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作者簡介:李艷青(1980-),女,河北滿城人,華北電力大學科技學院,講師;許佩瑤(1965-),女,河北保定人,華北電力大學環境科學與工程學院,教授。(河北?保定?071000)
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)20-0090-02
化學是實踐性很強的學科,實驗教學在化學教學中占據舉足輕重的地位,是一種特殊形式的教學活動。它和理論課內容環環相扣,有助于學生及時理解消化理論課的內容,并增加學生學習的興趣,具有其他教育活動所不可取代的功能,是培養學生創新能力教育中最重要的一個環節。
無機化學是華北電力大學應用化學、能源化工、環境工程、環境科學等專業的重要專業基礎課程,它緊承高中化學,不僅是各專業課的基礎,同時也是其他化學基礎課的基礎。無機化學實驗是無機化學課程的重要組成部分,是學生入學后的第一門化學實驗課程,對于學生理解掌握無機化學課程的基本原理、培養動手能力和創新思維能力起著至關重要的作用。其基本教學目標可歸納為三個方面:訓練學生良好的實驗室工作習慣和素養;訓練學生的基本實驗操作技術和技能;培養學生具有獨立進行實驗研究工作的初步能力。[1]而在華北電力大學無機化學實驗的教學中,原教學體系已經不能滿足培養學生創新能力的要求,因此對原課程教學體系及教學方法進行改革變得尤為必要。
一、無機化學實驗教學的現狀及存在的問題
現華北電力大學應用化學和能源化工專業設立了“無機化學實驗A”課程,學時32;環境工程和環境科學專業設立“無機化學實驗B”課程,24學時。與其他“211”院校的對應專業相比,華北電力大學的無機化學實驗學時明顯偏少,如果仍延續傳統的理論驗證實驗模式,無法達到教學目標的要求。所以如何在有限的時間內為學生提供符合學習規律、具有先進性、適合于本科生使用的無機化學實驗教學體系是亟待解決的問題。
目前存在的主要問題如下:
(1)實驗學時少:目前“無機化學實驗A”僅能開設12個實驗,主要是基本理論驗證實驗和常見元素性質實驗,制備、分離、鑒定等綜合性較強的實驗較少;“無機化學實驗B”只能開設9~10個實驗,元素部分的實驗基本無法開出,遠遠不能滿足學生的求知需要。
(2)實驗教材內容陳舊:所用的教材是2000年自編的講義,采取“示范型”的編寫方式,形式呆板,缺乏對實驗理論、方法、特點的系統介紹,使實驗教材停留在實驗操作指導的水平上,學生在實驗中基本上是“照方抓藥”,處于被動狀態,不能很好地達到培養實驗能力的目的。
(3)實驗教學方法比較單一:在實驗教學中,仍局限在“驗證理論”或“儀器的使用和操作方法訓練”的模式上,沿用幾十年不變的學生預習,教師課堂講解,學生按實驗步驟操作,課后完成實驗報告的老一套做法,使實驗課落后于科技的發展和時代的要求,制約了實驗教學水平的提高以及學生實驗能力和素質的培養。
(4)考核方式不科學:目前在實驗成績的評定上,主要依據實驗報告和學生實驗操作的情況。由于有部分學生無故曠課,甚至相互抄襲實驗報告,或是照著實驗書通篇抄寫,造成實驗成績評定不能全面反映學生實驗能力的高低,使得學生在思想上產生了重理論輕實驗、重實驗操作輕實驗設計、重實驗結果輕實驗結果分析論證的傾向。
無機化學實驗教學改革的目的是建立一個無機化學實驗教學的新模式,使無機化學實驗具有教學內容前瞻性、教學方法創新性、教學手段現代性的特點,積極促進無機化學實驗課教學質量的提高。對無機化學實驗的教學體系進行改革,完善教學內容,改革教學方法和考核方法,引入網絡教學手段以彌補學時不足,對于提高無機化學實驗的教學效果,培養學生獨立觀察、分析實驗現象和作出結論的能力以及科學工作方法顯得尤為必要。
二、無機化學實驗教學體系的改革
無機化學實驗在化學實驗教學中占有特殊地位,是學生化學實驗教育的第一門實驗教學課程,學生的興趣和學習態度如何會直接影響今后整體化學實驗教學的效果。[2]華北電力大學無機化學實驗的教學改革應全面分析調研無機化學實驗課程內容、方法,找出存在的問題,以學校培養創新人才的教學目標為宗旨,對課程體系進行全面改革,并在實際教學實踐中驗證改革的效果。
1.課程體系的定位
通過調研工作分析比較國內知名綜合性大學、行業大學應用化學和環境專業無機化學實驗設立情況。調研結果顯示,國內大學無機化學實驗或單獨設課、與分析化學實驗合并設立“無機及分析化學實驗”或四大化學統一設立“大學化學實驗”課程,但無機實驗部分的內容80%左右相同,20%為各校根據自身特點設立的實驗,如化工大學的無機制備、地質大學的巖層分析,農業大學的土壤性質[3]等;同時和后續課程教師溝通,了解后續課程對化學實驗技能的要求。通過研究討論對我院各專業無機化學實驗課程教學體系有了比較明確的定位:即夯實基礎,注重特色。也就是在課程體系中確定70%左右的內容為無機化學基本理論和基本知識實驗,30%左右為與專業特色相關的實驗。
2.教學內容改革和教材編寫
將實驗內容分為三個模塊,分別為“一般理論驗證及基本操作訓練實驗”、“元素性質實驗”、“綜合性和設計性實驗”。每個模塊的訓練目的不同。根據華北電力大學化學和環境專業各自的特點分別編寫適合的教材。在編寫中注意篩選、精簡、刪除、合并教材實驗內容,突出電力特色,如對化學專業增加“去離子水的制備和水質檢驗”;對環境專業,增加“電廠化學車間酸堿廢水性質及處理”等與專業相關的實驗內容,增加學生的學習興趣。同時提高綜合型設計性實驗在整個實驗課程中的比重,對原設計性實驗進行修改,以期更適應學生的認知水平,在每個驗證實驗中也增加如混合離子的分離鑒定等設計性小實驗,兼顧學生基本操作能力訓練和學生創新思維能力的培養。
三、實驗教學方法改革
實驗教學方法的改革是改革的中心。如何在短短幾十個學時中達到培養學生進行化學科學研究的能力的目的是改革要解決的主要問題。
首先,根據“三大實驗模塊”各自的訓練目的循序漸進地采用“指導”、“啟發”和“探討”三個階段的教學方式。在一般實驗中,以“指導”為主,訓練學生對實驗設備、實驗操作方法和化學基本原理的熟悉、掌握。在綜合性實驗中,啟發學生如何發現問題,如何一步步地解決問題。在設計性型實驗中,由學生自行擬訂方案,動手實驗,教學方法以探討為主,鼓勵學生充分發揮創造力和想象力,運用各方面的知識自行設計實驗方案,自已探索,獨立解決問題。
其次,充分利用多媒體課件、網絡教學等教學資源。由于課時限制,無機化學實驗很多內容都無法讓學生在實驗室完成。實行實驗室開放制度、建立實驗網絡平臺是解決這一問題的有效手段。[4]無機化學實驗儀器和設備主要是玻璃儀器,不需要特殊維護,開放實驗室幾乎不需要額外的費用,可為基礎好的、學有余力的學生提供課外學習和小型研究的場所;建立實驗室網絡平臺,將無機化學課程中涉及到的各種物質圖片和由于學時限制無法開出的實驗制成視頻上網,學生利用課余時間可以在網上觀看學習。不僅可以使實驗內容更加豐富,省時省力,激發學生的學習興趣,產生較好的教學效果,還可以培養學生駕馭現代教育信息技術的能力。
四、實驗教學過程管理改革
加強實驗教學各環節的規范化管理,確保學生能力的提高。為此可把實驗教學過程分為預習、實驗、報告、總結四個環節,對四個環節的教學管理建立規范化的內容和質量指標體系。實驗前要求學生寫好預習報告,實驗時首先提問學生實驗有關的操作和現象,講解時只給學生講解一些注意事項,實驗過程中及時指出學生操作中的問題,并對學生的操作進行打分,對每一步的內容與指標盡量做到量化,使教學雙方在整個實驗教學過程中都有據可依。[5]
五、改革實驗考核方式,提高學生的學習積極性
建立一套有利于學生創新能力培養的實驗考核方式,從措施上保證學生在實驗中主動預習,主動動手,自覺提高。考核結果采用平時成績、實驗報告成績、考核成績相結合的方式。平時成績主要包括出勤率、實驗態度、課堂應答能力、實驗操作技能等,由教師按5分制記錄在冊;實驗報告成績包括實驗預習、實驗記錄、實驗完成情況和實驗結果的準確性及對實驗結果的討論和分析等,由老師批改實驗報告給出;考核成績擬建立實驗考核試題庫,根據教學目的分別采用抽簽選題、現場口試、方案答辯、實驗報告答辯和實驗操作檢查等方式,對學生的基礎知識、實踐能力和創新能力進行綜合考核。
無機化學實驗課程改革在華北電力大學2010、2011級應化、環工、環科各專業進行了實施,綜合考核結果表明,學生的實驗基本技能和分析解決實際問題的能力水平明顯高于往屆。與此同時,追蹤調查發現,學生在后來其他化學實驗課表現出基本操作規范、熟練,具有較高的動手能力、獨立思考能力和良好的實驗素質,教學改革取得了較好的效果。
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關鍵詞:微課;無機化學實驗;師范院校;應用化學專業
中圖分類號:O6573文獻標識碼:A文章編號:1674-120X(2016)29-0068-02收稿日期:2016-08-18
基金項目:綿陽師范學院“高等質量工程”項目(Mmu-JY1533)。
應用化學是介于化學與化工工藝之間的一個專業,其教學目的是培養理工結合的“應用”化學人才。從目前社會經濟發展趨勢來看,應用化學專業具有較好的社會需求,其人才培養是社會經濟建設急需的應用型人才。在師范院校設立應用化學專業,就是利用師范院校化學學科扎實的理論基礎,培養社會急需的應用化學專業人才[1]。無機化學實驗是師范院校應用化學專業學生進入大學接觸到的第一門專業基礎實驗課程[2],不僅可以加深學生對無機化學理論知識的理解,還可以讓學生們通過各種類型的實驗,掌握并提高實驗基本操作技能,同時,在實驗過程中,倘若出現一系列問題,就需要學生們運用所學理論知識去解決,這也無形中提高了學生運用理論知識解決實際問題的能力,并提高了他們學習化學理論知識的興趣[3]。因此,無機化學實驗是整個教學中的一個重要環節。
雖然無機實驗教學經過幾十年的發展,取得了很大的成績,但是,傳統無機實驗教學還存在一些缺陷,影響教學質量的提高,主要表現在:①課程時間短,講授時間受限。在傳統教學中,教師要講授的內容很多,但課時有限,因此老師盡量縮短教課時間以給足學生動手時間,因此不能深入講解理論與操作的關聯,從而造成學生操作不熟練,達不到預期教學效果[4]。②教師在教學過程中采用“灌輸”式教學模式,學生每次來做實驗都是實驗前寫預習報告,老師講解一遍,再由老師進行示范,然后學生自己動手操作[5],從而導致學生只是機械地按實驗課本要求的步驟操作,養成了“照方抓藥”的陋習[6]。③傳統實驗教學模式以課堂教學為主,時空受限大,師生交流少。④無機化學實驗可能會涉及一些儀器或者操作,然而實驗課上教師往往面對很多學生講解,由于受到視角限制,很難使每位學生都清晰完整地觀看到所有操作細節,從而嚴重影響實驗教學效果[7]。
隨著現代通訊、多媒體和網絡技術的發展,計算機、移動產品的普及,新的教學模式(微課、慕課)慢慢走進現代教學課堂,改變著無機化學實驗的教和學。
下面筆者將對微課在無機化學實驗教學中的作用進行探討。
一、微課是慕課的基礎 慕課是一種大規模開放式的在線課程,課程可以通過視頻或課件的形式在網絡平臺上開放式在線訪問,是整門課程的在線學習[8]。微課是指以解釋某一知識點為目標,以短小精悍的在線視頻為表現形式,以學習或教學應用為目的的在線教學視頻[9]。在慕課和微課的關系上,圍繞各學科及其知識體系的重點和難點,利用微課簡短精練的教學形式,形成系統且邏輯嚴密的課程體系,微課是慕課開發的基礎。
因此,在新的教育背景下,要建設好無機化學實驗的慕課體系,一個重要的基礎就是加強無機化學實驗微課的研究和建設[10]。
二、微課在無機化學實驗課程中的作用1微課有利于突破講授時間的限制
傳統網絡教學或線上課堂以45分鐘(一節課)的時間間隔來設置教學視頻,然而一般學生在線學習10分鐘后,能力和效率都將會慢慢降低。而無機化學實驗的操作或實驗步驟演示一般在10分鐘以內,因此,在10分鐘之內演示一個操作或者一個實驗步驟的微課形式,十分適合無機化學實驗教學。教師可以提前將實驗操作制作成微課視頻,把微課視頻和PPT用QQ或者微信發給學生,讓學生自主學習和反復觀看,這樣可以打破實驗的時間和進度的限制,有利于培養學生的主體性。
2微課有利于克服“照方抓藥”的陋習
由于無機化學實驗教學的傳統方式是填鴨式的講課方式,教師講授實驗目的、實驗原理、試劑及儀器、實驗步驟等,然后學生按照實驗指導書“照方抓藥”進行實驗。如果教師把微課和慕課聯系起來,建立討論群,讓學生先通過微視頻的形式在實驗前熟悉實驗儀器、操作步驟和注意事項等,并進行討論,讓學生對實驗藥品的量、試劑的作用、處理的步驟、可能會遇到的問題了然于胸,這樣在實驗的時候,既可以使實驗教師節省大量的時間和精力來指導學生,糾正學生操作上的錯誤,又增加了師生交流,還可克服學生“照方抓藥”的陋習,從而提高教學效果。
3微課有利于突破空間的限制
關于無機化學實驗中儀器(比如分析天平、滴定管、容量瓶、移液管)的使用,在傳統教學中,由于往往面對很多學生講解,受到視角限制,很難使每位學生都清晰完整地觀看到所有操作細節,從而嚴重影響實驗教學效果。因此教師可以把分析天平的內部元件構造和使用方法、操作步驟等,把滴定管、容量瓶、移液管的使用和滴定過程錄制成視頻,然后以微課的方式講授或者傳給學生自己觀看,這樣就會避免由于視角的限制而看不清晰的情況,從而不留下教學死角,這樣學生會做實驗了,實驗做成功了,也會大大地提高學生做實驗的積極性和主動性。
三、結論 微課教學模式沖擊著師范院校應用化學專業無機化學實驗師生的教和學,而且,這種影響力將隨著學生知識視野的拓展、自學能力的提升而愈演愈烈[11]。然而,在無機化學實驗課程中實行微課教學目前還處于設計階段,還需要各方面素質的提高以實現微課與傳統教學的盡快結合,從而提高學生學習興趣,引導學生自主學習。
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關鍵詞: 無機化學 化學實驗 計算機模擬
無機化學是一門理論性強且知識較為抽象的學科,其對化學實驗教學有較高要求。由于受技師學院學生素質參差不齊的影響及無機化學實驗中有毒物質的危害影響,我院傳統的無機化學實驗教學模式存在較大局限性,無機化學實驗教學達不到應有效果。當前改變傳統的無機化學實驗教學模式已成為我院無機化學教學工作的重要課題。
一、無機化學實驗化學實驗的局限性
1.化學實驗中會接觸到一些有毒化學品
在無機化學實驗中,無論是學生還是教師都會接觸到品種繁多的化學品,其中有一些是有毒的化學物質,像做化學實驗經常會用到的氯氣、一氧化碳、亞硝酸鹽等。還有些化學品比如氫氣等具有易燃易爆的危險性。
2.傳統的化學實驗室無法完成一些氣體及微觀化學實驗
無機化學中一些非常抽象的理論知識,比如化學反應速率理論中涉及的N■O■轉化為NO■的反應,由于這個反應過程中有顏色的變化,可以很好地解釋化學速率的快慢及化學平衡中壓力對化學平衡的影響問題,但是這個實驗是氣體實驗,還涉及氣體的壓力條件,在實驗室根本完成不了。另外,無機化學實驗中還涉及一些物質的微觀結構,比如氧化還原反應中電子的得失情況,原子核外電子排布的三個原理及原子軌道的概念,以及雜化軌道理論,等等,這些利用宏觀的化學實驗根本解釋不了。
3.學生的學習主動性差
在傳統的化學實驗教學中,教師講解實驗步驟,實驗注意事項,演示實驗過程,學生只是機械記憶,被動接受,盲目跟隨老師完成既定的化學實驗,很少嘗試采取不同的實驗途徑,從而導致學生不會積極主動地深入思考,不會自己主動地解決問題。這樣的實驗方式導致學生獨立自主的分析問題、解決問題的能力得不到鍛煉和培養。
二、計算機模擬實驗的優點
計算機模擬化學實驗利用現達的網絡技術、計算機三維動畫技術,模擬真實的傳統化學實驗的場景和實驗儀器,使學生在虛擬實驗臺上完成實驗教學項目,提交實驗報告,并完成實驗技能測評。與傳統化學實驗相比,具有以下幾方面優點。
1.提高學生自主學習能力
計算機模擬的化學實驗,有動聽的聲音解說、生動的演示畫面及詳盡的文字解釋,綜合了靜態信息和動態信息,能有效調動學生的視聽感官感知信息,激發學習興趣。在模擬實驗中,學生可以自主選擇實驗儀器和實驗藥品,自行設計實驗,有利于培養操作能力、分析判斷能力、設計能力和創新意識。
2.創設清晰直觀的學習情境
無機化學中涉及的如原子軌道雜化過程、原子軌道雜化后形成的分子在空間幾何的構型等微觀原子軌道雜化理論,其僅靠老師講解,學生難以理解抽象的理論知識。但是計算機模擬實驗,以動畫形式模擬了分子中原子在微觀狀態下的軌道雜化過程,通過3D技術,使學生從三維立體的角度觀察到肉眼無法看到的分子結構,這樣能使得抽象的知識直觀化。學生在清晰直觀的情境中能有效提高學習效率。
3.實驗過程綠色環保且安全
大多數化學實驗試劑具有易燃、有毒和腐蝕性特點,并且實驗過程中難免排出廢氣、廢水,污染環境。但是計算機模擬化學實驗,有效避免了使用有毒化學品,實驗過程中學生不必進行具有危險性的實驗操作,從根本上消除了較多不安全因素,也避免了實驗后廢棄物產生,綠色環保。計算機還會模擬一些點燃可燃性氣體,由于未驗純度而造成的爆炸事故及一些由于操作不當而造成化學藥品污染的現象。通過這些錯誤實驗操作的模擬,能讓學生親身感受到錯誤操作帶來的嚴重后果,從而發揮提醒與警示的作用。
三、技師學院引進計算機模擬化學實驗的對策構思
根據技師學院人才培養的目標,其可以將計算機與化學實驗結合,構建“一體化”的化學教學體系。通過教師的專業理論教學聯系實驗實踐教學而達到化學教學中培養生產、建設、管理及服務所需的高技能人才培養的目的。以我院的材料系為例,材料系化學教學有條件實行“一體化”教學模式。
當然“一體化”教學模式的實施,需要我院材料系在原有教材、場地及師資等方面加以改進與優化。另外,材料系在實行“一體化”教學模式時,應該積極借鑒我院自動化系和機電系采用的“雙師”教學模式,促進“學生樂學、教師愿教、教學相長”的良好局面的形成。為此,我院材料系應該從如下幾方面開展工作。
1.教材一體化
實施教材一體化,需要將傳統教材改為任務驅動型教材。傳統教材側重理論知識,專業操作技能所占比例太少,導致學生遲遲不能建立起專業意識。其實,經過多年教學實踐,一些專業教師都積累了較豐富的教學經驗,能夠清晰了解學生在某一階段所應掌握的實驗操作技能與畢業技能鑒定標準,讓教師編制適合學生的任務驅動型教材,有較大可行性。
2.教學場地一體化
實施教學場地的一體化,需要我院建設既能適合理論教學又能進行化學實驗操作技能實訓的“一體化”教學模式的實驗室。只有在這種一體化教學場所中,學生才能一邊聽老師講解一邊進行實驗操作,還有利于老師及時糾錯。現階段我院材料系要積極進行微機室改進,在微機中裝上相應的計算機模擬化學實驗軟件,為材料化學一體化教學提供保障。
[關鍵詞]無機化學實驗;考核制度;改革
化學作為以實驗為基礎的學科,實驗教學是化學專業本科教學中極為重要的環節。無機化學實驗既與無機化學專業課相輔相成,又是對專業知識的一種檢驗[1]。無機化學實驗是本科學習有關實驗的入門課程,對學生的實驗觀察能力和動手能力、歸納分析的能力、綜合表達的能力進行強化訓練,對培養學生善于思考求證的習慣、嚴謹的科學作風和敢于創新的精神具有指導意義[2]。而傳統化學實驗教學和考察模式已不適應于高等化學教育的新形式,以往的無機化學實驗課程大多是“照葫蘆畫瓢”,學生按照課本內容亦步亦趨的做實驗,既不能提高學生做實驗的積極性也不能調動主動性,更不利于培養學生獨立思考解決實際問題的能力[3-6]。為此我們對本科化學專業的無機化學實驗課進行了改革實驗。改良傳統實驗內容,增加開放式實驗內容,給學生發揮的自由空間,并對最終的實驗考核采取全新方式,以此充分調動學生的積極性和學習興趣。
1無機化學實驗中存在的問題
1.1學生不主動思考,做實驗積極性不夠
做實驗的過程中,不明確實驗目的和要求,一味機械性的按照實驗課本安裝實驗儀器、配制或滴加試劑藥品、重復實驗操作、記錄實驗現象、數據等。
1.2理論與實驗操作脫節,對不正確操作重視不夠
無機化學理論課課時進度與實驗課程銜接上出現脫節,導致學生上完理論部分沒有及時進行實驗動手強化,很快遺忘。其次,由于中學階段,教師過于強調理論知識,實際實驗操作沒有足夠重視,學生在實驗過程中存在各種問題,操作不夠規范。
1.3實驗教學考核制度太過死板
導致學生做實驗敷衍了事,沒有起到督促和監管的作用,學生實驗技能水平很難得到整體性的提高。
2無機化學實驗改革的具體措施
2.1改變學生課前預習方式,使學生實驗課前積極準備
實驗課存在學生不主動預習實驗內容的問題,由于課前沒有充分預習,老師講解實驗時學生聽得一頭霧水,做實驗時手忙腳亂,最后實驗結果是否正確,更是無從知曉。這樣的實驗課效率極為地下。對于這個問題,我們采取學生進行課前預習準備。在實驗課開始之前,學生將實驗所需藥品儀器列出清單,在老師的指導下配制溶液調試儀器,這樣對于試驗中需要哪些藥品儀器,讓學生做到心中有數。其次,實驗課以往都是由老師講解實驗內容,學生被動接受的形式,大部分學生對于老師講授的內容,吸收消化的效果較差。對于這種情況,我們采取以學生上臺講解為主,老師進行引導拓展為輔的方式。在準備講解和講解的過程中,學生能夠主動預習實驗內容并思考,查閱資料、梳理知識和歸納總結。講解中的問題,師生之間可以及時討論解決,并引導學生深入思考。
2.2設置合理課程體系,真正做到理論與實驗相輔相成
以往設置課程,經常會出現無機化學理論課內容早已結束,而實驗部分還沒有開始,甚至出現無機化學上學期的理論知識出現在下學期的實驗內容當中。以湖南城市學院為例,“銀氨配離子配位數的測定”這一實驗的理論部分是無機化學上冊配伍化合物這一章節的內容,卻安排到下學期開設。理論知識與實驗操作脫節十分嚴重,造成學生理論部分學完就忘,做實驗時又不明所以,事倍功半。對于這種情況,我們將實驗的開設時間與理論課相匹配,做到上完理論課,立即就進行實驗課鞏固。讓學生能夠直觀的感受到理論知識的現實具象,進而更深刻的理解理論部分,同時在理論的指導下明確實驗的目的和要求,實驗過程中積極思考,與老師、同學之間交流討論,還有思維活躍的學生以新角度和新思路來重新設計實驗,進行深入的研究和拓展。在開設無機化學實驗第一學期的課程中,以基礎制備和驗證實驗為主,針對新生基礎薄弱,對實驗缺乏認識的情況,內容上以基本實驗知識、訓練基本實驗操作為目標。以湖南城市學院為例,我們使用的教材是中山大學出版的無機化學實驗,在實驗課安排上,如“置換法測定氣體常數R”“酸堿滴定”“化學反應速度,反應級數和活化能的測定”。基礎操作包括稱量、溶解、減壓抽濾、加熱、重結晶、溶液配制、移液管移液和滴定操作等。學生經過大量的基本實驗技能訓練后,培養學生發現問題、分析解決并拓展探究則是無機化學實驗第二學期課程的重心,因此,較為復雜的綜合型實驗的比例增大。如“三氯化六氨合鈷(Ⅲ)的合成和組成的測定”。強化學生的基礎操作技能,訓練學生實驗過程中分析解決問題的能力,提高學生對實驗過程中突況的反應和處理的速度。
2.3激發學生實驗興趣,化被動為主動
對無機化學實驗不夠重視,實驗原理復雜,實驗步驟繁瑣,加之實驗預習工作不到位,傳統的實驗教學模式,導致學生對無機實驗有畏難情緒,實驗操作敷衍了事。針對這些問題,我們一改以往的方式,多媒體、板書、學生講演實驗原理、教師實驗演示進行結合,激發學生的實驗興趣,讓學生主動做實驗,喜歡上做實驗。此外,實驗課之外,我們定時開放實驗室,鼓勵學生進行開放性實驗,參與老師的科研項目,與老師共同進行課題研究,為學生今后走上科研道路做好鋪墊。改變實驗課預習不充分的情況,使原本枯燥的教學模式生動起來,使課堂教學更活潑更開放更具思考力和創造力,從而達到讓學習從被動到主動的轉變,提高學生學習的主動性。
2.4科學實驗考核制度的建立,利用網絡平臺進行交流互動
由于實驗課的特殊性,不能像無機化學理論用一張試卷即可測試,傳統模式只是簡單的將學生的實驗報告作為期末成績的評定標準,這樣就容易造成某些學生實驗報告寫得好但實驗做不好也能得高分。為了得高分,因此也出現部分學生抄襲實驗報告的情況。鑒于這些缺陷,我們對最終的實驗考核采取“平時表現+理論考察+實驗操作能力”的全新方式,例如對制備實驗的評分標準:預習10分;提問5分;紀律3分;衛生2分;操作50分;結果25分;報告處理5分,其中操作項又根據實驗操作項目切割,最后成績根據各項加和決定。研究式實驗中,方案與能力分占30%,理論考察分占10%,而在專題實驗中能力40%。考核成績分為“三段式”,由平時每一個實驗的評分,中期階段考核、期末考核組成,三者比例為5︰2︰3,中期階段考核是有目的地將本階段的基本操作編排成一個實驗進行考核,期末考核通過完成一個研究式實驗進行。如“硫酸鋁鉀大晶體的制備”,除了對實驗原理、實驗現象和思考題等進行筆試考核外,老師對操作細節,最后產品的形貌、大小、透明度、規整性等均有考核,而且綜合考察學生對該實驗所涉及基本操作的掌握情況。如今互聯網的快速發展,與傳統行業的滲透也越來越深入,對于大學教育也不例外。QQ、微信等聊天平臺極大方便了師生的課下交流,但也存在問題解答不夠完全和學生只在聊天的情況。除了以上的聊天平臺外,目前也有移動教學助手,如藍墨云班課這樣的APP,學生可以留言也可以在線交流,老師也可以在上面出試題讓學生在線答題并及時糾正學生的錯誤。
3結語
以上改革措施有些已經實施,有些還在積極摸索探究中。總體來說,我們的實驗改革初步得到教學效果的正面反饋,學生的評價也體現了改革的有效性。在強調素質教育和專業人才的培養的時代要求下,如何進一步優化教育資源,提高學生的專業動手能力仍是我們探討和努力的方向。
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關鍵詞:轉型期;地方高校;無機化學實驗;改革
作為高等教育的重大改革,部分地方高校向應用技術型高校轉型勢在必行。目前,高校轉型的關鍵問題是學生如何掌握扎實的專業技術、獲得良好的就業前景。無機化學教育家戴安邦教授說“化學實驗課是實施全面的化學教育最有效的教學形式。”[1-3]化學化工專業實踐性教學環節的重要組成部分是實驗教學。加強實驗教學不僅可以培養學生實驗動手能力,還可以培養學生的創新思維和創新能力,使實驗教學在培養人才中的作用得到充分的發揮。無機化學實驗是惠州學院化學工程系和生物科學系專業新生的一門基礎必修課,是學好其他化學課程的前提和基礎,在教學計劃中有非常重要的地位。無機化學實驗的教學目標就是使學生掌握無機化學實驗的基本操作技能、元素和化合物的基本知識和基本理論。培養學生具有實事求是的科學態度和良好的科學習慣及科學思維,為培養學生初步的科研能力打下基礎。
1完善實驗課程體系
惠州學院化學工程系無機實驗主要分為化工專業、應化師范專業的基礎實驗及應化師范專業的綜合實驗。化工專業安排在大一上學期完成,應化師范專業的無機基礎實驗安排在大一學年進行,無機綜合實驗安排在大三進行。化學工程系不同專業的實驗項目及類型是化學工程系現階段的實驗項目,在2010年時化學工程系針對無機實驗作了實驗課程的改革。首先,從實驗的課時上進行刪減,化工專業由原來的42學時調整為36學時,師范應化專業由原來的2學期72學時調整為60學時。其次,實驗類型的改革,減少驗證性實驗,增加設計綜合型實驗,如刪除了“氧硫”“鐵鈷鎳”等性質實驗。再者,老舊實驗內容的改革,比如“臺稱和分析使用及操作技能測試”;此外,有毒有害的實驗改革,如“錫、鉛、銻、鉍”“鋅、鎘、汞”;最后,增加2個微型實驗。
2更新優化實驗教學內容
2.1刪減陳舊、有毒有害內容,增加前沿領域實驗
化學工程系自2010年來對無機化學實驗進行改革。首先,刪除一部分老舊的實驗,因為實驗課的內容必須跟得上時代與科技發展需要。其次,刪除一些有毒有害的實驗,因為這些實驗對環境有污染,對師生身心健康發展也是不利的。最后,增加一些化學前沿的新實驗,以及介紹和了解國內外社會化學的新儀器和新技術。因此,無機課題組刪除“臺稱和分析使用及操作技能測試”實驗,因為現在的電子天平能夠精確到小數點后4位,相比于多年前的分析天平,不但操作大大簡化,而且精度更高。
2.2部分無機化學實驗的微型化
改革后增加硫酸銅合成和過氧化鈣合成2個微型實驗,微型化學實驗是國內外最近幾年新發展的一種實驗形式。相對于傳統實驗,微型實驗使用的化學試劑比較少,減少污染,提高課堂質量。微型實驗的試劑用量小,產物也少,可大幅度地減少實驗室空氣和水體排放污染,有益于師生的健康。儀器基本上可以做到人手一套,能實現人人動手的目標。學生通過自制儀器動手做實驗,既訓練了動手能力,培養了創新思維,同時提高了參與意識及動手操作能力。
2.3補充設計研究型實驗,培養學生的創新精神
驗證性實驗項目主要涉及到元素性質方面,加深認識從學生的理論認識到實踐層面,從現象到本質的項目。改革前化學工程系的實驗項目中驗證型占多數,考慮到驗證性實驗的局限性和教學方式的固化模式,針對這種狀況,通過改革合理調整、精簡了4個驗證型的性質實驗。無機化學實驗還補充了“三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀的制備、組成及表征”和“鉻(Ⅲ)配合物的制備和分裂能的測定”2個“設計型”實驗項目,該實驗包含反應制備稱量、真空抽濾、熱過濾、水浴加熱、蒸發、結晶和分光光度計儀器分析等一系列化學實驗的基本操作及數據處理,使學生的綜合能力得到較全面的訓練和提高。
3改進實驗教學方法
原有實驗教學中,老師講得多,學生做得少;重結果,輕過程,造成學生的積極性主動性沒有調動起來,使學生失去做實驗原有的興趣和熱情。惠州學院無機實驗改革也試圖改變這些弊端,使學生成為課堂的主體,教師作為引導者,在課堂設置情景問題,激發學生的熱情和潛能,主動地參與課堂。3.1實驗課堂引入問題情景的教學模式這種實驗課堂需要老師提前做準備工作,提前將問題設置好并布置下去,讓學生在課前去查閱相關的資料和文獻,并設計好實驗思路與路線。在課堂上提出自己的分析意見和依據,然后老師點評,同學們一起論證實驗的可行性。最終由這些思路和路線分組用實驗進行驗證。實驗課堂引入問題情景模式能真正地鍛煉學生,使他們不斷地發現問題、分析問題,最終解決問題。其真正地體現了高校實驗改革的宗旨,提高學生的自學能力與創新動手能力,有利于高校創新人才的發展和培養。3.2無機化學實驗課堂采用實驗預習報告和實驗報告“兩手抓”模式為了改變實驗預習報告和實驗報告流程化、形式化和空洞化的缺點,提出實驗預習報告和實驗報告“兩手抓”的模式。首先實驗預習報告不能像以前一樣只是抄書上的實驗目的、實驗原理、實驗藥品和實驗過程。必須通過自己的思考,查找相關的資料,提出實驗預設的方案和實驗路線,在實驗預習報告中體現出來。實驗課堂中結合老師的指導進行實驗,記錄實驗真實的現象,在實驗報告中總結實驗實際的結果與預設結果的差異,進行結果分析,最終形成實驗報告。3.3無機實驗課堂引入多媒體實驗教學在科學技術迅猛發展的今天,教學方式也在不斷的更新變化,多媒體教學除了在理論課得到廣泛的使用外,也在實驗教學方面得到了極高的重視。因為多媒體教學可以將一部分有毒有害易產生污染氣體的實驗在實驗室不能動手實踐的通過課件形式展現出來。這樣即使沒有進行實驗,但是仍然不影響學生對實驗原理和理論方面的認識,還能加強學生對環境環保方面的認識和處理。此外,將多媒體實驗教學引入無機化學實驗中,開發和引進無機化學CAI課件向學生展示以外,實驗數據繪制曲線的工作可以利用ORIGIN軟件輕松完成;通過專門的化學繪圖軟件CHEM-DRAW可以繪制出標準的方程式及化合物結構式。當然還可以引入很多的化學畫圖軟件為無機化學實驗服務,也能提高學生的興趣和熱情。
4科學合理考核實驗成績
科學合理地考核實驗成績首先就是將實驗課獨立出來,不能和理論課一起考核,以前大多數都是理論課占70%、實驗課占30%的模式,改革考核方式就是無機實驗課作為一門課,1.5學分,每學期單獨考核。實驗成績不應當是單一的成績,建議實驗成績=預習報告(30%)+實驗操作(40%)+實驗報告(30%),這樣多樣化的考核才能夠真實地考察學生的實驗動手能力和創新能力。
5結語
通過多年的改革與實踐,惠州學院化學工程系的無機化學實驗教學取得了一定的成效。一方面,學生能夠養成嚴謹的實事求是的科學態度,樹立勇于開拓的創新意識,全面提高綜合素質,為以后實際工作和科研工作打下堅實的基礎;另一方面,教師要不斷調整自己的知識結構,加強理論知識與實踐經驗,增加前沿知識與科學進步同步,為地方高校的無機化學實驗的改革作出不懈的努力,使培養出來的大學生更加適應地方企事業單位的人才發展需要。
作者:謝飛燕 刁貴強 鄭曉丹 單位:惠州學院化學工程系
參考文獻:
[1]戴安邦.全面的化學教育與實驗室教學[J].大學化學,1989,4(1):1-7.
關鍵詞:無機化學;實驗教學;教學改革;實驗考核方法
0引言
高等職業教育醫學檢驗技術培養的是具有較系統的醫學檢驗基礎理論,熟練地檢驗操作技能,具有較強的臨床檢驗和實驗室診斷思維及分析問題的能力,具有對各種檢驗結果進行初步評價的能力,了解常用檢驗儀器的基本構件和性能,具有良好的職業態度,能從事醫學檢驗和實驗室診斷工作的基本能力,在各級各類醫院檢驗科、醫學檢驗中心等相關部門醫學檢驗崗位一線的高素質技術技能人才。無機化學是醫學檢驗專業的文化基礎課,它要為學生學習后續的有機化學、分析化學、生理學、生物化學、分子生物學以及臨床檢驗基礎、臨床生物化學檢驗,微生物檢驗等基礎課程和專業課程打下堅實的化學基礎[1-3]。而實驗課又是化學的靈魂所在[4-6],是高等學校實踐教學的重要環節之一,具有很強的直觀性和操作性,是對理論教學的驗證和拓展,是學生將課本知識轉化為實踐能力的重要手段[7]。很多的規律和定律都來源于實驗,而實驗課又可以幫助我們驗證所學知識,并使所學的知識得到很好地鞏固的一種方式,所以實驗課在我們無機化學的教學中間占有很重要的地位。本人根據多年來的教學經驗和實踐,針對無機化學實驗課中間存在的問題,提出了幾點改進和探索。
1改進實驗課教學方法,提高學生對無機化學的興趣
化學是一門以實驗為基礎的學科,很多實驗的定律和結論都是來源于實驗,并可以通過實驗進行驗證的。但是我們傳統的無機化學實驗課都是以老師為主,學生為輔的講授、演示、練習為主的教學方法。這種方法已經比較陳舊,對于學生來說已經沒有新鮮感,無法喚起學生對無機化學實驗課的興趣。而且經常是理論課已經學習一段時間后,才安排實驗課的學習,很多同學在做實驗課的時候,已經不記得之前學習的理論知識,這樣無法真正做到理論和實驗相結合。針對以上情況,我們采取角色互換法來進行實驗課程的教學。該方法大大增強了學生對于課堂的參與度,將整個課堂交給學生來掌握,老師只指出不足和需要注意和指導的地方[8]。具體方法如下:在實驗課開始之前,先將學生進行分組,每個小組在本學期必須負責一個實驗的講授,包括實驗目的、實驗要求、實驗原理、實驗步驟以及注意事項等。其他小組必須討論并提出自己對于本實驗的看法及不同。在實驗的搭建和演示階段,主要由學生來完成,老師給予一定的指導和幫助。這樣既提高了學生對實驗課程的參與程度增加了學生對無機化學的興趣,又鍛煉了學生語言組織能力。
2合理安排實驗,提高學生對知識的掌握程度
無機化學是一門專業基礎課,設置在大一第一學年并且在一個學期內完成,共72個課時,其中實驗課的課時有限共14個課時。所以只能夠開設比較典型的具有代表意義的課。所以合理安排實驗課,提高學生對該門課程知識的掌握程度至關重要。我們該門實驗課程的安排是整個教研室團隊根據專業的特點及多年的教學經驗和后續課程的相關性,選取具有典型意義的無機化學實驗課程。這些實驗課程的難易程度、實驗的精準度、實驗條件的成熟性以及實驗的周期性都是經過我們精挑細選之后,并且符合我們的專業特色而開設的課程。這些課程的安排對于學生對我們書本知識點的掌握具有很好地作用。課程安排如表1。
3注重實驗數據分析,提高教學效果
在實驗教學中間,對實驗數據的處理和分析在整個實驗教學中占有很重要的作用,它不僅是我們對所學知識的驗證,更重要的是可以培養我們分析和解決問題的能力。我們知道一個實驗的結果,往往存在不同程度的差異,這些差異有的是儀器的使用不當造成的,有的是沒有遵守實驗操作準則,有的是沒有正確地進行實驗操作和記錄實驗數據。所以這就要求我們在做完實驗之后,一定要對實驗所得的數據進行分析和處理,得出實驗結果的出現差異的原因所在。例如:我們在做溶液的配置和稀釋的實驗時,要我們配置9g/LNaCL溶液100ml。我們在做實驗之前必須根據已知求出配置質量濃度為9g/LNaCL溶液100ml所需要的NaCL的質量,才能進行后面的實驗。如果所需NaCL的質量求錯的話,那么實驗結果必定有出入。又或者是在NaCL的質量的稱取時,沒有很好地把握天平的精確度的話,也會造成實驗結果的偏差等等。所以我們在記錄完實驗結果與數據后,一定要對實驗結果進行分析,找出偏差的原因所在,及時糾正,提高我們對無機化學知識點的掌握程度。在實驗結束后,我們通過小組匯報的形式對整個實驗進行分析和匯報,包括實驗目的、實驗要求、實驗步驟、實驗結果以及實驗數據的分析等。
4優化實驗課的考核方式,促進學生的全面發展
在傳統的實驗教學中間,一個實驗結束之后,老師是根據學生所撰寫的實驗報告進行評分的。有些成績差或是比較懶散的同學,他就可能在做實驗的時候沒有認真做,或是只是在一旁觀看并沒有真正做。而在撰寫實習報告的時候呢,就可能會抄襲那些成績比較好,或是實驗做得比較好的同學的實習報告。老師呢又是根據實驗報告來評定實驗成績的,這就導致了有些懶散或沒做實驗的同學也可能達到比較高的成績,造成了成績評定的不公平性。所以,我們把實驗課的考核也納入了學生期末成績的一部分。具體如下:期末成績=期考成績(60%)+平時成績(20%)+實驗課成績(20%)。實驗課的成績又由實驗課簽到5分、實驗課儀容儀表5分、實驗課的預習10分、實驗動手能力30分、實驗數據分析與匯報20分、實驗態度(包括實驗結束后的試驗工作臺的整理)10分、實驗報告20分共同構成。通過優化實驗課的考核方式,能夠很好地反應一個學生真實的水平,激發學生對學習的興趣,提高學生分析問題的能力,促進學生的全面發展。
關鍵詞:課程教學改革;無機化學實驗;實驗教學;學生能力培養
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)17-0090-02
化學是一門非常重要的自然科學,也是一門以實驗為基礎的學科,實驗可以說是化學的靈魂。無機化學實驗既是一門獨立的課程,又與相應的理論課無機化學有著緊密的聯系。如何通過改進實驗教學內容和教學方法,在幫助學生更好的理解和掌握理論知識的同時,培養學生的主觀能動性和創新意識,養成精準、細致的操作習慣,真正提高學生動手能力和獨立分析能力,學習運用無機化學知識解決實際問題的方法等等,是無機化學實驗課程改革的前沿問題之一。
一、改變傳統教學方法局限性,提高學生實驗技能
1.合理安排實驗順序,規范操作方法,切實提高學生實驗基本功。無機化學實驗是新生入校后學習的第一門基礎化學實驗課程。由于大多數學生在中學階段很少真正的進入實驗室進行實際操作,學生的水平參差不齊。因此,可以從學生第一次進入實驗室開始,就對其進行常用實驗儀器的介紹和實驗基本操作訓練。可以使學生對無機化學實驗這門課程有循序漸進的了解,又能使他們在實驗的過程中熟練規范操作,真正提高學生的動手能力。教師應該著重培養學生認真的實驗態度,并且要反復強調實驗者應嚴格遵守實驗操作規范。在每個實驗開始之前,教師要親自示范學生容易出現錯誤的操作,講解操作的注意事項和方法要點,先演示后練習,講練結合。操作示范時老師要做到動作熟練、規范、清晰直觀,這將對學生起到正確的引導作用。然后讓學生反復練習,老師在一旁指導糾正。教師還應教育學生養成良好的操作習慣,要求學生在每次完成實驗后及時整理實驗臺,對實驗的廢棄物進行妥善處理,保持實驗室整潔有序。這樣能讓學生養成細致、整潔、精準的操作習慣,具備綠色環保的實驗意識,進而提高學生實驗的綜合能力。
2.精選實驗內容,增加趣味性實驗,提高學生學習興趣。實驗教學,倡導聯系生活的教學策略,目的在于讓學生擁有豐富的直接的經驗。傳統的無機化學實驗教學方式只是讓學生驗證實驗結果與教材內容是否符合,學生只能學到某些機械性的操作,不能獲得一個完整的實驗概念。而且以前的實驗教學模式較為呆板,實驗內容不夠貼近生活實際,學生基本上沒有太大的學習興趣,只是按照教材所給步驟進行機械性的實驗,不能深入的分析總結。為了培養高素質應用型人才,真正提高學生的綜合實驗技能,提高學生的學習興趣,應對實驗教學內容按教學規律、知識層次科學地調整。一方面,考察和檢驗了學生基本知識和基本技能的掌握情況,激發了學生的學習積極性和主動性;另一方面,可以讓學生認識到化學和生活的密切關聯,使他們真正的參與到實驗探究中,合作意識得到增強,學習興趣大大提高。
二、改進實驗教學方法,注重培養學生的各種能力
1.增設開放設計性實驗,培養學生的創新能力。學生在教師指導下,選做一定數量的創新性實驗,進行新實驗項目的開發。這樣的過程使學生通過實驗去發現和研究解決問題的方法。學生在實驗的準備階段要充分查閱文獻,設計合理的實驗方案,進行自主設計探究,教師對方案進行檢查,在檢查無危險后,由學生獨立協作開展實驗。學生根據自己設計的實驗進行操作后就會發現不同的方案可以得出不同的結論。對于學生在實驗中遇到的問題,教師不直接的提出解決方法,而是鼓勵學生自己探索,尋找問題的答案。在實驗完成后,還應要求學生寫出實驗總結與工作體會。創新性實驗項目的開設能充分調動學生的主觀能動性,為學生發展自身創造性提供廣闊的空間,這將顯著提高學生的思維靈活性,激發學生創新能力。
2.鼓勵學生對異常現象進行探索,培養學生觀察思考能力。在實驗課上,要求每一位學生都能集中注意力,仔細觀察實驗現象,特別是要對那些與預期不相同的現象進行更深入地分析。首先,應該重復實驗,驗證該異常現象能否出現重現性。大部分同學通常是因為加錯試劑而導致出現異常現象;而其他可能導致異常現象的原因主要還有,器皿不潔凈、試劑變質或者反應溫度控制不當等。可以通過對照實驗或改變實驗條件找出異常現象的原因,進而使學生認識到每個實驗現象的出現都是有原因的,不要輕易忽略任何一個異常現象。
在實驗過程中出現異常現象是教學的好時機,通常學生會對自己學到的理論知識產生懷疑,如果有正確的引導不僅可以加強他們的觀察能力,而且在思考的過程中可以促進他們對理論知識的認識更加深刻,取得事半功倍的教學效果。
3.建立嚴格的考核方式,培養學生的綜合實踐能力。為滿足新時期教育對實踐動手型人才培養的發展和要求,建立科學合理、客觀公正、綜合有效的實驗考核方式已成為高校基礎實驗教學發展的主要方向。我們可以采用預習報告、課堂操作、實驗報告、實驗考試成績四項相結合的考核方式對學生進行綜合評定。教師應要求學生在實驗前寫好預習報告,其中實驗主要藥品的物理常數,實驗的最佳方案,實驗過程中的注意事項必須由學生親自查閱、總結。預習報告由教師在學生做實驗過程中逐一檢查批閱。這樣既可以幫助學生提前熟悉實驗過程,不至于在實驗時感覺無從下手,又可以促使學生明白細節問題對實驗結果及實驗成敗的重要性。學生的課堂操作直接反映了學生的動手實踐能力和實驗態度。課上每2~4名學生分成一組,選出一人負責收發實驗報告和安全事宜。學生在教師的講解示范后進行獨立操作,教師在指導糾正的過程中能清晰的了解每位同學的掌握情況并給出相應評定。傳統的實驗報告批閱過分地注重實驗數據,并不能真實地反映學生平時的學習情況,甚至會導致有部分學生為了拿高分而肆意編造實驗結果的情況。因此,實驗報告的批閱側重點應放在實驗的每一個環節,如報告書寫、計算過程、問題討論、誤差分析、圖表技巧等等,而且要更注重綜合設計實驗的總結部分。實驗考試包括口試和筆試,口試主要在學生實驗的過程中回答老師提出的問題,另外,在整個實驗課程結束后,還要進行筆試考試以考核學生對學科的整體掌握度。這樣的考核方式能科學有效地對學生進行學習效果評定,引起學生對無機化學實驗的重視,促使學生主動學習和掌握相關技能,從而提高學生的動手能力和實驗基本素質。
綜上所述,通過化學實驗教學內容、教學方法和考核方式的改革,可以提高學生獨立分析和解決問題的能力,培養學生的創新意識,使學生真正掌握實驗理論知識和實驗操作技能,從而達到綜合能力的整體提升。進而體現教育的以人為本的課程教學改革特點,切實提高無機化學實驗的教學質量和效果。為當今社會培養勤于動手、善于創新的高素質人才。
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化學實驗是學生學習化學科學知識的重要方法和途徑。通過實驗,使學生加深對化學中基本概念、基本理論、元素及其化合物的性質和反應性能的理解,逐步學會準確地觀察和分析化學反應現象以及處理數據的方法,以提高學生分析問題和解決問題的能力。但在教學實踐中,實驗教學常常未能得到應有的重視,其作用也未能得到充分發揮。造成這一狀況的原因是多方面的,而科學有效的考核評價方式,是改變這一狀況的重要手段。
1 化學實驗考核改革的必要性[1~5]
過去,傳統的化學實驗成績基本上是根據學生的實驗報告給定的,報告反映了學生實驗的部分情況,但難以反映出全部情況,特別是實驗操作技能方面的情況。僅憑實驗報告,無法看出學生實驗操作是否規范正確,更看不出學生操作技能的高低與熟練程度。學生只重視寫實驗報告造成的另一個不良后果,是對實驗產生厭煩情緒和草率應付的態度。這種情緒和態度,對學生良好實驗素質和嚴謹科學態度的培養與形成是非常不利的。為改變評價學生實驗成績不夠全面,激發學生對化學實驗的興趣,強化對學生實驗操作能力和創新能力的培養,很有必要對實驗考核進行改革。
2 化學實驗考核辦法的改革構想
我們以無機化學實驗為試點,從以下幾個方面對實驗的考核進行了思考。
2.1 完善實驗成績的評定標準改變單一地依據實驗報告評定實驗成績的方式,改為從實驗基礎理論、實驗操作、實驗報告、實驗創新、實驗紀律等幾個方面進行考評,每個方面要制定若干具體的量化條件,使實驗考核更加全面、真實、準確。
2.2 進行實驗基礎理論的閉卷考試目的是突出化學實驗的一個重要教學目標,那就是通過化學實驗的學習,使學生掌握化學實驗的基本知識及化學實驗基本操作技能;掌握化合物的一般分離和制備方法;使學生加深對化學中基本概念、基本理論、元素及其化合物的性質和反應性能的理解。
2.3 重視實驗紀律和實驗行為的規范化把實驗紀律和實驗行為的規范化納入到考核范圍中,以促進學生良好實驗行為和習慣的養成。
2.4 重視實驗報告的完成質量一份好的實驗報告是實驗完成質量的具體體現。實驗報告反映了學生是否細致觀察和記錄現象,是否學會歸納、綜合、正確的處理數據和分析實驗以及用語言表達實驗結果的能力。
2.5 強化對實驗操作能力的考核化學實驗屬于實驗技能課。培養實事求是的科學態度和認真細致的工作作風,為將來從事教學、科研等實際工作打下堅實的基礎,是培養學生的最終目標。
2.6 增大對創新行為的評定和賦分量意在鼓勵學生的創新精神,培養他們的創新能力。
3 化學實驗考核改革的實踐內容
無機化學實驗內容除基本理論的驗證外,還有無機制備、探索科研方向的綜合性實驗。那么如何準確測量和評價學生對無機化學實驗掌握的程度以及動手能力、觀測能力、查閱資料能力、思維能力、表達能力和分析問題解決問題能力的高低呢?近幾年我們對無機化學實驗考核辦法進行了積極的探索與實踐,形成了形式多樣化的考核模式,經過幾屆學生的教學實踐,達到了比較理想的教學效果。
3.1 實行實驗單獨考核為了使實驗教學達到預期的目標,正確的考核方式是一個關鍵。無機化學實驗的考核依據學生的實驗態度、實驗紀律、實驗理論基礎知識,實驗操作的規范性、數據處理的能力以及報告完成的質量進行綜合評分,成績按百分制計分。使學生意識到無機實驗是一門單獨的專業課程,并不是無機化學的附屬課,這樣就可以引起學生思想上的足夠重視,有利于學生加強對實驗的學習。
3.2 無機化學實驗考核改革的幾種模式的探索研究與實踐
3.2.1 “實驗知識問答+基本實驗操作+單獨操作制備實驗”模式2003~2004學年第1學期我們對2003級《無機化學實驗》的考試進行了該模式的實踐。此次考試考查內容分兩部分:①實驗知識問答、基本實驗操作。滿分為80分。②每人一組,單獨操作制備實驗《硫酸亞鐵銨的制備》。滿分為20分。
具體做法是:①在實驗室中我們選取了不同的試題對每個學生進行了實驗基本知識提問,并要求每個學生進行一項基本操作,據此打出分數;②《硫酸亞鐵銨的制備》實驗過程中,根據學生的操作情況和產品的質量、純度進行打分。兩項總分為最終分數。由于事先對該次考試的模式給同學們進行了說明,學生們積極性很高,課下進行了積極的操作演練,考試結果令人滿意。
這種模式注重的是對學生實驗過程的考核。實驗時,實驗過程是很重要的。一個實驗成功與否的關鍵就在于它的操作過程。在考核中,我們要考核學生實驗的基本操作方法、技能和技巧,看他是否知道各種無機化學實驗儀器的正確使用,是否具有安裝、設計簡單實驗裝置的能力,基本操作是否熟練,新的操作能否掌握。我們對學生的考核貫穿于整個實驗過程中,檢查學生實驗預習情況,看學生在實驗中的表現,包括所作的記錄是否真實,能否正確地觀察實驗現象,能否順利地完成實驗,實驗結果是否正確。另外,在考核中,教師還要根據學生所做的實驗對其進行提問,看他是否真正掌握了該實驗的原理和相關操作,要求學生回答或演示實驗的關鍵點,從而對其實驗效果、實驗能力、基本技能、創新意識等做出綜合評價。我們對學生實驗過程中出現的問題給予當場指正,實驗中學生就可以自覺地用標準要求自己,改進不正確的操作習慣和實驗行為,從而提高自己的實驗技能與水平,而且這種近距離的考查可加強師生間的交流,形成良好互動的教學氣氛。
3.2.2 “平時基本操作+制備實驗+設計實驗(文獻資料查閱)”模式2003~2004學年第2學期我們對2003級《無機化學實驗》的考試進行了該模式的實踐。①平時基本操作表現占30%,我們根據平時實驗報告、實驗出勤率、每個實驗中的表現記分;②高錳酸鉀的制備實驗占20%,實驗在同一制備原理下,按組給出不同的反應物配比,根據制備出高錳酸鉀的產率、品質給出成績;③設計實驗無機材料的新制備方法。要求每位同學通過各種渠道(圖書館、系資料室、網絡)查閱文獻。
在這一次的無機實驗考核過程中,我們除了繼續加大對學生操作能力的考查外,第1次嘗試了文獻資料的查閱工作。同學們積極性很高,通過各種渠道查閱目前最新的無機合成資料,培養了同學們進行科研的意識,收集文獻資料、整理文獻資料的能力得到了鍛煉,初步形成同學們做科研的基本思路,對同學們以后進行畢業論文的設計打下了良好的基礎,同時也為實驗教師提供了豐富的第一手材料,師生收益都很大。
3.2.3 “元素實驗設計操作考試+實驗理論閉卷考試+平時實驗操作表現”模式2005~2006學年第2學期我們對2005級化學專業《無機化學實驗》的考試進行了該模式的實踐。第2學期的實驗側重點主要是無機化學元素驗證實驗,涉及到的實驗基本操作較少。以前考查的重點為無機元素實驗理論,方式為閉卷考試,我們一直在思索如何進行元素實驗的設計與操作考試,本次考試,我們進行了大膽的嘗試。
本次實驗考試分基本操作考試,試卷考試兩部分。成績按三部分計算,基本操作考試占總成績的30%,試卷考試占總成績的60%,平時實驗操作表現占總成績的10%。平時成績根據實驗報告、實驗出勤率、每個實驗中的表現記分。
實驗理論閉卷考試的試題強調了對實驗過程、實驗原理的分析,突出考查學生的探究過程,增加了設計性、開放性實驗內容,重視學生的創新意識,要求進行實驗結果敘述,不僅較好地考查考生的語言表達能力和說明問題的能力以及綜合設計能力,而且考查了學生的觀察能力、分析能力、實驗設計能力和實驗評價能力。
為了考察學生通過本學期的性質實驗、化合物的合成、綜合設計實驗的訓練,對實驗的綜合設計能力,分析問題、解決問題能力的培養情況,根據該學期的實際執行的實驗教學計劃,我們經過精心的考慮與設計,制定了與本學期所做實驗有關的元素實驗操作考核十個題目。針對實驗考核題目的設計要求,讓學生抽簽決定他所要做的是哪一個,學生要在指定的時間內完成實驗,并當場寫出實驗設計方案和合理的實驗步驟,并根據題目提供的試劑演示實驗結果。由于學生對本次操作考試比較重視,考前做了充分的準備,所以成績比較好,大部分學生分數集中在67~93之間。
這是一種透明考核方式,是教師考核與學生自我評定的一種結合。教師在巡視、指導學生實驗時,通過直接觀察,記錄學生實驗操作的過程,考查其操作水平,對學生所做實驗進行考核。同時學生也會不自覺地根據評定標準,對自己的實驗情況進行評定。教師的考核與學生的自我評定結合起來,就形成了每個學生的實驗考核成績。這樣的考核方式,體現了對學生的尊重,避免了教師單方考核的偏差。他們了解標準,掌握尺度,實驗中就可以自覺地用標準要求自己,改進不正確的操作習慣和實驗行為,從而提高自己的實驗技能與水平,增強了學生的參與意識,提高了其實驗興趣。
考試之后學生都深刻認識到,只有平時認真對待每一次實驗,親自動手操作,期末考核時才能做到得心應手,運用自如。通過以上方式的考核,不僅全面考查了學生的實驗能力,也使學生看到了自己的不足,考核后學生仍可在教師的幫助下,進一步練習操作,學習設計,彌補不足,提高其實驗能力。
4 化學實驗考核改革的效果
通過這幾年的無機化學實驗考核辦法的改革與實踐,我們收到了良好的教學效果。
運用改革后的實驗考核方法,我們首先了解了實驗任課教師的實驗素質、實驗教學水平、對學生的組織指導等情況。教師通過實驗考核提供的反饋信息,為實驗教學中的因材施教提供了有效的參考資料,也更明確自己在實驗教學中的長處和不足,從而不斷提高教學質量。
化學實驗考核改革之后,學生對化學實驗產生了濃厚的興趣,更重視實驗的全過程。為了更好地完成實驗,獲得較好的實驗成績,他們實驗前認真查閱相關資料,明確實驗目的,知曉實驗原理,了解實驗的內容、步驟、操作過程和實驗時應注意的事項,同時寫好預習筆記,做到心中有數。在實驗的過程中,學生能夠按照實驗步驟、試劑用量和儀器的使用方法,嚴肅認真地進行操作,積極、主動地完成實驗任務,不放過每一步操作細節,細致觀察實驗現象,如實地做出記錄,得出實驗結果。當出現異常現象時,認真分析并找出出現異常的原因。實驗完畢,對實驗進行全面總結,認真完成實驗報告。學生把實驗作為培養自己、鍛煉自己的實踐機會,并產生強烈的探求欲望,從實驗中他們也獲得了自信心和成就感,同時也養成了良好的實驗習慣。
新的實驗考核方法促進了學生嚴肅認真、實事求是的科學態度和嚴謹的科學方法的養成。化學實驗考核改革以后,學生更認真對待每一次實驗,能夠通過實驗對問題作出較合理的解決。在實驗中,無論是儀器的使用和裝配,藥品的取用和添加,還是操作方法和步驟,現象和數據的記錄等,學生都能夠做到嚴肅認真、一絲不茍、實事求是,特別是當因儀器刷洗不凈、藥品用量不當、溶液濃度不準,或操作不規范、反應溫度控制不當,而導致實驗失敗或觀察到的現象及所記錄的數據與預期的結果有出入時,學生都能夠尊重事實,不臆造或修改實驗結果,并認真分析,查明原因,重新操作,有的學生還改進實驗設計。這樣就逐步掌握了科學的思維方法和實驗方法,培養了學生勇于探索的毅力和自信心,提高了學生的科研素養。
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在無機化學實驗教學考核的過程中,僅憑實驗報告成績和期末考試成績,不能準確地衡量學生的實際實驗能力。為了科學地評估學生的實驗能力,需要優化傳統的實驗課程考核體系,建立全面的無機化學實驗綜合考核辦法。將學生的課程成績分為實驗過程成績、實驗報告成績、實驗理論考試成績,單項成績不合格,則總成績不合格。這種考核方式促使學生認真地對待每個實驗環節,有效地提高了學生的綜合實驗素養。實驗過程成績是教師在指導學生實驗過程中,根據學生實際操作情況給出的評價;實驗報告成績主要是根據學生的預習實驗報告和實驗報告書寫、數據處理及分析等來評判;在實驗理論考試中,除了常見考題外,還結合材料化學專業特點,增加了實驗方案設計等考核內容,突出了綜合實驗能力和創新能力的考核,促進學生實驗能力的全面發展。
2創建適合材料化學專業發展需求的無機化學實驗教學模式
進入21世紀以來,材料科學發展愈加迅速,新材料、新技術、新產品不斷問世,與此相適應,對材料化學人才培養也提出了新的要求。材料化學專業無機化學實驗授課模式必需緊跟時展步伐,及時調整課程結構與內容,引入學科發展的最新成果,介紹學科內容中的多種學術觀點及學術背景和發展動態,開闊學生學術視野,提高學生的學習興趣。教無定法,教要得法。要使課程教學生動活潑,教師必須不斷更新教學內容,創新教學方法與手段,增強課程教學的趣味性,促使學生積極參與,在實驗中勤于動手、動腦,實現教師教學方式和學生學習方法的轉變。
2.1采用多媒體輔助教學和建設實驗教學網絡平臺
多媒體教學是利用多媒體軟件對文本、聲音、圖像、圖形、動畫等信息進行處理,教師配合多媒體放映進行講解,將教學內容用特技方法顯現出來,能充分創造一個有聲有色、圖文并茂、生動直觀的教學環境,從視覺、聽覺等多方面給學生留下深刻印象。無機化學實驗教學可以采用多媒體(視頻)教學,它不僅教學信息量大,而且可以非常直觀地演示實驗操作和過程。隨著現代科學技術的發展,有些實驗可以采用多媒體技術進行輔助教學,如基本操作單元、儀器的使用等。這些實驗項目信息量大,操作細節多,僅靠教師在課堂教學有限的時間內進行演示和講解往往是不夠的,而且總有學生沒有注意到一些具體操作細節,因此,可以將這些實驗演示制成多媒體課件或視頻資料,放在課程網絡平臺上,學生可以不受時間、空間的限制,反復觀看,自主地開展預習、復習。這樣不僅增強了課堂教學的可視性,而且增加了教師演示的可再現性,延長了學生的學習時間,從而有益于提高學生操作的規范性,使實驗教學得到延伸。
2.2將生產生活實例和教師科研項目引入實驗教學課堂
不同專業對無機化學實驗教學的要求是不一樣的。我院材料化學專業的培養目標是培養具備材料化學相關的基本理論知識和基本技能的應用型高級專門人才。因此,學生必須掌握物質的結構與性質、性能的關系,這需要在教學中注意教學內容的層次性。在無機化學實驗教學中,我們盡可能選擇與專業相關的真實實驗課題和實驗樣品,將生產生活實例引入實驗課堂,營造實戰氛圍,做到知識性、實用性、趣味性的統一。同時,我們還選取了一些與生活息息相關的實驗,如鋰離子電池正極材料的制備、膠囊殼中鉻含量測定等,這樣的實驗學生感興趣,實驗熱情高,有助于學生綜合能力的培養。為了進一步提高實驗課堂教學質量,我們還在課堂教學中引入教師最新科研課題成果,使實驗教學更加貼近科研實際,既豐富了實驗教學內容,又增加了實驗教學的先進性、新穎性,在加深學生對所學知識的理解和實驗技能的熟悉時,還能培養他們的科研興趣,提高理論聯系實際的能力,對科研工作產生感性認識。
2.3實施開放性實驗教學
在傳統的無機化學實驗教學中,學生往往處于被動地位,教師處于主動地位。從實驗項目選擇、實驗方案選擇、實驗儀器與試劑選擇,都由實驗老師預先完成。在這種照方抓藥的實驗教學模式中,學生往往興趣不高,應付了事。在優化實驗教學內容結構的前提下,實行開放式實驗教學模式,可以提高學生實驗興趣,強化教學效果。在學生自主的基礎上,利用學生課余自由時間開放實驗室,對于實驗技能較差的同學,讓他加強基本操作單元和基本技能的練習。在學生較好地掌握實驗基本操作技能后,可以讓學生自主選擇一些設計型、綜合型、應用型實驗。在教師的指導下,學生獨立設計實驗方案,獨立完成實驗,并認真進行總結,以全面鍛煉學生的實驗能力和提高綜合素質。
3結語