時間:2022-11-11 11:04:17
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中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)19-0143-02
大學化學不僅是化學化工專業的基礎課,同時也是材料、環境、機械、地質、食品、醫學、海洋工程等專業的公共基礎課,它不僅闡述了化學的基本概念與基本原理,也對上述概念和原理在工程材料、生物醫療、能源危機、環境污染與治理,以及日常生活等領域的應用進行了緊密關聯。與此同時,大學化學在目前仍然是許多專業必修課的基礎性課程,對大學化學知識的掌握程度將極大地影響后續課程的學習與理解,因此大學化學課程的學習在整個大學課程學習中占據著至關重要的地位。
盡管如此,目前許多學生對于大學化學這門課程的學習仍然不盡如人意。究其原因,主要可以歸結為以下幾點:(1)課程理論性強:課程內容包含許多煩瑣的公式推導與抽象的化學概念,內容相對枯燥[1,2],導致許多學生學習興趣不高。(2)與高中化學脫節:授課時往往開門見山、直截了當,學生無法從中學化學知識中找到相應的支撐點,容易使學生產生斷檔的感覺,從而增大了學習難度。(3)教學模式單一:“填鴨式”教學模式使學生學習十分被動,無法有效地與教師交流,更無法對知識點進行深入理解與應用。(4)知識結構框架不夠清晰:章節學習完成后未該部分知識點進行總結與提煉,使學生無法構建知識結構框架,導致對所學知識點無法進行融會貫通。針對上述問題,本文將在自己大學化學教學實踐的基礎上,就如何提高大學生學學化學效率進行初步探索,并提出相應的教學策略。
一、與高中化學相銜接,建立學學化學的信心
大學化學課程往往開設在大一年級的第一學期,該時期學生不僅要適應全新的大學生活,而且還要適應高中教學與大學教學的教學進度上巨大差異;加之大學化學課程理論性強、公式繁多,若此時在大學化學教學中開門見山、直奔主題,會讓學生產生一種斷檔的感覺,無法找到他們心中的化學基礎支撐點。久而久之,學生對大學化學學習的信心將逐漸喪失,甚至到最后會出現一種“不求甚解、只求及格”的狀態。
事實上,大學化學的教學內容是建立在高中化學知識基礎上的,可以說大多大學化學的知識點是對高中化學的深化與推廣。因此,當學生們翻閱教材后的第一感覺就是“似曾相似”,但是當他們繼續細看后又會發現其中的知識點較高中化學要抽象得多、復雜得多,出現一種不知從何下手的感覺。針對該現象,授課教師必須要思考如何將高中化學與大學化學中類似的知識點順暢地銜接起來。例如,學生在高中化學中學習了呂?查德里原理,學會了對化學反應平衡的移動的定性判斷,而在大學化學中的化學反應基本原理這一章節對該知識點進行了深化,要求學生不僅要判斷反應平衡移動的方向,而且還要掌握定量計算平衡移動到了哪個程度。在闡述這個知識點時,教師應該首先復習呂?查德里原理,一方面可以讓學生喚起該知識點的回憶,另一方面也可以讓高中未掌握該知識的學生進行一個補充學習,起到查漏補缺的作用。隨后教師才可以引出呂?查德里原理成立的熱力學理論依據,分析反應平衡與吉布斯函數變、反應熵、標準平衡常數間的熱力學關系,并用公式進行逐步推導。在經歷上述步驟后,學生在學習過程中會經歷一個循序漸進的過程,感覺也不會突兀。總之,將大學化學與高中化學進行適當的銜接不僅可以逐漸建立學生學學化學的信心,甚至還可以調動學生的學習熱情。
二、與社會熱點問題相結合,激發大學化學學習興趣
大學化學這門課程涉及了許多公式推導與抽象概念,容易使學生產生困難感、枯燥感與厭倦感,從而惡化大學化學學習效率。筆者曾在課堂上發現,凡是講到一點社會熱點問題時,學生的興致頗高,但是一講到煩瑣的公式推導、理論計算時,學生的學習熱情就逐漸下降了。如果整節課一直在傳授理論性知識的話,學生的學習效率就會很低。因此作為一名教師要盡可能將講授的理論知識與學生感興趣的社會熱點與科技前沿相結合起,激發大學生學學化學的興趣[3,4]。
引言
教育改革是目前世界上許多國家都在研究的重要科目之一。為了適應飛速發展的社會環境,具有一定專業認知結構的大學生不但要具有嶄新的知識結構,而且要有創造性思維和動手實踐的能力。目前,大學化學的理論教學仍然以向學生灌輸大量書本知識為主,雖然學生積累了豐富的理論知識,有較強的邏輯思維,但這種方式存在弊端,即阻礙了其創造性思維和自主學習能力的培養和拓展。因此我們可以通過多種教學形式調動學生的學習積極性,激發學習興趣。實驗教學也很重要,實驗的目的不僅僅是驗證規律、培養學生的動手能力和實驗技能,而是要使學生通過實驗在科學的理論學習和研究方法上獲取感性體會。
一、理論教學
1.互動式教學
互動式教學,顧名思義就是教師和學生之間通過雙向溝通方式進行授課。正所謂“教有法而無定法”,教師對學生應該做到“管而不死,理而不束;規而有道路可馳騁,范而有天地可翱翔”。在教學過程中,教師可以就某一學過的內容提出問題,讓學生自己思考并歸納總結,然后由教師在一些方面進行補充,從而培養學生的分析能力。例如在講解芳香族重氮鹽的化學性質時,其官能團“-N=N-”與芳環發生共軛,化學性質活潑,可以發生許多反應。教師可以給學生一點時間運用所學的知識思考重氮基可以和哪些基團取代,再進行內容補充,并歸納總結原理:芳香重氮離子中重氮基帶正電荷,強烈吸引電子,C-N鍵易斷裂放出氮氣。通過這種互動式的教學方式,學生可以在課堂上保持思維的活躍,而不是硬性地記憶課本上的知識。
2.案例式教學
案例式教學,起源于“哈佛大學”的情景案例教學課,案例式教學可以促進隱性知識與顯性知識的不斷轉化,通過具體的情境,將隱性的知識外顯,或將顯性的知識內化。教師可以把一些看得見、聽得到的案例貫穿于大學化學教學中,使學生更加深刻地理解課本相關知識,學習的興趣也隨之提高。比如在介紹核酸時,可以通過大量的圖片和幻燈片講解知識點,另外還可以介紹一些最新的科研成果和相關的科技趣聞使課堂教學不再那么枯燥乏味。這種案例教學法能夠吸引學生的注意力,與時俱進,從而有效地貫徹教學內容,值得借鑒。總之,在教學過程中,通過把身邊的具體生活與所學的大學化學有機地結合起來,不僅充實了學生的大學化學知識,而且進一步讓學生感受到了掌握大學化學知識的重要性。
3.多媒體教學
電子教案和電化教學手段的普及使用使PPT教學方式得到了廣泛運用。首先我們應該明白PPT是一種輔助工具,教師不能將所有內容盡數地以文字形式寫在PPT上,然后站在講臺上逐字逐句地朗讀。教師可以將提綱和概要性的內容寫在PPT上,這樣學生可以清楚地了解接下來課上所要講的知識點,在腦中建立起一個知識框架。遇到一些概念性較強的知識,我們必須用具體的例子在黑板上將概念具體化。如講到同分異構體時,教師可以充分利用黑板講解碳鏈異構、官能團位置異構等,還可以讓學生自己上臺在黑板上練習相關題目。而多媒體教學可以給學生提供更加直觀的圖像和動畫效果。比如,有機化學中的構象分析,以環己烷為例,環己烷分子自動曲折而形成非平面的構象,在一系列構想的動態平衡中形成椅型構象和船型構象,教師使用ChemDraw_3D軟件轉動環己烷的椅式構象和船型構象,用不同的顏色標注原子和化學鍵,并轉動三維結構,就很快給學生一個直觀的圖像,使學生很快就明白了張力能的來源及兩種構象間的差異。
二、實驗教學
1.增強學生的動手能力
由于課時安排有限,有時教師往往會事先準備好實驗器材,為學生省去了不少時間。如薄層色譜法中薄層板的制備,教師可以讓學生自己動手制作薄層板,鍛煉其動手能力,更加有效系統地掌握薄層板的制備、點樣、展開、顯色、定性和定量分析等步驟。
2.進行綠色實驗
在實驗的全過程應注意環境保護的問題,樹立學生綠色實驗的意識。首先,為了減少對環境造成的不良影響,在實驗的設計過程中,盡可能微量化,減少化學物質的投放量。此外,有些實驗過程中可能會產生一些有毒、有害和環境相容性差的物質,教師應提醒學生在實驗過程中不能隨意排放,應用專門的容器收集,再送交有關部門統一進行無害化處理后排放。
3.采用循環式實驗教學
上實驗課時,實驗項目由任課教師制定。采用循環式實驗教學新形式,學生以循環的形式做實驗。此外,學校可以實行實驗室開放政策,從而使實驗時間與空間得以拓寬。對于研究性實驗的設計,不需要集中做實驗,可以只要求學生在某一個規定時間內完成某一實驗項目,具體的實驗時間由學生根據自己的實際情況與實驗室預約后再安排。如此,學生就有了更多的獨立思考空間和不斷實踐操作的摸索過程。
結語
在教學過程中,教是手段,學是目的,教是為學服務的。面對21世紀科技對化學人才的新的要求,大學化學教育面臨著更為嚴峻的挑戰,也充滿新的發展機會,我們必須抓住這個有利時機,明確教育思想和培養目標,加大深化改革的力度,進一步提高教育質量。
參考文獻:
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[3]倪沛洲.有機化學[M].人民衛生出版社,2008,258-159.
中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2016)24-0132-04
The Teaching Research on the Connection between General Chemistry for Food Professional College Students and Chemistry in High School
Kong Lingyan et al.
(College of Food Science and Engineering,Nanjing University of Finance and Economic,Nanjing 210023,China)
Abstract:As a required basis course for food specialty of colleges,General Chemistry was the first chemical course for the university students. So it has played an important role. In this paper,the connection of chemistry teaching between food professional university and senior high school was introduced from the high school chemistry structure and the main points of the various modules under the new curriculum standard. And the influence of the current college entrance examination model to the general chemistry study was analyzed. And suggestions will provide reference for the reasonable arrangement of teaching progress and teaching methods for college teachers.
Key words:New curriculum standard high school chemistry;Food specialty;General chemistry;Current college entrance examination model
普通化學作為高等院校食品類專業的必修基礎課,是學生進入大學階段首先學習到的化學課程,因此處于高中化學與大學化學的銜接點上,具有重要的地位。普通化學作為整個化學學科的導論性課程,所講授內容一方面可以為其他課程如分析化學、有機化學、物理化學、生物化學、食品化學等課程提供必備的理論基礎,同時為學生的學習起著承前啟后的作用。多年普通化學教學實踐表明許多大一新生在剛進入大學時因學習習慣還停留在高中階段的“灌輸式”被動學習模式,不能很快的適應大學的學習節奏,自主學習能力、獨立分析解決問題能力等方面較為欠缺。另外,2003年開始進行的普通高中課程改革,使高中化學課程結構和高中實際教學情況都發生了很大變化。現在高等院系食品類專業招收進來的大一新生,其化學知識貯備情況,高中階段化學知識的覆蓋范圍,可否為大學化學學習提供必要基礎,以及高中化學的知識體系是否能夠成為大學化學課程體系的支撐,這些問題的解決對大學普通化學教學中幫助學生順利實現由中學化學到大學化學的過渡,激發學生學學化學的興趣,提高普通化學的教學質量起著重要作用。而在大學普通化學課程的教學中,教師對目前高中新課標知識體系與普通化學知識框架的銜接以及不斷改革的高考模式下,學生的高中化學基礎并不是很了解,在此,筆者將針對兩者之間的銜接方式,及現行高考模式對大一新生化學知識起點水平的影響展開討論,希望能夠引起相關教育工作者的關注與重視。
1 新課標下高中化學知識體系
目前,我國的基礎教育仍處在新一輪的改革中。高中化學新課程改革開始于2003年,隨著改革的逐步推進,到2010年,這一改革已在全國范圍內普遍推廣。這一改革對大學的化學教學產生了一系列的影響。因此,作為高等院校化學教師,了解高中新教材的知識體系,了解大一新生所具有的化學基礎對于提高普通化學教學質量具有重要意義。
1.1 高中化學課程設置及學習要求 2003年4月,教育部制訂頒布了《普通高中化學課程標準(實驗)》(簡稱新課標),目前新課程已實行了13a,稱之為現行高中課程。依據新課標要求,高中化學課程由若干課程模塊構成,分為必修、選修兩類。其中,必修包括2個模塊,以必修《化學》1和必修《化學》2兩本教材呈現;選修包括6個模塊,以6本選修教材呈現,分別是《化學與生活》《化學與技術》《物質結構與性質》《化學反應原理》《有機化學基礎》和選修《實驗化學》。必修課程為全體高中學生必須學習的內容,選修課程是必修課程的拓展和延伸,并且體現新課標的選擇性,可以為不同學生的個性化發展提供保障。
高中生要達到高中畢業的要求,需學習2個必修模塊內容加一個選修模塊內容。選修課程基本上是由各省市教育主管部門統一為高中生進行了模塊選擇。必修模塊內容一般安排在高一年級,所有高中生共同學習。到了高二文理分科,文科的學生一般選修《化學與社會》模塊內容,理科的學生一般選修《化學反應原理》模塊內容,并完成學業水平考試并達到合格以上,可以達到高中畢業的基本要求。各省市規定基本一致。
高考化學科目的考試內容包括必考內容和選考內容。必考內容涉及必修模塊中的“化學1”“化學2”及選修模塊中的“化學反應原理”的內容。選考內容涵蓋了選修模塊“化學與生活”“化學與技術”“物質結構與性質”“有機化學基礎”的內容,在試卷中匹配了各選修模塊的試題內容,分值相當,考生從中任選一個模塊內容考試。因此如果考生參加化學科目的考試還要繼續選修《物質結構與性質》《有機化學基礎》《化學實驗》等模塊中的1~2個,以達到高考的要求,即總共需要學習4~5個模塊的內容。
1.2 高中化學課程各模塊主要內容 高中化學教材選取的是宋心琦主編,人民教育出版社出版的普通高中化學系列教材[1]。
必修1:引入物質的量的概念,并介紹了相關定性和定量計算的知識,如物質的量濃度的計算;實驗室安全知識和基本的分離、提純操作方法以及溶液配制;物質分類的概念;離子反應、酸堿電離理物質,給出了傳統酸堿鹽的概念和水溶液中酸堿反應的實質;化合價概念,從電子轉移角度介紹氧化還原反應。
必修2:主要包括“物質結構基礎”“化學反應與能量”“有機化合物”和“化學與可持續發展”4個一級內容。通過這一模塊,學生學習了物質結構的初步知識,認識了元素周期表和元素周期律,學習了核外電子分層排布初步、化學鍵的概念;從化學反應基本原理出發,了解化學反應伴隨能量變化的本質,知道化學鍵、化學能與電能的相互轉化,定性了解化學反應速率及其影響因素和化學平衡概念;還學習了有機化學的入門知識。
以上內容充分體現高中化學內容的基礎性,與大學階段的普通化學中化學知識的基本框架性基本相符,基本能夠反映大學階段化學知識的風貌和基本輪廓。
化學與生活:注重化學與人類的關系,主要以日常生活為線索組織素材,貼近學生現實,極具親切感和科普性,體現化學與社會發展的關系以及化學的作用和應用。文科學生主要選修此模塊以達到畢業要求。
化學反應原理:包括“化學反應與能量”“化學反應速率與平衡”“溶液中的離子平衡”3個一級內容。內容上涵蓋了化學反應的基本原理,如焓變、熵變的概念及相關計算,化學平衡的概念及計算,化學反應速率的計算;還包括了溶液中的弱電解質的解離平衡以及原來大學化學的知識沉淀-溶解平衡。這些內容是必修2的延伸和擴展,與大學普通化學內容中的化學熱力學、化學反應基本原理、水溶液化學關系密切。目前各省市高中為理科學生指定選修此模塊,以達到高中畢業要求。
物質結構與性質:主要內容包括原子結構與性質、化學鍵與物質性質、分子間作用力與物質的性質。較為詳細、深入地介紹了原子結構初步知識和化學鍵以及分子間力等基本理論。還涉及了金屬晶體堆積類型的內容。有機化學基礎模塊在大學普通化學內容中未涉及,因此不作介紹。高考中考化學科目的學生一般會從這兩個模塊中選擇1個或2個模塊繼續學習。
化學與技術和實驗化學選修模塊,在目前大部分省市的高中很少會有學生選修,因此此處略去。必修模塊為學生打下了化學學科的共同基礎,是面向全體高中生的,具有基礎性和啟蒙性的價值選修模塊內容是必修模塊內容的延伸和擴展,在內容的深度和廣度上均有所加深[2]。
1.3 普通化學知識體系與高中化學知識的銜接 普通化學教材參考《普通化學》(第6版)(浙江大學普通化學教研組編著,高等教育出版社出版)[3]。主要內容包括化學熱力學初步、化學反應基本原理、物質結構基礎、水溶液化學、電化學基礎、元素化學等。新課標下高中課程設置基本上為大學化學做好了鋪墊,有些知識點是重復的,但是有些知識點之間仍然存在一些銜接問題。需要普通化學教學工作者根據具體的情況區別對待。
有待進一步深入學習的知識點:酸堿理論部分,高中化學只講了酸堿電離理論,給出了傳統酸堿鹽的概念;大學普通化學則是在酸堿電離理論基礎上著重介紹酸堿質子理論,重新定義酸、堿、兩性物質,擴大了酸、堿的范圍和酸堿反應的范圍。大學普通化學在氧化還原反應部分,引入更科學的氧化數概念取代高中化學中的化合價概念。化學反應原理中反應速率部分,高中化學采用平均速率來表示,而普通化學是以瞬時速率來表示,并考慮了反應進度。化學反應焓變的計算,高中化學采用Hess定律通過方程式的疊加間接計算,普標化學相關計算中引入標準摩爾生成焓的概念,并運用Hess定律直接計算反應的標準摩爾焓變。關于電子云的概念,高中化學只給出s、p軌道電子云輪廓圖(界面圖),未給出d軌道的圖;而普通化學通過引入波函數概念,根據波函數對電子云定量分析,得到原子軌道角度分布圖、電子云的角度分布圖、電子云的空間分布圖等3種圖。大學教師在講授這些內容時,應該以高中化學中的知識點為切入點,通過設置引導性、討論性問題的方式組織課堂教學,幫助學生順利實現由高中化學到大學化學的過渡,有利于激發學生的興趣。
普通化學獨有的內容(高中化學不涉及的內容):在大學普通化學內容中,有一部分是高中化學不曾涉及的,如系統和環境;相;化學反應的自發性;吉布斯函數變與化學反應進行的方向;反應級數、反應速率理論和活化能;稀溶液的依數性;緩沖溶液;溶度積的概念和定量計算;配位平衡;配位化合物的定義和命名;電極電勢及影響電極電勢的因素;原電池電動勢與吉布斯函數變的關系;分解電壓;電解的產物;三種分子間作用力的產生和特征;離子極化理論和鍵型的過渡。學生對這部分知識是陌生的,沒有任何知識基礎。大學化學教師在教學中要高度重視,作為難點講解,加深學生對知識點的認識。
2 高考模式對大學普通化學學習的影響
2.1 現行高考模式 自從2003年開始課程改革后,全國高考模式也隨之變化。最突出的特點是各省市可以自主命題,自己確定高考模式。改革到現在,各省市的高考模式一般為“3+X”或“3+文綜/理綜”模式。兩種模式中,“3”都指的是語文、數學、英語科目,為必考科目。在“3+X”模式中,X是指文科學生在政治、歷史、地理中任選1門或2門考試科目,理科學生在物理、化學、生物中任選1門或2門考試科目。例如目前上海市施行的是“3+1”模式,江蘇省施行的是“3+2模式”。“3+文綜/理綜”模式中,文綜考試科目是將政治、歷史、地理3門科目,綜合在一張卷子上,分成三個模塊出現;相應的理綜指的是理科的物理、化學、生物3門科目綜合在一張卷子上,分3個模塊出現。自2013年開始,理綜總分為300分(物理110分,化學100分,生物90分),例如北京市,安徽省,山東省,河南省等地區采用的是“3+文綜/理綜”模式。
施行“3+X”高考模式地區的理科考生來講,除了必考科目,任選科目中可以不選擇化學科目。在學完高中階段要求的化學內容后就不再接觸化學。這就導致目前高等院校化學專業或非化學專業大一新生化學基礎、化學知識儲備有很大的差異。
2.2 現行高考模式對大學普通化學課程學習的影響 “3+X”模式的文科考生及“3+文綜”模式的考生,在高一和高二階段完成了“化學1”“化學2”“化學與社會”3個模塊內容的學習,“3+X”模式中不考化學科目的理科考生,完成了“化學1”“化學2”“化學反應原理”3個模塊內容的學習,均達到高中畢業要求,可以不再繼續學習化學課程。因此具備了3個模塊的化學知識儲備,能夠為普通化學課程的學習提供了一定的基礎。但因為只在高中低年級學習,升入大學后再學習化學相關課程,可能將面臨“從零開始”的困境[4]。
因高考化學科目的考試內容中包括必考和選考內容,所以“3+X”模式中參加化學科目考試的理科考生及“3+理綜”模式的考生,除了完成高中畢業要求的“化學1”“化學2”“化學反應原理”3個模塊內容,一般還需要在高二及高三階段繼續學習化學課程中的選修模塊內容。有的選擇學習了“物質結構與性質”模塊,有的選擇了“有機化學基礎”模塊,有的兩個模塊均選擇。這部分學生經歷了高一到高三持續的化學課程學習、訓練,學習內容上更加深入,因此具有較好的化學基礎,將對大學階段的化學課程學習提供較大的幫助。但因為所選修模塊的差異,學生的基礎不盡相同,僅選修“有機化學基礎”模塊的學生,對后續學習有機化學課程有一定幫助,但物質結構知識方面欠缺;僅選修“物質結構與性質”模塊的學生,學習普通化學課程得心應手,但對學習有機化學課程幫助不大。
2.3 南京財經大學食品類專業學生的化學基礎情況調查 為了解現行高考模式下高等院校入學階段學生的化學知識起點情況,選擇南京財經大學校食品科學與工程學院食品科學與工程、食品安全與質量控制2個專業的13、14、15級學生為調查研究對象,采用調查訪談的方法,主要從生源地、高考模式兩個角度對學生進行了訪談。所得數據結果如下表所示。
分析表中數據可知,近3a來,我校食品科學與工程學院每年所錄取的新生中,“3+理綜”模式及“3+X”模式參加化學科目考試的學生人數較多,在每一級所訪談的學生中所占比例分別為,13級71.25%,14級72.61%,15級為71.60%。并且近3a來的比例變化不大,說明我院生源比較穩定。同時也說明7成多的學生高中起點的化學知識基礎較好。“3+X”模式中未選考化學科目及“3+文綜”模式的學生也占了一定的比例,其中13級為28.75%,14級為27.38%,15級為28.39%。說明每一級都有近30%的學生僅高中低年級階段學習了化學課程,所學內容較淺顯、不系統,同時因為間隔時間較長,因此高中化學基礎知識可能已經遺忘殆盡。
3 總結與展望
綜上所述,現行高中化學課程內容的設置,對于參加化學科目高考的學生而言,高中階段所學習的化學知識基本與大學普通化學知識框架基本符合。而對于不參加化學科目高考的學生而言,其在高中階段只需學習必修2個模塊和選修1個模塊的學習即可達到高中畢業的要求,因此所學化學知識只是具有啟蒙性加基礎性的意義。另外從現行高中化學各模塊知識點與大學普通化學銜接的角度,有些知識點是重復的,有些知識點介紹方式及深度與大學普通化學有所不同,所涉及的范圍也遠不及普通化學廣泛,知識的系統性,也有待學生在大學化學學習中進一步完善、提高。大學教師在教學中應根據普通化學知識點與高中化學知識點的銜接情況,合理安排教學內容,教學進度。對于重復的知識點可以不講或少講,將寶貴的時間放在需要加深和未曾學習過的知識點上。另外,現行的高考模式決定了食品類專業大一新生的化學知識起點參差不齊,有的學生選考了化學科目,有的考生沒有選考化學科目,有的是文科生源。因此我們應關注學生的知識差異和個性差異,依據“因材施教” 的教育原則,在細致、透徹講授知識的同時注重學習方法的引導,促進每一個學生都能發展進步。
參考文獻
[1]宋心琦.高中化學[M].北京:人民教育出版社,2003.
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)22-0270-03
一、引言
微課是指教師在教育教學過程中圍繞某個知識點或技能,如某個化學實驗操作技能等單一教學任務,進行的一種嶄新教學模式。相對傳統教學方式,微課具有可控靈活、較易掌握、高效、便利等優勢,對激發大學生學習興趣,調動學習積極性和主動性至關重要。隨著“可汗學院”在全球迅速走紅,“微課”目前已成為我國教育界熱議的一個話題。但是,其還是一個新興教學模式,無論是其應用的廣度、深度,還是具體微課設計,還有很多問題亟待解決[1-4]。2015年,教育部全國高校教師網絡培訓中心舉辦了第二屆全國高校微課教學比賽,掀起了又一波全國高校微課建設熱潮[5]。參加微課制作教師越來越多,很多網絡平臺上微課數量也在迅速地增長。微課廣泛傳播,為學生自主學習和教師自我提高提供了豐富學習材料,使得移動學習、碎片化學習成為一種常態的學習方式。本文根據化學實驗教學特點,來討論微課對大學化學化工實驗教學改革的作用。
二、文獻綜述
早在1960年,美國阿依華大學附屬學校首次推出了“微型課程形式”的教學。一個微型課程一般只有一兩個課時,而不會像一門培訓課程或者一門學科課程那樣持續數周或一個學期[6]。到了1993年,美國北愛荷華大學化學系教授LeRoy A.McGrew先生在有機化學教學中就提出了60秒的微課程教學概念,并且成功將其應用到了向非專業學生和民眾中普及有機化學常識的方面[7]。2008年,美國新墨西哥州圣胡安學院的高級教學設計師David Penrose[8]正式提出了“微課程”(Microlecture)這個概念。在我國,2011年胡鐵生[9]首先提出微課程概念,“微課程是指按照新課程標準及教學實踐要求,以教學視頻為主要載體,反映了教師在課堂教學過程中針對某個知識點或教學環節而開展教與學活動的各種教學資源的有機組合。”微課,作為一種新興課程形式,其突出優點是“短(學習時間短)、平(容易被接受)、快(學習見效快)”,符合現代學生學習特點。但是,也存在其不足之處――碎片化、不系統、不適合長期學校教學。但是,它完全適合作為教學輔助、鏈接。因此,將微課用于大學化學化工實驗課教學,可充分發揮微課作用,將其功能最大化。微課在不同領域有著不同定義。調查結果顯示,在500名本科學生中,100%的學生每天都有上網行為;91%的學生喜歡從網絡上獲取知識;69%的學生看過微課程。因此,在移動設備迅猛發展的今天,怎么實現學生的自主學習、興趣攝取,單單依靠教師的課堂學習已經逐漸不能完全滿足個人學習的需要,未來創新人才的培養和學習也不僅僅局限于紙質的學習材料,基于移動終端的移動學習必將得到長足發展。
三、微課在化學化工實驗課教學應用的分析
實驗教學是化學學科教學中非常重要的一個環節,在培養學生基本知識的運用、動手操作能力、對實驗的觀察和思考等方面起著關鍵性的作用。目前,大學化學理論課的教學,仍然是以教師講授為主的傳統教學模式,同時受制于學校硬件設施的限制,教師無法做演示實驗,使化學理論知識的學習脫離了化學實驗的直觀感知。而關于實驗課程,許多高校實行的教學模式是“預習報告――實驗指導――總結報告”這樣的模式。它是基于學生主動學習而設計的一種較好的教學模式,但是現在高校學生主動學習意識明顯不足,學生不會思考,不會將學習的理論知識遷移到實驗學習中來,預習報告和總結報告更多地變成了通過抄襲而完成的。對化工專業的本科生進行問卷調查,其中問卷中開放性問題:你希望你所學內容中添加什么類型的課程?統計學生的答題情況,學生給出的共性回答主要有以下幾種:(1)實驗操作技巧類課程;(2)實驗案例與理論相結合課程;(3)數據處理軟件有關課程;(4)化工前沿、新能源類課程;(5)實驗設備使用類課程;(6)文獻閱讀、檢索類課程;(7)論文寫作指導類課程。其中實驗案例與理論相結合課程、實驗操作技巧類課程、實驗設備使用類課程這三項答案占這七項的64%。因此,微課用于大學本科化學化工專業實驗教學很有必要。針對上面提到的問題,以改善實驗教學的效果、提高實驗教學的質量為目標,以微課的引入為突破口,做好理論教學與實驗教學的有機結合,推進化學化工實驗課教學改革地深入推進。
四、結果與討論
1.學生預習狀況分析。若按照傳統的實驗課教學模式“預習報告―實驗指導―總結報告”三部曲。其中,預習完成效果決定著整個實驗的成敗。因此,要想提高實驗教學的質量,必須重視預習環節。學生預習基本上是先讀教材,然后按照教材要求填寫實驗預習報告部分,但是實驗課內容的特點是細節內容較多,像實驗原理、實驗基本操作方法、實驗儀器的使用、實驗數據的分析、實驗的注意事項等內容,如果學生在實驗前沒有進行認真的了解,而要在實驗課上一并接收,往往會影響實驗的正常進行,進而影響實驗效果。
2.微課引入的優勢。將微課引入到化學化工實驗課教學中去,有其獨特優勢:(1)微課短小精悍。“短”指的是微視頻課程的時間短,一般視頻時長在10分鐘以內;“小”指的是微視頻課程的內容少,一般一個微視頻課程只包含一個概念或一個知識點,知識結構單一。“精”體現在設計和制作上的要求精。例如:玻璃器皿的洗滌,可以針對這一項操作,設計及制作微視頻課程,可以把這項基本操作技能采用錄像或者用電腦動畫設計等直觀的形式加以演示。短小精悍的特點,使得學生可以充分利用碎片化的時間進行學習。(2)微課可以反復播放,降低實驗成本。有關實驗演示的微課,可以讓學生反復觀看,進而可以節約相應的實驗成本。微課具有網絡傳送的快捷、重復利用等特點,使用起來非常方便,每個學生可以根據自己的個人情況選擇相應的微課進行重復學習。(3)微課目標明確。微課是為了清晰地講解某個概念或某一知識點,或為實現某一教學環節而開展的教學活動。活動、資源及內容設計上指向清晰,方向明確。由于學生基本上是人手一部智能手機,如果把化學實驗中的一些知識點通過視頻、PPT等形式做成微課,通過網絡平臺分享給學生,方便學生隨時隨地學習,這樣不但能夠對學生的預習起到幫助作用,并且在實驗課后能夠更好鞏固、強化實驗內容,更好地幫助學生掌握實驗的技巧。
3.微視頻課程引入后,實驗課教學模式的改革。引入微視頻課程,傳統實驗教學首先發生變化的是“預習報告”部分。與以往枯燥閱讀實驗步驟不同,教師提前發給學生一段有關本節實驗教學的微課,微課來源可以為教師自己制作,也可以網上下載,學生通過學習微課,對實驗內容有直觀認識,實驗步驟有初步了解。例如,在大量實驗研究工作中經常會遇到一些特殊的化合物,對空氣中的水氧敏感,必須使用特殊的儀器和無水無氧操作技術。否則,即使合成路線和反應條件都是合適的,最終是失敗。所以,無水無氧操作技術已是化學化工實驗中被視為必須熟練掌握的一項實驗操作技能。下面我們以無水無氧操作實驗中的雙排管高真空線操作操作為例,簡要介紹微課的引入對本實驗課的改進。(1)學生的預習內容包括:明確無水無氧實驗的特點、實驗的注意事項、雙排管操作的實驗原理、雙排管實驗的操作步驟等。(2)學生應有的能力基礎:儀器的清洗、干燥;儀器的裝配;加熱和冷卻等能力。(3)本實驗的主要內容應包括:儀器、藥品、溶劑的無水無氧處理、惰性氣體的凈化、反應裝置和雙排管的安裝、加料、實驗過程及結束時對儀器的維護等內容。(4)本實驗的重點及難點:掌握雙排管工作的原理、對氧氣及水的處理過程(即:雙排管操作的實驗步驟)及注射器針管技術。這部分也將是微課真正發揮其功效最顯著的地方,因為原有的書本的預習知識都是靜態的說明和演示,有一些術語及實驗操作W生很難去想象,所以學生很難掌握實驗的細節,大多數學生都會很迷惑,甚至認為此技能很難熟練掌握,難免從思想上對實驗有了一些抵觸,于是,做實驗的時候很難進入角色。如果有微課的演示,更加直觀,更能引起學生的興趣,達到重點難點的輕松突破。
由于本節實驗內容多,若按照傳統的教學方法,學生簡單地閱讀實驗教材,填寫預習報告,然后根據教師的演示和講解進行實驗操作,往往不能達到良好的實驗效果。針對本實驗的特點,可以設計制作相應的微課,將微課提前發給學生,學生進行充分的預習。這樣,在實驗過程中才能很好地抓住實驗的關鍵,進而取得良好的實驗效果。本次實驗涉及的微課包含以下幾個方面:(1)預習類:①本實驗所用的玻璃儀器、裝置及其清洗與干燥等;②初識無水無氧操作實驗原理及操作;③怎樣寫實驗報告。(2)實驗過程類:①儀器/藥品/儀器的無水無氧處理;②惰性氣體的凈化;③雙排管的安裝;④注射器針管技術;⑤儀器的操作及維護等。(3)微課包含的知識點:①無水無氧實驗操作所能應用到有機合成實例及重要性(通過ppt制作而成的微視頻);②無水無氧操作的原理(通過ppt制作而成的微視頻);③儀器的清洗及干燥(視頻錄制―操作和講解制作而成的微視頻);④雙排管的搭建及安裝(視頻錄制―操作和講解制作而成的微視頻);⑤雙排管操作實驗或溶劑中的去除無水無氧過程(視頻錄制―操作和講解制作而成的微視頻);⑥注射器針管技術(視頻錄制、操作和講解制作而成微視頻)。
因此,實驗教學可這樣設計:
第一步:布置預習任務,觀看指定的微課知識點,完成預習報告。
第二步:根據學生預習報告的情況,分析學生對實驗的認識程度,對預習情況不好的學生,進一步要求觀看相應的微課。
第三步:實驗課程講授,在講授過程中進行演示實驗與微課相結合的形式,尤其是操作困難的步驟,可以讓學生多次重復觀看相應的微課內容。
第四步,學生自己動手操作。
第五步,學生寫實驗報告,對于難點部分,學生可以通過回顧微課內容,來完成實驗報告。
我國發展要實現創新驅動模式,具有創新意識、創新思維和創新技能人才的培養的重要性不言而喻。化學化工是實驗學科,化學化工實驗在學生能力培養中的作用至關重要。而常規實驗課程,尤其是有機化學實驗課程,實驗耗時長并顯枯燥。對大學化學化工實驗教學方法和模式的改革,符合當今化學化工創新人才培養和化學學科發展的需要。因此,要提高化學實驗課的教學質量,必須綜合運用各種教學方法和教學手段,積極探索和改進新的教學內容和方式,才能合格地完成實驗教學任務。“微課程”在實驗教學中的應用是一種良好的輔助教學手段和方式,一定會在大學化學化工實驗教學的改進和對創新人才的培養方面起到積極的助推作用。
參考文獻:
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Studies in the Role of Microlecture in the Teaching of Chemistry and Chemical Engineering Experimental Course in Universities
CHEN Ling-cheng,ZHAO Zhong-kui*
引言
PBL即“Problem•BasedLearning”——基于問題的學習。大學化學循環式PBL教學模式則是指將大學化學學習中遇到的復雜的、實際的內容設置到相關的問題情境中,從而將問題背后的知識點挖掘出來,在不斷的探究中提高學生分析問題、解決問題的能力,最終實現學生的全面、健康發展[1]。大學化學課程作為工科學生在大學階段的一門必修學科,對于學生靈活思維、興趣的培養都至關重要。該學科學習內容多、學生個體差異較大,傳統高等教育模式對于學生的均衡發展產生了不同程度的限制,因此學生綜合素質低下,不能滿足新時代社會的發展需要。PBL教學模式興起于國外,通過新穎的學習方法,極大激發學生參與課堂的意識,對于學生創新意識、思維技能以及自主學習能力的培養都十分關鍵。在這樣的教學模式下,學生可以體驗到團隊合作的重要性,實現自身綜合素質的提升。因此,對PBL教學模式在大學化學中的實際應用進行具體研究是高等教育階段的一項重要工作。
1PBL教學模式在國內外的研究現狀
PBL教學模式是目前西方發達國家的主流教學模式之一,這種模式在國外的研究主要分為以下幾個階段:
1.120世紀70年代的研究
這個時期的研究主要停留在理論層面,只有少數醫學院開設的部分學科采用了這種模式。直到1969年,在不斷的豐富和完善中,美國神經病學教授首次提出了“PBL教學模式”這一概念,并將這種模式的優勢、具體應用案例向高等教育界做出具體的闡述,這一模式開始在醫學教育中發展起來[2]。
1.220世紀80年代
很多學者相繼在這一教學模式中添加其他學者的學習理論,比如實用主義、情境學習理論等,真正將PBL教學模式的課程設置、實施方法以及教學、考核方法研究出來并付諸實踐。PBL教學模式開始朝著逐漸完善的方向發展。
1.320世紀90年代
PBL教學模式不僅僅應用于醫療教育界,在這個時期這一模式開始朝著其他領域發展,實現了基本的推廣。
1.421世紀初期
受經濟水平顯著提高、科技水平日新月異的影響,PBL教學模式開始進行調整,學者們逐漸認識到這一模式當中存在的問題和不足,在經驗的基礎上,這一模式朝著創新化的方向發展,相信在以后的高等教育中會發揮出更大的作用。受教育資源以及師資力量的限制,目前,我國PBL教學模式仍然處于國外第二階段后期的水平。PBL教學模式在醫療教育界已經基本上普及,目前研究者正致力于將這一模式應用于其他學科領域。但是總體來看,我國的PBL教學模式缺乏完整的學科模式的約束,沒有系統的教學實踐和綜合的考評機制,因此教學成果有限。本文從高等教育學生學習習慣出發,希望在克服這種教學模式不足的基礎上,對其進行探究和構建,希望最終達到完善的效果。
2PBL教學模式的研究內容
大學化學作為工科類學生的一門公共基礎課,上課人數多,教學內容廣,學生個體差異大。這樣的現狀決定不應該照搬國外現有的教學模式,否則會出現一些制約學生發展的因素。根據大學化學教學內容以及培養目標,本研究對循環式PBL教學模式的具體應用進行改進,希望通過完善的教學模式能夠實現學生的全面、綜合發展。
2.1PBL教學模式的構建
大學化學循環式PBL教學模式的基本結構為:提出問題——分析問題——自主探究——解決問題——成果共享——相互評價——反思成果等幾個步驟。具體實施的時候,需要根據課程需要以及學生的實際情況對學生進行分組,一般可以采用3人一小組、9-12個人一大組的形式。同時,要將每個課堂分為幾部分,六成的時間用來進行PBL模式與傳統模式的結合教學、三成時間單獨采用循環式PBL教學模式、剩余一成的時間進行成果展示。在教學過程中,教師負責將學生帶入具體的情景當中,引導學生根據課程內容提出結構性的問題。學生則需要在小組內進行分工合作,共同分析問題、查閱資料、解決問題。這樣的模式對于學生更好的理解問題背后的知識相當關鍵。同時,在這樣循環式的學習過程中,學生可以及時總結自己在學習當中存在的不足,從而為他們提供一個組內交流學習的機會,便于學生在交流中獲得更多的知識,進而進行知識體系的重新構建。教師在整個過程中扮演引導者的角色,使得學生能夠獲得自主思考的機會,實現自身綜合素質的提升。根據學生課上所討論的內容,教師可以及時發現學生的不足之處,然后在引導學生意識到自身錯誤的過程中,幫助學生提升解決問題以及團隊協作的能力。另外,學生在這個模式的制約下會獲得自主學習的機會,使得學生能夠系統的、完整的、細致的去分析相關問題,實現全面進步與提升。
2.2多元化的考核評價體系
學生在學習過程中的表現是PBL教學模式所考察的一項重點內容。根據表現可以對學生的探索意識、實踐能力、團隊合作能力進行一個全面的評價,培養學生終身學習的意識,不斷地為社會注入時代所需要的高素質人才。因此,在這些內容的制約下,PBL教學模式的考評體系應該朝著多元化的方向發展,定量評價與定性評價相結合、形成性評價與終結性評價相結合、平時表現與期末測評相結合,是考核體系的基本要求。其中量化評價需要進行自我與互相評價的結合,從而實現測評結果的客觀性。為了尊重學生的個體性差異,實現對學生的公正評價,應該注意對學生階段性的進步進行考察,真正提升學生的學習興趣。這些內容在不斷發展中就會形成一個“全方位、多層次”的評價體系,便于學生真正從PBL教學模式中受益。
2.3多維化的交互答疑體系
學生是PBL教學模式的主體,教師是主導,素質教育是這一教學模式的基本原則。因此在PBL教學模式中,學生與教師是朋友的關系,二者在相互交流中獲得共同的進步。網絡答疑平臺、信息化分組指導平臺等“多維化”的答疑體系應該被建立起來,作為師生交流的媒介,這對于學習效率的提升、交流時間的縮短至關重要。
2.4技能化的實驗教學
大學化學是一門對于學生動手操作能力有著嚴格要求的學科,因此實驗是這一學科當中必不可少的組成部分。實驗的基本操作水平、實驗操作能力以及學生個性化的培養都是實驗操作對于學生和教師的要求。教師要為學生設置階梯難度的實驗內容,使得學生自身能夠感受到自己的進步,為后續學習樹立足夠的信心。開放式實驗是PBL教學模式所具備的一個特色,這一實驗將學生學習動力、學習興趣以及創新性和科研能力的培養作為關鍵內容,以新時代人才培養目標為約束,希望在規范學生操作技能的基礎上讓學生明確科學研究的精華,明確現代實驗所具備的特點和優勢。
2.5網絡化的教學理論
隨著科技水平的顯著提升,學生的學習工具也在朝著智能化的方向發展。網上教學平臺就是積極利用計算機等新興科技進行學習的媒介,這一媒介的存在可以有效提升學生對于課程內容中重點、難點的認識,從而約束他們進行積極的探究,提升自己分析問題、解決問題的能力。為了真正實現學習成果的共享,多維立體的交流平臺應該被建立起來,在老師的幫助下組建有效的QQ群、微信群,使得學生與學生之間、學生與教師之間都能夠實現隨時隨地的溝通。
3大學化學循環式PBL教學模式應用的典型案例
3.1案例1:SO2的性質
所創設的情境:以SO2的性質為出發點,總結SO2、Cl2、CO2、CH2=CH2幾種氣體的實驗室制法以及各自的性質。情境引導:教師可以通過幾個問題對學生進行引導:(1)二氧化硫與氯氣的尾氣處理裝置有什么不同?是什么原因造成了這種不同?(2)二氧化硫和氯氣分別注入到品紅溶液以及紫色石蕊試液中,溶液顏色變化有什么區別?(3)等物質的量的氯氣與二氧化硫混合之后通入品紅溶液中有什么樣的現象產生?為什么?(4)二氧化硫和二氧化碳這兩種氣體的分辨方法是什么?依據了什么樣的原理?(5)如何驗證碳與濃硫酸反應所產生的兩種不同氣體?(6)乙烯的實驗室制法會有干擾氣體產生,如何對這兩種氣體進行區分和辨別?SO2、Cl2、CO2、CH2=CH2本來就是大學化學學習當中容易混淆的幾種氣體,在PBL教學模式的幫助下為學生進行情境的創設以及問題的分析,從而將學生引入到一個循序漸近的學習過程中,不僅可以實現學生對氣體的區分,而且在利用相關方法解決問題的過程中,學生對于不同的實驗方法以及一些化學概念進行了鞏固,提升了學生的思維意識。
3.2案例2:探究銅鋅-稀硫酸原電池的工作原理
所創設的情境:將用導線連接在一起的銅片和鋅片放入稀硫酸溶液中,觀察兩個不同金屬上所產生的不同現象。情境引導:(1)銅片上所產生的氣體是什么?(2)電子是通過什么樣的方式實現由鋅向銅的傳導的?(3)電子是沿導線進行傳遞的,這一結論應該怎樣得以驗證?實驗現象引起了學生的好奇,便會促使他們深入到實驗過程中,不斷探究更深層次的內容,這與PBL教學模式的真諦相通,在這樣的模式的幫助下,學生可以根據教學內容,逐漸提高自己的認知意識,極大的激發了學生的學習興趣,讓學生的思維一直處于活躍的狀態,引導他們進行更深層次的探究。
3.3案例3:硫以及硫化物之間的相互轉化
所創設的情境:(1)市政人員常常采用向臭水溝里加生石灰或是過氧化氫的方式除去水溝中的臭味。發出臭味的氣體實際上是硫化氫;(2)香皂中一般都含有硫磺;(3)長期暴露在空氣中的亞硫酸鈉會發生變質反應;(4)硫磺可以有效去除實驗室中的汞。情境引導:(1)硫化氫與生石灰以及過氧化氫是怎么樣反應的?這體現了硫化氫怎樣的化學性質?(2)香皂中的硫磺所起到的作用是什么?(3)亞硫酸鈉與什么反應發生了變質?反應方程式是怎樣寫的?(4)硫與汞以及硫與鐵反應的不同條件說明了什么?這些問題與學生的生活實際相聯系,學生對于生活中以及實驗室中常見的化學現象有了一個探究的機會,對于他們去解決這些問題奠定了堅實的基礎,不僅提升了學生對于知識的理解能力,而且便于學生發現知識的價值,激發他們潛在的探究意識。
4PBL教學模式應用于大學化學教學中存在的問題
盡管PBL教學模式在不斷的探究與發展中取得了顯著的成績,但是應該明確的是,這一模式一開始本就是針對醫療教育所興起的,因此將其推廣到大學化學教學中,難免會出現一些問題,常見的問題主要有以下幾個方面:首先,教育資源較少。不管是從國外,還是從國內的角度講,將這一模式應用于大學化學中的教學實踐都少之又少,目前仍處于起步階段,一直在摸著石頭過河,短期內很難取得大的長進。其次,學生沒有十足的自覺性配合大學教師來實現這一模式的真正發展。學生往往會將這一教學手段當成學習任務,體會不到其中的優勢和作用。另外,由于高等教育模式的制約,使得這一模式在推廣的過程中,沒有足夠的師資力量作為保障,無法針對學生的具體情況進行針對性的教育,不利于學生個性化的發展。最后,高等教育的評價體系還不完善,教師的功利性較強,如果PBL教學模式應用于大學化學課堂上,短期內沒有明顯的效果,這一模式將會停留在表面上,不能真正受益于學生。
5結語
總之,PBL教學模式在我國的大學化學課堂上的應用仍處于起步階段,高等教育工作者應該合理對PBL教學時間進行分配,同時結合學生的實際情況進行合理的分工,使得這一模式在大學化學中真正發揮出其應有的價值。
參考文獻
有機化學是化學四大基礎課之一,在大學化學課程中占據重要地位。有機化學課程的特點是各章的知識點既具有一定的關聯度,又有相對的獨立性。高等院校開設有機化學的學時是有限的,而課程的內容卻在日益膨脹,學生在學習過程中普遍感覺到內容繁雜,難以完全掌握。教師既要完成教學計劃、保證教學質量,又要重視學生素質的培養和創新能力的提高,因此教師要不斷更新教學理念,在教學手段與方法等方面進行大膽的改革與創新,切實發揮教師在教學中的主導作用。筆者結合教學工作,從四個方面探討了有機化學教學中的新理念和相應的實踐方案:
一、學會學習
一般院校開設有機化學都在64―72學時之間,最多也就128學時。每次教學都非常緊張:教師不停地講,學生不停地記筆記。有機化學課程體系龐大,教師本人尚且需要不斷地學習、補充和更新,常感到學無止境,更不可能在有限的課時內教會學生所有的知識點。筆者在教學中貫徹這樣一個理念:以有機化學課本為載體,教會學生學習有機化學的方法,學會學習。
艾賓浩斯提出的遺忘規律告訴我們:在學習識記完某一知識后,遺忘就開始發生,尤其在起始階段遺忘的速度較快。這就要求在學習完某項內容后應及時復習,在未等記憶的內容遺忘掉之前就再次復習,這樣只需要花費很少的時間就能復習鞏固一次。如果等所學的內容全忘了之后才去復習,就等于重新學習一次,此時所花費的時間就比較多,學習的效率就比較低。從課程開設之初,筆者就告訴學生這條遺忘規律,讓學生及時復習,做到事半功倍。
針對知識點多的特點,筆者要求學生在學完每一章內容后,將其中的主要內容和重點難點總結成為一頁紙,這樣在復習時只需看一頁紙,花費時間比翻閱幾十頁的課本要大大減少,學生復習時的興趣高,有耐心進行多次復習。這種把書讀薄的“紙效應”能將十幾章的厚厚的一本書變為十幾頁紙,極大地提高學習效率。
二、實踐反哺教學
在有機化學教學過程中,教師若僅僅根據書本講授知識點,不僅課堂氣氛會比較沉悶,學生對化學反應方程式也只能膚淺認知,枯燥記憶。教師若能緊密結合教學內容,提出一些與生產生活實際密切關聯的化學問題,或者結合自己的科研實踐,積極創設開放的教學情景,將會誘發學生的探索研究動機,調動學生積極地將理論知識運用于實踐的激情,從而進一步加強學習效果。
筆者在講授“氯仿的毒性”時,讓學生回憶電影《金剛》中的強壯的大猩猩如何被捕獲;在講授“醚鍵在酸性條件下斷裂”時,舉例讓學生思考“采用氯亞甲基化反應制備9,10-二氯亞甲基蒽時,1,4-二氧六環是良好的溶劑,但為什么反應后溶劑無法回收”;在講述“含碳碳雙鍵共軛體系的有機分子在材料領域的應用”時,筆者拿出剛從實驗室合成的具有超強藍綠色熒光材料以及發表的關于非線性激光材料的論文;在講授“Vilsmier反應制備芳香醛”時,以自己曾經實驗失敗長達半個月的親身經歷告訴學生其中的堿中和步驟要注意的一些操作細節。
這些來源于教師親身實踐的知識讓學生能真切地感受到所學知識離自己不遠,所講解的知識點不再是空洞的文字或圖表,會讓學生記憶更深刻,理解更透徹。如果教師的科研實踐經歷足夠豐富,學生還會從簡單崇拜轉變為努力學習。
三、課堂PK
課堂教學一般都是教師站在講臺上講,學生在下面聽。大學課堂每堂課知識容量大,學生要非常集中注意力,緊跟教師的思維和節奏,才能掌握盡可能多的知識點。但對于那些自控能力差、注意力難以持久的學生來說,在課堂上聽課的興趣不強,積極性不高,難免就會上課時處理雜事,教學效果差。如果此時采取一些生動活潑的方式來激發學生的學習興趣,抓住學生的注意力,吸引到課堂的學習上來,就會大大提高教學質量。筆者在課堂上經常開展“課堂大PK”,把一些需要講述的知識點提前糅合成一道綜合習題,讓學生帶著問題去自學,然后在課堂上選出男女學生代表各一名,在黑板上展示自己的答案,其他男生女生可以作為親友團,在規定的時間內幫助自己的代表完善答案,最后由教師當嘉賓評委、學生做觀眾評委來評判勝負。這樣的活動不僅可以全民參與,帶動整體學習興趣,還可以讓教師了解學生的知識點掌握情況及綜合運用能力。如在講授“羧酸的合成”之前,筆者讓學生設計由苯合成苯甲酸,得到越多的合理的方案者勝出,結果得到了圖一所示的20多種合成路線。這次課堂PK不僅使得教師可以免講此節內容,而且學生課堂知識的掌握程度也好。
四、繪制有機八卦圖
有機化學知識點繁多,官能團之間的相互轉化是教學的重點,也是學生學習的難點。在教學中發現很多學生在理解合成路線時,如果順著路線方向講解,每一個步驟都能很好地理解,但是在逆推路線圖時,對于選擇什么樣反應原料和反應條件,以及經過什么樣的中間產物時很是迷茫,往往不知如何下手,特別對于一個需要采用較多步驟來合成的目標分子,常常會手足無措。針對這種情況,筆者在上課時教導學生思考一個有機物如何制備,如何衍變成新化合物,學會經常思考“從哪里來,到哪里去”,久之學生的路線設計水平有了一個“頓悟”式的提高。筆者設計了一個“有機八卦圖”的模型(見圖二)來幫助學生較快地掌握:將有機官能團之間的相互轉化用一個八卦的形象表示出來,讓學生在平時的學習中積累相互轉變的反應方程式,用數字標在相應的箭頭上,并將之作為一個“卦相”來闡述,這樣在以后的設計路線中就可以利用這些卦相來推演了。學生們對于編制自己的“有機八卦圖”興趣很高,有的學生還在積極地將之用電腦編程,以便日后可以快速檢索。
結語
通過將這些教育理念和方法貫徹到平時的教學中,學生學習有機化學的積極性普遍提高,知識的綜合運用能力增強,創新思維得到了良好訓練。五年來學生的教學滿意度都在90%以上,教學實踐取得了良好效果。
參考文獻:
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1.讓學生盡快適應大學化學的學習。
《無機化學》課程與高中課程相比,內容增加,難度加大,加上環境和角色的改變,使得很多大一新生對該門課程的學習感覺很吃力,甚至產生厭學心理。因此,教師要及時向學生講解大學課程的講授特點,大學化學的學習方法,幫助他們轉變學習觀念,盡快適應大學化學學習。另外可以邀請一些教師、學者或優秀的高年級同學進行學習經驗交流,幫助大一新生解除迷惑,明確學習目標,提高主動學習的積極性。同時要求學生努力學習,培養自學能力,為以后課程的學習和科研工作奠定基礎。
2.讓學生明確學習《無機化學》課程的目的和意義。
《無機化學》課程內容龐雜,知識點零碎且理論性強,大一新生普遍感覺很難。因此,教師應該讓學生清楚通過本課程的學習可以為后續課程的學習奠定堅實基礎;可以獲得無機化學領域的基本理論、基本知識和基本技能;可以培養學生嚴謹、實事求是的科學態度,以及提高學生獨立分析和解決問題的能力,等等。
3.重視實驗教學,提高學生實踐能力。
無機化學是一門以實驗為基礎的學科,實驗教學是其教學內容的重要組成部分,是培養學生實踐能力和創新能力的重要手段,具有理論教學不可替代的作用。因此可以讓學生親自操作實驗,不僅能豐富課堂內容,活躍課堂氣氛,還能加深學生對無機化學理論知識的記憶和理解。例如開展綜合性設計實驗、化學趣味實驗、實驗技能大賽等可以培養他們科學研究的實際動手操作能力和創新思維能力,提高學習興趣。
4.教學方法靈活多樣。
“興趣是最好的老師”,采用多種教學方法可以激發學生的學習興趣,調動學生學習的積極性。首先,教師充滿激情、幽默生動、親切的教學語言能夠激發學生的學習興趣。其次,在教學中教師可以采取啟發式、互動式和討論式教學,鼓勵學生參與課堂活動,啟迪學生智慧,激發學生獨立思考,變被動學習為主動學習[2],激發學生主動學習。
5.把科學前沿引入無機化學課堂。
在教學過程中教師把無機化學中最前沿的科研動態和自己的科研成果講述給學生,可以拓展學生的思維,開闊學生的眼界,激發學生的學習興趣。如在講電化學一章時,可以介紹鋰離子動力電池、電解制氫等新能源技術。同時在無機化學課堂中引入化學史教育,可以培養學生獨立思考和敢于探索的科學精神。例如在講原子結構時,可以講述“法國王子”德布羅意兩頁左右的博士論文,薛定諤如何建立波動方程,還有我國配位化學的開拓者和奠基人戴安邦先生,等等,這些化學家的故事可以讓學生置身于化學史的發展過程中,體會到科學研究的樂趣,從中學到科學研究的方法,激發學習興趣。
6.合理運用多媒體輔助教學。
多媒體輔助教學具有傳統教學無法比擬的演示效果,學生感到直觀、清晰、新鮮,使課堂氣氛生動活潑,學習興趣濃厚。例如無機化學中雜化軌道理論、價層電子對互斥理論、分子軌道理論、金屬晶體的緊密堆積等內容都比較抽象,若我們在計算機軟件中,用二維、三維動畫模擬顯示[3],就可以將抽象枯燥的教學內容變得具體翔實、通俗易懂,加深學生對無機化學基本理論的理解與掌握。
7.嚴格要求自己,做好本職工作。
無機化學知識點分散、概念多,原理較抽象,教師應鉆研教材,吃透學生,精通教法,講解透徹,突出重點,抓住難點,靈活組織課堂教學。同時教師要嚴格要求自己,多向同行學習,學會反思,克服庸、懶、散心理,不斷完善和提高自己。
二、關于學生如何學的思考
1.應加強自主學習。
《無機化學》課程是大學本科生入學后面對的第一門專業基礎課,內容零碎、抽象,理論性強,同時需要具備一定的數理知識,學生不易理解,往往使學生學習目標不明確,學習主動性、積極性不高。因此學生應加強自主學習,提前預習,帶著問題聽課,做好課堂筆記,課后積極復習,認真完成作業,善于歸納總結,找到一套適合自己的學習方法。
2.抓住關鍵,構建完整知識結構體系。
《無機化學》課程讓大一新生普遍感到“難、雜、亂、多”,其內容包括化學基本原理和元素化學兩大部分,前者包括化學熱力學和化學動力學初步,原子結構、分子結構和配位化合物結構基礎知識,酸堿溶解平衡、沉淀溶解平衡等;而后者包括ⅠA至ⅦA族和零族,ⅠB,ⅡB,ⅣB至ⅦB族和Ⅷ族,ⅢB族和La系、Ar系單質及其化合物的有關知識[4]。學生學習時應該分清主次,抓住各章節的重點,把知識點串聯起來,連點成線、構線成面,形成系統的學習體系,提高學習效率。
3.多看參考書或查閱相關文獻資料。
除了學習無機化學課本內容外,學生應有目的地查閱相關文獻、多看參考書或合理利用校園網、國際互聯網中豐富的教學資源,開展綜合性學習,開拓學習思路,拓寬他們的知識面,同時有效培養和提高學生的自學能力及獨立獲取知識的能力,使他們變被動學習為主動學習,真正成為學習的主人,提高學習質量。
4.強化實踐動手能力。
學生除了要學習無機化學基本理論知識外,還應該利用課余時間參加大學生科技創新活動、社會實踐或社會調查、聆聽學術報告、參與教師科研課題等,培養他們的學習主動性和科研素質,鍛煉他們吃苦耐勞的意志和實踐能力,從而激發他們的學習熱情。
5.學會合作交流。
《無機化學》課程知識面廣,信息量大而課時少,學生缺少合作交流、獨立獲取知識的機會。學生與學生之間,學生與老師之間應該加強情感溝通和信息交流,有利于思維的撞擊和智慧火花的迸發,加深對知識的印象,有利于促進學生知識水平的提高和學習能力的發展。
6.合理規劃大學生活。
20世紀的工程教育課程主要是提高學生的動手實踐,使學生掌握相關的專業知識和解決工程實際問題的能力。然而,隨著世界經濟全球化以及科學知識的發展,工程教育課程的教育偏向了“厚基礎、寬專業”的工程科學的培養模式,從而削弱了對學生解決工程實際問題的能力培養。這種培養方式導致了學生缺乏對現實工程情況應有的認知程度。為了解決這個難題,2000年由麻省理工學院Crawley等人通過4年的探索創立了CDIO工程教育理念。CDIO作為一種新的工程教育理念,主張以產品研發的CDIO全過程,即構思(ConcEive)、設計(Design)、實施(Implement)和運作(Operate)為載體,以工程項目生命周期全過程為載體培養學生的工程能力、學生的職業道德、學術知識和運用知識解決實際問題的能力,以及具備終生學習和團隊交流能力。
化學工程與技術作為化學工業的主要學科領域,擔負著促進化學工業及相關行業發展與進步的重要使命,因此培養出具有解決實際化工過程問題能力和創新能力的人才是非常重要的。本文以溫州大學化學工程與工藝專業的學生作為教學改革培養對象,將CDIO工程教育理念與化學工程與工藝的專業教育有機地結合,探索適合于以服務浙江及周邊地區經濟為導向的化學工程與工藝專業教學模式的改革與實踐。
一工科人才教育培養現狀
我國傳統的教學模式是以教師為中心、以課堂講授為主,以理論考試成績來評價學生的模式。當前,我國工程教育是通識教育模式和蘇聯教育模式的結合體。解放前,我國的先進高等工科教育主要是來自西方一些教會式的大學教育。建國后,由于化學工業發展的需要,我國效仿蘇聯搞起了專業教育。這種專業教育培養模式為我國的現代化建設作出了較大的貢獻。其缺點是過于強調教材和教學大綱的統一,影響了教育工作者的思維活躍性,也阻礙了對工科學生創新能力的培養。因此,教育家們對蘇聯教育模式進行了回顧和反思,制定了通識教育和專業教育相結合的工科通識教育模式。然而,隨著我國產業的進一步升級以及高校的持續擴招,導致了大量的工科畢業生找不到適合自己的工作,這可能是因為通識教育過于強調基礎科學理論,而弱化了專業內容和工程實踐,導致了工科畢業生只了解一些表面的理論,缺乏工程應具備的實踐創新能力。
在辦學機制上,一方面,高校過于強調科研業績考核,許多具備豐富工程經驗的老師很少參與到實際的教學過程中,而參與教學的教師又與企業的聯系不緊密。負責教學的教師缺乏產業經驗,工程教學過程又缺乏與企業的有效溝通,造成了工程教育和社會需求的嚴重脫節。另一方面,雖然在教學上安排了生產見習、畢業實習等環節,但是不少學校在實踐教學環節上是比較薄弱的,這是因為見習、實習的時間一般比較短,相應的考核制度也不健全。
綜上所述,我國工科教育從教學模式、辦學機制等眾多方面都存在著與產業發展脫節的問題,嚴重影響了人才培養的質量。尤其是理論脫離實際、實踐環節薄弱、產學脫節的問題直接導致了學生找不到適合自己的工作崗位以及企業有崗位找不到合適的人才。由此可見,我國的工科人才培養模式已經不能滿足產業升級的需求。為了更好地培養適合產業升級所需的人才,我們從培養模式上進行了改革探索。
二化學工程與工藝專業CDIO工程教育改革探索
CDIO工程教育模式改革旨在培養學生系統工程技術能力,尤其是項目的構思、設整理計、開發和實施能力,以及較強的自學、組織溝通和協調能力。CDIO模式以工程項目全生命周期的要求來組織教、學、做,學生需要掌握各門課程知識之間的聯系,并用于解決綜合問題。因此,課程體系的建設要突出課程之間的關聯性,這就必須打破教師單打獨斗的傳統教學方法,而圍繞CDIO工程項目的實施進行教學計劃和課程關聯工作。
1.化工核心課程群的組織與教師隊伍建設
核心課程群由化工熱力學、傳遞過程原理、化學反應工程、分離工程、化學工藝學、化工設計6門課程組成,構成了化學工程與工藝核心專業課的主體。化工設計以其他五門課程為基礎,對提高學生分析問題、解決問題的綜合工程能力起到非常重要的作用。化工原理是講述單元操作的基本原理,是學好其他專業課程的基礎;化工熱力學則建立在分離工程的基礎之上,闡述工業條件下各種流體熱力學性質的計算;化學反應工程以傳遞過程為基礎,傳遞現象和化學反應工程利用數學的方法,從微觀角度闡述化學反應過程、設備設計的共性科學問題;化工工藝是關于化學品生產方法的技術科學,它以自然科學和工程科學規律為基礎,使化學反應達到工業化應用水平。由此可見,核心課程群的各門專業課是相輔相成的。
在課程群建設中,涉及專業課教學的老師主要通過進修、企業實踐、參加會議三種方式提高業務水平,對化工專業工程教育模式做到整體的認識,同時要求參與指導學生的化工設計。利用校企合作的機會,與企業方面的人才進行專業知識和其他方面的交流與溝通。其具體的組織與實施過程如下:
第一,教學方法改革的探索。首先,按照CDIO的教育理念,要逐步形成教師引導和以學生為主體的思想,使教師從教育者轉變為引導者,教師不再是簡單地賣知識,而是引導學生學習知識,把主要任務放到教會學生學習方法上來。在教學方面的改革要得到全校上下的支持才可能順利進行。溫州大學為課程體系建設和師資建設提供了很好的平臺,在化工核心課程群教改的過程中提供了強有力的物質基礎和政策鼓勵。在這種良好的環境下,教師也愿意投入更多的時間去聽課評課,吸納好的教學手段和方法。由于化工班都屬于小班上課(30人左右),對部分課程如化工專業英語、精細化工工藝學實施角色互換教學模式,讓學生參與到化工教學的過程中。這些課程的效果反映較好,對化工原理等課程中的部分章節,我們也將逐步展開開放式的教學方法。
為了達到各門課程的知識體系能夠很好地銜接,通過教研室教師集體備課,相互切磋,討論每門課程講授的重點,個別章節內容的舍棄和補充,做到教學的知識體系完整、重點難點突出、學時合理分配,真正做到精選、精講教學內容。摒棄了過去教學活動中的單打獨斗,改為教學團隊授課,使各門課程有機地銜接起來。通過相互聽課并課后集體討論,指出教師課堂教學中存在的問題與不足,相互交流教學經驗,討論改進的方法與策略,使教師的整體教學水平迅速得到提升。
第二,教師工程素質的培養。不少高校在引進人才方面主要考慮的是教師科研水平,其次關注人才的企業實踐經驗。鑒于科研壓力,假期教師也不能到企業去參與實踐或者工作。此外,許多教師只對與自己科研相關的專業課非常熟悉,對其他的專業課則非常生疏。因此,利用現有的教學資源,培養教學團隊的建設是很重要的一環。溫州大學化學工程與工藝教研所以化工設計為主線,基于地方化工企事業單位為依托,派遣年輕教師每年到相關的化工企業實踐兩個月,逐步培養教師的專業水平。近幾年,利用學習、調研以及下派科技特派員的方式,到杭州化工研究院、衢州巨化、瑞安華峰等不同類型的企業參觀學習,不斷地提高老師的業務水平。同時,為了讓教師能夠很好地參與到企業生產實踐中,溫州大學對擔任科技特派員的教師提出教學科研任務減半、考核優先等政策鼓勵。僅2010年,我們派年輕老師帶隊到衢州巨化學習15天,杭州化工研究院學習3天,華峰學習7天,溫州本地化工企業實踐1個月左右,有效地提高了教師的工程素質。教師工程素質的增強也使學生收益頗豐,在2010年省化工設計大賽和全國“三井杯”化工設計大賽中多次獲獎。
2.學生工程能力和團隊合作的培養
作為地方院校,溫州大學化學工程與工藝專業的辦學宗旨是以培養創新應用型人才為主,服務地方經濟和社會的發展。經過對近兩年該專業的畢業生調查的情況來看,目前該專業存在以下問題:(1)畢業生雖然掌握較多的書本知識,但實踐能力不強,導致他們從學校到公司需要較長的“崗位過渡時間”;(2)畢業生普遍缺乏對現代企業工作流程和文化的了解,缺乏團隊工作經驗、溝通能力和創新能力;(3)工程職業道德、敬業精神等人文素質薄弱,責任感不強。具體體現在:工作不踏實、心浮氣躁、做工程不細心、不愿承擔責任,客觀上他們的實踐能力與企業要求存在較大差距,而主觀上又不能沉下心來虛心向前輩學習。
從以上的調查結果來看,以目前的培養方案和評價標準來指導學生的專業教育經不起企業用人單位的考驗。為了更好地培養適應地方經濟社會發展的人才,實現對學生創新思維、創新方法和創新能力的培養,我們與溫州地區最大的化工企業華峰集團實行校企聯合培養本科生,實施“華峰特色班”戰略。目前,“華峰班”的學生采用“3+1”模式培養方案(即學生前三年在學校集中學習理論知識并完成實踐教學,最后一年到企業,接受企業的培訓,并在企業盯班盯崗接受生產實踐活動)。同時在工程專家的指導下,根據企業的需要對培養方案進行部分修改,增設華峰提出的部分課程,使得學生在校期間所學的基本知識和專業理論更貼近于華峰實際的應用。在這種戰略方針下,學生在企業的環境中真正做到知識和能力之間的無縫連接,縮短了“崗位過渡時間”,增加了學生的工程實踐能力,有效地推進了CDIO教學改革。在2010屆的化工專業畢業生中,華峰集團招聘了7名華峰班學生。提升了學生的工程能力、團隊合作精神以及專業素養。
3.逐步建立適合CDIO工程理念的考核制度
正確、公平、合理且科學有效的考核制度對本專業的健康發展起著至關重要的作用,它應當是對教學效果做出真實和客觀的評價,同時有利于提高學生學習的積極性和主動性。現行的課程考核方法主要是通過期中和期末考試成績來評定,它能在一定程度上反映學生掌握知識的程度以及教師上課的教學效果,但不能很好地促進學生學習的主動性。部分學生比較反感現行的考核制度,這是因為現行的考核方法存在比較單一、部分學生在學習上投機取巧也能獲得高分而影響其他學生學習的積極性、不能全面反應學生的綜合應用能力等問題。
CDIO教學模式以能力培養為目標,其主要培養的是學生的理論知識、職業技能、人際交流以及產品研發的CDIO全過程。采用CDIO教學模式,評價方法則應側重能力的考核,能力本位的教學觀貫穿課程設置和教學實踐的全過程。我們進行教改,其目的是提高學生的工程實際能力,因此我們的考核將使用過程能力評測替代以往單一的成績評定。
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
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1 概述
《普通化學》課程是農林高校茶學、林學、動物科學、生命科學和環境科學等農林專業的一門重要基礎課程,具有基礎性、理論性、先導性和綜合性等特點,對農林后續專業課程學習的影響極其重大[1]。隨著現代學科領域相互交叉滲透,化學因其獨特的研究方法和追逐前沿的特征而迅速向農林學科領域擴張,是當今農林學科尋求突破和求得發展的重要途徑[2]。但目前農林高校的《普通化學》課程存在著以下這些矛盾。
1.1 基礎化學知識與學生專業知識的脫節
《普通化學》知識點零散和內容枯燥,與學生專業知識聯系不緊密,針對性不強,導致學生的學習主動性差,進而影響學習興趣與學習效果。
1.2 理論教學與實驗實踐教學脫節
大多數教師在講授《普通化學》課程時主要精力放在講基本理論,與實驗知識聯系較少,認為實驗教學是實驗課的事,與自己不相關,使基礎化學教學處于不正常狀態,且理論教學與實驗教學的安排不合理,影響學生學習積極性和學習效果,甚至使學生喪失學習興趣。
1.3 教與學的脫節
由于大學教師教學方法及授課方式與中學的差異性較大,且課時較少,教師沒有足夠的時間進行過渡性教學,教學內容跳躍性較大,影響學生學習過程中的主動參與意識,造成了教與學的嚴重脫節[3,4]。這些問題是應該值得思考和需要解決的。
在農林科技發展日新月異的今天,《普通化學》課程如何適應21世紀人才培養方向,將培養目標由以前傳授基礎理論和知識轉向現在培養能力和提高素質,使所傳授的知識可轉化為社會需要的實際工作能力,使《普通化學》教學和學習具有更大的主動性,是當前《普通化學》教學面臨的關鍵問題[5]。因此,從基礎課自身特點和當代人才素質培養的要求出發,轉變教育思想與觀念,由計劃經濟下的被動模式轉變為市場經濟下的面向社會求職的主動模式,提高老師和學生對《普通化學》的認識就顯得至關重要。在這種形勢下,如何適應目前的改革浪潮,就本人的教學方法和措施,對《普通化學》課程談一些個人的教學經驗。
2 重視緒論課教學
“良好的開始是成功的一半”,化學是一門承上啟下的中心科學,而《普通化學》課程是學生進入大學后第1學期開設的,處于中學和大學教育的銜接點上,具有承前啟后的特殊地位[6]。《普通化學》緒論課是新生的第一節“入門”課,授好緒論課,將學生的思想認識帶到1個與我們的社會、生活和專業密不可分的深度,則既能開闊學生的視野,又激發學生的學習動力和學習興趣,對學生學好《普通化學》具有重要意義。
針對大一學生要完成從高中到大學過渡的特點,在緒論課上除了要介紹課程內容、化學學科分支以及化學對人類社會的貢獻和意義外,還需介紹相關農林專業的研究領域和發展趨勢。要特別強調化學的“中心科學”地位,特別是化學學科與農林學科的緊密聯系和相互滲透。對于環境科學專業的學生,可介紹環境元素的循環、有害化學物質的控制和治理和以“零排放”為目標的綠色化學和化工等。對于生物科學專業的學生,可介紹生物材料和人工器官的合成以及神經細胞生理調控的化學機理等相關內容。這不但增強學生對化學學科的了解,也有助于學生對其專業方向的初步印象。且舉出本校化學系老師利用化學解決農林問題的實例,使學生充分認識本課程對專業課程學習的必要性。化學重要的學科地位、廣泛的研究范圍和空前繁榮的發展趨勢,對渴求知識的大一新生有巨大的激勵作用。因此,授好緒論課,對于培養學生對課程的興趣乃至專業思想的確立極其重要,可激勵他們在大一學習階段努力學好《普通化學》。
3 端正學習態度,明確學習目標
大一新生往往較難適應大學教師的授課方式,而自身又未能及時調整學習態度和學習方法,導致學生的學習自覺性和主動性不足。學生雖然也接受過入學教育和思想品德教育等,但有相當部分大學生的學習目的動機仍只是為考試及格和獲取學歷,不肯付出努力堅持自主學習,有的甚至平時就根本不學,把希望寄托在考前突擊。
結合大一新生這一特殊的教學對象,任課教師應經常強調大學學習態度和學習方法,督促學生提高學習《普通化學》的自覺性和主動性,這不僅有利于學生學好《普通化學》,而且有利于增強他們學好專業課程的能力。表1為大學與中學教學上的不同。可以看到:在中學的教學活動中,教師和學生主要圍繞著高考的指揮棒轉,學生沉溺于題海戰術,缺少學習的主動性和自覺性。而大學的培養目標是向社會輸送合格的人才,要求對象具有很高的主動性和能動性。因此,教師應在教學過程中加強學生學習目的和專業思想教育,促使學生端正學習態度,明確學習目標,培養學生頑強的學習意志、大膽的創新精神和求實的科研態度,全面調動學生學習的積極性,培養學生自學能力及歸納總結能力[7]。“授人以魚不如授之以漁”,教師不但要教給學生知識,更要培養學生養成良好學習習慣,掌握科學的思維方式和終身受用的學習方法,以提高學生的自學能力、實踐能力和創造能力。
表1 大學與中學教學的不同
中學 大學
培養目標 升學率,考上大學 培養社會需要的人才
教學內容 授課內容少,練習多 授課內容多,練習少
學習態度 老師安排,家長督促,學生從屬、被動地位 需要自覺,主動地位
學習方法 死記硬背,掌握基礎知識 自學,掌握學習技能
考試類型 能力考試 水平考試
4 普通化學知識與農林專業知識相結合
農林院校的化學教師一般畢業于師范院校或綜合性大學的化學專業,缺乏農林專業知識背景,不能很好地將《普通化學》教學貫穿于農林教學體系中,因此教師在備課時需多關注農林科技的進展來實現《普通化學》理論課教學上與農林科技知識相融合,同時還需在自身科研方向上尋找化學與農林學科的交叉,不斷充實和完善自身的知識結構,與學生在專業上的共同語言也多了,教學也就更有針對性,進而提高自己的教學水平。
《普通化學》教師不但要重視化學在農林領域的最新科研進展,還要重視化學與農林實際生產中科技知識相結合,現有的《普通化學》教學,都忽視了化學知識與農林專業知識的聯系,使學生在以后的專業課程學習、實踐和工作中碰到相關化學問題也束手無策,不能學以致用。因此,應該針對各農林專業的特點,致力于將化學基本理論和知識應用到學生的專業知識中去,促進化學教學和農林科技知識的有機結合,使學生明確化學在其專業領域中的作用,培養學生農林科技意識和經濟意識。例如在教授“溶液依數性”時提出在農業生產中如何增強植物的抗旱性和耐寒性的問題。在農業生產時干旱嚴寒來臨前農民通常給農作物施肥,多種可溶物使植物體細胞液濃度上升,進而使細胞液溶液蒸氣壓下降和凝固點降低,從而使植物表現出一定的抗旱和耐寒性。在《普通化學》教學中緊密聯系農業生產實際知識,不僅引導學生掌握農業生產中的化學知識和技能,還培養了學生的創新思維和社會實踐能力。將農林專業知識融合進自己的教學中,可使《普通化學》教學不斷與時俱進,適應現代知識結構更新和人才培養的需要[8]。
5 現代教學手段與傳統教學手段相結合
傳統教學手段―黑板板書教學具有靈活性、易把握課堂節奏、易突出重難點和便于學生對課堂知識的領悟和掌握等優點,但是效率低,內容有限。多媒體教學作為一種新型的教學手段因其內容豐富、界面生動形象以及課堂氣氛活躍的特點,具有傳統教學手段不可比擬的優越性,近年來已廣泛應用于《普通化學》教學中。多媒體教學能夠把某些微觀抽象的內容形象化和生動化,增進學生的理解和記憶,有利于學生想象力和思維能力的培養,但存在著界面切換快、師生交流少和重點不突出等問題。如果過分依賴多媒體教學,教師始終照念屏幕,只能起到一臺揚聲器的作用,而學生不能及時理解教學內容,不能與教師形成良性互動,造成學生的思維跟不上教師講課的步伐,使教學效果受到影響[9]。
因此,多媒體教學需和傳統教學手段有機融合,相互補充,取長補短,才能更好地提高教學質量,改善教學效果。在教學活動中應以學生為主體,在課堂上注意師生的溝通,變被動學習為主動學習。重要的概念和公式在屏幕上顯示,而這些概念、公式等的說明和解釋可在黑板上分析;例題的題目應在屏幕上顯示,而例題的講解則應在黑板上分析推導,使整個教學過程都讓學生處于一種積極思維的狀態。板書教學與多媒體教學有機結合不但增進學生對所學知識的理解和記憶,有利于其想象力和思維能力的培養,進而激發學生學習興趣。只有這2種教學手段相互融合,優勢互補,教師才能把握好自己在教學中的主導地位,提高教學質量與教學效果。
6 理論教學與實驗教學相結合
化學是一門以實驗為基礎的自然科學,直觀的化學實驗可幫助學生從實驗現象中獲得化學知識、鞏固學習成果和培養實驗技能。為了更好地培養學生實踐能力和創新能力,許多院校把化學實驗教學從理論教學中分離出來,獨立開設實驗課程來改變實驗教學的落后局面。《普通化學實驗》從理論教學的附屬品走向獨立,有力地促進了自身的發展,也取得了良好的效果。但本該統一的理論教學和實驗教學被分割成2個獨立的教學環節,導致理論教學與實驗教學嚴重脫節。且目前,實驗教學方法落后,依然是教師現場講解示范,學生“照方抓藥”;實驗內容比較陳舊;很少涉及到化學學科的最新成就和發展趨勢,學生理論水平與動手能力不能相互促進,相互補充,這與設立基礎化學實驗課程的初衷是相違背的[10]。
教師應在《普通化學》教學中將理論教學與實驗教學相互滲透并有機融合,使理論教學與實驗教學相輔相成、相互促進,最終提高學生理論水平和實踐能力。理論教學時可通過多媒體技術將實驗現象、產物和實驗數據展現在學生的面前,并采用多媒體技術模擬實驗,結合錄像播放、圖片和圖表等形式,在課堂教學中講解實驗。例如在講授緩沖溶液性質時,學生做實驗時緩沖溶液遇到少量酸堿時其pH值變化很小,加了指示劑的溶液顏色不發生變化,學生對這一實驗結果印象不深刻。而在理論課時教師指出50mL純水和0.1mol?L-1pH=4.74的HAc-NaAc加入1滴(0.05mL)1mol?L-1HCl和NaOH,其pH值變化量為0.01和4,相差400倍,相對于實驗現象,這樣使實驗知識更加清晰化,效果更明顯,學生更易接受。
教師在理論教學時可借助實驗加強學生對較復雜的化學概念的理解和掌握,進而去解決實驗中的化學問題。例如在教授膠體概念時,提到AgNO3與KCl反應生成AgCl膠體,學生對這一知識點很困惑,因為學生中學知識是AgNO3與KCl反應會生成AgCl沉淀。這時就要強調膠體和沉淀的區別在于固體顆粒的大小,并將此與實驗“粗食鹽的提純”相結合,在實驗中有很多學生粗食鹽提純的最終產物并不是白色結晶狀的純NaCl,而是白色粉末狀固體。這是由于在實驗中學生向溶液中加入Ca2+、Ba2+、CO32-等生成CaCO3、BaCO3膠粒,如果此時過濾,膠粒會透過濾紙,不能從溶液中分離出來,導致最后不能與NaCl晶體分離開來。因此,實驗時學生需將液體多煮沸一段時間,膠粒會發生碰撞長大成大顆粒而沉淀下來,過濾時會留在濾紙上與NaCl溶液分開,最后得到的是白色結晶狀NaCl。這樣通過理論知識和實驗現象相結合,可以使學生很好地理解膠體這一知識點。在《普通化學》教學過程中應積極尋找理論教學和實驗教學的結合點,使學生將零散的理論知識綜合應用于實踐中,學習到一些常規實驗中涉及不到的知識和內容,可提高學生對理論知識的應用能力。
總之,《普通化學》教師應不斷提高自身的知識水平和綜合素質,精心組織好課堂教學內容,靈活應用多種教學手段,展示化學領域的最新成果和最新動態,將化學理論知識與學生專業知識、實驗知識和生產實踐知識相融合,激發學生學習興趣和學習動力,樹立學生的學習主體地位,才能更好地提高他們的化學素養,更好地為專業課的教學服務,使《普通化學》教學更好地適應當代人才培養需要,培養出適應時展的高素質人才。
參考文獻
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