷、硫酸、硝酸、磷酸等反应,脱水,氧化,催化脱氢),第四章氨基酸的性质(两性,等电点,氨基酰基化、烷基化,羧基反应,与茚三酮反应)等。
(3)大学对有机物结构特点的学习更复杂,如第一章对碳原子成键特点的学习,大学结合轨道重叠图例、轨道波函数、氢分子轨道能级图更详细地介绍共价键的成键特点、饱和性和方向性,甲烷的SP3杂化等。
二、高中《有机化学基础》与大学《有机化学》知识衔接的特点
从以上分析得知,高中《有机化学基础》与大学《有机化学》知识衔接点较多,其衔接方式主要有以下几种:
1.沉没式。在高中教材简单介绍而大学教材未涉及的知识的衔接方式可称为沉没式。《有机化学基础》的内容编写注重与实际生活的联系,在资料卡片、科学视野、科学史话等板块会补充一些生活中与化学相关的内容,这不仅增加了教材的趣味性,也使教材更有广度。如在科学史话中介绍碳价四面体学说的创建过程,在实践活动中介绍用粉笔分离菠菜叶中的色素的方法,介绍“西气东输”工程的重要性等。这些内容考试不作要求,学生浅尝即可,却能拓宽知识面。
2.接近式。高中有些知识点在理论解释上已接近大学水平,但在练习上大学要求更高,这些知识的衔接方式称为接近式。《有机化学基础》作为选修教材,是对必修教材内容的补充和深化,如烷烃、烯烃、炔烃的命名,甲烷的正四面体结构,碳原子的SP3、SP2、SP杂化等,其难度已接近大学程度,将这些内容提前放在高中学习,让学生更早了解,为大学阶段的学习打下基础。
3.生长式。在高中的基础上进一步扩大知识点的外延,增加其内涵,使学生更全面地认识事物各方面的属性,或进一步抽象出更为本质的属性,这种知识衔接方式称为生长式。如在高中通过碳原子的成键特点来介绍共价键的形成,而在大学则是结合轨道重叠图例、轨道波函数、氢分子轨道能级图更详细地介绍共价键的成键特点、饱和性和方向性;在苯的同系物命名时,高中简单介绍二甲苯的“邻”“间”“对”的习惯命名和系统命名,大学则拓展到三甲苯的“连”“偏”“均”的习惯命名和系统命名。这样可以使学生由分散学习上升到系统地理解所学知识的实质,以便在各种情境下都能够灵活运用。
4.跳跃式。在大学《有机化学》教学中,有些内容是高中未曾涉及的,这些知识的衔接方式称为跳跃式。如有机物的构象、构型,烷烃卤代反应和烯烃反应的历程及其规则,红外光谱、核磁共振氢谱及质谱的解析等。这些内容使学生学得更深、更广、更扎实。
三、高中《有机化学基础》与大学《有机化学》衔接教学的对策
1.联系实际,激活沉没式知识。沉没式知识在高中教材中所占比例少,涉及的内容只作补充性材料,对后续学习并无深远影响,因此这部分知识在教学过程中要求很低。而大学教材缺少与生活紧密联系的内容,学习起来稍显枯燥,在教学过程中我们可以联系学生的生活实际,适当补充一些趣味性知识,激活高中所学知识,以利于学生理解记忆。
2.练习巩固,强化接近式知识。接近式知识在高中教材已作详细介绍,但涉及的练习难度不大。在大学阶段,对于接近式知识的教学,教师可采用提出问题让学生自行复习、创设情境引导学生回忆等方法,并逐渐加大练习的难度,强化所学知识,加深理解。如学习烯烃命名时,可先让学生回忆烯烃的命名方法,完成一些简单的烯烃的命名,然后着重学烯烃的命名,使学生的知识在原有基础上得到进一步发展。
3.注重本质,整合生长式知识。生长式知识在高中阶段已有一定的介绍,但受到认知能力和思维特点的限制,高中学生对这些知识还不能全面理解。在大学化学教学中,教师要了解学生已有的知识水平,以学生原有的知识经验为生长点,融入新知识,并通过列举各种不同的实例,从不同侧面进行解释,抽象出这些知识的本质属性,整合所学知识,形成新的知识体系。如学习单烯烃时,学生通过分析单烯烃官能团(双键)的形状及其电子云分布特点,知道烯烃容易给出电子,也就是容易被缺电子(如卤素、路易斯酸)的物质进攻而发生亲电加成反应,反应取向符合马尔科夫尼科夫规则;但有过氧化物存在时,氢溴酸与不对称烯烃起加成反应时,反应取向是反马尔科夫尼科夫规则。通过这样的对比学习,可以更全面地理解烯烃的本质。
4.巧妙拓展,掌控跳跃式知识。跳跃式知识在高中并未涉及,所以这些知识点对学生来说都是新鲜、陌生的。在学生刚开始接触这些知识时,教师要抓住学生的好奇心,全面分析,归纳出该类知识,然后结合生活实例、故事等,逐渐呈现知识点,再利用形象的语言,对知识进行深入的解释,使知识的陌生程度掌控在学生能接受的范围,进而得到拓展和深化。
[关键词] 材料类专业;物理化学;课程教学;教学实践
[中图分类号] G642.0 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634(2014)04-0060-02
0 引言
随着社会的发展和科学技术的进步,高等学校不断深化教学改革,全面提高教学质量,大力提升人才培养水平,主动适应现代社会对学生知识、能力和素质日益提高的要求。在这样的形势下,作为材料类专业基础课的物理化学的教学课时数明显压缩,教学内容不断更新[1,2]。因此,需要积极推进课程体系改革,充实和更新教学内容,改进教学方法,丰富教学手段,从而全面提高物理化学课程的教学质量和效果。结合江苏科技大学材料类专业的办学定位、人才培养目标和人才培养方案,笔者对材料类专业物理化学教学做了一些改革尝试,经过多年的教学实践证明,成效显著。
1 充实和更新教学内容
物理化学是化学学科的一个重要分支,是从研究化学现象和物理现象的联系入手,应用物理学的基本原理和实验方法,探求化学变化规律的一门科学。物理化学课是高等工科院校材料类专业的一门理论基础课程。课程内容面广、量大、更新快,数学推导多、逻辑性强,理论性、实践性高[3,4]。自2000年以来,物理化学课程一直是江苏科技大学校级重点建设课程,2005年入选首批校级精品课程建设项目,2008年被评为江苏省精品课程。2003年以前,江苏科技大学金属材料工程、焊接工艺与技术、材料成型与控制工程等材料类专业一直采用程兰征教授等所编《物理化学》为教材,化工类专业的学生一直采用天津大学所编《物理化学》为教材。为明确教学目的和要求,保证教学质量,在参照有关《综合性大学化学化工专业物理化学教学大纲》和《高师物化标准化考试大纲》的基础上,以《高等工业学校物理化学课程教学基本要求》为依据,充分考虑在教学的内容组织上注意处理好该课程各部分内容之间的关系与基本知识、基础理论与实际应用的关系以及后续课程的关系,结合江苏科技大学的办学定位、人才培养目标、生源情况及各专业的人才培养方案,2003年物理化学课程针对不同专业特点分别设置为:56学时(含实验8学时)的物理化学A(适用于材料成型与控制工程、金属材料工程、焊接技术与工程等材料类专业)和88学时(含实验16学时)的物理化学B(适用于高分子材料与工程、环境工程等化工类专业)两大不同系列;并采用天津大学所编的《物理化学》作为材。经过10年的实践和研究,江苏科技大学目前材料类专业物理化学在教材、教学内容和学时的分配为:绪论、热力学第一定律,7课时;热力学第二定律,7课时;多组分系统热力学,5课时;化学平衡,4课时;相平衡,7课时;电化学,6课时;表面现象,6课时;化学动力学,6课时。这样的安排有利于教学质量和效果的提高。
考虑到学生毕业后要从事教学、科研、开发等工作的实际,江苏科技大学物理化学教学团队在参照国家教委综合性大学的理、工科《物理化学实验教学大纲》的基础上,制定了与江苏科技大学物理化学实验的教学和科研特色相适应的教学大纲,编写了《物理化学实验》讲义,10年来先后3次对其进行了修订。材料类物理化学实验教学时数为8学时,至少开设2个实验,学生必须按要求完成一个必开实验和至少一个选开实验。必开实验为燃烧热测定,选开实验为过氧化氢分解动力学测定、纯液体饱和蒸汽压的测定、碳酸钙分解压的测定、二组分合金相图的测定、粘度的测定、电动势的测定、电导的测定及应用等。学生实验成绩按10% 的比例计入课程总成绩,缺做实验者课程的实验成绩以0分计算,实验成绩不及格者课程总成绩以不及格处理。新大纲进一步明确了物理化学实验的教学目标和要求,突出了重点、难点,增加了与本学科有关的科技新成就和新发展,增加选修实验和开放实验,使之更符合江苏科技大学物理化学实验教学实际,并有江苏科技大学物理化学实验的特色。
2 改进教学方法
物理化学内容繁多,理论性强,学生学习积极性不高,教学难度大,必须依靠教师的主观能动性,结合多媒体技术等现代教学手段的充分、合理运用,坚持突出重点,力求内容条理化、讲清难点,采用启发式教学方法。在教学过程中,教师要适时、恰当地提出问题,启发学生掌握通过自己的思考获得知识的方法,以激发学生的学习兴趣和学习热情,发挥学生的学习主动性和积极性,并逐步由教师启发转向学生自我启发完成学习任务,激发学生的独立思考和创新意识,从而有利于教学质量和效果的提高[5,6]。不能忽视绪论课的作用,更不能忽略绪论课的讲授。上好绪论课,既可以使学生初步明确物理化学课程的学习目的(“为什么学”)、学习内容(“学什么”)以及学习方法(“怎么学”),又可以让学生初步产生学习兴趣。重点放在从学生身边的现象寻找物理化学问题,让他们认识到为什么要学习物理化学,而不是照本宣科。这样可以给学生留下一个良好的第一印象,激发他们的学习兴趣,让他们体会到学习这门课程对自己的价值,这样才有可能在以后的学习过程中花时间、花精力去学习这门课程,从而学好这门课程。
物理化学内容繁多,学生不可能一下子将教师讲过的知识全部理解掌握,为了让学生明确课堂重点,教师在全面系统讲授课程内容的同时,要把重点内容讲清楚说明白(比如在讲到复杂的数学公式推导时,在不失数学推导严密性的前提下,着重讲清各推导环节的物理意义),加重语气,反复强调,配以板书,引起学生对重点内容的重视。采用录像、模拟实验等多种教学媒体,扩大学生接受知识的容量,加快接受知识的速度,提高教学效率。例如,讲热力学时,可以让学生观看滑冰录像,思考滑冰鞋冰刀下冰的凝固点的变化,强化Clapeyron方程的应用;讲动力学时,可以让学生观看计算机模拟碰撞行为实验,使其马上就产生了弄清碰撞理论的迫切感,自然就增大了学习的积极性、主动性。此外,适时地将物理化学学科发展的最新动态介绍给学生[7],激发他们的学习兴趣,同时鼓励和吸引他们参与教师的科研工作,以科研促教学,更有利于创新性人才的培养。
3 丰富教学手段
充分利用现代化教学手段辅助教学。在多媒体教学课件中,教学内容的处理思路、教学重点和难点等以各种形式突出,并有动画效果。课件除具有正常板书的优点外,还具有内容丰富、信息量大、直观、学生课后便于复习、课前便于预习等优点。2004年初,江苏科技大学物理化学课程建立了教学网站。该网站内容丰富、面广量大,主要包括课程描述、教学文档、网络课件、在线自测、在线答疑、来宾留言等内容。多媒体教学适于课堂教学,教学网站便于学生课外自学;同时,还保留传统板书的课堂教学形式,强化教学内容的重点和层次。实践表明,物理化学课程多媒体教学与网络教学,在实际教学中已收到了很好的教学效果,受到了同学、同行和督导的广泛赞许。网络教学的使用促进了学生在课前和课后的学习、巩固和提高,多媒体教学的实施提高了师生的课堂教学效率。
4 改革课程考核和考试制度
全面提高材料类专业物理化学课程的教学质量和效果,加强物理化学专业基础课程的教与学,加强教师授课和学生学习的统一评价与管理。严格考试制度,物理化学课程考试采用“全国高师物理化学标准化考试试题库”和“全国综合性大学物理化学试题库”随机出题,收到了很好的教学效果。执行全体学生评教制度,所有学生通过学校教务处网络平台对上一学期所学课程进行教学评价,教务处将学生评教结果通知给教师本人。教师授课认真、负责、规范,教师的授课和学生学习的教学效果得到了统一的评价与管理。对教师和学生有明确要求,严格规范教学,调动了各方面的积极性和创造性。综观近年来所取得的成绩,学生学期的题库考试平均成绩高于试题库给出的平均成绩。根据教
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师、督导和学生的反馈意见,在以后一段相当长的时期内,对江苏科技大学工科物理化学课程仍将继续采用全国理科物理化学题库随机出题的方式,进一步促进教师的授课和学生学习的教学效果。
为了较好的体现现代教育思想,符合国内外同类课程改革趋势和建设方向,全面开放所有物理化学实验,一名教师负责一个实验,一个实验最多同时开设4组,每组实验最多允许2名学生参与。对《物理化学实验》讲义进行修订与补充,在燃烧热测定、金属相图测定等实验中增加了自动化实时测量与监控技术。每年至少对2个物理化学实验进行改进或更新。
5 结束语
江苏科技大学材料类专业物理化学课程教学与时俱进,不断充实和更新教学内容,改进教学方法,丰富教学手段,经过10年的探索和实践证明该课程的教学改革有助于提高教学质量和效果。
参考文献
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