绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇化学科学论文范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
二、科学教学的原则
1.适度性。教师要针对学生可以接受的范围及课本内容合理安排教学内容,制定可行性较强的教学体系和教学目标。教学过程中,为了掌握学生对知识的学习情况,可以分四个阶段提高教学效率。感受指在刚刚接触化学知识时,学生仅对教师讲解的课本内容有基本了解和大概印象,需要学生在学习过程中留心相类似的内容,自己要注意总结和对比记忆。如讲解常见化学物质的分子式时,要在大脑中形成立体的分子构成。联系指将讲解的科学方法和解题思路贯穿学习中,在学习中注意方法和内容联系起来,通过练习和思考逐渐熟练运用方法。例如,在学习书写化学方程式时,一些金属元素和盐酸发化学反应的化学方式是不一样的,系数也不一样,但都是金属元素和盐酸发生化学反应,可以通过联系金属的相同性质书写方程式,从而举一反三,降低书写难度。应用指通过基础化学知识的学习解决化学问题。例如,在化学学习中,比较常见的问题就是在主要物质中掺有其他化学物质,如何检验这种物质的存在等。评价指根据自己建立的科学知识体系判断他人的学习研究是否有价值,当然这要求学生自身知识能力足够高。
2.适时性。适时性的教学原则要求教师在确实有进行科学教育的必要时采取措施,否则会适得其反。化学课本中隐含科学的方法,有的知识内容与教学方法联系密切,在讲解那部分时要注意渗透教学方法。教师要在恰当的时候讲解化学理论的来源及相关知识等,达到扩展学生知识面的目的。例如,在学习溶液的酸碱性时,常见的酸性溶液有酸溶液和某些盐溶液,如硫酸氢钠,对于其他不常见化学溶液没有讲解的必要。
三、科学教学的方法及措施
1.充分利用教学模具进行教学。在学习化学分子式及空间结构的时候对学生的空间想象能力和逻辑思维能力的要求比较高,而初中学生刚刚开始接触化学,很难形成空间想象,这就需要教师在教学过程中借助教学模具进行教学和讲解,让学生通过空间想象和模具帮助,先学习基础知识,再通过了解和讲解揭示其奥秘。例如,在学习一些化学分子式的结构书写时,首先要记得该化学分子式是什么,然后才能知道在画结构的过程中需要用到什么元素和几根化学键,如写三氧化二铁的分子结构时,先想想其空间结构,或者借助化学模具,再进行书写,久而久之,也就有了一定的空间想象能力。
2.通过比较、分析,熟记多种化学知识。化学元素太多太乱,很容易记错记混,这就需要学生通过对比记忆,根据自己学到的化学知识和经验形成自己的学习方法。例如,在刚刚接触化学的时候,最基本的内容有固体、液体、气体。除了状态不同外,还要区分固体的颜色、性质等,如铜和氧化铁都是红色固体,但两者的化学分子式是不一样的。这就需要通过分类和比较进行记忆,可以按照状态、颜色的不同进行分类。
3.运用学到的化学理论对不了解的方法进行探索。在化学学习过程中,经常用到的一种方法就是化学假说法,化学假说法指运用已经学习和掌握的化学原理,对未知的化学现象和化学规律进行探索,而探索结果就需要时间和真理验证,初中生不能对自己得出的结论做出对或错的判断,但是这种方法能激发学生的学习兴趣和积极性。其实,化学假说法能最大限度地调动学生学习主观能动性和积极性,更有效地培养学生的思维能力,发挥学生学习中的独创精神,提高学生的科学素质,为以后从事科学研究工作打下科学方法的基础。例如,化学家拉瓦锡根据燃烧现象与空气中的化学成分相联系,通过思考和研究,提出燃烧的氧化学说。
4.善于归纳和总结学习过程中遇到的知识。归纳所学知识和整理知识体系是学习化学的常用方法,养成对知识的整理和归纳的好习惯,能够提高学习效率,达到事半功倍的效果。归纳从一些具体事例中概括整理出相应的结论,发挥学生的主体作用,归纳内容和归纳形式都由学生根据自己的学习情况所决定,在归纳和整理的过程中加深对知识的记忆,在提高学习效率的同时达到复习效果,所以说归纳和整理是很重要的。例如,在学习元素周期时,根据教师思路学习和掌握前二十号元素的电子排布情况,在观察和归纳的过程中,很容易得出电子的排布和变化规律,根据元素化合价的变化和元素原子半径的变化从而得到排布规律,这样就能达到提高学习效率的目的。
5.充分利用化学课本。学习化学不管采用什么形式,都离不开化学课本,而化学课本中的内容排版就是按照学生接受程度和理解能力进行的,这就是一种隐含的科学教学方法,也是教师在教学过程中需要学习的。例如,初中化学中身边的化学物质这一部分内容可以分为这几部分,地球周围的空气、氧气、碳和碳的氧化物、自然界中的水、金属与金属矿物、溶液、生活中常见的化合物等其他部分,是按照简单到复杂安排的,简单来说是教材中的一条知识线。抓住这条知识线能帮助学生学习和掌握课本的基础知识,还能使教师讲课条理清晰。这样的教学安排能帮助学生理解和学习化学知识,是帮助学生学习的重要措施。
2设计课堂教学
在课程教学中介绍物理化学原理的同时,采取理论联系实际的教学方式,结合生活中常见的或有趣的实际现象,让学生带着问题去听课,以激发学生的学习热情和学习兴趣,使原本晦涩难懂的内容变得生动、易于理解。例如,在讲化学热力学的知识时,先问为什么人穿上冰刀溜冰鞋滑冰会非常顺畅?在讲到表面化学的知识时,先问为什么衣物上的油污只用水是洗不干净的,必须用肥皂、洗衣粉等表面活性剂?为什么雨后荷叶、小草上水珠都呈球形?为什么毛细玻璃管中的水呈现凹液面,汞则呈现凸液面?还有让学生用化学动力学的理论来说明为什么天气热的时候,牛奶、食物更容易变质?能否应用渗透压的知识来解决海水的淡化问题等等。让学生带着问题去听课,利用所学的知识对问题做出合理的解释,才能让学生真正的体会到物理化学理论学习的重要性和实用性,激发学生的学习热情和学习兴趣。
3改革教学模式
美国教育家杜威指出:教育不是一种“告诉”和“被告诉”的事情,而是一个主动和建设的过程。改革以前“填鸭式”、“灌输式”的教学方法,尽量采用“研究式、启发式、讨论式”教学模式。教学方法的先进与否,将直接影响创新人才的培养成果。因此,在课堂上一方面教师讲课要坚持少而精、博而通的原则,另一方面也要适当的开展讨论启发式教学,提出一些拓宽思路的研究型问题,增加课堂上师生的互动,增强双向交流。改变教师“一言堂”的传统教学模式,利于学生注意力的集中,激发学生的学习积极性,有效提高课堂教学效果。
4实施创新教育
同志曾将讲过:“一个没有创新精神的民族是永远不会前进的民族”。换而言之,没有创新精神的教育也将是永远不会成功的教育。教育教学的本质就是开发人的潜能,塑造具有健全人格的人。建立“以人为本”的教育理念,以学生为主体,教师为主导,把学生的发展放在首位,教学中应介绍些和教学相关的科学前沿的内容,拓宽学生的知识面,不断培养学生的创新意识,提高学生的综合能力和创新能力。例如,在电化学部分讲授化学电源时,除了介绍早期使用的锌锰电池、可充电的铅酸电池和镍氢电池外,可以结合现代社会面临的节能和环保的要求,向学生讲解一些绿色环保新电池的知识。如20世纪60年代以来就被用作空间站及宇宙飞船空间电源的燃料电池,利用太阳光中的能量进行光电转化的太阳能电池等。在化学动力学部分,光化学反应虽然内容较少,但是光化学与环境科学、生命科学、材料科学及信息科学等紧密相关。因此,可结合科学前沿介绍一些光催化技术在环境污水处理中的应用,开阔学生的视野,激发学生参与科学研究的积极性,培养学生的创新能力。
二、灵活使用课件,使化学教学内容变抽象为具体
化学不同于其他学科的最大特征在于其思维方式是微观与宏观的联系,建立对微观世界的想象力是化学教学不同于其他课程的特点,也是其他课程不能代替的。而在中学阶段学生抽象思维有了很大发展,但具体形象思维仍有十分重要的地位。在中学化学计算机辅助教学中,用动画表示化学反应的微观过程可以把分子、原子之间的相互作用、化学键的断裂和形成、原子或原子集团的分与合形象地、动态地展现出来,生动活泼,吸引力强,能够激发学习者的学习兴趣,使学习者处于主动学习的地位,形成直接学习的动机,增加无意记忆和联想记忆。多媒体课件在物质微观结构的展示、化学反应的微观过程的演示方面的直观性为我们在教学中架起了微观和宏观的桥梁,对于学生微观想象力的培养起着不可代替的作用。我们在进行原子的结构、水的电解、氯化氢的形成等知识点的教学中,都采用了Flas,让学生在直观的感受中形成自己头脑中的微观想象。
三、运用现代教育技术对化学实验进行仿真演示,提高学生的动手能力
我们在化学教学中发现的最大难题是学生的动手能力差,每次实验课,老师的大量精力都花在纠正同学们的错误操作上,而且由于人数众多,老师不可能面面俱到,照顾到每一个学生。为此我们在学校计算机房中装了一个《化学仪器随意组合》这样一个小软件,学生在上机的时候就可以进行仿真实验演示。通过仿真实验的训练,再进实验室做实验,我们发现学生的动手能力大大的提高了。
四、利用网络优势,实现交互式和协作式的建构性学习。
九年义务教育初中化学教学大纲,对初中化学教学的四大知识板块分别提出了不同层次的教学要求,以确保学生在毕业时达到素质教育所要求的知识水平。
1.对化学基本概念和原理、元素化合物这两大知识内容,按照学生的认知水平以及在初中化学中的重要性,教学要求分为常识性介绍、了解、理解、掌握四个不同层次;2.对化学基本计算教学要求的层次是掌握。要求学生熟练掌握有关化学式、化学方程式、溶液等方面的基本计算;3.对化学实验的教学要求分为练习、初步学会两个层次。在教学中,教师应按要求认真做好每个演示实验,对于学生实验,要积极创造条件,力争使每个学生都有动手做的机会。
新教材在编排上遵循大纲规定“初级中学的化学教学是化学教育的启蒙阶段”的原则,适当降低了理论要求和精减了一些次要概念。为了配合素质教育,培养学生面向未来的适应力,增加了一些金属、有机物(包括高分子化合物)以及保护生态环境、“温室效应”、硬水、氢能源、水和人类的关系、金属和人体的关系、化肥、农药等内容,体现了化学与生活,化学与社会,化学与生产、科技的紧密联系,为学生达到规定的化学科学知识水平创造了条件。应该明确,在构成化学科学素质的诸多要素中,化学科学知识水平始终处于基础和核心的地位。
二、化学科学能力
化学科学能力是指学生在学习化学知识、应用化学知识解决实际问题的过程中,表现出的心理与个性特征。它包括对物质形态与变化的观察和感知;化学知识的记忆和想象;对微观世界和化学现象的理解、概括、抽象、推理和论证;应用化学科学知识解释客观世界和解决实际问题的能力。对于处在化学教育启蒙阶段的初中学生,应从观察能力、实验能力、思维能力、自学能力等方面,培养和提高他们的化学科学能力。
1.观察能力。观察能力是知觉的特殊形式,是一种有目的、有计划、主动的、持久的知觉过程,是和思维紧密结合的主动知觉活动。观察能力是智力三要素(观察、思维、创造)之一,是智力发展的基矗化学是一门以实验为基础的学科。观察和实验是化学最基本的研究方法。通过能动的、客观的、定性、定量的综合观察,从实验的宏观现象入手,揭示和认识微观变化的本质。观察能力不是单一的知觉感知,而是诸多因素综合性的智力过程。新教材增加了多幅彩图、插图、章头图和多项演示实验,并在学生实验前增设了思考题,启发学生养成自觉观察的良好习惯。教师除应做好每一个演示实验外,还应在课堂教学、课外活动中,激发学生的观察兴趣,教会他们如何观察。通过学生动手动脑,由表及里,去粗取精,去伪存真的观察和思考,不断提高他们的观察能力,避免只看“热闹”,不看“门道”的不良习惯。
2.实验能力。实验能力是有目的地在人为控制条件下进行化学反应,认识和发现化学变化规律的能力。实验能力既包括实验操作能力,又包括推理、计算、对数据分析处理以及对实验结论归纳总结、准确表述的能力。
教师应从以下几个方面培养和提高学生的实验能力:①能正确操作实验仪器和设备;②明确实验目的;③了解实验原理;④掌握实验方法;⑤对实验现象进行准确的观察和记录;⑤对实验结果进行分析处理,导出结论,写出实验报告。
教师应积极创设实验条件,努力完成全部必做实验。有条件的适当做一些选做实验,鼓励和指导学生做一些家庭小实验,克服“教师黑板上讲实验,学生考试背实验”,只注重理论学习,不重视实验教学的弊端。充分发挥学生的独立性和创造性,培养和提高他们动手、动脑能力,以及实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。
3.思维能力。思维是人类在事物表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。其中分析和综合是思维的最基本的过程。新教材正确处理了知识的逻辑顺序和学生生理、心理发展顺序的关系,在叙述方法和行文方面,注意调动学生主动学习、思考的积极性,以提高他们的抽象思维能力和自学能力。例如,在介绍物质结构的初步知识时,通过实验和类比,引导学生从宏观现象深入到微观结构的本质,通过提出问题,引发思考,然后再概括出结论或概念,使学生从感性认识上升到理性认识。
4.自学能力。自学能力就是在已有知识水平和技能的基础上,不断获取新知识并运用这些知识的能力。化学教学的重要目的之一不仅是使学生“学会”,更重要是使学生“会学”。现代科学技术发展迅速,知识更新周期缩短,如果不“会学”,就无法适应日新月异的社会发展需要。因此,现代教育的一个重要特点,就是培养学生不断摄取新知识的自学能力,使学生受益终身。
三、化学科学思想水平
学生的化学科学思想水平包括以下几个方面:
1.辩证唯物主义思想水平。?化学作为一门自然科学,本身就具有丰富的辩证唯物主义素材。在化学教学中进行辩证唯物主义观点的教育,应结合教学内容,通过有机渗透,使学生逐步树立起辩证唯物主义的世界观和方法论,用对立统一、事物发展的矛盾性和统一性、量变到质变等观点学习和认识化学问题,提高学生应用辩证唯物主义观点观察问题和认识问题的能力。
2.实事求是的科学态度。?初中化学启蒙教育阶段,应结合教学内容、化学史教学,对学生进行坚忍不拔的精神、实事求是的态度、严肃认真的作风等方面的教育。通过多种方法与途径培养学生的科学思维、研究方法和严谨求实的治学精神。使学生认识到一切科学知识都来源于实践,又反过来指导实践的道理。
3.爱国主义的思想水平。新教材结合教学内容,注意对学生进行爱国主义教育。如教材中介绍了祖国在化学科技方面取得的卓越成就,以增强学生的民族自豪感和自信心。密切结合能源、材料、资源等教学内容,进行国情教育和爱国主义教育,使学生树立起为建设社会主义祖国而努力学习的使命感和远大目标。
加里宁说,“我没有看到一门不能教育青年热爱祖国,并培养他们具有最好的公民情感的科目。”化学也不应例外。
4,环境保护意识水平。人类赖以生存的水圈、大气圈、生物圈、岩石圈的物质在不断运动变化,并按一定程序循环着,组成了环境物质的平衡体系。而人类在生产、生活中产生的污染却破坏着人类赖以生存的环境。新教材的有关章节注意结合教学内容,对学生进行防止污染、保护环境的教育。教师应通过“我们只有一个地球”的教育,让学生认识到环境保护的紧迫性和重要性,使学生从小养成爱护环境,保护环境的良好意识和习惯。
四、化学科学品质
化学科学品质指学生学习化学的动机、兴趣、情感和意志等。化学科学品质是一种非智力因素,在一定条件下对学生的学习水平起着十分重要的作用。
1.化学学习动机。学习动机是指引起和维持学生进行学习活动,达到预定目的的意念。使学生明确学习目的是培养和激发学生学习动机的最有效的方法。化学是一门非常重要的自然科学。现代社会,不管是高科技或日常生活,都与化学科学息息相关。学好化学是我国四化建设的需要,是科学发展和人类进步的需要。
在教学中应始终贯穿理想教育这一主线,通过具体的实例,生动有趣的教学,使学生明确学习目的,强化学生的学习动机。
2.化学学习兴趣。化学学习兴趣是指学生对化学力求认识、趋近的一种心理倾向。兴趣是学生学习的主要动力。学习兴趣使学生始终对学习保持良好的心理状态,并在其中得到乐趣和满足。化学教学中丰富多采的实验为培养学生的学习兴趣创造了得天独厚的教学情境。此外,使学生明确学习目的,采取有效的教学方法,教师渊博的知识等,都是激发和培养学生学习兴趣的有效因素。
3.情感。情感是人们在认识客观世界时所表现出的不同的心理反应和态度。学生在学习过程中的愉快、热情的良好情感,可使学生产生积极向上的心理状态。悲伤、灰心、冷漠、烦躁等不良情感可给学生的学习带来消极的影响。因此,在教学中对学生(尤其对差生)的热爱、信任和尊重,教师高尚的人格,以及生动有趣、形式多样的教学方法,都是培养学生良好情感的重要因素。
4.意志。意志是人们在有意识、有目的的行动中表现出的一种契而不舍、克服困难的心理过程。任何学习过程都是复杂而艰辛的。学生在学习中会遇到不少困难与挫折,如深奥的原理难以理解,习题难懂难做,不良情绪的干扰等。如果没有坚强的学习意志是不可能长期坚持单调学习并取得优秀成绩的。在化学教学中,教师应通过多种方法和途径培养和锻炼学生的意志。如设计一项对环境污染进行监测的任务,让学生长期坚持去做。还可结合化学史教学,介绍有关科学研究工作者为人类进步不畏艰险、奋勇登攀的优秀品质。
二、化学实验教学中的方法改进
化学科学的每一项成就都离不开实验。化学实验教学可以帮助学生学习元素化合物知识,形成化学概念,获得理论的感性认识,并通过抽象思维形成理性认识,而通过实验又可以验证和巩固概念、理论,使之发展和深化。化学实验是培养学生自学能力的重要手段,为培养学生实事求是、严谨认真的科学态度和科学方法提供了极好的机会,对促进学生非智力因素的发展、辩证唯物主义世界观的形成、陶冶思想情操都具有非常重要的作用。因此笔者认为在中学化学实验教学中应当注重以下几点。1.培养学生的观察能力
学生的观察能力不是自发进行的,要靠教师引导、启迪,逐渐培养而成。首先在教学中要让学生明确观察在化学实验中的作用及提高观察能力的意义,要经常要求学生预先做好观察的准备,提出明确的观察任务,制定进行观察的计划,掌握所必须的具体方法。这样有助于启发学生有目的、有计划的观察,提高了观察的效率,使学生的智力技能在良好的非智力品质的配合下迅速提高;其次是教师要根据观察对象的特征,有意识的训练学生协调运用多种感官进行观察,从而提高观察质量;再有就是指导学生学会既全面、又分清主次的观察。既全面又分清主次地进行观察,就是要求既要重点观察主要现象,又不遗漏观察次要现象;既要观察到明显的现象,又要迅速地发现不易发现或容易消失的现象,经常这样要求学生,可以培养出学生敏锐的观察能力;再还有就是指导学生将观察和思维结合,提高分析和解决问题的能力。观察的目的是探索和发现问题,达到对事物及其变化规律的认识。观察能力能引起思维能力的发展。观察越丰富、越准确,认识就越深刻,思维也就愈加活跃、广阔。观察力同时也能提高学生的判断能力。敏锐的观察力有助于对复杂的材料进行对比、分析,提高自己判断是非、区分本质和非本质的能力。教师应有意识的设计一些课题或者针对一些实验的异常现象,引导学生将观察和思维紧密结合,从而提高学生分析和解决问题的能力。总之,良好的观察能力是在实践中经过一定的训练而形成的。实验教学为培养和发展学生的观察能力提供了良好的途径,教师必须在教学中有意识的培养和发展学生的观察能力。
2.培养和发展学生的创新能力
培养和发展学生的创新能力,最重要的是要通过实验,让学生独立思考、大胆操作,在亲自实践的活动中培养和发展自己的创新精神。但是,通过教育实习和见习的亲身体会,以及一些走上讲台的化学教师的介绍,目前中学的学生实验课中,一般做法是将实验目的、内容预先按实验报告顺序列于黑板上。这严重影响了学生思维的发挥,不利于学生创新能力的发展。如果改为根据实验特点提出课题要求,引导学生运用所学知识,根据实验目的及内容,选择仪器药品,设计实验方案,然后进行实验操作。这种教学方式有助于发展学生思维的创造性,又能获得良好的实验教学效果。
3.培养学生的辩证唯物主义观
马克思说:“化学可以称为研究物体由于量的构成的变化而发生的质变的科学。”可见,化学与辩证唯物主义有着密切的联系。但是在中学化学实验教学中对学生进行辩证唯物主义教育经常被忽视了。在中学化学实验教学中,不管是教师的教还是学生的学都会受到一定的世界观和方法论的影响,特别是辩证唯物主义物质观、对立统一规律和量变与质变规律。对学生进行辩证唯物主义观点教育,就是要使学生把辩证唯物主义当作科学的世界观和方法论来理解,并用来指导当前的学习,以帮助他们找到解决问题的途径,指引他们沿着正确的方向前进。化学实验教学中对学生进行辩证唯物主义基本观点教育,有助于提高学生对实验的兴趣,提高实验效果,培养和发展学生的能力。
【摘要】随着素质教育改革的不断深入,化学实验教学已经成为中学化学教学中的重点部分。在实验教学中我们不仅要系统地将化学知识传授给学生,而且要注重培养学生的观察能力、创新能力以及科学探究能力。
【关键词】化学教学实验课创新思维习惯独立
参考文献:
自然界中的和谐系统比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生态系统是和谐的,动植物群落是和谐的,人类社会体系是和谐的,健康的人体更是一个绝妙的和谐体。所有这些和谐系统遵循着同样的辩证综合的规律,具体可以归纳出三条:1.统一律;2.层次律;3.进化律;所有和谐系统具有同样的性质:1.开放性;2.自组织性;3.非线性;4.无限发展性[1]。当爱因斯坦把大半生致力于统一场论时,其哲学上的需要相对物理学上而言或许要来得大,面对物理学的系统和谐,理论规则的分立是不能令他觉得满意的。而化学工程的发展是不是因循同样的哲学历程呢?
在化学工程作为学科开始被重视之前,化学工业已具有了相当的规模,各种具体的工程与工艺都被独立开来,在认识上是被分为各门特殊的知识,因此,当国外高等院校在十九世纪末开始设置"化学工程学"时,开设的课程大多是学习当时化学工业的各种工艺学,"化学工程"的概念在当时还是相当模糊的,在理论上充其量是化学与机械的一种混合(amalgam)。然而这种理论混合的模式在德国人看来却是很正统的,即使在今天,他们也避免专论"化学工程",而是称之为"过程工程"(ProcessEngineering),这一名称实际上要比"化学工程"的范畴更广,甚至更为准确,凡是涉及一定流程与工艺的领域都是适用的。但我们习惯上还是沿用"化学工程"的名称。
二十世纪开始,化学工业迅猛发展,在社会经济中占的比重越来越大,客观上需要化学工程学科的发展和支持。随着生产力的发展,人们对事物运动规律性的认识也愈来愈深化,愈来愈有概括性。伴随着其他领域科学技术的快速进步,人们逐渐认识到化学工业中各门看似不相干的工程和工艺中存在着共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化学工程手册》的发表,初步提出了"化工物理过程"的原理。1900年始,以合成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工厂出现,如1913年,德哈勃-博施法高压合成氨技术的产业化,星火燎原的,化学工业呈现出巨大的发展前景。到了二十年代,美MIT的一些学者提出:不管化工生产的工艺如何千差万别,它们在众多的典型设备中进行着原理相同的物理过程。1920年,美MIT成立了第一个严格意义上的化工系,时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见解,引出了"单元操作"(UnitOperation)的概念,这一概念在苏联时期和我国则广泛称为"化工原理"。
1900年始的"分离工程"研究使"单元操作"的概念日趋成熟。被称为单元操作的过程主要有流体流动、传热、干燥、吸收、蒸发、萃取、结晶和过滤等,以这些单元操作作为研究和学习的主要内容,是化学工程学科在二十世纪前半期发展的核心,其理论迅速成为发展化学工业的重要基石。这种把千变万化、千差万别的过程和工艺概括成"单元操作"是生产力发展到一定水平的反映,是化学工程学从"个性"到"共性"的第一个哲学性概括,是在一个系统整体性把握的高度上建立了一门技术科学,体现了系统科学发展的和谐统一规律。
随着"单元操作"概念的确定,另一方面,化学工程学科中重要支柱之一的"反应工程"亦逐渐浮出水面。从最初的德Winkler流化床煤气化炉的应用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开发,又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产,化学工业上发展的高峰持续不绝,1940年美国FCC炼油开发成功,成为石油化工的起点。直到1957年,欧洲第一届反应工程会议,明确提出"反应工程"的概念,成为化学工程学科的重要组成部分,是化学工程学的进一步和谐统一。"反应工程"的建立,乃至今日仍备受困扰的"过程放大效应"问题,及从"逐级放大"到"数模放大"的研究都带动了"化工过程系统工程"的发展,并共同体现了系统科学发展的和谐层次律。
就在"反应工程"发展的同时,"单元操作"得到了更加深刻的认识,人们发现各单元操作之间存在着更为普遍的原理,"过滤只是流体传动的一个特例;蒸发不过是传热的一种形式;吸收和萃取都包含着质量的传递;干燥与蒸馏则是传热加传质的操作……"[2]于是单元操作可以看成是传热、传质及流体动量传递的特殊情况或特定的组合。这种认识的深化过程并没有停止,人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的类似性。于是从二十世纪50年代开始,人们综合了以往的成果,开始用统一的观点来研究三种传递过程。1960年,美威斯康辛大学(Univ.Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《TransportPhenomena》一书,系统地采用统一的方法来处理三种传递现象,从此化学工程学科的核心过渡到了"三传一反"的系统性概念。"三传"的研究是系统科学和谐进化律的又一体现,使化学工程学达到了一个新的整体性高度,这种高度的和谐统一是对客观世界本质性的认识,并在学科上反映出了系统科学的基本原理和性质,其影响力是普遍性的,是跨学科的,不仅使"传递原理"成为化学工程学的重要基础,同时在生物工程、机械、航天和土木建筑等工程学科上也具有重要意义,并日益成为工程专业共有的一门技术基础课,只是侧重点有所差异而已。
至此化学工程学科自身经历了一系列的演化和发展,并在短短的一个世纪中达到了一个前所未有的高度,涵括了众多的生产和应用领域,如医药、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化学品等,每年为社会提供数以亿吨计的千百万种产品,是人们衣、食、住、行须臾不可离开的物质基础,为社会繁荣作出了巨大贡献。然而事物总是一分为二的,从人类发展最为激动人心的口号"征服自然"到今天庞大的工业化进程,地球自然生态系统遭遇了前所未有的严峻局面,这之中,化学工业是造成大规模环境污染及恶性重复污染的主要过程之一,化学工程学科需要肩负起新的使命。1990年,"生态化工"(Eco-ChemicalEngineering)的概念提出来了,相应在化工生产和过程工艺中提出了"清洁化工"和"绿色化工"的概念,因时应势,化学工程学开始了系统科学的自组织过程,这也是和谐系统对立统一发展的需要。在系统科学看来,自组织是和谐系统的基本性质之一,只有自组织系统能通过外部和自身内部的不断协调、整合,在适应环境的同时保持自己的特性并产生新的功能。从自发到自觉地,化学工程学吸收了自组织的理论,不断在广度和深度上充实、完善和发展。随着新世纪的到来,世界正发生着全球性的变化,经济、社会、环境和技术等领域都面临着新范畴新理念的变更和冲击[3]。化学工程学科需要因应时展而改变传统的限制,不断有新的概念提出来,如化学工程应是伺机而待的专业(aprofessioninwaiting);化学工程师必须"besteepedintechnology",能够创新、开发、变换、调控和适应取代;化学工程学科要从"ProcessEngineering"达到"ProductEngineering"再到"FormulationEngineering"。进一步的综合认为,化学工程学关注着同时发生在非常广泛的时空跨度内的现象,必须具备多尺度、多目标的方法来达到过程的总体优化。涵括了五个方面[4,5]:
①Nanoscale(纳观尺度):研究量子化学、分子过程与分子模拟等。
②Microscale(微观尺度):研究微粒、气泡、液滴、控制界面胶束和微流力学规律等。
③Mesoscale(介观尺度):研究换热设备、反应设备、塔器以及传统的"单元操作"和"三传一反"等。
④Macroscale(宏观尺度):研究生产装置和生产过程等。
⑤Megascale(兆观尺度):研究环境过程和大气生态过程等。
于是化学工程学的核心转变到了"多尺度、多目标择优"的概念,化学工程学科又到达一个新的和谐统一的高度,进入了更高层次的系统工程领域。
新的发展的深度促使化学工程学科作出了一定尺度的"分化",然而这还远未结束,人们对世界的认识还在不断探索不断深入,一个更深刻更普遍也更一般的问题已经触到了化学工程学科的神经,触到了化学工程学的认识本质,并促使化学工程学需要有新的"融合"。这一问题就是"非线性及其包涵的混沌原理",相对于"线性"是人类认识客观世界的基本工具,"非线性"则是客观世界的本质特征,是"线性"反映的目的,是从科学角度看待世界的一种和谐统一;而在对"混沌发展"的研究表明,"混沌运动的普遍存在,揭示了自然界中实际系统发展演化的新行为,混沌态的自相似性使这种时间演化表现为一种空间结构,而且以其不同空间尺度上的相似性,揭示了系统复杂运动的统一性。这种统一性是一个观察"整体"的问题,只有在长时间范围(因为混沌运动是一种长时间行为)和更高层次复杂性中才能显现出来。"[6,7]这一问题涵盖了自然科学和人文社会科学的众多领域,具有重大的科学价值和深刻的哲学方法论意义。马克思曾经预言:"自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面,正如关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样:它们将成为一个科学。"从这一角度上,"非线性"问题是这种过程一体化的契合点以及整体认识论上的共性[8]。当站在这种整体性的高度上,化学工程学科获得了全新的视野和更强大的分析解决问题的能力,并最终具有了学科融合的基础。
在整个化学工程学科的孕育、诞生和发展过程中,始终交织着学科的"分化"与"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外还有着所谓的石油化工、精细化工、高分子化工等专业上的分化;另一方面,作为近代工程技术,它又是自然科学(化学、物理等)和技术科学(机械、材料等)的融合。正如物理学家普朗克(Planck)所指出的:"科学是内在的整体,它被分解为单独的部分不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性,实际上存在着从物理到化学,通过生物学和人类学到社会学的连续的链条,这是任何一处都不能被打断的链条。"事实上,当化学工程学科的核心发展到"非线性混沌系统"时,实现科学的融合已是其客观系统性的需要,它需要强有力的非线性解算能力和综合分析能力。基于人工智能和神经生物学的人工神经网络(ArtificialNeuralNetworks)技术为这种系统性的融合提供了新的思路和途径。人工神经网络特有的信息处理能力在愈来愈多的领域中展现出广阔的应用前景,它具有如下特点[9,10]:
①学习:神经网络可以根据外界环境修改自身行为,这使它比其他任何方法接受自身感兴趣的外界信息更敏感。
②概括:经过学习训练后,神经网络的响应在某种程度上能够对外界信息的少量丢失或自身组织的局部缺损不再很敏感,反映了神经网络的健壮性(鲁棒性),即工程上说的"容错"能力。
③抽取:神经网络具有抽取外界输入信息特征的特殊功能,在某种意义上可以说它能"创造"出未见的事物。
④模拟:神经网络由众多的神经元组成,以并行的方式处理信息,大大加快了运行速度,可以逼近任意复杂的非线性系统。
当然,神经网络并非十全十美,其自身的发展就曾经历过相当曲折的过程,但是,人工神经网络(ANNs)特性的融合将是化学工程学科发展到非线性核心系统的自组织适应和需要。例如采用神经网络设计的控制系统,适应性、稳定性和智能性均较好,能处理复杂工艺过程的控制问题,也使得化学工程师不但也是机械工程师,还首先是系统工程师,并能从最一般的非线性原理出发,解决实际过程的创新、应用、开发、生产等问题。
生产力的不断发展,科学技术的持续进步,人类认识自然和改造自然的不断深化,化学工程学科必将不断"分化"和"融合",体现出和谐系统的无限发展性质。
参考文献
[1]李立本.系统的和谐与和谐观[J].自然辩证法研究,1998,14(5):39.
[2]韩兆熊.传递过程原理[M].浙江:浙江大学出版社,1988,11:3.
[3]季子林,陈士俊,王树恩.科学技术论与方法论[M].天津科技翻译出版公司,1991,9:115.
[4]金涌,汪展文,王金福,等.化学工程迈入21世纪[J].化工进展,2000,(1):5-10.
[5]黄仲涛,李雪辉,王乐夫.21世纪化工发展趋势[J].化工进展,2001,(4):1-4.
[6]张生心,梁仲清.从量子混沌再看物理学的统一性[J].自然辩证法研究,1996,12(10):8.
[7]苗东升.系统科学精要[M].中国人民大学出版社,1998,5:20.
二、设计好每一节课,以学生为主体,创建自由轻松平等的教学环境
设计好每一节课,要求教师:一要认真备课,吃透教材,将所要传授的知识点,进行分析归纳,并且对教学中会涉及的各个环节进行考虑;二要了解学生的特点及本节课的知识中哪些知识学生了解一点,哪些知识一点都不了解,哪些知识学生易理解和接受,哪些知识难以理解和吸收,做到“知己知彼”,这样,教师在教学目标设计上才能做到有的放矢。实施启发式教学法,教师成为课堂的主导,学生是课堂的主体。教师结合日常生活中常见的现象引导学生进入“愤悱”状态。所谓愤悱就是很想弄懂但又无法弄懂,很想说清但又无法说清。教学过程中寓教于乐,让学生身心放松,在自由轻松的氛围中学习到知识。例如糖酵解的讲授,如果学生预习的话,他会发现在糖酵解中有很多反应、酶、产物。虽然反应是有条不紊地进行的,但是在他的思维中是紊乱的,搞不清谁前谁后,能量又是怎样产生的,在课堂上就有畏难情绪。我们在本节课引入时这样设计:首先问大家,平时不爱运动的人,在操场跑两圈后,第二天大腿会有什么感觉?(又酸又疼)为什么?(这样的问题对最讨厌学习的学生也有诱惑力———他也有类似的经历)很容易引入肌糖元的酵解产生乳酸;肌糖元又从哪来,又是怎样酵解的?男生爱喝啤酒,女生爱喝葡萄酒,酒酿制的原材料是大米、高粱富含淀粉的粮食,淀粉是葡萄糖通过糖苷键形成的分枝状的大分子物质,淀粉的降解可形成葡萄糖,葡萄糖又是怎样变成乙醇的?糖酵解的学习,为大家提供这方面的知识,如果你课下DIY葡萄酒或酸奶,老师绝不反对。这样既和学生的关系拉近,又引起了他们的兴趣。在讲授糖酵解过程中,告诉学生一共10步反应,不难记,首先记住反应的起始物和终止物,然后搞清糖酵解中的“三、二、一”,即搞清“三”指的是什么,“二”指的是什么,“一”指的是什么,糖酵解就学通了。在讲课时强调“第一次不可逆反应,催化的酶是......”,“第二次不可逆反应,催化的酶是......”,“第一次底物水平磷酸化,催化的酶是......”“,第二次底物水平磷酸化,催化的酶是......”,在糖酵解中有二次底物水平磷酸化;然后问糖酵解中的“二”指的是什么,学生很容易就答出二次底物水平磷酸化。“唯一的一次脱氢反应,催化的酶是......”,接着加上糖酵解中的“一”指的是什么?学生也很容易就答出一次脱氢反应;“第三次不可逆反应,催化的酶是......”,糖酵解中的“三”指的是什么,学生很容易就答出三次不可逆反应。糖酵解过程讲完,再总结一下糖酵解中的“三、二、一”。这样学生在愉悦中基本把酵解过程理解了,并记住了关键内容。
三、利用天盘记好课堂笔记,启发学生做好归纳和总结
九年义务教育初中化学教学大纲,对初中化学教学的四大知识板块分别提出了不同层次的教学要求,以确保学生在毕业时达到素质教育所要求的知识水平。
1.对化学基本概念和原理、元素化合物这两大知识内容,按照学生的认知水平以及在初中化学中的重要性,教学要求分为常识性介绍了解、理解、掌握四个不同层次;
2.对化学基本计算教学要求的层次是掌握。要求学生熟练掌握有关化学式、化学方程
3.对化学实验的教学要求分为练习初步学会两个层次。在教学中,教师应按要求认真做好每个演示实验。对于学生实验,要积极创造条件,力争使每个学生都有动手做的机会。新教材在编排上遵循大纲规定“初级中学的化学教学是化学教育的启蒙阶段”的原则,适当降低厂理论要求和精减了一些次要概念,为了配合素质教育,培养学生面向未来的适应力,增加了一些金属、有机物(包括高分子化合物)以及保护生态环境,“温室效应”。硬水,氢能源、水和人类的关系、金属和人体的关系、化肥、农药等内容,体现了化学与生活,化学习社会,化学与生产。科技的紧密联系,为学生达到规定的化学科学知识水平创造厂条件。应该明确,在构成化学科学素质的诸多要素中,化学科学知识水平始终处于基础和核心的地位。
二、化学科学能力
化学科学能力是指学生在学习化学知识。应用化学知识解决实际问题的过程中,表现出的心理与个性特征。它包括对物质形态与变化的观察和感知;化学知识的记忆和想象;对微观世界和化学现象的理解。概括的能力,对于处在化学教育启蒙阶段的初中学生,应从观察能力、实验能力、思维能力、自学能力等方面,培养和提高他们的化学科学能力。
1.观察能力。观察能力是知觉的特殊形式,是一种有目的、有计划。是智力三要素(观察、思维、创造)之一,是智力发展的基矗化学是一门以实验为基础的学科,观察和实验是化学最基本的研究方法。通过能动的、客观的、定性、定量的综合观察,从实验的宏观现象人手,揭示和认识微观变化的本质。观察能力不是单一的知觉感知,而是诸多因素综合性的智力过程。新教材增加厂多幅彩图、插图、章头图和多项演示实验在学生实验前增设了思考题,启发学生养成自觉观察的良好习惯。教师除应做好每一演示实验外,还应在课堂教学、课外活动中,激发学生的观察兴趣,教会他们如何观察。通过学生动手动脑,由表及里,去租取精,去伪存真的观察和思考,不断提高他们的观察能力,避免只看“饶帧保看“门道”的不良习惯。
2.实验能力,实验能力是有目的地在人为控制条件下进行化学反应,认识和发现化学变化规律的能力,实验能力既包括实验操作能力,又包括推理、计算,对数据分析处理以及对实验结论归纳总结、准确表述的能力
教师应认以以下个方面培养和提高学生的实验能力:①能正确操作实验仪器和设备;②明确实验目的;了解实验原理;④掌握实验方法;对立验现象进行准确的观察和记录;⑤功实验结果进行分析处理。导出结论,写出实验报告,教师应积极创设实验条件,努力完成全部必做实验。有条件的适当做一些选做实验,鼓励和指导学生做一些家庭小实验,克服“教师黑板上讲实验,学生考试背实验”,只注重理论学习,不重视实验教学的弊端,充分发挥学生的独立件和创造性,培养和提高他们动手、动脑能力,以及实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。
3.思维能力。思维是人类在事物表象。概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。其中分析的最基本的过程,新教材正确处理了知识的逻辑顺序和学生生理、心理发展顺序的关系,在叙述方法和行义方面,注意调动学生士动学习、思考的积极性,以提高他们的抽象思维能力和自学能力,例如,在介绍物质结构的初步知识时,通过实验和类比,引导学生从宏观现象深人到微观结构的本质,通过提出问题,引发思考,然后再概括出结论或概念,使学生从感性认识上升到理性认识。
4.自学能力,自学能力就是在已有知识水平和技能的基础上,不断获取新知识并运用这些知识的能力。化学教学的重要目的之一不仅是使学生“学会”,更重要是使学生“会学”。现代科学技术发展迅速,知识更新周期缩短,如果不“会学”,就无法适应日新月异的社会发展需要。因此,现代教育的一个重要特点,就是培养学生不断摄取新知识的自学能力,使学生受益终身。
三、化学科学思想水平
学生的化学科学思想水平包括以下个方面:
1.辩证唯物主义思想水平。化学作为一抛匀豢蒲В旧砭具有丰富的辩证唯物主义素材。在化学教学中进行辩证唯物主义观点的教育,应结合教学内容,通过有机渗透,使学生逐步树立起辩证唯物主义的世界观和方法论,用对立统一、事物发展的矛盾性和统一性、量变到质变等观点学习和认识化学问题,提高学生应用辩证唯物主义观点观察问题和认识问题的能力。
2.实事求是的科学态度。初中化学启蒙教育阶段,应结合教学内容、化学史教学,对学生进行坚忍不拔的精神。实事求是的态度、严肃认真的作风等方面的教育。通过多种方法与途径培养学生的科学思维、研究方法和严谨求实的治学精神,使学生认识到一切科学知识都来源谑导反过来指导实践的道理。
3.爱国主义的思想水平,新教材结合教学内容,注意对学生进行爱国主义教育,如教材中介绍了祖国在化学科技方面取得的卓越成就,以增强学牛的民族自豪感和自信心。密切结合能源、材料、资源等教学内容,进行国情教育和爱国主义教育,使学生树立起为建设计会卞义祖国而努力学习的浪命感和远大目标。加里宁说:我没有看到一门不能教育青年热爱祖国,并培养他们具有最好的公民情感的科目,”化学也不应例外。
4.环境保护意识水平,人类赖以生存的水圈、大气圈、生物圈、岩石圈的物质在不断运动变化,并按一定程序循环着,组成了环境物质的平衡体系。
而人类在生产、牛活中产生的污染却破坏着人类赖以生存的环境,新教材的有关章节注意结合教学内容。对会生进行防止污染、保护环境的教育,教师应通过“我们只有个地球”的教育,让学生认识到环境保护的紧迫性别重要性。使学生认小养成爱护环境,保护环境的良好意识和习惯。
四、化学科学品质
化学科学品质指学生学习化学的动机,兴趣、情感和意志等化学科学品质是一种非智力因素,在一定条件下对学生的学习水平起看十分重要的作用。
1.化学学习动机。学习动机是指引起和维持学生进行学习活动,达到预定目的的意念。使学生学习动机的最有效的方法,化学足一门非常重要的自然科学,现代社会,不管是高科技成或常生活,都与化学科学息息相关,学化学是我国四化建设的需要,是科学发展和人类进步的需要,在教学中应始终贯穿理想教育这主线,通过具体的实例,生动有趣的教学,使学生明确学生目的,强化学生的学习动机。
2.化学学习兴趣兴化,化学学习兴趣是指学生对化学力求认识、趋近的一种心理倾向兴趣是学生学习的主要动力,学习兴趣使学生始终对学习保持良好的心理状态,并在其中得到乐趣和满足化学教学中丰富裳采的实验为培养学生的学习兴趣创造了得天独厚的教学情境,此外,使学生明确学习目的,采取有效的教学方法教师渊博的知识等,都是激发和培养学生学习兴趣的有效因素
九年义务教育初中化学教学大纲,对初中化学教学的四大知识板块分别提出了不同层次的教学要求,以确保学生在毕业时达到素质教育所要求的知识水平。
1.对化学基本概念和原理、元素化合物这两大知识内容,按照学生的认知水平以及在初中化学中的重要性,教学要求分为常识性介绍、了解、理解、掌握四个不同层次;2.对化学基本计算教学要求的层次是掌握。要求学生熟练掌握有关化学式、化学方程式、溶液等方面的基本计算;3.对化学实验的教学要求分为练习、初步学会两个层次。在教学中,教师应按要求认真做好每个演示实验,对于学生实验,要积极创造条件,力争使每个学生都有动手做的机会。
新教材在编排上遵循大纲规定“初级中学的化学教学是化学教育的启蒙阶段”的原则,适当降低了理论要求和精减了一些次要概念。为了配合素质教育,培养学生面向未来的适应力,增加了一些金属、有机物(包括高分子化合物)以及保护生态环境、“温室效应”、硬水、氢能源、水和人类的关系、金属和人体的关系、化肥、农药等内容,体现了化学与生活,化学与社会,化学与生产、科技的紧密联系,为学生达到规定的化学科学知识水平创造了条件。应该明确,在构成化学科学素质的诸多要素中,化学科学知识水平始终处于基础和核心的地位。
二、化学科学能力
化学科学能力是指学生在学习化学知识、应用化学知识解决实际问题的过程中,表现出的心理与个性特征。它包括对物质形态与变化的观察和感知;化学知识的记忆和想象;对微观世界和化学现象的理解、概括、抽象、推理和论证;应用化学科学知识解释客观世界和解决实际问题的能力。对于处在化学教育启蒙阶段的初中学生,应从观察能力、实验能力、思维能力、自学能力等方面,培养和提高他们的化学科学能力。
1.观察能力。观察能力是知觉的特殊形式,是一种有目的、有计划、主动的、持久的知觉过程,是和思维紧密结合的主动知觉活动。观察能力是智力三要素(观察、思维、创造)之一,是智力发展的基矗化学是一门以实验为基础的学科。观察和实验是化学最基本的研究方法。通过能动的、客观的、定性、定量的综合观察,从实验的宏观现象入手,揭示和认识微观变化的本质。观察能力不是单一的知觉感知,而是诸多因素综合性的智力过程。新教材增加了多幅彩图、插图、章头图和多项演示实验,并在学生实验前增设了思考题,启发学生养成自觉观察的良好习惯。教师除应做好每一个演示实验外,还应在课堂教学、课外活动中,激发学生的观察兴趣,教会他们如何观察。通过学生动手动脑,由表及里,去粗取精,去伪存真的观察和思考,不断提高他们的观察能力,避免只看“热闹”,不看“门道”的不良习惯。
2.实验能力。实验能力是有目的地在人为控制条件下进行化学反应,认识和发现化学变化规律的能力。实验能力既包括实验操作能力,又包括推理、计算、对数据分析处理以及对实验结论归纳总结、准确表述的能力。
教师应从以下几个方面培养和提高学生的实验能力:①能正确操作实验仪器和设备;②明确实验目的;③了解实验原理;④掌握实验方法;⑤对实验现象进行准确的观察和记录;⑤对实验结果进行分析处理,导出结论,写出实验报告。
教师应积极创设实验条件,努力完成全部必做实验。有条件的适当做一些选做实验,鼓励和指导学生做一些家庭小实验,克服“教师黑板上讲实验,学生考试背实验”,只注重理论学习,不重视实验教学的弊端。充分发挥学生的独立性和创造性,培养和提高他们动手、动脑能力,以及实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。
3.思维能力。思维是人类在事物表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。其中分析和综合是思维的最基本的过程。新教材正确处理了知识的逻辑顺序和学生生理、心理发展顺序的关系,在叙述方法和行文方面,注意调动学生主动学习、思考的积极性,以提高他们的抽象思维能力和自学能力。例如,在介绍物质结构的初步知识时,通过实验和类比,引导学生从宏观现象深入到微观结构的本质,通过提出问题,引发思考,然后再概括出结论或概念,使学生从感性认识上升到理性认识。
4.自学能力。自学能力就是在已有知识水平和技能的基础上,不断获取新知识并运用这些知识的能力。化学教学的重要目的之一不仅是使学生“学会”,更重要是使学生“会学”。现代科学技术发展迅速,知识更新周期缩短,如果不“会学”,就无法适应日新月异的社会发展需要。因此,现代教育的一个重要特点,就是培养学生不断摄取新知识的自学能力,使学生受益终身。
三、化学科学思想水平
学生的化学科学思想水平包括以下几个方面:
1.辩证唯物主义思想水平。?化学作为一门自然科学,本身就具有丰富的辩证唯物主义素材。在化学教学中进行辩证唯物主义观点的教育,应结合教学内容,通过有机渗透,使学生逐步树立起辩证唯物主义的世界观和方法论,用对立统一、事物发展的矛盾性和统一性、量变到质变等观点学习和认识化学问题,提高学生应用辩证唯物主义观点观察问题和认识问题的能力。
2.实事求是的科学态度。?初中化学启蒙教育阶段,应结合教学内容、化学史教学,对学生进行坚忍不拔的精神、实事求是的态度、严肃认真的作风等方面的教育。通过多种方法与途径培养学生的科学思维、研究方法和严谨求实的治学精神。使学生认识到一切科学知识都来源于实践,又反过来指导实践的道理。
3.爱国主义的思想水平。新教材结合教学内容,注意对学生进行爱国主义教育。如教材中介绍了祖国在化学科技方面取得的卓越成就,以增强学生的民族自豪感和自信心。密切结合能源、材料、资源等教学内容,进行国情教育和爱国主义教育,使学生树立起为建设社会主义祖国而努力学习的使命感和远大目标。
加里宁说,“我没有看到一门不能教育青年热爱祖国,并培养他们具有最好的公民情感的科目。”化学也不应例外。
4,环境保护意识水平。人类赖以生存的水圈、大气圈、生物圈、岩石圈的物质在不断运动变化,并按一定程序循环着,组成了环境物质的平衡体系。而人类在生产、生活中产生的污染却破坏着人类赖以生存的环境。新教材的有关章节注意结合教学内容,对学生进行防止污染、保护环境的教育。教师应通过“我们只有一个地球”的教育,让学生认识到环境保护的紧迫性和重要性,使学生从小养成爱护环境,保护环境的良好意识和习惯。
四、化学科学品质
化学科学品质指学生学习化学的动机、兴趣、情感和意志等。化学科学品质是一种非智力因素,在一定条件下对学生的学习水平起着十分重要的作用。
1.化学学习动机。学习动机是指引起和维持学生进行学习活动,达到预定目的的意念。使学生明确学习目的是培养和激发学生学习动机的最有效的方法。化学是一门非常重要的自然科学。现代社会,不管是高科技或日常生活,都与化学科学息息相关。学好化学是我国四化建设的需要,是科学发展和人类进步的需要。
在教学中应始终贯穿理想教育这一主线,通过具体的实例,生动有趣的教学,使学生明确学习目的,强化学生的学习动机。
2.化学学习兴趣。化学学习兴趣是指学生对化学力求认识、趋近的一种心理倾向。兴趣是学生学习的主要动力。学习兴趣使学生始终对学习保持良好的心理状态,并在其中得到乐趣和满足。化学教学中丰富多采的实验为培养学生的学习兴趣创造了得天独厚的教学情境。此外,使学生明确学习目的,采取有效的教学方法,教师渊博的知识等,都是激发和培养学生学习兴趣的有效因素。
3.情感。情感是人们在认识客观世界时所表现出的不同的心理反应和态度。学生在学习过程中的愉快、热情的良好情感,可使学生产生积极向上的心理状态。悲伤、灰心、冷漠、烦躁等不良情感可给学生的学习带来消极的影响。因此,在教学中对学生(尤其对差生)的热爱、信任和尊重,教师高尚的人格,以及生动有趣、形式多样的教学方法,都是培养学生良好情感的重要因素。
4.意志。意志是人们在有意识、有目的的行动中表现出的一种契而不舍、克服困难的心理过程。任何学习过程都是复杂而艰辛的。学生在学习中会遇到不少困难与挫折,如深奥的原理难以理解,习题难懂难做,不良情绪的干扰等。如果没有坚强的学习意志是不可能长期坚持单调学习并取得优秀成绩的。在化学教学中,教师应通过多种方法和途径培养和锻炼学生的意志。如设计一项对环境污染进行监测的任务,让学生长期坚持去做。还可结合化学史教学,介绍有关科学研究工作者为人类进步不畏艰险、奋勇登攀的优秀品质。
首先,资源环境科学专业是文理兼收的,故选择叶芬霞主编的“无机及分析化学”和“无机及分析化学实验”作为教材。本课程作为专业基础课,课程大纲要求学生掌握分析化学的基本原理和方法以及无机及分析化学试验的基本操作技能,培养严谨的科学态度、分析解决环境科学问题的能力,并为学习后续课程和将来从事环境监测工作和环境化学的学习奠定基础。因此本课程确定选取容量分析(酸碱滴定法、沉淀滴定法、氧化还原滴定法、配位滴定法)和仪器分析(吸光光度法、原子吸收分光光度法、离子色谱法等)作为重点教学内容,设定教学计划,理论环节50学时,实验环节22学时,实验分别设计入门项目、验证性项目、综合性项目等多种层次的8个实验项目来反复训练学生,培养学生获得整体行动能力,同时注重与本专业其他课程的衔接和渗透,真正通过本课程学习为后续专业理论学习和实践能力的培养打下良好的基础。
1.2理论教学改革
在分析化学的理论教学中,既要讲授分析化学的基本原理和方法,使学生严格树立起“量”的概念,培养学生从事理论研究和实践的严谨的科学作风和能力。又要将新发现的现代分析方法和技术巧妙的融合到经典分析化学中,如介绍分析化学在环境监测、环境毒理学、环境化学等课程方面的应用,特别是环境污染治理、生命科学在分析化学方向使学生认识到分析化学的重要性,充分调动学生的积极性,激发学生学习兴趣,积极参与到教学活动中。教师教学不应重在讲授,而应重在“授之予渔”,引导学生提出问题,指导学生解决问题。首先,教师提出能够涵盖课堂教学所有知识点的问题,让学生课前带着问题去预习,既培养独立自主学习能力又可让学生发现自己遇到的难点。然后,通过启发引导,鼓励学生提出问题,引导学生寻找解决问题的途径和方法,并给出一定的时间让学生去思考,去查阅相关的资料,培养学生独立解决问题能力,同时让学生自己挖掘每个问题所涵盖的知识点,并引导其掌握问题在实际中的应用,以学生为主体通过问题的解决而掌握相关的知识点,不但帮助学生自主分析、解决问题,还提高了学生学习的兴趣,使所学知识体系和创新能力不断提高和发展。比如新课前先留下问题水中Cl-和CrO4-同时存在,缓慢加入浓的AgNO3哪种离子先沉淀呢?实验现象又如何?学生带着问题去预习,学习分步沉淀的原理,同时鼓励学生小组设计实验,理论课前可以先进行实验,观察现象,通过查找资料分析原因,课堂上教师根据学生解答问题情况讲授新课,理论与实践相结合,充分调动学生学习的积极性,培养了学生自主学习、团结协作分析解决问题的能力。课堂教学过程中注重灵活引导学生掌握学习方法,如对比方法,包括将有关同类滴定分析方法原理知识进行横向或纵向的比较、几种常规容量分析法的相似点不同点、化学键与分子间作用力的异同点、三种银量法的异同点等,又如如何选择最适的指示剂,重点讲根据酸碱滴定曲线中滴定突跃选择指示剂,而配位滴定和氧化还原滴定,就不再详细讲授,让学生分组讨论学习,而且滴定分析重在应用,加以案例分析教学,有助于提高学习兴趣,让学生学以致用,了解本方法的用途,进而开展实践教学。
1.3创新实践教学模式,多种实验教学模式相结合
现阶段分析化学实践教学中,多数是老师为学生准备好试验水样、土样、药品试剂等,学生仅按照试验步骤依次操作即完成实验,这并不能满足全面提升学生综合实践能力、创新能力的培养要求,针对上述问题,我对分析化学实践教学做如下改革。以学生为主体、教师为引导,强调以工作任务为驱动组织实践教学,开展实验,同时提倡让学生参与试验的布点、采样、试剂配制、试验耗材准备等实验整个过程的教学模式。即根据工作任务让学生分小组完成任务分配表,包括试验样品的选取、实验药品用量的计算和配制方法、实验原理、实验注意事项等,在实践教学方法上注重互动式、启发式教学模式,鼓励学生小组筹备实验,实验过程中出现问题,引导学生查找分析问题原因,注重培养学生能够掌握基本的分析原理和方法基础上,培养学生进行自主式探索研究,能够自主提出问题、分析问题、并通过分工合作解决实际问题,真正实现教学相长。整个实验过程,不仅提高了解决分析问题能力,也培养了学生团队合作精神。实践教学中工作任务的设置应注重基础实验和综合设计实验相结合,如基础项目、验证性项目、自主性项目、综合性项目等多种层次的8个实验项目来反复训练学生。基础项目的选取以学生基本操作规范、实验常用仪器使用方法为主。如天平的使用、基本仪器操作规范及注意事项等。验证性项目则在规范操作基础上,与课程教学大纲相结合,学会如何着手解决工作任务,教师给出概要的指导性问题和解决问题可选择的途径,学生通过实验过程记录现象和课后查阅资料分析现象,形成总结报告,教师根据结果用部分课堂时间予以点评,如开设水中氯化物含量测定、硫代硫酸钠的标定、EDTA的配制和标定等等。自主性项目则以小组为单位,进行自主式探索研究,分工合作,引导可以选择食用米醋酸度的测定、食用盐中碘含量的测定、自来水中总硬度的测定等。综合性项目为设计研究跨课程的大型综合项目,如草溪河水体富营养化评价等,根据所学的知识和操作技能和查阅相关资料,小组合作写出设计方案,在教师论证其可行性后筹备实验,完成实验,写出实验小论文。
1.4改革考试方式,推行全面而科学的考核方法
改革以考核知识的积累、实践能力为目标,考核采取全过程考核,考核方式有闭卷笔试、实验操作、平时作业、实验报告等多种形式,既注重结果又注重过程。理论部分占总成绩的60%,实验部分占总成绩的30%,考勤占10%,共100分。考核内容以应用为主,主要考核学生掌握知识点和灵活运用能力,达到培养学生综合应用能力的目标。
有效教学,广义上讲就是指有效率的教学;具体到每个不同学科上,就成为“学科有效教学”;“学科有效教学”除了具有有效教学的一般涵义外,其更多的要受到具体学科特殊规律的制约,又具有更为深层次的涵义。高中化学课堂有效教学是指高中师生在化学课堂上、在一般教学规律和化学学科的特殊教学规律指导下,以最少的教学投入获得“好”的教学效果,使所有学生的化学素养都得到尽可能发展和提高的教学。
(二)高中化学课堂有效教学的特征
高中化学课堂有效性特征,从传统教学论角度会被理解为化学课堂上的教学目标更为明确、内容更为清晰、教学方式更加适当等;但如果从高中化学课堂有效教学涵义角度来讲,它更加关注学生的学、非教师的教,即学生的化学素养得到提高和发展应该是衡量高中化学课堂有效教学的重要标准或者是唯一标准。基于此,我们将高中化学课堂有效教学特征的外在表现归结为提高学生化学素养的三点:一是学生的化学基础知识得到了积累和应用;二是学生的化学实验技能、能力得到了提高和培养;三是学生能够把化学知识的学习与自身生活实际结合起来。
二、当前高中化学课堂教学现状与问题
(一)教师为教而教,而不是为了学生学
就当前高中化学课堂教学普遍存在的一个问题是有教无学,教与学相脱节,教师只是一个人在唱独角戏,甚至是照本宣科完全的将学生的学置于脑后,教师上课只是为教而教,而不是为学生学。学生处于这种氛围,难免是被动的“接受”化学知识,学生的学习主动性受到抑制,学生学习效率低下。
(二)教学流于形式,无系统、计划可言
高中化学课程改革要求要注重学生“三维目标”的培养,要一改传统单一的教学模式,从多个角度、多个维度来促进学生发展。课程改革是好事,但是限于老师对新课改理念的不理解或者理解不够深,为了体现“三维目标”,片面强调教学的形式、过程,而不重化学知识本质,教学改革导致教学流于形式,就其教学系统性、计划性而言则无从谈起。
(三)教学实验探而不究,学习合而不作
新课程改革标准重点关注了高中学生化学实验的学习,要求利用化学实验教学培养学生的实验探究能力;许多老师大量减少了讲授时间,花更多的课堂时间来让学生“探究”。这样做表面上是重视学生探究能力的培养,但是也由于缺乏相应指导、引导,导致学生实际上是探而不究。就实验教学中的合作学习而言,学生在教师的帮助下分成了若干学习小组,但由于学习并没有理解合作学习的本质涵义是“共同参与、相互协作”,导致学生对老师布置的任务是互相推诿、合而不作。
三、高中化学课堂有效教学的实施策略
(一)化抽象为形象
高中化学学科有很多专业性较强的术语、概念,这些术语、概念多是看不见、摸不着,较为抽象、难懂;但是对于高中化学知识的理解又不可替代。因此,需要教师要对于这类化学术语、概念教学进行巧妙设计,将抽象、难懂化为生动、形象,是一种必然而又有效的教学策略。
(二)加强知识横纵向联系
正确、规范书写化学方程式是高中化学重要教学目标之一,但是许多化学方程式的记忆、书写会成为学生学习的一个难题。为了能够成功克服这个难题,就需要教师在讲解化学方程式时,要尝试联系将新的方程式知识与之前学生的结合起来,即利用化学知识横向、纵向的联系关系帮助学生理解、记忆。
(三)利用反馈、帮学生当堂消化
一堂完整化学课上教师所讲解的知识,真正的能够完全理解、掌握的学生很少,多数学生都会存在一定的疑惑。疑惑一定程度上是好事,能帮学生融入到课堂教学中,但是如果疑惑长期累积得不到及时的解决,就会对学生后续的化学学习效率、效果产生不利影响;因此,教师要合理利用学生反馈,将更多的学生疑惑消化在课堂上。
(四)巧妙设疑,引导学生思考
古语有云“读书无疑者,须教有疑,有疑者却要无疑,到这里方是长进。”说明了知识始于问题、终于问题的本质。为增强高中化学课堂教学的有效性,就需要老师在教学中巧妙设疑,旨在引发学生思考,并利用学生的分析、思考深化问题,从而启发出新问题,对增进学生学习效果定大有益处。
(五)善于总结,帮助学生理解
通过调查发现,高中许多理科生的数学、物理都能学得很好,但总是被化学拖后腿,学生给出的理由是数学、物理的知识对逻辑思维性要求较高,很多知识可以“推理”,需要记的东西也很少;化学恰恰相反,其知识点多杂,很多知识不通过“逻辑”来理解,只能“死记硬背”;这时就需要教师对纷繁复杂的知识点进行总结,旨在助理学生理头绪、深理解。