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科技水平的不斷提升加速了信息技術在教學中的廣泛應用,在化學教學的過程中,教師可以采用多媒體等先進的科學技術手段,加強學生的綠色理念學習。在我們的現實生活中,可能會因為環境因素、實驗器材制約問題等使一些實驗無法進行,面對這種情況,化學教師可以通過課前在網絡上查找一些仿真的綠色化學實驗視頻、錄像等內容,以直觀而生動的形式為學生呈現化學實驗的過程,將傳統的教學方法與先進的多媒體教學模式相結合,一邊播放視頻,一邊為學生講解實驗的注意細節和實驗的重點等內容,加強學生對實驗的認識。例如在滬教版九年級第六章《溶解的現象》這一課的實驗過程中,教師可以利用多媒體等信息技術手段進行實驗指導。教師可以在課前設計一些PPT或者使用化學模擬實驗軟件,在電腦中,模擬高錳酸鉀晶體放入500毫升的燒杯中,然后注入300毫升水并攪拌過后,會產生的化學效果,使學生沒有通過實驗,也能夠直觀的感受化學的變化和魅力。
二、應用先進的微型化學實驗方法
微型化學實驗方法是一種新型的化學實驗方法,在國內外眾多的化學教學中被廣泛的應用,并取得了良好的效果。微型化學實驗方法主要是在化學試驗的過程中,使用的微型的化學儀器和裝置進行實驗,并且實驗所使用的化學試劑用量嚴格控制在百分之一到百分之十之間,從而有效的減少實驗廢棄物和污染物質。這種微型化學實驗方式在化學實驗中植入綠色理念的重要表現,不僅減少了污染物質和資源浪費,同時也能夠培養學生形成良好的綠色思維意識,推動化學實驗教學的不斷深入開展,充分提升學生的化學水平,達到保護環境、減少污染,科學教學的目的。例如在對滬教版九年級第8章《食物中的有機化合物》這篇課文的實驗過程中,教師可以充分利用微型化學實驗方法指導學生進行實驗。在實驗的過程中,在不影響實驗效果的基礎上,可以盡量使用較少的淀粉、蔗糖等材料,放到酒精燈上進行加熱實驗,根據物體燃燒的顏色變化判斷食物中的有機化合物。
三、科學處理化學實驗的廢棄物品
[關鍵詞]綠色化學;高校教學方法;途徑
“綠色化學”這一詞是從20世紀末開始出現并廣泛應用。它的出現符合人類可持續性發展的需要,是通過利用化學的技術及方法來盡量消除或減少化學產品在設計、制造和應用中所產生的有害物質。作為高校的化學教育工作者,應該將綠色化學融入到高?;瘜W教學的全過程中,并努力進行課堂的教學改革。
一、綠色化學的內涵
綠色化學可以理解為環境無害化學或者是清潔化學,其內涵為在化學反應過程中及化工產品生產中,采用化學技術和方法將生產與使用中產生的有害物質降到最低,以減少對環境的污染和對人類的危害。其著眼點放在了生產的源頭就開始消滅污染,并在生產過程中降低一切環境污染的可能。比如,開發新的綠色合成試劑替代現有的化學試劑;再比如,用水替代有機溶劑或者是徹底革除掉溶劑,或者摒棄使用一些石油化工原料而用生物制品作為替代等等,綠色化學最早被化學工業發達的美國率先提出并使用。這是一門新興的科學,是對傳統化學思維方式的發展和創新,同時它也是更高層次的化學。目前,許多國家都將綠色化學作為未來化學發展的主要方向。
二、綠色化學的教學意義
生態環境和人類的生存發展息息相關,但是科學技術迅猛發展給人類帶了巨大經濟效益的同時,也給人類帶來了嚴重的環境污染甚至是生態危機。比如,海洋污染、土地污染、水污染、大氣污染等,如果不提高環保意識與采取措施,人類就會遭遇可怕的生存危機。因此,綠色化學應運而生。高校的化學教育是為了培養更多化學領域的高素質人才,將綠色化學融入到高校的化學教學中,能使這些人才牢固樹立和提高綠色化學環保意識,養成綠色化學的習慣,將來可以在所從事化學工業的工作中將綠色化學的概念和思想推廣開來,為人類的環保事業提供更多的幫助。所以說,高校的化學教育者肩負重任,要在化學教學中積極地引入綠色化學教學模式,做到普及和宣傳綠色化學,并開始研究如何在化學教學中更好地融入綠色化學教育,樹立和提高學生的綠色化學意識和環保意識。
三、高校綠色化學教學方法和途徑
(一)增強學生綠色化學的意識
我們可以通過對照新舊教材版本,從中發現新教材十分注重對于環境的保護。例如:很多新教材在有機化學部分中增加了關于氟氯烴的相關知識。這種材料多用作冷凍機等設施的制冷劑,可是它會對大氣中的臭氧層造成嚴重的破壞,而一旦臭氧層被破壞,地球上的生物都會受到強紫外線的威脅,所以我們應該呼吁停止使用氟氯烴。因此,化學教師必須充實自己綠色化學的知識,多多學習、多多搜集資料,并將之用于課堂教學,培養學生的環保意識,增強學生的綠色化學意識。
(二)在課堂教學中融入綠色化學
高校的化學課堂教學是融入綠色化學的主要途徑之一。課堂上,教師需要充分使用綠色化學元素,聯系實際的教學目標任務,向同學們傳授綠色化學知識,做到“恰當、恰好、適量”,將綠色化學滲入內、寓于中。與此同時,教師應該調動學生們主動思考的積極性,讓學生們自己拓展思路得出綠色化學替代傳統化學的方法。這樣一來,不僅課堂變得生動有趣,同學們學習化學的熱情會高漲,而且這樣依靠自己主動思考得出的結果會更加深刻地印在同學們的記憶中。另外,可以在課堂中舉一些化學物品對環境造成巨大危害的例子,當學生真切地感受到其危害時,學生就會產生了環境保護、使用綠色化學的強烈意識,在潛移默化中具有了環保意識和綠色化學意識,從而也達到了教育目的。
(三)將綠色化學理念融入到化學實驗操作
1.微型化學實驗?;瘜W微型實驗法是指在滿足原有實驗效率的基礎上,通過優化實驗條件、精簡實驗方案,在減少實驗原料以及實驗設備的情況下,能夠達到或者接近目標收率的實驗方法。其中,實驗裝置微型化和實驗原料少量化是化學實驗微型化的重要特點。微型化學實驗的試劑用量與常規實驗用量相比很小,只占常規用量的幾十分之一以內,這樣對于實驗室環境非常有利,尤其是對實驗室排放出去的空氣以及水體的污染程度有所降低,而且操作也更加簡便,藥品也更加節約。這些都說明了綠色實驗的發展方向。比如,某高校優化了氯氣的制備方案。他們制備氯氣的方法是:將稀硫酸和漂白液通過在培養皿中反應制得氯氣,通過此法生成的氯氣快速地擴散到培養皿中其他的液滴里產生反應。這個制備方案不僅效果十分明顯,尤其是生成的氯氣量很少,對環境產生的污染較小,并可以同時驗證多個性質的優點。再比如,試管是許多實驗中都離不開的重要工具,但是過多地使用試管不僅不方便,而且會造成嚴重的浪費。那么,我們可以將使用試管改為在點滴板上進行實驗操作。這樣一來,不僅能避免不必要的藥品浪費,還能提高操作安全性,減少污染,特別是還能提高實驗進行的速度。2.化學實驗規范性操作?;瘜W實驗操作有其嚴格的標準與規范,比如藥品試劑的稱取、處理三廢流程方法等,操作流程具有縝密性。如果未按照操作標準與規范執行,很有可能造成藥品試劑的浪費以及環境的污染,甚至造成生命財產損失的威脅。比如,在實驗過程中產生的“三廢”應嚴格按照操作規范進行無害化處理,處理完后方可排放。這些過程和結果的理性認識都蘊含著綠色化學理念,對于學生的引導非常重要。這種引導除了可以激發學生對化學的學習興趣外,還能增強學生的社會責任感和使命感。3.化學實驗無害化藥品?;瘜W實驗的目的性很強,教學過程中對于培養學生動手能力、學習興趣、專研能力等發散性教育目的要給予足夠的重視,注意由淺入深。對實驗中產生的現象與實驗原理的解讀往往最能吸引學生,通過這些理論與現象的結合闡釋來引起學生的深思。比如,圍繞環境污染少的原則進行實驗藥劑選材,了解哪些選材造成的污染比較嚴重,哪些選材可以減少或緩解污染,這樣學生會自己朝著這個方向努力,開拓思維,深度理解無害化藥品進行化學實驗的綠色理念。比如,白磷自燃實驗,白磷自燃的產物對環境的污染性可以引導學生的發散性思維。通過舉例如乙醚水解產生的SiH4可以在水的表面自燃,從而讓學生了解自燃的同時,想到用綠色化學理念解決問題的構思。4.高危實驗用計算機輔助模擬。在進行實驗之前,我們通常會通過計算機模擬高位實驗評估實驗的安全系數,這主要是因為一些化學實驗中往往會涉及到一些有毒有害物質,并且危險患較多(如易燃、易爆等),很可能會給實驗人員的身心帶來不同程度的傷害,同時對環境的污染也有可能會失控,以上的情況與綠色化學理念形成一定的反差。目前,比較流行的方法是采用計算機模擬實驗,利用計算機技術對實驗原理、實驗現象進行模擬,讓學生在計算機仿真操作的過程中同樣有身臨其境的感受。這樣一來,實驗的目的到達了既幫助學生理解、掌握理論知識,同時,還減少了“三廢”污染?;厥绽猛ǔT诨瘜W實驗完成之后,大量廢液會被傾倒,無疑會對自然環境造成很污染和破壞。綠色化學教學大力提倡回收實驗廢液,這是屬于我們化學教育工作的重要任務。例如,對實驗室制取氨氣后的氫氧化鈣可以固體回收,用做干燥劑。
(四)將綠色化學教育延伸到社會實踐中
1.通過多種途徑調查和了解所在地的環境狀況,分析當地的環保現狀,撰寫關于環保的論文。2.學以致用,造福社會。如鼓勵學生用問卷調查方式,了解當地一些社區居民對綠色科技的看法,根據問卷調查結果,進行綠色環?;顒拥男麄骱推占?。3.成立綠色化學實驗研究小組,鼓勵學生實施環保化學實驗;培養微型實驗儀器的制作能力;開展對實驗的無害化研究,以此來提高學生勤于動手的實驗探究能力。4.通過環境保護紀念日等途徑,開展綠色化學的宣傳活動。比方說,在社區里擺放一些日常生活中經常用到的化學品,通過安排多名學生講解,達到普及宣傳的目的,讓更多的人了解化學用品使用或處置不當對環境的危害,使人們共同來愛護我們共同的家園。綠色化學在化學教學中任重而道遠。在實際教學過程中,高?;瘜W教師應努力通過多種教學方式,在夯實學生的化學理論基礎上以及提高學生學習興趣的同時,將綠色化學理論引入課堂教學和實驗教學中去,為綠色化學的發展貢獻自己最大的力量,也為我們國家的可持續發展戰略的實現盡一份力。
參考文獻:
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2008年北京奧運會的理念是“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”。請你用學過的化學知識回答下列問題。
(1) 吉祥物――“福娃”的造型融入了許多中國傳統藝術的精華,代表了中國人民的夢想和渴望。其制作材料有棉、純羊毛、合成纖維等。請寫出鑒別這三種纖維的方法及現象。
(2) 獎牌――“金鑲玉”的設計融入了中國特色的玉文化,是奧運獎牌設計史上的一次突破。銀、銅的金屬活動性順序為______。(請用化學方程式表示)
(3) 火炬――“祥云”的燃燒系統采用了特殊技術,對氣溫、氣壓和風雨等極端外部環境都有著很強的適應性?;鹁嫒剂先紵龝r的化學方程式為X+5O2 3CO2+4H2O,則X的化學式為______。
(4) 國家游泳館――“水立方”采用了許多創新科技。游泳池水通過溢流均衡水箱過濾器消毒裝置活性炭罐……過程可達到循環利用的效果,其中活性炭的作用是______。“水立方”外表采用了膜結構,在下雨天可對雨水進行收集、處理、再利用。請設計測定某次收集到的雨水pH的方法:______。
(5) 為了讓奧運的北京天更藍,水更綠,空氣更新鮮,人人都要行動起來。某化學活動小組欲測定某工廠排放氣體中SO2的含量,將收集的80 g工廠廢氣樣品通入到46.8 gNaOH溶液中,恰好完全反應,此時溶液質量增加到50 g(假設廢氣中只有SO2與NaOH溶液反應,化學方程式為2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O)。求:① 該廢氣樣品中SO2的質量分數;② 反應后溶液中溶質的質量分數。
(6) 假如你是北京市民,請你為“綠色奧運”獻計獻策。(一條即可)
關鍵詞: 中學物理教學 綠色教學理念 授課形式
物理是基礎學科,其內容豐富翔實,講解方式精彩,在教師的主導下充滿了各種新奇因素,它更是人們不斷地通過實踐來探索、發現創造的基礎,非常適合對學生進行綜合能力的培養,也是義務教育階段的啟蒙學科,其目的是讓學生理解和掌握基本的語言文字表述方式、發散的思維和溝通的方法,得到必要的物理思維訓練,獲得廣泛的物理活動經驗。因此教學方面應該以學生的接受和認知能力、興趣愛好為條件,注重因材施教,減輕學生負擔,啟發學生多加強探索和交流。未來的二十一世紀,是一個以交際為動力和先導的迅速發展的時代,各個領域物理知識的浪潮洶涌而至,人才的競爭越來越激烈,而人才的競爭開門鑰匙無疑是其文化素質和分析能力。因此,探索綠色健康、自然可行的教學方式十分必要。
一、尋找授課新形式
從綠色教學的角度,必然要求我們要在傳統教學實驗以外去尋找新的實驗素材,包括新的內容,新的課題,新的方法,尋找綠色物理新素材的過程本身就是對傳統教學實驗的革新過程,在這個過程中,可以激發學生的創新思維,培養學生的創新能力。授課應動靜搭配,教學內容要益于培養學生的發散性思維,可適當通過溝通了解學生對作業的接受程度和態度,課堂作業要合理選擇作業的內容和形式,注重作業設計的針對性和層次性,提倡探究性、開放性和生活化的有創意的作業設計。而課后作業則要適量,可根據需要布置調查、游戲、設計制作、日記等實踐性作業,要積極關注學困生的作業情況,發揮作業的表現作用、激勵作用,可適時引導學生建立學習共同體,發揮同伴作用,多讓學生發表想法,熱情鼓勵,細致指導,降低起點,不能讓作業成為他們的思想負擔。
二、探究適宜新方法
中學物理教學中有大量豐富的方法,通過探究可以有效地培養學生的觀察能力和實際交流技能,幫助學生理解枯燥的詞義概念。但是,教科書中提供的部分知識存在有待改進的地方,如果能夠合理利用其中“待改”因素,不僅能夠進一步激發學生學習物理的興趣,而且對于培養學生創新能力、樹立綠色物理觀念也有獨特的功效。給學生一定的思考、討論、比較,通過探究改進實驗新方法,可培養學生積極主動探索的精神,增強學生的自信,強化學生的創新能力。
三、鼓勵研究新問題
中學物理教學多注重語言功能的重要性,即按教科書為主要內容,在此基礎上拓展開來進行語言文字的描述,在教學的同時,提高學生的思維和溝通能力,這對于學生學知識來說是很必要的,但物理知識的重要功能是探索性??茖W的發展需要經過不斷探索才能進步。在活動過程中指導學生通過小組合作的學習方式,一步一步挖掘現象背后的本質規律。要增強教師的引領性,引導學生理性接受知識,深入實質地研究問題,而避免浮于表面的講述。許多老師不知道物理課究竟要給予學生什么,不能很好地理解教材、使用教材。在實踐中要啟發學生自主探究開發教材的能力,比比誰的問題更獨特,誰的想法更有特色和新意,誰的表現形式更豐富,通過讓學生自己發現問題、提出問題,并進行記錄、探究,感受并獲得真知,體驗創新、創造的快樂,有利于培養學生對綠色物理的認知能力。
四、開拓廣泛新思維
開啟學生的廣泛思維教學的目標之一。物理教學具有很強的示范性,示范者是教師,而認識的主體是學生,認識的客體是實驗對象,認識的主體與客體之間不發生直接關系,教師通過講述來搭起認識的主體和客體之間搭起認識的橋梁。教育面對的是一個個具有獨特個性的學生,教育的根本目的和內在價值是促進每一個學生的個性發展,要避免傳統的課堂以知識傳承和技能訓練為宗旨的錯誤,避免抑制學生的個別需求與隨機活動和束縛學生個性的發展。要開啟學生的廣泛性思維,積極幫助他們建立綠色物理概念和廣泛的新思維,培養他們的創新精神和實踐能力。若將某些現象明顯的知識講述改為邊講邊實踐,能給學生創造良好的觀察條件,充分發揮他們主動探索和實踐的主體作用。學生經常以邊聽邊實踐的形式認識自然綠色物理,從而可使其主動地、積極地拓展思維。在這種主動積極的探索中,學生創新的欲望會得到滿足,也能逐漸提高創新能力。
總之,在物理教學過程中始終貫穿尊重個性的綠色物理理念途徑很多,但在課堂中要多研究簡單易行的教學案例,使課堂充滿積極、健康的創新氛圍,應當適時滲透自然綠色的理念,多采用學生感興趣的教學方法,或者打造自我設計的創新課堂。也可以適時聯系一些綠色自然與生產和生活密切相關的問題,向應用方面延伸,這樣對其激發物理學習的熱情和創新的激情是大有裨益的。從當前我國的實際情況看,由于制度、習慣等原因,完全實現物理綠色化的條件還不夠成熟,其條件、精力投入遠遠不能滿足綠色物理的要求。但是,物理綠色化是培養學生創新、個性、綠色理念的重要途徑,也是教學改革發展的必然趨勢。所以在物理教學中,必須持續探索綠色教學,努力向綠色物理靠近,培養具有綠色物理理念和創新能力的人才,使綠色物理的普及真正得以實現。
參考文獻:
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環境科學專業核心知識單元,代表環境科學各個知識領域的不同方向,知識點分核心和選修兩種,核心知識單元是所有環境科學專業學生要求具有的基礎知識內容。
其中,專業基礎類核心知識單元包括:①環境問題,核心知識點包括水環境問題、大氣環境問題、固體廢物污染、全球環境問題,選修知識點包括土壤污染、物理性污染和污染物生物效應。②環境科學基本原理,核心知識點包括環境/生態基本規律、環境科學學科體系和可持續發展理念。③環境科學研究方法,核心知識點包括環境科學方法論體系、生態學方法論、環境體系解析方法論,選修知識點包括環境質量調控方法論、綜合/系統分析方法論。
專業原理類核心知識單元包括:①生態過程與效應,核心知識點包括生物對環境的適應、種群及其基本特征、生態系統特征及過程分析、生態學原理的應用。②環境生物過程與效應,核心知識點包括環境污染物在生態系統中的行為、污染物的生物學效應、生物監測原理與方法、環境污染的生物凈化、退化環境的生物修復。③環境化學過程與效應,核心知識點包括環境中典型化學污染物、污染物遷移、污染物轉化、大氣環境化學、水環境化學。④環境地學過程與效應,核心知識點包括地球環境系統的基本組成運動規律及演化過程、地球環境系統有機圈層的組成結構及其功能、各圈層的演變規律及在全球環境變化中的作用、地球環境系統中物質和能量的遷移轉化及循環過程。
專業技術類核心知識單元包括:①水污染控制,核心知識點包括廢污水的物理處理技術、廢污水化學和物理化學處理技術、廢污水生物處理技術、廢污水的自然處理技術、污泥處理處置。②大氣污染控制,核心知識點包括顆粒污染物控制技術原理、顆粒污染物的控制技術、氣態污染物控制技術原理、典型氣態污染物控制技術。③土壤污染控制,核心知識點包括土壤污染源與污染特征分析、土壤污染控制技術原理、典型土壤污染物控制技術。④固體廢物污染控制,核心知識點包括固體廢物分類與特征、固體廢棄物無害化技術與方法、固體廢棄物綜合利用。⑤環境監測,核心知識點包括環境標準、水環境監測、環境空氣監測、固體廢物監測、土壤污染監測、物理性污染監測、環境監測質量保證。⑥環境影響評價,核心知識點包括項目環境影響評價、規劃環境影響評價、戰略環境影響評價。⑦環境規劃,核心知識點包括環境規劃的技術方法、水環境規劃、大氣環境規劃、噪聲污染控制規劃、固體廢物污染防治規劃。
專業管理類核心知識單元包括:①環境管理,核心知識點包括環境管理學的理論基礎、環境管理的制度和政策手段,選修知識點包括企業/產業環境管理實踐、區域一全球環境管理實踐。②環境法律,核心知識點包括環境法基本概念原則、環境法律制度及法律效力、環境污染防治法、自然資源保護法、國際環境法。
專業實踐類核心知識單元包括:①專業實習,核心知識點包括認識實習、生產實習、綜合實習。②科研實踐,核心知識點包括觀察性實驗、驗證性實驗、設計性實驗、研究性實驗。③畢業論文/畢業設計,核心知識點包括文獻查閱、論文開題、論文研究、論文撰寫、論文答辯。
二、建立核心課程體系
圍繞環境科學專業各專業類別的核心知識單元,建立核心課程體系,承載核心知識點。各門核心課程圍繞核心知識點組織基本理論、研究前沿、基本方法、實踐案例等內容,形成系統。同時,設置先導課,為核心課程和核心知識點學習提供必要的基礎知識儲備。例如,“環境化學”課程,就需要無機化學、分析化學、有機及物理化學、環境科學概論、環境監測等課程作為先導課,提供環境化學課程各知識點學習所要求的基礎知識儲備。
專業基礎類核心知識由“環境學基礎”和“生態學基礎”課程為基本載體。“環境學基礎”課程堅持“起點高、容量大和觀點新”的教學宗旨,系統介紹環境科學的產生與發展、人口、各環境要素污染與防治、可持續發展等內容,注重學生基本知識、基本技術、基本能力的培養,課程已經建設為國家精品課程,并積極探索慕課教學形式;“生態學基礎”全面介紹生態學的基本概念、基本原理和基本應用方法,以及現代生態學的最新進展,該課程已經建設成為南開大學精品課程。
專業原理類核心知識由“環境生物學”“環境化學”“地學基礎”課程為基本載體。“環境生物學”介紹環境生物學領域的基本理論和基本概念,結合現實環境中污染物與生物之間的相互作用,培養學生運用環境生物學技術解決實際問題的能力;“環境化學”介紹大氣、土壤、水及生物相諸介質中環境物質遷移轉化的基本原理,環境中主要污染物的來源及其在環境中的歸趨,環境污染控制與修復過程及綠色化學中污染減量及消除的化學原理,“環境化學”課程已經被評為國家精品課程;“地學基礎”課程介紹地殼的基本物質組成特征,氣象要素的基本概念和表征方法、大氣穩定度和逆溫等與環境有關的基本知識,城市氣候的基本特征,地球上水的循環過程,各種水體的基本特征,土壤的組成特征、形態特征、形成因素和成土過程,地圖的基本概念、特征、組成要素、我國基本比例尺地形圖的分幅和編號的基本方法,地形圖的應用,遙感的基本概念、原理、遙感解釋標志和方法,要求學生掌握地學的基本概念、基本規律和形成原因,以及地學基本手段的應用,該課程被評為南開大學精品課程。 專業技術類核心知識由“環境工程學”“環境監測”“環境影響評價與環境規劃”課程為基本載體?!碍h境工程學”介紹水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理與處置工程以及噪聲防治與控制等的基本原理和方法,該課程被評為南開大學精品課程;“環境監測”課程全面介紹根據監測的目的進行調查研究、設計監測方案、選擇監測方法、進行數據處理以及測試結果的分析評價,掌握環境樣品的采集、保存、制備、預處理、測定及質量控制等方法,培養學生實際環境監測問題的分析和解決能力,該課程被評為天津市精品課程;“環境影響評價與環境規劃”全面介紹環境評價和環境規劃的基礎知識、基礎理論、基本方法以及評價與規劃知識的實際應用。
專業管理類核心知識由“環境管理與環境法學”課程為基本載體,“環境管理與環境法學”課程介紹管理學基礎知識和主要原理、中國環境管理的原則與政策、中國環境管理的體制與制度、中國環境法體系及內涵、中國環境法的基本原則和基本制度以及部門環境管理、區域環境管理、工業企業環境管理等。
三、圍繞三條主線推動環境科學專業課程教學
1.環境問題識別和分析主線
環境科學是研究環境問題及其解決途徑的綜合性科學體系,其核心任務是揭示人與環境相互作用規律。環境問題的產生和解決促進了環境科學的產生、形成和發展。圍繞著環境問題的識別和分析,形成環境科學基本原理、技術方法、管理工具以及具體實踐科學體系。圍繞具體環境問題識別和分析,組織核心知識單元、核心知識點和核心課程,課程之間科學邏輯關系緊密,便于學生認知和學習。
另一方面,在我國當前發展階段,資源環境限制與社會經濟發展矛盾空前突出,迫切需要環境科學培養專業人才,應對污染控制、生態修復與環境建設挑戰。圍繞我國面對的實際環境問題,針對性培養專業人才,建立起環境問題與人才培養之間的直接聯系,建立以環境問題識別和分析為主線的人才培養模式,搭建對應的知識結構和課程體系,有利于為國家培養具備解決實際環境問題能力的急需人才。
2.實驗與實踐教學主線
堅持“注重基礎訓練、強化教學實習、突出創新能力、提高綜合素質”實驗教學理念,圍繞核心知識單元和核心知識點,搭建專業基礎實驗教學平臺,建立實踐教學基地群,嚴格畢業論文環節,充分發揮實踐教學對理論教學的有效補充作用。
(1)專業課程實驗。課程實驗和課堂理論教學相輔相成。圍繞核心知識單元和核心課程,開設專業實驗課程,包括環境監測實驗、無機及分析化學實驗、環境化學實驗、生態學基礎實驗、環境生物學實驗、環境微生物學實驗。著重訓練實驗步驟、實驗操作、實驗安全、藥品管理等基礎實驗技能,培養環境科學分析基本方法和技術。
(2)專業教學實習。合理安排專業教學實習時間,既能促進核心知識的理解和認知,又能為后續畢業論文/設計提供經驗。圍繞核心知識點搭建專業教學實習平臺,建立教學實習基地體系,配合大氣污染防治、水污染防治、固體廢棄物污染防治、環境管理等核心知識點和核心課程,建立環境監測中心、環保衛生管理中心、科學院、環保科技公司、垃圾處理廠等實踐教學基地,形成實踐教學基地群,提供直觀認識環境科學專業知識在實踐中具體應用的機會,培養知識運用和理論聯系實際的能力。
(3)畢業論文。設置畢業論文環節,通過學生參與論文選題、查閱文獻、開展實驗或設計、結果模擬與分析等畢業論文過程,系統鍛煉學生運用理論知識、實驗技能的綜合能力。
3.科研創新訓練主線
營造制度、平臺、師資環境,建立穩定的科研創新體系。通過國家級、省市級、校級、院級各級別科研立項機會,搭建“國家大學生創新計劃”“省市大學生創新立項”“學校大學本科創新立項”“學院創新立項”多層次立體化環境科學專業學生創新平臺,為不同水平學生提供創新立項機會,逐步提高項目研究質量,嚴格過程管理,保障創新立項覆蓋面。通過團隊協作、教師交流、項目答辯等環節,鍛煉學生創新思維和創新能力,提高團隊合作與交流能力,鼓勵學生科研成果報獎。
四、核心課程質量保障
(1)國家級特色專業建設。2010年,南開大學環境科學專業獲批為國家第六批高等學校特色專業建設點。特色專業結合南開大學環境科學多年來的本科教學特色以及相關教育、教學理念,面向國際社會發展及現實中國社會大背景下的特征需求,同時考慮到學科本身的實踐特征、時代特征和應用特征,推動與現階段校內學習相補益的數個社會實踐與互動教學平臺建設。
(2)精品課程群建設。提出并實踐“精品課程群”建設的教改思路,逐步推動各門課程精品建設,形成“精品課程群”體系,有效保障環境科學專業課程教學的高質量。
(3)國家級教學團隊建設。2010年,南開大學環境科學專業基礎課程教學團隊被評為國家級教學團隊。
(4)優質教材保證。作為知識的載體,教材是本科生質量的重要保障。為了提高環境科學專業人才培養的效果,自編出版環境科學專業系列優秀教材。包括1本國家級精品教材《環境化學》,4本“十一五”國家級規劃教材《環境學基礎》《生態學基礎》《環境化學》《地理信息系統及其在環境科學中的應用》等。
(5)推動天津市實驗教學示范中心建設。積極推動實驗教學改革和實驗室建設,建設天津市環境科學與工程實驗教學示范中心,為專業人才培養提供實踐和創新平臺。提出“培養具有創新精神的環境科學與工程現代化復合型高素質人才”的實驗教學理念,搭建“專業基礎實驗、教學實踐、創新教育”的高素質人才培養實驗教學平臺,探索“堅守教學神圣,轉變師生角色,強化開放綜合,學科建設與實驗教學相融合”的實驗教學模式,取得了豐碩的教學改革與建設成果,學生教學效果突出。
(6)推行精細化教學管理。探索精細化教學管理模式并付諸實踐,制訂“教學效果的雙評議制度”“主講教師競聘上崗制度”“教學效果的雙評議制度(教學督導組評議和學生評議)”等規章機制,有效實現對教師“教”的目標導向和過程管理。
實行環境科學專業本科教學的課程小組負責制,實現了本科教學的優質師資資源配備,有效地促進了全體教師對本科教學的關注和重視。保證教授、副教授百分之百地參與本科教學,優化教師隊伍年齡結構和學緣結構,提高教學效果。
實行“本科生課程主講教師競聘上崗”。對列入核心課程群建設的課程實行主講教師競聘上崗辦法,結合學生評教結果,根據教學能力與教學效果優選課程主講教師。
一、精心選擇,準確定位,讓校園文化建設成為學校發展的主旋律
(一)準確定位,規劃發展愿景打造校園文化的最高目的是宣揚學校精神,校園文化的發展不僅要體現出學校價值追求所在,還需要將學校的發展核心力量進行有效的凝聚。我校在把握時代脈搏的基礎上,結合并傳承學校歷史和傳統,充分發掘學校最本質的文化內核,通過校園文化建設的大討論,確定新的辦學理念和價值觀,提煉形成學校規劃愿景,形成學校精神層面的文化體系。在新的教育發展背景下,學校確定“一切為學生發展服務”為新的辦學理念,以“立德篤學、無息有漸”為校訓,以“學做人、長知識、健體魄”為發展目標,全面定位學校內涵發展目標。學校發展目標:以科學精神和人文素養培育為導向,努力把學校辦成管理有特色、質量有優勢、文化有品位的現代一流初中。教師發展目標:以教師專業化發展為抓手,以教育科研為先導,以骨干教師建設為重點,打造優秀教研團隊,建設一支適應時代要求和學校發展的高素質的優秀隊伍。學生發展目標:以學生發展為本,促進學生人格發展,促進學生學會做人、學會學習、學會健體,培養全面發展、適應現代社會發展需求的素質優良的初中學生。
(二)科學抉擇,提出發展理念“人文”、“綠色”、“陽光”是我們在進行校園文化建設時秉承的最主要理念,這種先進的理念在高度體現新課程理念與學校建設的巨大作用的同時,也順應了當前社會發展的潮流所在。人文,即努力營造健康與愉悅的校園氛圍,使學生將科學精神與人文素養集合與一身,實現健康綜合的發展。綠色,將校園建設為和諧、優美的校園。陽光,為校園營造積極向上、朝氣蓬勃的健康氣息,使學生生活在開放、開闊、開明、堅韌的健康環境之下。在這三個主題引導下,我們根據學校的具體情況進行校園文化的建設,使校園文化成為校園發展的核心力量。
(三)立足實情,明確發展目標校園文化的內容種類繁多,學校必須努力進行制度、精神、環境、活動等多方面文化的建設和完善。打造校園環境文化。從細節出發,將創新、標準、全面的校園建設要求滲透到學校的每一個角落,使學校的文化內涵與特色得到最大程度上的體現。完善校園制度文化。堅持以人為本的思想,建立健全校園規章制度,細化校園工作流程,形成依法辦事、民主管理、以德立校的運行機制和自我激勵、自我約束、自我管理的制度。充實校園活動文化。利用豐富多彩的校園活動來使學生們參加到文化建設的工作中來,使學生在社團等組織的領導下實現興趣與能力的雙向發展。營造校園精神文化。努力培育教師愛校、愛崗、愛生的精神,愛崗敬業、顧全大局、潛心育人;努力營造合作和諧的精神氛圍,積極倡導講團結、講正氣、講原則的風氣;努力發揚求真務實的工作作風,做到嚴謹治學、因材施教。
二、面向現代,創設校園文化建設的顯性和諧美
學校致力于精品校園環境文化建設,按照凈化、綠化、美化、優化、教育化五個不同層次對校園進行規劃建設,遵循整體規劃,逐步完善的原則,從校園布局、綠色建設、人際建設、文明建設等多個角度出發努力提升學校文化品位,不斷增強文化育人的滲透力。
(一)完善一流現代教育設施,體現辦公美。多年來,學校努力完善一流的現代教育設施,建設完備的校園局域網系統、廣播音響系統和學校網站,專任教師配備個人專用手提電腦,建標準化學生機房,基本實現教學網絡化、數字化和現代化。按標準配置了實驗室、圖書室、心理咨詢室,積極組建學生社團,積極開展社團活動。學校一流的校園環境和完備的教學設施,為教育教學活動的開展和學生豐富多彩的課外活動創造了良好的條件。
(二)完善校園美化綠化工程,營造環境美。近幾年來,學校加快發展步伐,加大投入力度,加強了校園環境的綠化美化和設施建設,建設校內生態景觀園,科學設計,精心布局,現代化校園氣息初步顯現。校內種植各種樹木,品種多樣,果樹與林木相穿插,落葉與長青樹套種,花木與灌木點綴,確保四季常綠、季季有花、自然優美。園內山石點綴、小橋流水,成為學生學習、休息、陶冶性情的成長樂園。
(三)開展校園文化展示活動,塑造個性美。利用文化節、運動會、朗誦賽、讀書交流會等形式,使學生個性特長得到充分的展示。同時學校還以年級組、班級為單位開展不同類型的活動,如寒假期間的勸募活動、4月掃墓活動、5月唱紅歌活動、6月退隊入團活動、7、8月軍訓活動、9月感恩主題教育、10、11月田徑運動會和藝術節、12月拔河比賽等系列活動進一步豐富校園文化建設內容,發展了學生的個人價值。
三、走向明天,體現校園文化建設的隱性和諧美
(一)培育團結進取的教師文化一所學校教師的風度修養、教師學識水平、教師的職業能力、教師個體生活的幸福感在相當程度上決定著學校辦學品質。為此,學校向每一位教師提出“辦有靈魂的教育,做有文化底蘊的教師”的要求,采取積極措施,提升教師專業水平和綜合素養。1.開展師德主題教育活動,培育高尚師風。師德師風建設的核心內容是:“熱愛學生、以身作則,鑄就崇高師魂;團結協作,樂于奉獻,共創幸福校園。”師愛是教師職業道德的核心和精髓。為此在師德建設中,我校突出重心、培養愛心,樹立教師的師表風范。通過政治理論學習,使老師牢固樹立“尊重學生個性,發展學生特長,健全學生人格,促進學生成長”的教育理念;通過崗位教育,使老師具備良好的教師職業道德,愛崗敬業,責任意識強。2.開展校本教研,促進教師專業發展。堅持教師為本的發展理念,積極構筑校本培訓平臺,強化業務培訓,開展以師德培訓、教學技能培訓、骨干教師培訓、信息技術與學科整合培訓等內容的校本培訓,通過專家輔導、名師幫帶、業務比賽、科研交流等方式方法,加強教師的業務鍛煉,促進師資隊伍的整體提高。以師能建設為重點,以“新理念、新課程、新技術”為培訓支點,夯實校本研究管理,強化業務學習,在校園中廣泛開展“做學習型教師”的讀書活動,提升教師綜合素質。3.創優培養平臺,加快教師成才步伐。實施“名師工程”,強化校名教師考核。我們專門研定了骨干教師培養計劃,積極開展教師各項單項評比以及校級四個層次的名教師評比,并創造各種機會,為教師成長提供展示的平臺。如“新教師匯報課”、“青年教師展示課”、“名教師示范課”、“教學新苗評比”和“教壇新秀評比”等全方位出擊,逐步形成一支相對穩定的高水平的骨干教師隊伍。同時積極開展師徒結對活動,將教師結對制度化,注重對青年教師師德、教學技能、教學方法、教學科研等方面的培養,抓實抓嚴教學常規,促使師徒共同提高。4.關注情感需求,克服職業倦怠。以人為本、珍愛教師是我校的一貫做法。我們的快樂人生標語,使教師體會到尊重賞識,還經常組織教師開展形式多樣的文體活動,使教師體會到開心快樂。在繁忙的教學之余舉行豐富多彩的文娛活動,以活動為載體關注教師的情感需求,做到“以感情留人”,帶領教師保持積極心態,從而有效地克服了職業倦怠現象。
摘 要:在化工科學技術不斷發展的帶動下,人們的生活也在不斷的變化,在不斷的進步著。纖維材料的出現,使我們的衣著服飾發生了改變,不再是只有麻、棉、毛等這些傳統的材料;可替代能源的出現以及應用,在一定程度上緩解了現在越來越嚴峻的天然原料的短缺,比如像煤炭以及石油這些原料,都緩解了一定的壓力。與此同時,化學化工科技的迅速發展給我們帶來了一定的便利,促進了社會的進步,而負面的效果就是,化工廢棄物造成的污染以及環境空氣的日益惡化加劇。所以,如何運用綠色的科學技術這就成為了非常重要的問題,本論文主要是針對在化學工程中應用綠色科技進行簡單的闡述。
關鍵詞:化學工程;綠色科技;環境保護;綠色化學
1 通過合理運用綠色科技可以減少溫室氣體的排放量
一般來說,溫室氣體指的主要是二氧化碳。無論是在工業革命以及科技革命時期,還是在科技含量比較多的現代社會,發展日趨國際化和現代化,這些化工工廠所排放的二氧化碳量有的達到數萬噸,有的每年甚至會向大氣排放數十萬噸。大量的二氧化碳的排放,是導致全球溫室效應日益嚴峻的罪魁禍首。由于相關的法律規定還不算很健全,沒有明確的法律處罰規定,所以在此之前,那些造成這一現象化工企業卻沒有為溫室效應負擔任何一點費用。
如今我們越來越重視環境氣候,這種狀況也有了明顯的改進,越來越多的化工企業都在積極的應用以及開發新的技術,從而降低二氧化碳的排放量。還有一些新興的企業,變廢為寶,將二氧化碳利用到部分化工產品中,成為一種材料,只是這一項化工工藝,就可以使整個企業每年排放的二氧化碳量降低數十萬噸。
2 在海水淡化工程的預處理過程中充分運用綠色科技
水是我們賴以生存不可缺少的,也是生活中的必需品,是社會發展穩步前進的重要資源。同時,占據如此重要位置的水資源,卻有著不可再生以及有限性的特點。當今社會的經濟發展飛速,淡水的日益減少,這種危機成為了全球性的一個環境難題。中國,是目前世界上淡水資源比較匱乏的國家之一。而新興的海水淡化技術,隨著它的廣泛應用,成功而且有效的緩解了我們目前淡水資源相對比較缺乏的現狀。早期此項技術的研發的不全面,成本也比較高,隨著科技的不斷更新,海水淡化的成本也在逐漸減低,成本的價格也能被大眾接受,不再是那些經濟發達國家才能使用的奢侈技術,在一部分發展中的國家也可以引進了。
海水淡化技術指的就是一種利用物理上或者化學上的方法將海水里面的鹽和水進行分離的技術。在進行海水淡化技術的預處理進程中,任何影響環境狀況的不良影響都沒有產生。并且在獲取海水資源的過程中,并沒有繼續對生態環境構成傷害。我們的黨所提倡的可持續發展戰略的思想,就是指要在滿足自身生存發展的需要的同時,為子孫后代留下了可以繼續發展的環境狀況。因此,將綠色的化學工藝運用于海水淡化的過程中的這一舉措至關重要。因此,將綠色的科學理念與化工產品的生產過程聯系在一起,便成為了現代世界化的化工生產中的主要方向之一。在海水淡化構成的預處理過程中產生了一些氫氧化鎂,成為了環保領域新的寵兒,這種物質具有成本低廉,工藝簡單、不產生二次污染,處理效果良好的特點,具有非常廣闊的發展前景。
3 將綠色化學技術廣泛應用在我國傳統香精香料制造中
在日?;瘜W產品的生產中,香精香料是不可缺少的添加劑之一。我國的香精香料產品在國際市場上的出口,是我國進出口貿易的一項重要組成部分。但是由于經濟危機的影響逐漸加深,及全球性經濟蕭條的狀況逐漸加劇,我國的香精香料出口產業收到了很大的打擊,產品訂單大幅度減少。
在深入地調查我國香精香料產品出口訂單銳減現象的原因之后,不難發現,產品中有害雜質含量超標,是其最主要的原因。造成有害雜質含量超標的原因則在于生產工藝方面的缺陷。例如提取原料的時候在產品中有殘留以及包裝材料的使用不當等原因。其中,提取原料在產品中的殘留的問題,可以通過研究和開發新的提取技術來改變。包裝材料使用不當的問題,則應通過加強企業和工廠的監管力度,督促生產商家和企業反復試驗,選取符合有害雜質含量標準的外包裝物等方法來改善。還要牢牢掌握我國香精香料產品的優勢方面,不斷加強新技術的研究和其在實際生產中的應用,才能夠滿足生產出高質量、低能耗的香精香料產品的要求。
4 綠色化學使可持續發展戰略任務逐步向前推進
化工生產的改革,為人們的日常生活提供了必要的能源以及物質方面的基礎?;瘜W化工生產對于社會的進步發展方面的貢獻顯而易見。與此同時,大量的化工生產所產生的工業廢渣中,具有很多有毒物質,未經處理合格而隨意的排放,導致生態環境平衡失調,還會造成嚴重的污染問題。這些都會導致社會發展緩慢。新世紀,面對嚴峻的環境污染所提出的挑戰,可持續發展戰略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。
實現社會經濟的可持續發展,已經成為了我國的一項基本的國策。作為社會經濟的重要組成部分的化學工業,在這一基本國策的指導之下,最行之有效的實現可持續發展戰略的方法便是綠色化學的開發和利用。綠色化學,不單單是指那些對環境產生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學生產過程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價格平民化的化學化工技術的研究以及應用。綠色化學的生產過程只產生非常少量的廢物處理,或者不產生廢物處理。其最主要的特點便是在生產的過程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉化為產品,盡量不產生污染。有利于化學化工產業的發展以及可持續發展戰略這一道路的切實執行。
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關鍵詞: 參與式教學法 綠色化學 實踐能力 創新能力
近年來,不容樂觀的應屆本科生的就業情況,已成為一個全社會共同關注的熱點問題。反觀現在的大學生,在應試教育模式下,大多存在理論和實踐脫節、動手能力弱等不足,因此,各大高校的教學改革,大多以培養大學生實踐能力和創新能力為核心,以提高學生的綜合素質為最終目標。隨之,各種新型教學方法和教學手段不斷浮出水面,參與式教學作為一種新型教學理念在我國逐漸興起,并得到廣泛的認可和深入的探討。
參與式教學也被稱為是合作式或協作式教學,它是以學生為主體,通過教師―學生互動、學生―學生互動的方式,使學生積極主動地參與到教學過程中,有利于調動學生學習的積極性,并能在潛移默化中培養學生的團隊合作意識、實踐能力和創新能力。與傳統填鴨式教學模式相比,參與式教學模式強調的是學生積極、主動的參與,學生解決實際問題的能力的鍛煉及創新意識的提高。
一、“綠色化學”課程培養學生實踐和創新能力的優勢
“綠色化學”課程在培養學生實踐和創新能力中有以下方面的優勢:(1)“綠色化學”是化工類專業的一門專業課程,學生群體大,涉及多個專業,如化學、應用化學、化學工程與工業、高分子材料工程等;(2)“綠色化學”課程內容知識覆蓋面廣,包括材料、紡織、農業、食品、化工產品和藥物等,這些內容相互關聯,相互補充,有利于擴大學生知識面;(3)“綠色化學”雖然是一門專業選修課,但其研究對象具有普遍性,研究內容具有延展性,并涉及當前最新的技術和理論的實際應用,極具啟發性;(4)“綠色化學”課程與日常生活聯系緊密,案例資料眾多,學生不僅可以從課程中獲取案例,而且可以自己收集實例對課程內容進行補充,有利于激發學生的學習興趣。
二、基于“Class Presentation”的參與式教學法在“綠色化學”教學實踐中的實施
中國科學院院士、清華大學教授過增元提出參與式教學方法主要包括開放的教學內容、提問式的講課方式、沒有標準答案的習題和論文形式考試[1]。有研究者指出,這四項內容連貫起來可以用“Presentation”一詞概括。由老師給定或學生提出研究課題,學生單獨進行資料的收集、分析和總結,最后在課堂表達自己的觀點,即“Class Presentation”[2]。這種方法不僅能夠給學生自由思考的時間和空間,更重要的是,通過對資料的收集,可以激發學生關注社會問題的熱情,增強學生的問題意識;通過對資料的分析,可以培養學生利用已有知識解決實際問題的能力,提高實踐能力;通過對資料的總結,可以鍛煉學生的表達能力,挖掘學生潛能。“綠色化學”課程理論知識和實踐應用結合緊密,在課程內容的基礎上,合理地設計和實施教學方法是培養學生實踐能力和創造能力的關鍵?;凇癈lass Presentation”的參與式教學法在“綠色化學”教學實踐中的實施分以下兩個層次(以應用化學專業為例,學生總數92人,學生自由組合,總共分成15組,每組6-7人)。
(一)課程內容的講授
對于課本上相對簡單、容易理解及新興技術手段的應用等非重點內容,交由學生講授,這一部分,共5個小組參與。例如“綠色化學”第二章,綠色產品評價體系LCA的具體應用實例及其局限性與困難,屬于學科前沿,并非重點內容,交由一組學生負責。要做好“Presentation”,學生需要課后對LCA具體應用進行詳細資料收集、制作課件、準備演講。教師指導的內容有:講解LCA的定義、目的、特點、實施步驟,小組成員對LCA的理解和疑問。當然,小組成員的疑問,也可以直接在Presentation過程中提出,由其他同學或教師解答。Presentation完成之后,其他小組的同學可以進行自由提問,并綜合演講內容、PPT和演講者的現場發揮給以評論,教師要對此進行點評,并給出成績。
(二)生活實例的探討
“化學”是一門自然科學,它滲透到了材料、紡織、農業、食品、藥物等多個方面,與我們的日常生活聯系密切。身邊的化學,是學生非常感興趣的部分,有10個小組的學生,選擇這部分內容進行Presentation。這一部分較前一部分更能激起學生的表現欲和創造欲。許多學生由目前的環境污染出發,探究其形成原因,結合綠色化工技術,發出呼吁,抑或是,展現處于研究階段的新方法、新工藝。例如,針對霧霾,學生通過調查給出霧霾產生的原因,列舉了清潔的可再生能源的開發利用現狀,并針對現在以三大化石能源為主的能源結構,講述了煤清潔化的方法。又例如白色污染、輻射污染、赤潮等等話題,都引起了學生的強烈反響。這一層次的Presentation,教師需要針對具體的事例,歸納總結其中關鍵的知識點,例如煤清潔化的方法設計的基本原理和技術手段等。這就要求教師不僅要有寬廣的知識面和較好的語言表達能力,還要能夠靈活處理課堂突況,掌控教學過程。
三、參與式教學在“綠色化學”教學實踐中應用效果的反思
參與式教學打破了傳統教師“一言堂”的上課模式,教師由講授轉變為引導,學生由被動接受轉變為主動參與,師生互動效果得到顯著增強,學生運用理論知識分析實際問題的實踐能力和口語表達能力都得到了鍛煉。此外,參與式教學使得教學過程得以外延,教學過程包括課前的準備、課上的Presentation及課后的討論和評論,實現了學生的興趣學習和協作學習,學生的團隊合作意識和創新意識得以提高。但是,如何保證學生的“主動參與”是“有效參與”?如何協調課堂控制和學生自主之間的關系?這是兩個值得深思的問題。換句話說,參與式教學的順利實施對教師提出了更高的要求,第一,教師必須加強自我學習,提高自身水平,以便很好地掌控課堂,不偏離教學目標;第二,教師必須注重與學生的溝通和分享,幫助學生建立正確的思考途徑,培養學生獨立解決問題的實踐能力;第三,教師必須注重班級整體的效果,能夠運用機理機制,進行差異化引導,創造機會,確保學生能夠整體參與。
參考文獻:
關鍵詞:生物化學;綜合性實驗;設計性實驗
生物化學是一門應用性和實踐性很強的生物學基礎學科,生物化學實驗既是對理論課程的有效補充,又是鍛煉學生動手能力、培養其科學思維方式的重要途徑[1]。實驗教學的重要性隨著生命科學的發展日益彰顯,但受各種客觀條件的制約,各大高校實驗項目的設置依然偏重于傳統的實驗,各實驗項目銜接脫節,實驗缺乏設計性和綜合性,不利于調動學生的積極性,嚴重制約教學效果[2-3]。近幾年,涌現出一些針對綜合性實驗的改革方案,主要集中在堿性磷酸酶、血紅蛋白等的分離純化上[4-5]。當前的改革仍然以知識傳授為主體,以教師的教為主,而忽視了學生的主觀能動性,忽視了以學生為本的教學理念[6]。近4年來,隨著學院學科的發展、實驗室平臺的建設更加完善,我們對生物技術專業的生物化學實驗課程進行了改革,增加了綜合性和設計性實驗,效果顯著,開啟了培養學生的創新精神和綜合素質的新模式[7]。
1實驗材料的改進
生物化學實驗不像動物學、微生物學實驗那樣生動,而是實驗周期長、過程乏味,很難充分調動學生的積極性。蛋白質的分離純化實驗一般會選擇堿性磷酸酶或血紅蛋白等,整個流程中蛋白質是看不見、摸不著的,只有進行染色才能尋到蛋白質的蹤跡,學生方能知道自己的整個流程成功與否。若將血紅蛋白作為實驗材料,則需采集實驗動物的血液,背離了如今倡導的動物保護主義。鑒于此,實驗室構建重組質粒,表達綠色熒光蛋白GFP,并給其加上His標簽和MBP融合蛋白,相對分子質量約為68kDa。綠色熒光蛋白從菌株的培養到蛋白質的分離、純化過程,均顯現出綠色熒光,在實驗課運行期間,學生對熒光表現出了很強的好奇心,且在實驗的過程中隨時可以觀察到蛋白質的去向,及時發現錯誤操作。另一方面,構建過程添加的His標簽利于開展鎳離子金屬親和層析,緊跟科學發展的潮流。
2綜合性、設計性實驗的設計
通過參考國內外相關實驗教程,并結合教師的科研實踐,以及當前的學術前沿技術,精心設計了綜合性、設計性實驗(見表1)。表1列出的實驗項目既具有一定的獨立性,又具有很強的連貫性。
2.1綜合性大實驗
蛋白質的電泳技術是一項基本操作,學生必須熟練掌握,同時在項目2—6中均要利用電泳來檢測結果,因此首先安排的即是SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳,學生既要掌握制膠、電泳的技術,又要學會從電泳圖譜上分析得到蛋白質的一系列的信息,這既是一個獨立的實驗,又為之后的實驗打下基礎。細胞破碎方法溶菌酶法、反復凍融法以及超聲破碎法的比較,均為科研最為常用的細胞破碎手段。這一項目的設立為其后的純化實驗提供材料。親和層析、離子交換層析和凝膠過濾層析是層層遞進的,學生從這3個純化方法可以看到蛋白質的純度是逐漸提高的,使學生對內容有了前因后果式的總結與提高,為將來從事科研工作,如結構生物學研究等打下很好的基礎,同時這些實驗技能也是進入現在的生物制藥行業后必備的技能。經過對4屆學生的觀察,發現貫穿在整個實驗進程中的電泳技術,學生經過數次的練習,在學期結束時對垂直電泳技術掌握的熟練程度遠比傳統的教學產生的教學效果好得多。
2.2設計性實驗
項目6設計性實驗同時也是開放性實驗,是考核的重點內容。給定選題范圍為“選取一種能夠從土壤或環境中分離得到的天然蛋白酶,要求學生查閱蛋白質分離純化的相關資料,分離純化得到該種酶,并設計實驗測定酶的活力”。由學生自行選擇項目主題,通過文獻資料的查閱總結,擬訂實驗方案、選定儀器設備,經過小組匯報、討論方案的不足,教師在這個過程提供必要的指導與幫助,最后完善方案并予以實施。考慮到綜合性大實驗項目操作完成的連續性及時間的持久性,實驗室全天候開放,學生隨時可以進入到實驗室進行實驗,自由安排時間,只要在規定的時間內上交論文即可。設計性實驗項目要求學生對該實驗課程的學習不僅局限于教材和課堂上,引導學生經常利用網上資源進行學習,拓寬知識面,不斷更新知識、了解研究前沿,把最新研究進展及時納入實驗項目。在這個模式下學生能夠積極主動地獲取知識,從選題、方案設計到實驗方案的實施和結果的分析論證,加深了理論學習、培養了創新意識,有助于提高學生的操作能力、思維能力、實驗設計能力、分析解決問題的能力、資料處理以及論文撰寫等能力,同時也培養了學生的合作精神和合作意識。
3成績考核方式的改革
成績考核彈性化,分為2部分進行:第一部分為基礎實驗和綜合性實驗考核,考核指標常規化,包括課堂表現和實驗報告的書寫,重點是對結果部分的描述與分析;第二部分為設計性實驗的實驗方案的設計、實施以及論文的撰寫,這是考核的重中之重,具體評價指標如表2所示。在這種考核方式下,學生既鍛煉了科學的思維能力、動手能力,也使學生的協作能力得到大幅度的提升,而最后通過撰寫論文,又鍛煉了學生的科技論文寫作能力。從最后的效果來看,大部分學生均能按照要求完成,而部分學生甚至表現出了很高的水平,為以后的課程的開展打下了很好的基礎。
4建立有效的實習基地
教師積極地與本地醫藥企業聯系,建立合作關系,定期安排學生去相關醫藥企業參觀,進行實地見習,讓學生了解生物化學技術這門課程與現實生活的聯系,使學生心中對自己所學知識有明確的定向,同時開拓學生的知識視野,有效地培養學生對專業課程的喜愛。
5教學效果
學生經過在綜合性設計性實驗部分對基礎操作的訓練、思維方式的引導、寫作能力的強化,在設計性實驗中展現出了較高的素質,其中代表性的選題如表3所示,學生不僅綜合運用了生物化學實驗的手段,同時也與微生物學結合起來,不僅夯實了生物化學的基礎理論知識,同時養成了大學科意識,形成了獨立的工作能力和創新能力。通過該改革方案的有效實施,學生不再局限于書本上知識的掌握,有效地使理論與實踐相結合,加強了知識的接受效果,在實驗過程中,既是對理論知識的驗證和復習,也很好地鍛煉了學生的實驗操作能力。同時,將生物化學實驗項目的順序進行合理的排布有利于學生對學科知識進行系統的掌握,建立由淺入深的知識網絡,并且最后進行的設計性綜合大實驗充分發揮了學生的能動性,鍛煉了學生的多種學習能力,使學生再一次對知識進行了強化,不至于在課程結束后將生物化學技術的理論知識遺忘[8-9]。并且,設置的開放性實驗室,讓教學不再局限于傳統的課堂上,而是延伸到課外,也可以滿足對實驗有興趣的學生的教學需求[10]。在實習基地見習時,由專業的工程技術人員指導,使學生對自己所學的專業有了一個定性的認識,便于學生規劃自己未來的職業領域[11]。
6結語