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在這幾年的物理化學的教學中,通過本身的了解以及多方的查詢資料。深知物理化學是藥學類專業的必修課程,其理論在藥學中得到廣泛的應用,是一門重要的藥學類基礎課程,并且對于其他的自然科學理論課程中而言,物理化學課程居于承上啟下的樞紐地位。因此,如何運用好的物理化學教學方法,使學生更輕松、全面、系統地掌握物理化學知識,并使學生在掌握知識的同時,引導學生善思、敢想、有創見,是物理化學教學中必須面對和思考的問題。在擔任物理化學教學的幾年里,鑒于本人自身教學經驗及查詢資料組織總結了如下一些方法,希望與同行老師們能夠相互切磋,在教學中有所幫助。
一、注重學生推理能力的培養
物理化學中概念抽象,對于新學習本課程的學生而言,好多的概念不好記,也容易混淆,后期授課過程容易出現學生跟不上趟而厭學的現象。除此,物理化學中公式繁多,每個公式都是由物理化學的基本原理、基本概念和基本假設出發,通過邏輯推理,可以得到物理化學的有關理論和數學的表達式得到的,所以都有嚴格的適用條件。學生往往是理解記住了公式,卻忽視了其適用條件。所以,必須經過學生自己的反復推導才能熟練應用。如在推導熱力學基本函數關系式時,只要記住最基本的關系式:dU=TdS-PdV,知道H,F,G的定義,就可以逐步推出其他三個熱力學基本關系式:dH=TdS+VdP;dF=-SdT-PdV;dG=-SdT+VdP;比如通過焦耳實驗確定熱力學能是溫度的函數U=f(T),可以接下來讓學生嘗試自己去推理焓、熱容等與溫度的關系,只有親自推理印象才會更深。當然,在授課過程中,還可結合學生實際情況--制藥專業方向,有關一些繁冗的公式推導過程在教學中可以大膽地舍去,只需強調其適用條件,這樣既減輕了學生的負擔,又更加突出物理化學在實際生產中的作用。
二、聯系與實際相結合
物理化學是理論性很強的一門學科,只有理論聯系實際,才能讓學生感覺到自己所學的東西具有實際意義,那些看似無用的理論推導和公式不單單是一些符號和字母,其中很多的理論知識不僅與大家熟悉的生產生活有關而,更是可以解決實際問題的工具。通過例證將理論與實際相聯系,解釋實際現象和問題,一方面可以增加學生對物理化學課程的學習興趣,另一方面也可以提高學生的理論聯系實踐的能力。例如在講自發過程和非自發過程時:水總是自發地從高處流向低處,氣體總是自發地從壓力高的地方向壓力低的地方流動等等,而他們的相反過程雖然可以發生,但都是需要外力做功來完成的。在此處可以啟發學生去發現并嘗試解釋生活中的自發現象,最終得出自發過程的共同特征是--不可逆性;在講化學熱力學和化學動力學的知識時,通常可以研究人體能量代謝與代謝速率為例子引入問題和進行推理,同時介紹與之相關的藥物穩定性預測、藥物的生產過程等;如講真實氣體臨界狀態時,我們給學生提出臨界點是物質非常重要的特性,它導致了一種新興技術的發展,即超臨界萃取技術;講述滲透壓概念時,可以將其與醫院常見的打吊針相聯系;講述滲透原理時,我們可以向學生介紹反滲透的應用包括海水淡化、環境中污水處理等;講述界面現象時,對描述彎曲液面飽和蒸汽壓的開爾文公式的定性定量討論,可以解釋人工降雨原理,噴霧;講相平衡時,學生可以明白煉油廠中的精餾塔如何利用相平衡原理來實現組分的分離;講述界面現象時,對描述彎曲液面飽和蒸汽壓的開爾文公式的定性定量討論, 可以解釋人工降雨原理,噴霧干燥工藝原理,液滴蒸發現象;講膠體化學時,學生可以從膠體化學的角度討論黃河三角洲形成的原因,解釋鹵水點豆腐;講化學動力學時,可以問生病吃藥時,為何不同的藥一天吃的次數不同? 在高山和山腳下煮雞蛋為什么所需時間不同? 引這種理論與應用的結合,可激發學生的學習興趣,引起學生探求知識的欲望。再次,教學過程中適當地介紹現代科技成果、前沿發展動態、重大發現、科研課題,不但可開闊學生的視野,豐富教內容,更重要的是可激發學生 的求知欲望、培養學生的創新精神。最后,物理化學教學中還應注意培養學生的歸納和演繹、分析和綜合,具體和抽象等辯證思維方法。
三、將教學與科研相結合
教學與科研的關系是高等學校發展過程中一個永恒的話題,高校教師通過科研,在教學過程中適當地介紹現代科技成果、前沿發展動態、重大發現、科研課題;通過科研,不斷更新自己的知識結構,從而可以不斷地完善教材,充實教學內容,并進行教學改革; 在教學上就會得心應手,所講授的課程內容也會更加生動、翔實,會更加注重理論與實際的有機結合,學生的學習效果會得到相應的提高。同時,不但可開闊學生的視野,豐富教學內容,更重要的是可激發學生 的求知欲望、培養學生的創新精神,尤其是在實踐中融入自己的科研方面的內容,會使得課堂內容充實而豐富,這樣教師既容易講,學生也愿意聽,更易于接受。
四、適當運用輔助工具
現代的教學方法已經逐步深入教學,尤其多媒體已經普及化。把多媒體引進課堂,許多教學內容形象化,能大大增加課堂信息量、提高教學效率,成為解決當前學時不足矛盾的重要手段。比如在講解相平衡的知識時,利用水的氣液平衡動態效果來演示相變的過程,就顯得直觀、形象。授課過程中要多了解學生理解、記錄隋況,多收集學生對教學效果的意見,適時做出調整。同時,在實驗教學方面也可以嘗試用多媒體,我們學校已經進行了初步的試驗,學生可以自由登陸學院網頁進行實驗內容的提前預習,總結,效果良好。
總之,教好物理化學課程并非易事,以上只是本人在物理化學教學中的一些體會。對教學方法的認識和探索是永無止境的,我們還在不斷研究、探討和改進,希望在今后的教學過程中,可以取得更好的效果。
[參考文獻]:
近幾年東北大學在物理化學實驗教學改革中引入綠色化學思想,在滿足物理化學實驗教學大綱基本要求、保證實驗教學效果的前提下,合理選擇和設計實驗內容,采取環境友好的化學實驗新技術、新方法,盡量減少或消除對環境或人體有毒、有害的化學物質的使用。在實驗教學方式上,注意培養學生實驗操作規范性,提高學生的綠色化意識。在教學實踐過程中,提出了物理化學實驗綠色化教學的一些具體措施。例如,更新實驗設備、優化實驗內容、實驗微型化小型化設計、綜合經典實驗等。經過長期的努力和探索,增強了學生的綠色實驗意識和環保意識,同時也改善了實驗教學環境,基本實現物理化學實驗教學的綠色化。
[關鍵詞]物理化學實驗;綠色化學;教學改革
隨著科學技術的發展和社會的進步,人們越來越清醒地認識到經濟發展所帶來的環境污染問題已經對人類生存和社會發展構成了巨大威脅。引起生態環境破壞的污染物中很大一部分都是在人類自身的生產、生活過程中產生的。因此建設綠色生態環境已成為人與自然和諧發展的基本前提。綠色化學(GreenChemistry)就是近些年發展起來的與防治污染、保護生態環境密切相關的一門學科,目前已經成為國際化學學科領域研究的熱點。綠色化學又稱為“環境無害化學”、“環境友好化學”、“清潔化學”等。綠色化學倡導利用化學的技術和方法減少或避免在工業生產及日常生活過程中使用、生產對人類健康、社區安全、生態環境有害的化學物質。[1][2][3][4]高等院校中物理化學實驗的綠色化改革正是契合了綠色化學的研究發展方向,向化學實驗的無毒、無害化邁出了積極的一步。其目的是將綠色化學的研究思想傳遞給學生,使學生在今后的科學研究、生產、生活中也能積極主動地踐行綠色化學觀念;其方法是將綠色化學的實驗設計理念融入基礎物理化學實驗教學進程之中;其核心內容是最大限度地減少或避免使用有毒、有害的化學物質,最大限度地減少或避免產生化學廢物,也無需再處理廢物,從源頭處減少或消除環境污染。
一、物理化學實驗教學綠色化的總體設想
物理化學是東北大學應用化學、生物工程、材料科學、冶金工程、環境科學、資源與礦物等專業的基礎課程之一。而物理化學實驗是物理化學教學的重要組成部分,是培養學生實踐能力和科研能力的重要教學環節。[5]學校的化學實驗中心每年為全校12個專業的近1200名學生開設數十個不同的物理化學實驗項目。其中的“液體飽和蒸氣壓的測定”、“酸堿中和反應熱效應的測定”、“鉍-錫二元相圖的繪制”等這些我們耳熟能詳的、經典的物理化學實驗項目曾經見證過幾代學子的成長。毋庸置疑,這些實驗設計得簡單易行。通過實際的操作,實驗者很容易理解其中蘊含的物理化學原理。然而,這些實驗過程中都不可避免地會使用或產生某些有毒、有害的物質。如果不對這些物質進行無害化處理而直接排放,日積月累,不僅會影響師生的身體健康,還會污染周圍環境。因此,物理化學實驗綠色化是化學實驗教學改革發展的必然趨勢。在長期的物理化學實驗教學改革過程中,我校化學實驗中心高度重視貫徹綠色化學的教學理念,將綠色化學作為實驗教學改革的重要組成部分。在對物理化學實驗教學進行綠色化改革的進程中,我們從實驗內容、實驗設計、實驗設備、經典實驗項目整合、教學方法和教學理念等方面進行了積極的研究和探索,并取得了一定的效果。
二、物理化學實驗教學綠色化的實踐
(一)實驗內容的綠色化
在實驗項目的選擇和實驗內容的調整方面,盡量排除或減少對環境污染大、對人體毒性大的實驗項目。在不影響實驗效果的前提下,選用環境友好的試劑替代有毒或后處理困難的試劑,從而實現物理化學實驗的綠色化。例如,“弛豫法測定鉻酸根-重鉻酸根離子反應速率常數”是以往我校應用化學專業學生必修的一個化學動力學實驗項目。這個實驗過程中需要使用的主要化學試劑是重鉻酸鉀。然而,通過對重鉻酸鉀性質的學習不難知道,它不僅有化學毒性和致癌性,而且還是一種強氧化劑,長期吸入,能破壞鼻粘膜,引起鼻膜炎和鼻中隔軟骨穿孔,使呼吸器官受到損傷,甚至造成肺硬化。皮膚接觸重鉻酸鉀溶液時易引起鉻瘡和皮炎。不僅如此,化學實驗中心每年還需要投入高昂的實驗經費用于處理由此產生的鉻酸廢液。因此,為保證實驗教師和學生的身體免受危害,現已將其改為另一動力學實驗“旋光光度法測定蔗糖水解反應的速率常數”,實驗中用到的原料蔗糖無毒,而且使學生有機會學習旋光儀的使用方法。又如,在“氣泡最大壓力法測定溶液的表面張力”實驗中,原來所使用正丁醇水溶液的最大濃度達到了0.35mol•dm-3。為了降低正丁醇使用濃度,我們曾對實驗方案和實驗裝置進行了多次改進,使正丁醇的最大濃度降至0.1mol•dm-3。而且,實驗操作也更加簡便易行,實驗中氣泡的逸出平穩、連續。上述改進已經過多次教學實踐檢驗,結果表明,正丁醇濃度的降低不僅節約了實驗藥品,而且低濃度正丁醇水溶液的表面吸附量隨濃度的變化規律更符合吉布斯吸附等溫式,有利于得出好的實驗結果。
(二)實驗微型化、小型化設計,減少藥品用量
所謂微型化實驗是指在微型的儀器設備中,用盡可能少的試劑獲取所需的化學信息的實驗方法。在保證可觀測到與普通實驗相同的實驗現象的前提下,微型化實驗還具有節約實驗材料和時間、減少環境污染、操作安全等優點。所以,開展微型化實驗是實現化學實驗綠色化的好方法。在長期的物理化學實驗教學過程中,在保證實驗方案合理、實驗結果穩定、實驗效果顯著的前提下,我們積極推行實驗的微型化、小型化設計。例如,在“差熱分析”實驗中采用微型化實驗樣品管后,每份CaC2O4樣品使用量減少到不超過0.05克,每學期僅CaC2O4試劑的使用量就減少到原來的十分之一。對于目前尚無法實現微型化的實驗項目,我們采取了小型化設計或減少化學試劑使用量等方法,以期將物理化學實驗對環境的污染降至最低。例如,在“金屬二元相圖的繪制”實驗中,由于金屬鉍和錫具有熔點低、化學穩定性好、數據重現性好、原料易得、價格低廉等特點,所以,鉍-錫二元系統一直以來都是我們進行此項實驗教學的首選系統。若使用以往的實驗設備,在實驗過程中,以各種比例混合的金屬鉍和金屬錫試樣被放置在瓷坩堝中,上面覆蓋一層硅油,以防止加熱過程中金屬樣品被氧化。但是,通過查閱相關化學數據手冊可知,金屬鉍的熔點為271℃,而硅油的燃點為320℃,僅僅比鉍的熔點高約50℃。這意味著,在加熱純鉍試樣時,若操作者沒有控制好升溫速率而導致系統溫度上升過快,那么樣品溫度很容易沖高至硅油燃點而引燃硅油。這不僅會造成大量硅油的損耗,容易引起教學事故,而且硅油高溫揮發及不完全燃燒的產物還會污染空氣。為此,我們放棄使用瓷坩堝而改用金屬樣品管盛裝樣品。這樣不僅使單個樣品的質量從過去的120克減少到幾克,而且使用時很容易將金屬樣品管抽真空后密封,并循環使用。這種全封閉的手段有效避免了大量使用硅油作為樣品保護層所帶來的空氣污染問題的發生。又如,在“酸堿中和反應熱效應的測定”實驗中,我們更換了體積更小的杜瓦瓶,使氫氧化鈉和鹽酸的用量減少到原來的四分之一。減少試劑用量后的中和反應系統由于溶液體積大幅減少,攪拌效率更高,系統各處的溫度更趨一致,對溫度變化的監測更容易,溫度數據也更準確。除此之外,我們對“凝固點降低法測定分子量”、“乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定”等實驗項目也進行了小型化改進,不同程度地減少了化學試劑使用量,顯著降低了實驗成本,改善了實驗環境。實踐證明,物理化學實驗的微型化、小型化設計不但可以達到與常規實驗相同的實驗目的和效果,而且可以大幅減少試劑用量、不同程度地減少實驗過程中產生的化學廢棄物、節約后處理費用、減少污染、改善實驗環境,因此,此舉已經成為物理化學實驗教學改革的一個重要發展趨勢。
(三)實驗儀器和設備的選擇
與其他化學分支學科的基礎實驗相比,物理化學實驗需要的中、小型實驗儀器設備種類較多。其中多個實驗需要測定溫度和壓力。傳統的測溫、測壓裝置都是含汞的,不但操作步驟繁瑣復雜,而且易造成實驗室汞污染,危及教師及學生的身體健康。例如,在“液體飽和蒸氣壓測定”實驗中,過去常用U型水銀壓力計測定系統壓力差。此種壓力計中需要使用大量的金屬汞,汞面用水液封。然而,由于此裝有汞的U型玻璃管不宜經常清洗,所以管壁會吸附環境中的氣體分子及塵埃等顆粒物。而在實驗過程中U型管內汞液面會不斷變化,會有少量汞由于與管壁上的吸附物作用而產生掛壁現象,從而使汞暴露于空氣中并揮發為汞蒸氣,這會對人體產生極大危害。目前,我們物理化學實驗室中全部的測壓裝置均用數字式低真空測壓儀替代水銀壓力計,從根本上消除了汞蒸氣可能對教師和學生產生的危害。又如,在“凝固點降低法測定物質的摩爾質量”、“酸堿中和反應熱效應的測定”及“燃燒熱的測定”等熱力學實驗中,過去一直使用貝克曼溫度計來監測實驗體系溫度的變化。貝克曼溫度計雖然測量精密度高,但在實際使用時,存在操作繁瑣且易碎等缺點。目前我們用數字式溫度溫差測量儀替代貝克曼溫度計,不僅使實驗操作難度降低,實驗過程簡化,而且也規避了由于操作不當造成溫度計破裂而引起環境污染的風險。上述實驗儀器設備的替換無疑使物理化學實驗的測溫測壓手段更安全、更方便。
(四)綜合經典實驗內容
通過長期的教學實踐和教學研究我們發現,傳統的物理化學實驗門類齊全、架構完整,大量的基礎實驗內容至今仍值得我們繼承和發展。但囿于當時實驗條件的限制,導致許多簡單的實驗耗時費力。因此,我們在保留經典實驗內容的前提下,致力于整合實驗方案,不僅大幅減少了試劑用量,有效降低了環境污染風險,而且還提升了學生綜合分析實驗結果的能力。例如,“原電池電動勢的測定”、“電解質溶液電導率的測定”及“原電池溫度系數的測定”這三個實驗同屬于電化學基礎實驗,內容相對簡單。但是在過去,由于實驗設備和實驗手段的落后,完成這三個實驗中的任何一個都需要很長時間,所以每一個都被設計為一個相對獨立的實驗項目,而這顯然不利于學生將所學到的電化學基礎知識融會貫通。通過認真分析、研究這三個實驗的目的及內容,我們將它們融合并設計成了一個新的電化學綜合實驗。經過精心的實驗方案設計和內容的整合,這個新的綜合實驗得到了學生和教師的廣泛好評。由于實驗試劑循環使用,避免了浪費和對環境造成的污染,為化學實驗中心節省了實驗經費。同時,學生對理論課中學到的電化學基礎知識也有了比較全面且更為深刻的理解。
(五)合理分工協作
在實驗教學過程中,我們不僅對經典內容重新進行綜合設計,而且還會根據不同實驗的特點,實時調整學生所做實驗的部分內容。例如,學生在進行“雙液系氣液平衡相圖”實驗過程中需要測定的實驗點較多,做出一個完整相圖大約需要6個小時的時間,顯然在規定的4學時內是無法完成的。為此,我們設計由兩組學生分別測定相圖的左半支和右半支,之后將兩組數據合并,從而做出一個完整的相圖。這就要求每組學生在實驗過程中都必須認真仔細地完成操作并記錄好數據,否則可能會因而某一環節的失誤而導致合作雙方的數據都出現偏差。實踐結果表明,這種分工合作,在保證實驗教學質量的前提下,既節省了藥品,又有利于培養學生的協作精神和良好的操作技能。因此,對于復雜的實驗項目,我們認為這不失為一個值得嘗試和推廣的好辦法。
(六)規范操作方法,提升綠色化意識
長期的教學實踐表明,在物理化學實驗教學過程中,嚴格規范實驗操作方法、督促學生養成良好的實驗習慣是學生科研素質教育的重要內容。規范的實驗操作方法和良好的實驗習慣不僅是提升學生實驗操作技能的重要基礎,也是培養學生自覺進行綠色化實驗的前提。在實驗過程中,指導教師要認真監督學生不要隨意丟棄藥品,并糾正學生中普遍存在的“藥品用量越多,實驗現象就越明顯”的錯誤觀念,杜絕學生在做實驗時隨意加大試劑用量的現象,鼓勵學生用最少的試劑做出成功的實驗。同時也要求學生每次實驗之前都要充分預習,提高實驗成功率,減少重復實驗引起的藥品損耗現象。此外,教育學生從實驗過程中的每件小事做起,逐步樹立起綠色化科研意識和對社會的責任感。
三、改革后的成效
多年以來,經過對物理化學實驗教學改革的綠色化探索與實踐,在提升了教師自身的綠色化學教學理念的同時,在培養學生的協作精神、綜合科研素質等方面也取得了良好效果。這些效果體現在學生在校學習期間養成了良好的實驗操作習慣,明晰并理解了實驗設計中綠色化改進之處,學會了用綠色化學知識設計實驗等方面。而且,近幾年來,我們對大量本科生就業后反饋的信息進行了分析并從中了解到,經過我們多年的綠色化實驗教學訓練,畢業生們在各自的工作崗位上都表現出較高的實驗技能和良好的團隊合作精神,綜合素質高,受到用人單位的廣泛歡迎。
[注釋]
[1]平措,馬橘紅.物理化學實驗室綠色化建設初探[J].實驗技術與管理,2009(12):132-133.
[2]張康華,曹小華,謝寶華,等.化學實驗教學與綠色化學教育[J].實驗室研究與探索,2010(5):123-125.
[3]徐英,王桂清,陳靈謙.物理化學實驗教學改革的探索[J].高校實驗室工作研究,2010(4):5-6.
[4]魏澤英,李樹全,謝小燕,等.物理化學實驗教學綠色化改革實踐[J].教育教學論壇,2014(1):245-246.
【關鍵詞】物理化學 實驗 教學改革
物理化學實驗作為普通高等師范院校化學專業學生的必修基礎課之一,是與無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗一樣獨立的基礎實驗課程,具有理論性強、實踐性強、應用性廣的特點。通過物理化學實驗課程的學習,可以加強學生對基本理論知識的理解,熟練掌握基本實驗技能,提高學生的動手能力和創新能力。隨著現代科技和化學學科的飛速發展,傳統的物理化學實驗教學模式已不能滿足日新月異的科技發展對人才培養的要求,因此,物理化學實驗教學改革、提高實驗教學質量勢在必行。
一、物理化學實驗現況及存在的問題
目前選用的物理化學實驗課本內容基本上都是固定的,實驗內容多為驗證性實驗,缺乏綜合性和設計性的實驗。采用的教學方法往往是老師先系統地講解實驗原理、實驗步驟及實驗注意事項,以及儀器的操作方法,然后學生根據老師講解的內容和實驗課本的要求“按部就班”的進行實驗。這種教學方式使學生對于實驗內容沒有可選擇的余地,對于部分學生來說較浪費時間,并且限制了他們的創新意識和創新能力。此外,由于同學們所做的實驗內容枯燥,導致學生對實驗課的重視性認識不夠,學習積極性差,課前預習不認真,實驗操作不認真,實驗數據記錄不認真,抄襲數據和實驗報告,對實驗課應付了事。
物理化學實驗采用的儀器種類繁多,且多數儀器設備較陳舊,儀器性能不穩定,導致實驗前的調試工作繁瑣耗時。如:原電池電動勢的測定,我們采用的儀器是UJ25型電位差計,此儀器非常陳舊,數據波動較大,測定前僅調試儀器零點就需半個小時,極大地分散了學生做實驗的注意力,大大降低了學生學習的興趣和積極性。此外,由于陳舊的儀器性能穩定性較差,測定數據波動較大,測量結果不準確,數據誤差大,從而使學生喪失了學習的興趣,降低了學習的積極性。
二、物理化學實驗教學改革初試
根據物理化學實驗課程的要求,適時保留一些經典的驗證性實驗,取消一些相對陳舊的驗證性實驗,并增設一些相關內容的綜合性和設計性的實驗,可讓學生在老師的指導下選擇合適的題目,查閱相關的文獻,設計實驗,進行實驗,并進行數據的處理,調動學生的主動性和創造性,提高學生的學習興趣和積極性。傳統的實驗教學方法會使學生養成“照法抓藥”的懶惰習慣,無法取得較好的實驗效果。為此,我們加強了學生實驗課程的監督和管理,并改革了傳統的實驗教學方法,取得了初步的成效。首先,我們對學生預習報告進行了嚴格的要求,要求學生預先對實驗原理和實驗步驟有較詳細的了解,對實驗儀器操作有較深的熟悉,并通過提問和討論的方式進行檢查,使學生實驗時做到心中有數,激發學生參與實驗的興趣。其次,在實驗過程中,我們嚴格監督和指導學生實驗,及時糾正學生錯誤的實驗操作,督促學生正確處理實驗數據,按要求書寫實驗報告,并進行結果討論。經過這些改革,學生在實驗時得心應手,實驗積極性大大提高,分析問題和解決問題的能力均有了明顯提高。
物理化學實驗對儀器的要求較高,落后的儀器會使學生對所學專業喪失信心。因此,儀器的更新顯得尤為重要。我們利用世界銀行貸款,購進了一批較新的儀器設備,并利用計算機等現代化教學手段來輔助實驗。這樣既可大大縮短實驗時間,提高實驗結果的準確性,極大提高學生的求知欲,激發學生的興趣和積極性。學生們也可從中對實驗過程有了更直觀的認識,學會掌握“Origin”和“Excel”等數據處理軟件,增長了見識,激發了實驗興趣并深刻體會到了物理化學知識的重要性。嚴格物理化學實驗課程考核是端正學習態度、提高教學質量的重要途徑。因此,我們將實驗課成績分為兩部分:平時成績和期終考試成績,各占60%和40%。平時成績是根據每次實驗的預習報告、實驗操作、數據處理和實驗報告這四個部分進行綜合評定。期終考試成績則主要考察學生對實驗原理的理解和實驗基本操作兩方面。這樣的考核方式和內容較科學合理,有利于激發學生興趣和提高學生實驗認真程度。
三、物理化學實驗課程改革
通過我們對物理化學實驗教學的改革與實踐,初步取得了良好的成效。學生的實驗重視程度有了較大地提高,實驗態度也端正了很多,參與實驗的積極性和主動性也有了很大地提高,學生的創新能力有了明顯的提高。今后我們還將繼續在各方面加大物理化學實驗教學改革的力度,提高實驗教學質量。
參考文獻:
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[2]王麗芳.淺議物理化學實驗教學改革[J].呂梁高等專科學校學報.2010(26).
[3]徐彩霞,馬存花,肖芙蓉,但建明.物理化學實驗教學模式改革的探索[J].兵團教育學院學報.2008(18).
[4]黃燕梅,張飛躍,李斌,李啟輝.淺談物理化學實驗教學改革[J].廣西大學學報(哲學社會科學版).2007(29).
關鍵詞:物理化學 教學實踐 教學體會
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)12(a)-0-01
物理化學課程是大學化學、化工類專業非常重要的基礎理論課,它是用物理學的理論和實驗方法研究化學變化及其伴隨的物理變化的本質、規律的一門學科。物理化學的水平在相當大程度上反映了化學發展的深度,與無機化學、有機化學以及分析化學相比,該課程理論性強、公式多、推導多、知識的邏輯性和前后關聯性強,而且對高等數學知識還有一定的要求,因此,物理化學是學生普遍覺得枯燥、難學的一門課程。另外,近年教學改革的推行,物理化學課程的學時數被不斷壓縮更加大了學生學習的難度。那么怎么樣在有限的學時內使學生很好的掌握物理化學這門核心課程是值得思考的問題,下面筆者根據幾年的教學實踐淺談幾點個人的認識和體會。
1 結合學生特點,選擇合適的教材
現在物理化學教材有許多版本,有的教材內容豐富、水平很高,我們要根據所教學生的特點,選擇合適的教材。比如,筆者的教學對象是獨立學院的大二學生,獨立學院的辦學目標是要突出基礎性、先進性和應用性的特點,培養應用型、復合型人才;另外,獨立學院的學生無論是化學基礎還是學習能力方面,與普通高校本科學生都存在一定的差距[1]。因此,不能按照“一本”、“二本”學生的教學要求來授課,我們不要求學生掌握公式的推導、證明,只要求他們能用基本原理、公式去解決一些實際問題即可。結合這些特點,我們選擇的是南京大學沈文霞老師編寫的《物理化學核心教程》。這本教材避免了繁雜的公式推導和數學計算,把主要精力放在闡明物理化學的基本原理及其應用上,符合我們獨立學院的教學宗旨。
2 充分利用課堂教學,激發學習興趣,提高學習熱情
2.1 課堂教學引入化學史知識
托爾斯泰說過:“成功的教學所需要的不是強制,而是激發學生的興趣。”興趣是最好的老師,學生對物理化學產生興趣后,可以變被動學習為主動探索,所以在平時的課堂教學中筆者會適當引入一些物理化學史料,培養學習興趣。例如,在講真實氣體的狀態方程時,融入了范德華的生平事跡介紹,范德華從小家境貧寒無法上學,但他在工作之余,刻苦鉆研、自學成才。1873年,他最先假設原子間和分子間存在某種吸引力,后來被稱為van der Waals力。1881年,得出van der Waals方程。1910年,因研究氣態和液態方程成績顯著,獲諾貝爾物理學獎[2]。引入化學史的介紹,不但激發了學生的學習興趣、活躍課堂氣氛,而且向學生潛移默化地傳遞了良好的生活、學習態度,加強了學生的思想
教育。
2.2 課堂教學要理論聯系實際
物理化學是探索、歸納和研究化學基本規律和理論的一門學科,其概念多、定律多且內容較抽象。如果課堂上一味向學生灌輸這些理論知識,久之學生便會失去學習熱情。教學實踐表明,若將理論知識與生產、生活實例相結合,不但可以提高學生的學習熱情,而且可以培養學生應用所學理論知識解決實際問題的能力。例如,在學習熱力學定律及其應用時,提出“夏天,在一個封閉的房間里打開電冰箱門,讓冰箱工作足夠長時間,房子會變涼爽嗎?”。在講稀溶液的依數性時,讓學生解決“人在輸液時,生理鹽水的濃度為什么要配制成0.9%,如果濃度高了或低了,輸液時又會出現什么樣的狀況?”;“在寒冷的國家,冬天下雪之前,為什么要在路上撒鹽”。在講表面化學及膠體化學時,提出“做實驗時,從滴管中出來的液滴是什么形狀的,為什么不是其他形狀?”等等。
此外,對于一些學生難理解的內容我們也可以結合生活實例來講透徹。例如,在講功和熱時要強調它們是途徑函數,計算功和熱時一定要與具體過程聯系。我們可以用自然現象“雨”來類比。什么叫雨?雨就是從天而降的水,水在天上稱為云,降到地上稱為雨水,水只有在從天上降落到地面的過程中才被稱為雨,也就是說雨是一個與過程聯系的名詞[3]。這樣類比以后,學生不但能快速掌握計算功和熱的關鍵點,而且激發了他們對物理化學的學習興趣,事半功倍。
2.3 課堂教學要及時歸納總結,突出重點
物理化學課堂信息量很大,每一章節的內容都很多。筆者在每一章結束后都會帶領學生一起對本章內容進行總結概括。通過總結,讓學生明確這一章的主要內容是什么,要解決什么問題,采用什么方法解決的,又是根據什么定律和理論,得出什么結果,公式的使用條件是什么等等。如此,學生會對本章內容有非常清晰條理的認識,從而掌握一些重要的內容。
3 重視習題,重視作業反饋
物理化學由于概念多,原理多,內容較抽象,因此導致這門課程另外一個顯著特點是不容易聽懂、即使課上聽懂了課后不一定會解題,“一聽就懂,一做就錯” 的現象可說非常普遍,從聽懂到會做還有很長的一段距離,這段距離只有通過多解題、多做練習來縮短。因為習題是培養獨立思考問題和解決問題必不可少的環節之一,通過解題可以檢查對課程內容的理解程度和加深對課程內容的理解。但是我們沒有必要搞題海戰術,而是選擇典型的、具有代表性的題目,培養學生舉一反三的能力。另外,重視學生上交的作業,學生的每一份作業,筆者都會批注。通過作業,不但可以看出學生對課堂內容的掌握情況,而且增加了一個和學生交流的途徑,有時候學生會把自己的看法、迷惑寫在作業上傳遞給教師,對于有代表性的,則在課堂上進行講解、總結。
4 關愛學生,建立和諧的師生關系
教學活動是師生的互動過程,而教師和同學間和諧的關系是教學互動能夠進行的重要前提,建立和諧的師生關系,對提高課堂教學效果十分有效。筆者所教獨立學院的學生與一般院校相比具有化學基礎薄弱、整體自主學習能力差、思維活躍、表現能力強的特點。但我們并沒有因為學生學習基礎差而忽略、輕視他們。相反,無論是對于品行端正、學業上進的學生,還是對于屢犯錯誤,成績不好的學生,都給予信任、愛護,并利用他們的優點,課堂上加強與他們的互動,充分調動學生的積極性和主動性。
參考文獻
[1] 朱建華,劉博.獨立學院生源基本現狀調查[J].民辦教育研究,2009(7):59-61.
【關鍵詞】硅酸鹽;物理化學;教學改革;探索
【Abstract】The silicate physical chemistry is required of students majoring in materials engineering technology in higher vocational colleges is an important professional basic course, in the aspect of cultivating high-quality applied talents play an important role. In this paper, the silicate physical chemistry course teaching this course content, teaching methods and teaching evaluation are discussed in this paper.
【Key words】Portland;Physical chemistry;The teaching reform;To explore
0 引言
硅酸鹽物理化學是高職院校材料工程技術專業學生必修的一門重要的專業基礎課,主要講授本專業范圍內各種物理化學過程的變化和規律性,為學習專業課打下理論基礎。但受教材、教學模式、教師教學觀念、課時安排以及學生態度等因素的制約,教學效果欠佳。為了提高教育教學質量,我院根據材料工程技術專業人才的培養目標,對《硅酸鹽物理化學》本門課程內容進行了適當的調整,同時,結合我院的教學環境以及學生的實際情況,在教學過程中了進行了各種各樣行之有效的改革,并取得了一定的成效。
1 多樣化的教學內容表現形式
針對高職院校學生的特點,通過多樣化的教學內容表現形式,可以使學生更容易接受應掌握的理論知識。
通過將理論知識和應用技能整合在一起,形成以就業為導向的項目教學方式。理論教學中引入實際工程案例,由淺入深地講述相關理論知識和實際應用案例。例如:在講熱力學基本公式時,通過多列舉熱力學在硅酸鹽材料應用方面的實例,加深理解,提高學習興趣。
利用“暗盒”游戲原型,組織學生進行討論、啟發式教學。將學生進行合理的分組,每個小組布置一個大課題,每個學生都布置有相應的小任務,進行任務驅動導向性教學。
采用多媒體電子課件,省去板書過程中畫圖的時間,課堂中可以有更多的時間來講述和討論。另外,通過三維軟件的演示,可以獲得更加完整簡捷的展示。例如在講述"晶體結構"時,采用生動形象的多媒體演示,教學效果更好。
充分利用實習實訓基地,通過專業認知實習和專業生產實習,使學生加深理論知識的理解,也提高了理論聯系實際的能力。
2 多種教學方法的運用
2.1 自學指導法
在教師講述理論后,布置學生以小組為單位查閱相關資料或結合工廠實際,各自表述其心得體會,學生提出的問題最好讓學生自己解決,但教師要把好最后一關,培養學生的自學習慣和能力。
2.2 分組討論法
在教學過程中,成立學習小組,在教師的指導下由學生就某個問題展開討論,而后教師進行總結。通過這種方法極大地提高了學生學習的主動性和創造性。
2.3 多媒體教學法
利用和發揮多媒體教學的優勢,把難講、難懂的教學內容用形象、直觀的多媒體演示展現給學生,降低了教學難度,提高了教學質量提高教學效果。例如在講述"晶體結構"時,采用生動形象的多媒體演示,教學效果更好。
2.4 現場教學法
充分利用校內外實訓基地,組織學生到與專業相關的工廠進行現場教學,讓學生身臨其,豐富第一手知識,提高學生的實踐能力,取得事半功倍的教學效果。
3 多元化的教學效果評價
3.1 校外評價
授課教師每年利用寒暑假到各相關單位和相關高校進行調研,請各單位的高級工程師及相關高校專業教師對于《硅酸鹽物理化學》這門課程提出寶貴意見,以便進一步深化教學改革。
3.2 校內評價
學校實行教學督導組聽課和老師相互聽課的制度,督導組專家和老師對《硅酸鹽物理化學》這門課程都給予了很高的評價,同時也指出現有教學過程中的不足,有利于促進教學改革。
學校每學期還會組織學生進行教學評價。通過學生對教學效果的反饋,便于授課教師能更清楚地了解學生對該門課程的掌握程度、教學方式的接受程度以及學生認為這門課程的難點所在,為后續教學改革指明方向。
4 結語
新世紀高職院校專業人才培養對高職院校《硅酸鹽物理化學》提出了更高要求。只有對《硅酸鹽物理化學》這門課程的教學內容的表現形式、教學方法、教學效果評價方式等進行不斷的改革和創新,才能充分提高學生對硅酸鹽物理化學課程的重視程度,有利于激發學生的學習熱情,調動學生的學習積極性。這對于培養高職學生的理論聯系實際的能力,提高學生的創新能力具有重要意義。
【參考文獻】
[1]李麗霞.硅酸鹽物理化學[M].天津:天津大學出版社,2010.
俗話說“萬丈高樓平地起”,扎牢基礎,利于提高學生的創新能力。我們構建了循序漸進型的物理化學實踐課程體系“基礎實驗綜合性設計性實驗和開放性實驗”,利于提高大學生的自主學習和創新能力。基礎實驗,按照已擬定的實驗方案測得實驗數據,用數學原理和方法科學地處理實驗數據,使學生對理論知識有一個較直觀和深刻的理解[7];綜合實驗主要培養學生自主學習和獨立思考的能力;設計性實驗、開放性實驗及研究創新實驗以培養學生分析問題、解決問題的能力。學生掌握不同層次的實驗要求及實驗技能,初步建立起研究科學問題的方法和態度[8]。物理化學實驗是南昌航空大學的應用化學專業、應用化學專業春曉班及材料化學專業等的基礎課程。以春曉班為例,物理化學實驗課程學時為64學時,分兩個學期進行,是一門單獨設立的實驗課。實驗內容由熱力學、動力學、界面現象、設計性實驗(表面活性劑的臨界膠束濃度的測定及影響分析)、探索研究創新型實驗(B-Z振蕩反應的影響因素分析、不同體系鈍化曲線的繪制及其鈍化劑的影響、高聚物分子量的測定研究)等組成。其中基礎性、綜合性實驗為40學時,設計性、開放探索性實驗24學時。此外,為提高學生的興趣,南昌航空大學組織學生可以申請“三小項目”即“小發明、小創作、小制作”,這些小項目具有一定的難度,使學生有機會了解本學科發展的前沿,激發學生的求知欲望和探索精神,提高實踐創新能力。例如:結合物理化學光、電、磁及吸附等方面的知識,在2013年,2011級應用化學專業春曉班26名學生中有8名學生作為第一申請人申報第八屆南昌航空大學“三小項目”成功,占30.8。其題目有:“去除水體中汞的選擇性石墨烯—胸腺嘧啶復合物的合成與性能研究”“一種石墨烯復合納米光催化材料的合成及其性能研究”“有色污水光電催化處理裝置”等。
2改革實驗教學模式及教學方法
向學生開放物理化學實驗室是培養創新性人才的重要舉措之一[9]。開放物理化學實驗室的教學模式,鍛煉學生分析問題和解決問題的能力,讓學生接觸到科研前沿的很多最新的成果,從而從根本上引起學生對實驗課的興趣和重視[10]。傳統的灌輸式教學過程中,教師對實驗原理、實驗步驟、數據處理都進行了詳細講解,學生的積極性和創造性得不到充分發揮[11]。為此,我們將實驗的順序調整為:“基礎實驗綜合性設計性開放性實驗”。在第一次實驗時給定設計性和開放性實驗題目,隨后學生先做基礎實驗,在課后根據自己選定的實驗項目積極地查找文獻,尋找合適的方法在實驗室進行,如果在課內沒有完成實驗項目,可以與老師預約時間來進行未完成的實驗。逐步推行開放式實驗教學模式,重在吸引學生主動參與科研實踐活動。還充分發揮現代教育技術在實驗教學中的作用。將一些儀器設備的操作、基礎實驗制成多媒體視頻;鼓勵學生用計算機來完成實驗數據的處理,利用Excel或Origin軟件進行數據處理不但速度快而且準確性高,規范物理化學實驗數據處理過程,為學生將來從事實驗或科學研究奠定基礎[12-13]。
3完善實驗課程考核體系
為了較為客觀全面地評價學生實驗的真實水平,必須完善實驗課成績評定方式。考核內容包括預習、操作、紀律、實驗報告和實驗結果等;將考核的形式多樣化,主要從操作前的提問、操作是否規范、是否有原始記錄、對自己方案的可行性進行論證及可視化總結等方面進行綜合考核。客觀全面的考核評價體系有利于調動學生的學習積極性,培養其綜合能力,養成良好的實驗習慣和科學態度。
4學生培養成果
近年來我院本科生在國家級科研創新大賽中屢創佳績,例如:在2012年第十二屆全國“挑戰杯”比賽中,聶珊珊等同學《磁性銅離子印跡聚合物的合成與性能研究》獲得三等獎;在2013年第十三屆全國“挑戰杯”比賽中,冷樂輝等同學《新型復合光催化劑的合成及光催化降解有機染料性能研究》獲得一等獎;李蕾等同學《廢棄鋰離子中鈷酸鋰的高效浸出技術研究》獲得三等獎。這些成果大部分都與物理化學的知識息息相關,基礎與創新并重的實驗教學模式對學生科研興趣的激發與創新能力的培養起到了積極的作用。
5結束語
教師可利用啟發式教學方法把物理化學中比較抽象,不容易被學生接受、理解的知識,巧用生活中的實例,言簡意賅解決問題。既能激發學生的學習興趣,又能吸引學生聽課時的注意力。如,講稀溶液依數性時,提出問題,為什么冬季下雪時,城市道路路政人員在路面撒食鹽?學生討論歸納,是應用依數性的凝固點降低原理。醫院輸液用生理鹽水濃度0.9%,葡萄糖注射液濃度5%,高于或低于這個濃度是否可以?會出現什么癥狀?最后用滲透壓原理說明生理鹽水和葡萄糖注射液,是人體血液中紅細胞和血漿正常滲透壓維持平衡而配制的等滲溶液。
2充分使用標準簡潔普通話教學,增強師生互動
少數民族學生多數漢語基礎差,聽課有一定難度,教師在授課過程中必須顧及這些民族學生,授課中要控制好合適的語速。少數民族學生先把漢語轉化為自己的民族語言再進行思維和分析。理解記憶需要一個過程,用標準普通話講授,授課內容深入淺出,避免個人的方言,避免冗長的句子和生僻詞語,以及文言文和歇后語。這樣才能有助于學生對課本知識理解,有利于少數民族學生吃透教材,掌握知識點。另外,在講授臨界狀態時,CO2臨界溫度與壓力對應關系,即P-V圖,讓學生提前預習,課上師生互換角色,少數民族學生充當“小老師”,充分發揮學生的主體作用,既促進物理化學專業課的學習,同時提高少數民族學生的漢語言表達能力,增加其鍛煉機會。
3綜合利用板書教學與多媒體教學,提高課堂聽課效率
少數民族學生漢語水平不高,教學過程中,完全依賴多媒體這種教學手段,學生會覺得是在“看電影”過眼煙云,熱力學公式特別多,公式推導這個環節,切不可圖省時省力,離開傳統的板書演示。一定要在黑板上認認真真地詳細推導和講解,讓學生緊跟教師的思度,掌握推導的技巧和技能。當講授Bi-Cd相圖,用步冷曲線繪制相圖時,用動畫flash將課本中的文字和簡單的插圖轉化為生動、有趣的視聽語言展現在學生面前,可起到事倍功半的效果。
4采用“精講多練”,注重講授習題的解題方法
少數民族學生普遍反映,“物理化學課上講的能聽懂,課后看書也能看懂,就是做題時不知從何下手”,或者,不知該用哪一個公式合適。解題時學生缺乏靈活應變能力,原來題目上稍微改動一些條件、更改一下數據順序,學生就束手無策。針對這種情況,教師備課時準備些有針對性選擇題、判斷題,課上教師講授完新課,及時讓學生練習,加強對概念,定律的理解。對學生提出明確要求:這些題必須記筆記。在做作業之前,多舉各種類型的例題,讓學生能獨立完成作業,學生若抄襲作業一次,從平時成績中減去3分。利用課外時間專門給學生安排習題課和輔導課,并詳細分析講解作業習題。在講解化學平衡習題時,給學生講清楚,在解題以前首先必須對題目進行仔細分析。分析的一般步驟是:寫出正確的化學反應式,并配平;寫出反應物或產物的起始濃度或壓力;找出反應物或產物的平衡濃度或壓力;寫出化學反應的標準平衡常數。
5注重實驗教學,培養學生動手能力
1.1實驗儀器設備更新緩慢物理化學實驗主要是測定物質的理化性質,因此需要相應的儀器設備。近年來,隨著現代實驗科學技術的進步,涌現出了大量的智能數顯式儀器。這些新儀器的使用,不僅使測量過程更為便捷,而且提高了學生的學習興趣,也有助于他們畢業后更好地適應工作環境。但有些院校由于對基礎化學實驗不夠重視,實驗經費投入不足,致使儀器設備老舊,長年無更新換代,從而影響了實驗技術水平和教學質量的提高。
1.2實驗數據處理方法落后物理化學實驗結果得到的是一系列實驗數據,目前大多數學生仍采用傳統的數據處理方法,即通過計算器計算、用坐標紙手工作圖以獲取斜率、截距,或在手工繪制的曲線上作切線等。由于物理化學實驗數據量大,處理繁雜,這種方法不僅費時費力,而且處理結果易出現人為誤差,影響實驗結果的準確性。教師在批改實驗報告時也不得不花費大量時間核查其計算結果。因此,有必要選擇適當的計算機應用程序來輔助物理化學實驗教學。
2物理化學實驗教學改革探索
2.1構建理論教學與實驗教學并重的教學模式近年來,創新人才的培養越來越受到重視,而實驗教學是培養高素質創新人才的重要環節,是提高學生動手能力和科研能力的重要手段,有著課堂教學不可替代的作用。因此,要改變傳統觀念,重視實驗教學,建立理論教學與實驗教學并重的教學模式。筆者所在學院在專業人才培養方案中,經過論證適當減少物理化學理論課的學時,增加實驗課的學時,并將物理化學實驗從理論課中脫離出來,作為一門獨立課程列入專業教學計劃,單獨計算學分。同時,根據實驗課單設的要求,對物理化學實驗教學大綱進行了修訂,對實驗教學提出了更高的目標和要求,注重對學生綜合動手能力的培養,保證實驗教學質量。
2.2優化實驗項目與內容,突出專業特色藥學專業物理化學實驗在實驗項目選擇與內容設計上除了體現物理化學原理的應用外,還必須突出藥學專業特色,以便更好地在有限的實驗操作中鍛煉、培養學生,提高學生的能力。我們對原有的物理化學實驗教學內容體系重新進行了設計和調整。首先,對實驗進行整合,減少一些重復性的實驗內容和操作,多出的學時用于開設新的實驗項目。如“電解質水溶液電導的測定和應用”和“電導法測定臨界膠團濃度”這兩個實驗使用的儀器都是電導率儀,而且電導測定所需時間較短,于是將兩個實驗整合在一起同時開展。實驗中需要用到超級恒溫槽,恒溫槽的相關知識也在此實驗中一并講解。這樣做雖然需要學生提前了解表面活性劑的相關知識,但避免了儀器重復使用,提高了實驗效率,節省了學時。其次,對一些經典物理化學實驗項目測定內容進行了調整,盡可能地改用實際的藥物,使其更好地體現在藥學中的應用。如將凝固點降低法測定萘的摩爾質量改為測定中藥注射液的滲透壓;將三組分相圖繪制中的水-醋酸-氯仿體系改為吐溫-薄荷油-水體系制備藥物乳劑[9];將蔗糖水解速率常數的測定改為同樣符合一級降解動力學的硫酸鏈霉素水解速率常數的測定等。再者,新增一些與藥學密切相關的綜合性、設計性實驗。如藥物有效期的測定,給學生提供的藥品有鹽酸四環素、維生素C、金霉素、硫酸鏈霉素等,要求學生查閱相關資料,獨立設計實驗方案,提交教師審核后,安排實驗順序和時間,對實驗結果進行分析后再做出整體評價。在新的物理化學實驗教學體系下,不僅實驗項目數增加了,學生有機會接觸更多的實驗內容和儀器,鍛煉動手能力和創新能力,而且突出了知識點在藥學領域中的應用,讓學生明白物理化學和自己專業的相關性,提高物理化學及實驗的學習興趣。
2.3更新升級實驗儀器設備物理化學實驗需要較多的儀器設備,這些儀器設備的好壞直接影響著實驗結果。隨著技術的發展,儀器推陳出新。筆者所在的學院近年來就投入經費逐步對一些儀器設備進行了更新換代。如更新了電子天平、數字式壓力計、數字溫度溫差儀、數字貝克曼溫度計、自動指示旋光儀、數顯式恒溫槽、數字電導率儀等常規儀器,同時也添置紫外、紅外、熒光光譜儀及氣相、液相色譜儀和原子吸收分光光度計等大型儀器。這些儀器極大地提高了實驗室裝備水平,滿足了各種實驗需求。現代實驗儀器價格昂貴,為避免浪費,合理高效利用資源,物理化學實驗在項目選擇和內容設計上,也充分考慮到藥學專業特色,所開設的實驗內容盡可能與藥學專業融合,充分利用現有藥學實驗儀器設備。在經費允許的條件下,結合藥學專業課程實驗教學的需要,共同添置現代實驗儀器,供物理化學實驗及后續專業課程實驗使用。
2.4計算機處理實驗數據目前計算機應用逐步普及。計算機除了采集實驗數據外,還可對大量的、繁瑣的物理化學實驗數據進行快速而準確的處理。現階段大學生群體中計算機普及率較高,我們提倡學生使用計算機軟件來處理實驗數據和繪制圖表。Excel、Origin等是使用最多的數據分析軟件,學生利用這些軟件可以方便地進行數據批量處理、作圖、線性擬合、非線性曲線擬合等步驟處理,快捷準確。筆者曾在所教授的班級進行試點,先向學生詳細講授軟件的使用方法,然后要求他們用軟件處理數據和作圖,再打印出來。由于避免了繁瑣的人工處理過程,這一要求受到學生的一致歡迎,學生的積極性很高,所得表格和圖形整潔美觀,有的學生甚至用word軟件來寫實驗報告。經過幾輪試點,逐步推進,現在計算機軟件處理實驗數據已成為物理化學實驗的教學要求之一。隨著數字化校園的發展,我們更期待有一天能實現“無紙化實驗報告”,即學生網上提交報告,教師網上批改并反饋結果給學生。此外,學生在物理化學實驗過程中,獲得了一系列的實驗數據,通過實驗數據一般不能馬上得知學生的實驗是否成功,往往是在實驗結束后的數據處理作圖過程中才發現問題,而此時,為時已晚,只能另找時間進實驗室補做。為解決此問題,我們利用計算機將相應實驗項目數據處理的有關公式和流程編寫成一個系統程序,學生做完實驗后,把數據輸入程序中,可立即得出實驗結果并繪出相應的圖形,從而判斷實驗成功與否。若不符合要求,立即查找實驗失敗的原因并當場改正。
2.5開放實驗室實驗室開放為學生創造了自主學習、自主探索的環境和條件,有利于培養學生綜合實驗能力和創新意識。除了正常的實驗教學,我們物理化學實驗室部分時間定期對學生開放。目前情況下,實驗室開放的目的主要有兩個:一是給實驗課上數據不理想或實驗失敗的學生提供重新做實驗的機會;二是對一部分學有余力且感興趣的學生,根據所學過的內容及實驗操作自行設計實驗方案,在教師的協助下完成實驗。比如學生學習過電導率的相關知識,知道電導測定的一個重要應用是水的純度檢驗,也做過電導法測定弱酸的電離度及難溶鹽的溶解度實驗,懂得電導率儀如何使用,有的學生會想到收集學校及周邊的自來水、井水、雨水、河水、海水、山泉水等用電導率儀進行水質檢測,有的學生會更進一步想到設計電導滴定的實驗來測定這些水樣本中離子的濃度,如用氯化鋇溶液滴定來測定水中硫酸根離子的濃度。學生的這些創新性、發散性思維非常值得鼓勵,而實驗室開放給他們提供了付諸實踐的機會,極大地提升了學習興趣,也鍛煉了他們獨立的學習能力和動手能力。
3結語
[關鍵詞]物理化學;教學;興趣;食品相關專業
[中圖分類號]G4[文獻標識碼]B[文章編號]1007-1865(2016)09-0253-02
在自然科學的眾多學科中,物理化學以科學實踐過程中的物理、化學現象為切入點,以物理和數學的方法來研究化學問題,具有基礎性、理論性、先導性和綜合性的特點,是包括化學、化學工程、環境工程、食品科學、生物醫藥、材料學等眾多學科的重要理論基石。在現代大學本科教育的食品科學相關專業開設物理化學課程,意在為食品的加工、貯藏、殺菌、保鮮等全產業鏈提供理論指導,服務食品生產和科學實踐。相對于其他課程,物理化學課程的特點突出表現在以下幾個方面:(1)課程的學習需要提前掌握多學科的專業知識。這就要求把物理化學課程開設在基礎化學、高等數學、大學物理等課程之后,以便于學生相對容易地理解和掌握教學內容。(2)物理化學課程設計到的大都是一些全新的概念、理論和問題處理方法。這就要求學生在學習過程中必須花時間認真研讀教材,重視老師的課堂內容講解,并通過解習題來掌握處理問題的方法。(3)物理化學課程不僅學習的是全新的知識,而且理論性比較強,內容抽象,學習難度較大。(4)由于學習難度較大致使學生的學習積極性不高,影響教學過程中教與學的效果。針對食品相關專業的專業特征和物理化學課程自身的特點,筆者所在教研室在物理化學課程的教學過程中不斷探索,積累了一些經驗和體會,本文從教學過程中積極培育學生對物理化學的學習興趣,提升學生在教學過程中的主動參與度方面談一下對食品相關專業物理化學教學的認識和體會。
1精簡理論教學內容,適當增加實驗教學以提高學生的教學參與度,并在實驗過程中注重對學生的理論知識引導
食品相關專業安排的物理化學教學學時較少,通常只有50~60學時。在教學過程中,考慮到學時的限制,我們把食品專業不是經常涉及到的統計熱力學章節刪除,對經典熱力學、動力學原理的教學內容進行精簡,重點講授了與食品專業切合度比較高的相變與相圖分析、表面化學及膠體化學的內容,把理論課的教學控制在45~48學時。實踐表明,開設實驗課更能調動學生主動學習的積極性,為不同章節重要的或者難理解的內容開設實驗課能獲得很好的教學效果。在實驗教學過程中,我們注重理論與實驗的結合,通常會安排一個學時深入講解實驗內容與理論課的聯系,并嚴格要求學生閱讀大量的實驗材料充分預習并完成預習報告。對連續五屆學生關于物理化學教學進行問卷調查,100%的學生認為物理化學課程有必要開設實驗課,25%學生認為應該在已有15個學時實驗課的基礎上適當增加實驗學時。
2從緒論教學入手培養學生學習物理化學課程的興趣
對于物理化學這種理論性很強的課程而言,學生一般都會提前從師兄師姐方面獲得物理化學難學的信息。課程開設之初,學生一般都會對這樣的課程充滿好奇心和急迫感,迫切地想從老師的第一堂課獲得對該門課程總的印象,特別是要了解諸如:(1)既然物理化學這么難學,學習它有什么作用?(2)怎樣才能學好物理化學?之類的問題。緒論課開設的最終教學目的應該是激發學生學習的積極性。在第一堂課,我們一定要充分利用學生對新的課程好奇心強的特點,精心設計有效的教學方法,向學生講清本門課程在食品相關專業課程體系中的地位、與其他課程的關系、課程的性質、學習要求、學習方法、參考資料和可以利用的課程資源等。學生只有明確了要學什么、課程學習的重要性、怎么學,才會逐步對課程產生足夠的認真學習的熱情。例如,講到物理化學在專業課程體系中的地位和作用時,我們可以列舉一些實例,說明物理化學在食品果蔬的殺菌保鮮、加工、貯藏方面的應用,也可以列舉很多近年來在物理化學領域作出重大貢獻而獲得諾貝爾獎的人和事跡,使學生對物理化學學科充滿探索心和好奇心,使第一堂課在他們腦海中留下深刻的印象,使他們從“要我學”的被動狀態轉變為“我要學”的主動狀態,從而激發學生通過物理化學這門課程探索自然的興趣,主動性去學習。通過物理化學緒論課的教學提高學生學習的主動性和積極性,是調動學生學習興趣的重要開端,是為教師取得良好的教學效果開一個好頭,上好緒論課是上好物理化學課程的關鍵。
3對微積分知識進行適當回顧,幫助學生理解物理化學公式,減輕學生學習壓力
物理化學是一門理論性很強的學科,很多公式定理的得出都離不開數學推導過程,因此要求學生在學習物理化學之前掌握必要的微積分知識。在講授課程之初,和學生一起對物理化學中常用的微積分內容進行回顧,避免學生因課堂中涉及到微積分公式而表現出不適應,較快地融入物理化學課程的學習中去,增強學生學好物理化學的信心。微積分在物理化學中不是簡單的數學處理過程,而應該與實際的物理化學過程相聯系。故在講解微積分公式時,應該同時注意講解積分或求導過程的物理意義。例如物理化學中廣泛用到了二元函數或多元函數的微積分,對二元函數F(x,y)求導時,可以用(/)y∂F∂x來描述在y不變時對x偏導,當下標y變成物理化學中的溫度T、壓力P、熵S等體系的性質時,下標分別表示在等溫、等壓或等熵條件下的偏導過程,如可以描述成在體積不變的情況下因溫度改變而引起內能的變化量。把具體的物理過程與公式緊密聯系在一起進行教學,既可以使學生更容易理解物理化學的基本原理,又可以使學生領悟到物理化學指導生產實踐的巨大作用,激發學生學習物理化學的興趣。
4以學生為中心教學,貼近生活,緊扣所學專業進行教學,教有所用
大學擴招致使目前國內的高校廣泛采用大班授課,理論課堂上老師和學生一對一交流的機會有限,教師很難時刻把握每個學生的學習情況。對于食品相關專業的學生而言,要在少量的教學學時內要盡可能深入地讓學生了解物理化學的原理和方法,就要求學生的學習應該是以教師為引導、以學生為主體來進行。對學生而言,要真正理解并能運用知識,他們必須主動地去發現問題、解決問題,主動地深入思考。教師教學的任務不是將知識信息灌輸到學生頭腦中,而是用有效的、實用的概念或理論來充實學生的頭腦。[1]物理化學的教學理應以學生為中心教學,老師的課堂講授主要起到引導作用,要盡量做到少而精,要求學生通過自己的思考不斷強化和深入對課堂知識的理解。物理化學所涉及的內容理論性比較強,很多結論的得出都講求嚴密的邏輯推理,而且涉及到比較復雜的數學推導過程,容易給學生留下物理化學既難學又與實際應用脫節的初步印象,從而使部分學生學習的積極性不高。因此要取得好的教學效果,教師把必要的理論知識介紹給學生的同時,又要重視理論聯系實際,使學生感受到物理化學指導生產實踐和日常生活的學科魅力,增強學生主動探索問題的積極性。在介紹理論知識前,精彩的設疑,創設問題情境,是活躍教學氣氛,激發學習興趣的有效途徑。[2]例如熱力學第二定律“不可能從單一熱源吸熱并使之全部變為功而不留下任何其它變化”很抽象,教師可以從自然界發生的現象都是有方向性的出發,列舉水總是從高處往低處流、熱量總是由高溫物體流向低溫物體等等自發過程,通過分析這些自發過程發現,只有滿足“熱量可以在不引起其他任何變化的情況下100%轉變成功”才可以使自然界的這些有方向性的自發現象變成可逆過程,從而就引出了人民迫切需要解決的問題給學生主動去思考:是否可以在不引起其他任何變化的情況下讓熱量完全轉變成為功?對于食品相關專業的學生,物理化學的教學內容可能與學生的其他專業基礎課聯系不太緊密,如果教師在教學過程中完全沉浸在物理化學的理論和公式推導當中,即使課堂講授得很精彩,學生如果覺得物理化學知識無助于自己專業課的學習,認真聽課的興趣也會減退,而且聽懂了也不會應用,達不到教學效果。這就需要教師在教學過程中緊扣學生所學的專業實施教學,把物理化學的知識有機地和學生本身的專業結合起來。例如:在講解熱-功轉換時,可以引入關于食品營養學中食品熱量值的測定。在講解熵的概念時,可以用熵增原理來闡述食品腐敗變質的機制,指出生物有機體為保持低熵的穩定狀態就必須不斷地與環境進行物質交流,吸進負熵以維持生命,從食品安全的角度分析食品腐敗變質的危害。
5實施以師愛為中心的積極情感教學,對學生滿懷期待
研究表明,情緒情感對人類認識活動具有強大動力作用。積極的情緒使個體的感知敏銳,記憶深刻,思維靈活,想象豐富,大大提高學習和認識活動的效率,反之,將阻礙認識活動的進程,不利于學生的學習。[3]教學中的情感效能,能夠激發學習者的互惠內驅力,從而使學習保持較高的內部動機。[4]高校學生對師生間情感交流極其重視,并把融洽的師生關系、和諧教學氛圍作為教與學的基本要求。[5]作為一名合格的教師,應該培養以師愛為核心的積極情感,關懷和愛護學生,尊重和信任學生,同情和理解學生,熱情期望和嚴格要求學生,通過激勵、感化、調節和榜樣的作用調動學生學習的積極性。這種關心和愛護在教學過程中體現為不忽視每一個學生的存在,關心學生曠課、遲到、早退的情況,關心學生在課堂上的每一個行為和表現,關心學生對每一個知識點的掌握情況,對表現優良的學生予以及時恰當的肯定,對學習倦怠的學生予以誠懇友善的規勸。對學生滿懷期待是實施情感教學的重要內容。[6]物理化學的教學有其自身的特點,必須要有學生積極主動地參與并深入其中,除了在課堂上認真聽講外,還需要在課余時間做大量的習題,來理解物理化學所闡述的理論和掌握公式定理,從而達到良好的教與學的效果。這就要求教師在教學過程中通過情感教學來激發學生學習的興趣,對每一個學生抱有期望,期望他們通過對物理化學這門課程的學習來提升對自然界事物和現象的認識深度,鼓勵他們積極主動地去認識自然、探索自然。
參考文獻
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