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无机化学教学改革实施方案
无机化学教学改革实施方案是:理清知识体系,整合教学内容,压缩教学时数,实行模块化分层次推进教学,提高教学效率。无机化学教学的模块化分解和教学时数分配的框架(表略)。无机化学教学整合原则如下:(1)删掉部分内容(稀有气体、镧系、锕系、核化学、金属晶体和无机化学发展前沿),不再讲解,让学生自学。(2)压缩部分内容(溶液、热力学、动力学和晶体学),在后续课程中精讲。(3)合并部分内容(化学平衡、解离平衡和溶解平衡)。(4)补充部分内容(教学研究成果)。
无机化学教学改革方案的特色
(1)“三学二素一论”的两部分六模块改革。两部分为理论部分(48学时)和元素部分(42学时)。六模块为“三学二素一论”:“三学”为微观学、热力学和动力学;“二素”为主族元素和副族元素;“一论”为元素通论。
(2)“三位一体”的教学模式。微观学Ⅰ为无机化学一,热力学Ⅱ和动力学Ⅲ为无机化学二,元素部分为无机化学三,由3个主讲教师完成不同模块,学完就考,学分加和。
(3)根据“学生学习认知过程”设计教学顺序如下: ①由抽象到具体,先理论部分后元素部分;②由简单到复杂,微观学为“原子—分子—离子”;③由理论到应用,热力学为“热力学能—化学平衡和电化学—氧化还原反应”;④由主族到副族,先主族元素后副族元素; s区元素和ds区元素进行对比教学。
(4)利用规律性的“教学研究成果”促进教学。六模块中有关规律的教学内容详见表1。在这部分教学中展示教师教学研究成果,既可以理清学生思路,解决疑点难点;又可以指导学生进行教学研究,以研助教,以教促研。
(5)明确重点。溶液的有关理论重点在分析化学课程中讲解,而在无机化学课程中只学简单应用;热力学和动力学的有关理论重点在物理化学课程中讲解,而在无机化学课程中只学简单应用。
无机化学教学共两个学期,在每学期的期初组织一次自我展示演讲。演讲题目自拟,以感人为最终目的;要求团队所有成员参加,时间限制在3分钟以内。在自我展示的教学环节中,学生演讲最多的题材是对就业的困惑、对人生的感悟、对未来的向往、自己最喜欢的人或最近最热点的话题等。演讲时间虽短,但是本环节给学生提供了一个展示自己的平台,锻炼了学生的表达能力,增进了同学之间的了解。由于演讲成绩取团队成员演讲成绩的平均值,所以在演讲前每个团队成员之间都会积极准备,彼此之间互相讨论和帮助,争取本团队成员都能在比赛中完美展示,共同获得好成绩,从而可最大限度的激发学生的进取精神和团队合作精神。
1.2学生授课
每学期选出部分无机化学理论课程和实验课程分配给各个教学团队,队长组织本队成员对分配的教学内容进行教学设计。教学设计的内容包括:课堂导入、主要教学内容、课后小节等。课堂要求互动和质疑,还需要进行合理的扩展,授课时间要求在45分钟之内。教学形式不限,以生动并能激发学生的学习兴趣为目的。教学过程中,教师必须全程参与,监督和辅助学生在教学过程中对知识点准确性的把握。我们以学生主讲的无机化学理论课程设计为例:课前需要进行如下准备:①研读教材掌握教学的基本理论;②利用各种网络资源对教学内容进行深入学习,以便在教学中进行合理的知识扩展;③进行课堂教学设计,设计内容包括教学内容和教学环节的分工,以及教学互动环节等。④正式上课前,进行模拟教学,教师在模拟教学中进行质疑,提出与本节课相关的知识点,指出学生在教学中的不足、不准确和不正确的地方。在正式的课堂教学中,教师要辅助课堂教学,回答“小老师”不能准确回答的学生的质疑,在教学小结中总结本节的知识要点,并对学生的授课情况做简要的短评,让学生了解自己的优缺点,以便在以后的学习和生活中不断的提升自己。此环节中,团队成员的成绩依旧相同,因此可有效的提高学生的综合素质:首先,提高积极向上的进取精神和团队合作精神;其次,通过课外预习和资料的检索可以培养学生良好的学习习惯,增强学习能力;再次,在课堂教学过程中锻炼了自己的表达能力、应变能力、组织能力、以及发现及解决问题的能力。此外,同学的质疑过程对授课学生知识准备的充分与否、快速反应能力和学以致用能力也是考验和锻炼。
1.3撰写科研小论文
鼓励学生实时检索无机化学领域的最新研究成果,选择自己感兴趣的相关研究方向自学并撰写专业小论文。目前学生撰写的论文报告有“纳米材料”、“最新分离技术”、“石墨烯的应用”、“单壁碳纳米管的制备及应用”等。每个团队选拔出最优秀的论文,制作演示文稿,在第二课堂时间(每学期选择一个休息日)进行论文汇报。本环节中,学生的团队精神不仅得到了培养,在文献检索、阅读过程中还拓展了专业视野。另外,通过学习了解了自己感兴趣的领域,从而明确未来学习和工作领域的选择,显著提高市场竞争力。
2培养创新能力及操作性
2.1知识扩展
化学教育专业最大的特点是具有师范性,大学生的专业水平和知识视野的大小直接决定其在未来中学教育中的教学水平。因此,在教学过程中注重知识的扩展,激励学生主动学习,引导学生探究的科研思维也是教学改革的重要目标。因此,本教研室教师会在教学的相关理论中引入本领域最新的研究成果,包括教师自己课题组的相关科研成果。例如:在学习第五和第六副族元素时,教师把自己课题组最新制备的官能化杂多酸成果介绍给学生,重点介绍科研思想。因为科研成果为自己的老师研究所得,所以在进行教学过程中可以让学生感觉到创新过程和创新成果离自己没有那么遥远,从而可以激励他们的学习兴趣、提高参与意识,培养科研思维,将被动学习变成主动学习。
2.2开放实验室
此环节主要是利用学生的课余时间进行,学生可根据自己的兴趣自愿参加。
2.2.1开放本科实验室
每学期本科实验室开放两次,开放时间在期中,因为此时,大学生的实验技能和无机化学理论知识体系已相对完善,能够独立或合作设计完成实验活动。参与开放实验室活动的同学要先递交“申请书”,申请中写明实验内容、所需仪器和设备、相关药品及材料。学生可在实验教师指导下反复实验,直至成功达到设计目的。每学期活动的内容主要围绕如下几个方面:①鼓励学生对做过的无机化学实验设计大胆质疑,提出改进方案,并指明改造后的优势;②对做过的无机化学实验,学生在保证实验结果准确、实验现象明显的前提下,可对某个实验或某个实验步骤进行微型化设计;③在教师的介绍下与合作中学的一线化学教师共同探讨中学化学实验的教学改革,参与中学化学实验的设计及教学对学生来说是提高未来就业竞争力,搞好中学教学的重要实践渠道。此环节可以培养学生良好的思维习惯、创造性和实践操作性。同时还间接的培养了学生的学习兴趣和进取精神。
2.2.2开放研究生实验室
在20世纪90年代,美国首先提出了整合教育培养创新型人才的新思路[5]。以此为鉴,在无机化学课程教学的后期,允许部分实验技能较强、勤思考、爱提问的同学参与到研究生的创新性科研工作中。对于刚进入实验室本科生的培养主要包括两个层次。一是科研基本技能培训,包括学习国内外科研文献的检索方法、熟读科研文献、了解无机化学领域的理论和最新研究热点、掌握无机合成技术、掌握无机化合物制备及性质研究方法、掌握实验数据处理方法、参加研究生的科研组会并适当进行文献汇报。二是科研探索,在经历了基本的学习训练后,对于学习能力强的本科生,在保证不耽误本科课程学习的前提下,在导师的指导下和研究生的监督下完成一些可行性较强的科研项目。目前每年都有部分本科生在国内外学术期刊上公开发表科研论文,这些学生是校大学生创新和创业项目的主要申报者,也是未来攻读硕士研究生的主要生源。和其他学生相比,他们都会较早的制定人生规划,有目标、有理想、能吃苦、善于思考且动手能力强,而且在未来选择研究生报考专业时的目标更明确。
随着学科的发展和知识的丰富,无机化学的教学内容越来越多,书越编越厚,除了化学平衡和元素化学的知识外,还有物理化学的热力学,反应动力学,电化学及“结构化学”的原子结构等内容,知识点密集且理论性强。以我校化学工程与工艺专业为例,所用教材为天津大学杨宏孝等主编,高等教育出版社出版的无机化学第四版,550页,教学时间为54学时,在如此短的时间内学完全部内容,显然是很费力的。因此大学老师的授课方式和对学生的引导就显得至关重要。
2学生自身条件的局限
无机化学的授课对象是刚刚考入大学的大一新生,一方面他们在高中早已习惯了题海战术,习惯了中学那种死记硬背的学习方法,面对课时少,知识面广,思维跳跃性强的大学有着强烈的不适应。在实际学习过程中,他们在学习初期很容易产生眼高手低的感觉,轻视学习,随着课堂进度加快,中后期面临着信息量大﹑重复少﹑练习少,心理准备不足,普遍感到学习起来很吃力,茫然不知所措,很容易产生焦躁和厌烦的情绪,甚至越来越不喜欢学习,这样直接影响到他们后期的学习。另一个方面他们正处在由中学角色到大学角色的转型期,他们中大都是缺少锻炼的独生子女,以前在生活和学习上极大程度地依赖老师和父母,现在突然失去监督和管理,茫然不知所措。很多学生都反映大学老师上课内容多,讲课速度快,很多时候都听不懂老师讲的是什么,课后自己看书也不太明白,导致出现“教师忙于讲解,学生难以理解”的尴尬局面。其根本原因是忽视对学生学习积极性和自主学习能力的培养,不能突出学生的主体地位。面对大学授课时间少,授课内容多的情况,培养学生的自学能力,突出学生的主体地位显得尤为重要。
3课程教学内容知识陈旧,缺少灵活性
在长达三十多年的时间里,无机化学一直以化学反应原理,物质结构基础,元素化学为课程教学基础内容,知识点更新不大,而且还含有中学的内容。以元素部分为例,元素部分的知识琐碎,系统性不强,而教材中往往只是罗列材料,削弱了理论对学习元素化合物知识的指导作用,讲起来平淡乏味,不利于学生理解和掌握,难以激发学生的兴趣。
4落后的传统教学模式的限制
“以教师为中心,以课堂为中心,以教材为中心”的单一传统教学模式,使学生对无机化学的学习感到很枯燥,认为是一大堆的英文符号和没完没了的数据以及无穷无尽的计算,严重地影响了学生学习无机化学知识的积极性,从而难以为社会提供创造性人材,达不到新的教育机制对“无机化学”教学目标的要求。
5师生之间缺乏及时的沟通交流
从老师的角度来看,学生有点太怯于与老师沟通了。大学的老师有一个共同的特点就是与学生沟通较少,很多学生每周只能和老师见上一两面。相对于高中时同老师的见面频率而言,明显少了很多。师生间面对面交流的机会随之也就大大减少,三成大学生整年“师生零交流”。从学生的角度来看,学生们通常只有在课上或是课间时才会和老师有互动,尽管大多数学生和老师愿意相互交流,但有时候似乎缺乏有效的沟通途径。
6理论教学与实验教学的不同步性
化学工程与工艺专业理论课进度相对实验课有些滞后,导致实验环节时学生对基础理论知识不理解,对实验步骤懵懵懂懂,多数学生完全按照实验书所给的步骤来做,不加以任何思考,这样就导致实验做完原理步骤忘完,完全达不到通过实验课的学习培养学生的科研能力和科学素养的目的,还会让学生认为这是一种负担。针对以上问题,优化无机化学课程的结构和内容,改革教学方式,贯彻新的教学理念,正确引导学生建立正确的学习方法,提高学习兴趣和自学能力,培养学生的创新意识和创新能力,并使学生在有限的教学时间内,尽可能多地掌握无机化学基础知识是摆在我们面前的一项重要任务,势在必行。
二、具体改革内容、改革目标和拟解决的关键问题。
1教学内容的改革
课堂教学内容的变革决定了课程改革的效果,在教学改革过程中要探索先进的教学理念,不断提高无机化学课程教学水平,使该课程在提高学生素质和能力方面发挥更大的作用。具体内容如下:
1.1精选教材内容,突出重点,分散难点
无机化学课程以“二结构、三原理、四平衡”的基本理论和元素化合物知识为主线,主要讲述化学的基本原理和元素的性质以及相关化学反应。在教学过程中既要加强与中学化学教学内容的联系,又要协调好无机化学与物理化学、有机化学和分析化学中的部分内容的关系,把握好同一知识点在不同学科之间的衔接,避免重复,更好地精简课时,提高效率。现有的无机化学教材有很多与中学化学,基础化学,分析化学重复的内容,四大化学反应,原子分子结构是工科无机化学的重要基础理论,也是教学的难点和重点。
1.2加强无机化学教学内容的针对性
以本专业企业生产、学生就业、考研的实用性为出发点选择拟讲授的内容,形成化学与工程专业,乃至应用化学,材料和环境等专业的全方位的培养模式。工科基础化学的教学改革应在注重课程整体性的基础上,选取教学内容,在以突出知识主线的前提下,把握好知识的深度与广度的平衡,就是在讲清楚重要知识的基础上,让化学原理与专业知识有机结合。
1.3理论教学与实验同步,开放性实验辅助理论教学
对化学工程与工艺专业的学生来说,实验课的学习也在教学过程中也有着重要的作用,通过对实验课的学习能够培养学生的科研能力和科学素养,为成为高素质化工类应用人才打下坚实的基础。基础理论知识的理解对学生的实验技能有着指导性的意义,所以要保证理论教学与实验教学的同步性,这样既能保证学生掌握基础的实验技能,又能促进其对基础理论知识的理解。对于理论课进度相对滞后的实验课,在实验课环节,教师要在实验前将实验知识与理论知识相结合并给予学生系统化,详细化的讲解,不能就实验讲实验,能为学生引申的尽可能引申,这样可以使学生做到心中有数,有的放矢,这样既保证了学生掌握基本的实验技能,也有利于其对后续基础理论知识的理解和掌握,理论教学与实验教学相辅相成,更好地培养了学生的动手能力,思考问题分析问题解决问题的能力以及理论联系实际的能力,进而培养了学生的科研能力和科学素养。
1.4引入多媒体演示教学
针对工科学生结构化学基础薄弱的情况,为避免教材中单纯罗列抽象概念的情况,引入多媒体辅助课堂演示教学,制作三维多媒体课件,通过计算机直观地向学生描述原子的结构,原子轨道图形,杂化轨道形状与空间取向,化学键的形成及空间图像等,以动画形式生动逼真地模拟杂化形成的全过程,充分地利用了多媒体教学的图、形、声等特点,使课堂教学形象生动,易懂易记。教师也可以在备课过程中对多媒体课件不断地进行修改和完善,使教学内容更加完整、充实。
1.5建立一定的平台及时与学生进行沟通交流
针对师生之间缺乏及时沟通交流的情况,可以建立面对面的平台或群平台等,能够让学生遇到不懂的问题,包括学术问题题和个人烦恼等等,进行及时的沟通交流,引导学生充分利用业余时间,查阅无机化学相关的文献,拓宽其知识面,调动其学习积极性,培养其自学能力。今年我带的化工班特地建了一个群,对实验中存在的问题及时进行沟通交流,对于好的素材师生共享,加深了师生之间的互相了解,拉近了师生之间的距离,从而提高了学生学习的主动性和积极性。有时候学生会因为一个老师,而喜欢上一门课。
2教学方法的改革
教学方法的改革是课程改革的重要环节,教师应该从教和学两个方面改善教学方法,将化学基础知识融于生活,科研和生产,从而培养学生的学习兴趣。具体做法如下:
2.1做好新旧知识的衔接,引导学生利用已有的知识解决新问题
培养学生养成课前预习课后复习的习惯,在讲授过程中,教师通过设问,提问等方式,引导学生对以前所学的知识进行回忆,引导学生积极思考,用已有的知识解决新问题,这样就使得学生在学习新知识点的同时,复习巩固旧知识,从而增强学生学习的成就感和学习无机化学的信心。
2.2引入学生参与的制度,充分调动学生的积极性
对于深度不高的教学内容,鉴于学时所限,可以引入学生参与的制度,提前让学生查资料,鼓励学生用PPT形式,做几分钟的演讲,这样就由原来的只有教师讲授转为师生通讲,充分调动学生课余时间学习的积极性,课后采用互评的形式,这样不仅锻炼了学生敢于发言的勇气,也让学生更好地积累经验,为下一次的成功打好基础。
2.3以科研促进教学,让专业知识与实际生活紧密结合
无机化学知识点多,理论性很强,学生学起来普遍感到枯燥,很难产生学习兴趣。在教学过程中,教师要将课本上的理论与有关的科技研究成果和生活中的具体事例相结合,既有利于避免教学内容的空洞抽象、枯燥乏味,也有利于拓宽学生的知识面,同时还能更好地激发学生学习的兴趣。同时也可以安排不同的学术讲座,就科学领域前沿的热点问题展开交流和讨论,例如,非金属材料科学,稀土金属在人类生产生活的作用,生态环境保护等课题,以丰富学生的第二课堂,让他们觉得自己所学的知识与社会的发展息息相关,从而增强了学生对本专业学习的信心。
2.4以提高教学质量为核心,培养学生的学习兴趣和自主学习能力
针对大一学生要完成从高中到大学过渡的特点,实现从以教师讲授为主向以学生自学为主的转变,教师在课堂教学中要采取有效方法(例如,把化学基础知识融入生活,将化学基础知识融入生产,将化学基础知识融入科研等),激发学生的学习兴趣,保证学生的主体性和创造性的发挥,以实现学生智力和非智力因素和谐发展,使学生由“不想学、不会学”转变为”我要学、我会学”。这对于培养学生终生的学习习惯,促进学生学习能力的发展,帮助学生积极思考等具有非常重要的意义。
3考核方式的改革
考核是检查教师教学效果和评价学生学习成效的必要方法,也是教学的重要环节。能够督促学生平日的学习和客观的评价学生的学习情况,调整如下:
3.1多元化考核评价体系的构建是检查教学效果的重要举措
在高校中普遍存在部分学生平时不学习,考前临时突击的现象。为了避免这种不良学习风气的滋生,应构建多元化的考核体系,以学生的平时考核(占30%)和期末考核(占70%)进行综合评定。考试进行的载体是试卷,试卷要以能力测试为主导,考查学生对所学基础知识、基本技能的掌握程度和综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力作为命题的指导思想。在考试题型多样化的前提下,要将基础知识与综合能力相结合,注重对分析问题和解决问题能力的考查。因此命题教师应在期末考试中增加一定比例的综合素质题,以考察学生综合运用所学知识、原理来分析和解决实际问题的能力,从而实现通过考试来检查教学效果的目的。
3.2严格平时考核是巩固课堂教学效果的一个重要环节
在构建的多元化考核评价体系中,学生的平时考核(共计30分)共分为三个部分:出勤情况和课堂表现(占5分);作业及随堂阶段性考试(占10分);专业小论文或小报告(占15分)。布置每个学生根据所学的知识点及试题规范化要求出一份自己认为有质量的试题及答案上交,老师从学生所出的题中择优选取,考试结束后指导学生互相批改并作出评价,这样不仅提高了学生的学习兴趣同时有力地促进了学生解题能力及综合运用知识的能力。通过大量阅读文献,撰写小论文,做小报告,从而拓宽学生的知识面,也把平时成绩真正的落到实处。最后一次课,我对三个班的学生做了一个调查,在讲台上做报告,撰写论文,出一套试卷,让学生任选一样去做,会怎么选?最后参与的学生65人,做报告,46%,论文:35%,出试卷,19%。选择做报告的主要原因是具有挑战性,可以很好锻炼自己的语言表达能力,并在此过程中体会到了老师工作的不易,培养其在以后的学习和工作中学会尊重别人的劳动;撰写论文有利于拓宽自己的知识面,发现有很多东西值得进一步学习;通过出试卷发现了自己在学习中存在的问题,加深了对书本知识的理解和掌握。
3.3明确的考核制度可以促进学生端正学习态度
明确的考核制度可以促进学生端正学习态度,促使学生养成一个良好的学习习惯。而且这种针对学习过程的每个环节的量化记录,有利于教师掌握学生的学习动态,根据平时记录反馈的信息,及时调整教学方法、优化教学管理,使教学效果进一步提高。
作者:史锐 张晓丽 吴品昌 单位:辽宁中医药大学
内容涉及浓度计算、结构理论、热力学初步等等,涵盖了多个化学学科知识,但像结构理论等知识主要以描述性介绍为主。这种浅、全,但内容繁多的内容很难符合现代教学要求,也不符合现代化医药人才培养的要求。内容与实用性联系较少。内容中对知识在医药学上的应用介绍较少,与实际应用联系较少。如缓冲溶液中只介绍简单的浓度计算方法,而在医药学上常用的溶液介绍非常少。(3)课程内容对不同专业无明显区别,授课无侧重点。因此需对课程内容进行调整,力求少而精。因不同专业的服务方向不同,对所学课程要求也不同,而课程的设置与教学质量直接影响学生对后续课程的学习效果,影响对学生整体目标的培养质量。因此《无机化学》怎样适应于不同专业的人才培养目标,怎样实施教学,是无机化学教学工作者们探讨和研究的时代命题。结合教学实践经验,提出以下构想。构建面向不同专业以无机化学为核心的课程体系本校无机化学教研室承担全校药学相关专业、护理学等多个专业的教学任务。并根据临床医学专业的课程设计需要,拟增加无机化学和现代无机化学课程作为临床医学相关专业的公共选修课,为其后续课程学习提供良好的铺垫,并为今后的科研工作起到引领作用。
因不同专业的服务方向不同,对所学课程要求也不同。因此,根据本校各专业培养目标的要求,构建以无机化学为核心的“1条主线和3个分支”课程体系,以适应全校不同专业对无机化学教学的需要。“1条主线”包括无机化学和现代无机化学2门课程,分别适用于药学和临床专业本科生必修和选修,体现无机化学对于药学和临床医学教学和科研的引导作用“;3个分支”包括无机化学(护理学专用)、基础化学和医用化学基础(中专护士专用),以加强非临床专业学生对本专业相关无机化学知识的学习。(1)核心课程《无机化学》是研究无机物的组成、结构、性质、变化规律的科学,重点阐述物质结构基础(原子结构、分子结构、晶体结构等)、元素周期律、化学基本定律、气体、热力学基础、动力学基础、酸碱理论、电解质溶液、氧化还原反应、配合物等。通过掌握该课程的基本理论、知识和技能将为医药学各学科的学习奠定基础,有利于将来的实际工作。无机化学是药学相关专业的必修课程,也是计划新开的临床专业公共选修课,但不同的专业对无机化学教学有不同的要求,药学专业学习重点为化学相关理论及药物制备合成相关知识;临床专业学习重点为后续有机化学和生物化学课程学习做铺垫,以及元素性质和其前沿应用的知识。因此,在上述专业的《无机化学》的教学过程中,我们将始终坚持突出专业特色、满足专业需求、体现专业水平的原则,分别制定不同的教学大纲、实验教学大纲和实验指导。(2)《现代无机化学》是药学和临床医学专业学生在掌握了无机化学及相关专业知识之后学习的一门计划新开选修课,其内容概括地总结无机化学中常用的经典理论成果,使学生有效地掌握理论工具,让学生运用所学理论知识指导对无机化学领域最新知识的学习和掌握,了解现代无机化学的主要研究方向、研究方法、应用及其发展趋势,培养学生把握无机化学学科前沿的能力及其在药学和临床医学的应用,为后续课程学习及今后从事相关研究工作打下坚实的基础。(3)《无机化学》(护理学专用)是护理学专业学生学习无机化学在护理学相关方面应用的一门专业选修课,它重点研究酸碱理论、电解质溶液、氧化还原反应、配合物等理论及相关技能,对今后从事相关工作提供重要的理论支持和技术指导。(4)《基础化学》是非临床医学专业计划开设的一门公共选修课,简述无机化学四大平衡理论、有机化合物的结构性质以及光谱分析、薄层层析、电化学分析等仪器分析的原理和方法。为其专业课的学习以及今后从事相关研究工作打下坚实的基础。(5)《医用化学基础》(中专护士专用)是研究无机物和有机物的组成、结构、性质、变化规律的科学,概括阐述化学相关知识以及化学技能在护士专业的重要应用。对护士专业今后工作具有重要的指导意义。整合新课程体系的教学内容课程教学内容的调整与整合非常必要,整合后在以下几个方面体现出特色。(1)满足学科综合化的发展趋势。无机化学学科与其它学科日益交叉、渗透、融合,学科领域不断扩展,从内容看,实用化和综合化趋势日益明显。只有对传统教学内容进行整合,并增开现代无机化学选修课,才能跟上形势的变化,做到与时俱进。(2)提高授课效率。目前教学要求与教学时数之间的矛盾突出,其中教学内容重复和衔接不畅是主要原因之一。整合后,精炼、流畅的教学内容可以有效提高授课效率,减缓缩课时与增内容之间的矛盾。(3)通过无机化学课程教学内容和方法的整合与改革,不仅提高实验教学仪器、设备的利用率,减少实验教学的重复建设,有效利用资源,缓解扩大招生与教学投入不足的矛盾,而且提高实验教学质量,培养学生科学思维、应用知识和创新能力。
探索创新性无机化学实验教学改革在原有无机化学实验教学改革成果基础上,通过实验手段的改革,教材内容的更新及实验考试方式的改革,对无机化学实验教学体系进行探索性的改革。(1)改革教学手段、更新教学内容:教学内容跟踪学科领域前沿发展变化动态,将新知识和新技术及时吸收融合到实验教学中,使学生了解学科发展动向,熟悉和掌握学科前沿的理论知识和操作技能。实验教学按基础(验证)实验、综合实验、设计探索性实验3个层次展开。并按照改革要求,编写新的实验教学大纲和实验指导。(2)改革考试方法和内容:改革单纯操作性实验考试模式。实验考试内容上实行老师指导下的学生自主选题,以小组为单位进行实验和论文撰写,以个人为单位进行论文答辩和技术考核,根据考试成绩和平时成绩对学生进行评分,提高学生学习的积极性和主动性。(3)开辟无机化学实验第二课堂:定期举行无机化学学术讲座和文献读书报告会;提倡药学专业本科生参加教师的研究课题和实验室开放项目,撰写综述和论文等方法进一步充实无机化学实验教学内涵,促进本科生创新思维和科研能力的发展。随着高校教改形势向纵深发展,中医药专业无机化学课程体系和教学内容的改革势在必行,但教学改革是一项长期而复杂的系统工程,必须积极而慎重地进行,并在实践中进一步完善。逐步加强无机化学在高等化学教育中的基础和母体地位,提高教学质量,为培养符合时展的中医药人才奠定基础。
随着人类社会进入信息时代,信息传播技术的革命对高等教育产生了前所未有的冲击。计算机、多媒体和网络技术的飞速发展,使得教学资源无论从内容数量、媒体种类还是从存储、传递和提取信息的方式等多方面都较之以前发生了重大变化。尤其是学习资源的可获得性和交互性的急速增长已经打破了传统的教学方式,为知识和信息的获取注入了无限的活力。现在人们一般将电子化的教学资源称为数字教学资源,如果按课程知识体系将数字教学资源整合处理后形成的一个互动化、多媒体化的共享式资源仓库就是数字教学资源库。
高等无机化学是我国现行高等教育体系中理、工科化学与化工类专业高年级学生和相应研究生教育的必修课程之一,是学生进一步从事高层次科学研究的理论基础。近年来,虽然国内少数重点院校开始尝试编撰适合本校特色的高等无机化学纸质教材,但是目前适合我国高等教育教学体系的高等无机化学立体化数字教学资源依然相当匮乏。由于缺乏有效的富含大量信息、形式活泼、内容生动的高等无机化学数字教学资源,从而对教育质量的进一步提高产生了一定程度的制约作用。因此,建立一个方便实用、资料丰富的高等无机化学数字资源库,解决目前高等无机化学教学实践中所面临的问题已经势在必行。有鉴于此,我们在大连理工大学研究生院教改基金的支持下,在充分挖掘和利用国内外高等无机化学教育和科研成果基础上,构建了“高等无机化学数字教学资源库”,并将其初步应用于高等无机化学教学,收到了良好的效果。
一、高等无机化学数字教学资源库的构建目的和原则
1.资源库的构建目的
作为化学、化工专业高年级学生和研究生教育的必修课程,高等无机化学与基础无机化学相比具有教学难度大、学时有限、内容抽象、理论性强的特点。高等无机化学中这些抽象的理论内容往往又是课程的精髓部分,为学生进一步深造和从事科学研究工作所必需,因此往往成为教学中的难点和重点问题。为使学生在有限的学时内对高等无机化学课程体系有全面的认识和掌握,我们构建了高等无机化学数字教学资源库,将大量图片、动画以及视频教学资源汇集、整合在资源库中,使得原本抽象而枯燥的教学内容形象化和具体化。在数字教学资源库辅助下,整个高等无机化学的教学过程可以做到图、文、声、影并茂,极大激发了学生的兴趣,使学生更加容易理解和掌握课堂教学内容,提高了教学效果,深受学生的欢迎。
2.资源库的构建原则
高等无机化学数字教学资源库的构建是在采取探索、研究型教学和学习模式基础上,将现代教育技术与优秀教学资源有机结合,满足教学内容和体系、教学方法和手段以及学生学习方式的要求,使学生充分理解高等无机化学课程的本质,激发学生的求知欲望和科学研究兴趣,有效地提高研究生教育的质量,以利于创新人才的培养。高等无机化学教学资源库并不是各种资料和信息的无序杂凑,它所承载的内容在经过认真的筛选、研究、整理以及加工制作基础上,进行了科学合理的分类,各部分内容之间既相互区分又有内在的逻辑联系,整合为一个立体化、系统化的教与学的新体系,最大限度地满足科学性、艺术性、交互性、开放性和发展性的构建原则和要求。
二、高等无机化学数字教学资源库的构建方式和资源整合
1.资源库的构建方式
高等无机化学数字教学资源库的构建采用“内容分类化、资源模块化”的构建方式。“内容分类化”就是按照内容不同将资源库分为教材库、试题库、素材库、电子实验室。教材库包括各种电子图书、多媒体课件、教学和科研论文等,试题库主要含各章节的练习与考试题目,素材库包括各种视频、动画、图片和文本等,电子实验室包括一些实验装置和作图模板、虚拟实验室等内容。“资源模块化”是指按照模块化的思想开发资源库,以各领域的知识点为基础,按照一定的检索和分类原则,针对不同层次的需求,使之具有可重组性的特点。“模块化”的建设思想,可以使不同的任课教师根据自己的教学特点和需要有针对性地从资源库中选择基本单元,通过具有个性化的重组生成适用于不同教学环境的课件,有效避免千人一面。这样的资源库构建方式不但使建设者有明确的目标,而且能满足具有不同教学风格教师的使用需求,调动教师的参与积极性,使资源库能随着教师教学的进展而自然地积累和更新。
在构建好资源库的框架结构后,我们对相关的教学资源进行了构建。本科基础无机化学教改经验为高等无机化学课程建设提供了借鉴。在本科教育中,我校化学系坚持将现代教育技术引入教学之中,取得了备受瞩目的教学改革成果。步入21世纪,教育部启动了“新世纪网络课程”建设项目,高等教育出版社启动了“高等化学教学资源库”建设项目,我校化学系承担了这些建设项目,并已经取得了一些成功的经验,体现了化学系在教学方法与教学手段的改革领域中的优势地位。无疑,本科教育改革的经验奠定了高等无机化学数字教学资源库建设的基础。
2.入库资源的整合
高等无机化学数字教学资源库的资源形式主要有以下几种:(1)文本:含电子教案、教材、参考文献、论文等,电子教材及教案以DOC格式为主,其他内容格式包括PDF、TXT等。(2)视频:包括与教学内容有关的理论授课录像、实验教学录像、专题资料片、科教片等。搜集国内外优秀教学名师的经典授课录像的视频文件,以AVI格式储存。(3)图形图像:包含原子核化学、价键理论、酸碱理论、群论、配位场理论、簇合物以及金属有机化合物结构、组成、性质相关的各种图像和照片,图像以jpg格式为主,也包括bmp、gif等格式,满足使用者不同的需要。(4)动画:包括Mossbauer效应原理、不同分子点群对称操作等,用Adobe Flash MX制作成swf格式。(5)多媒体教学课件:包括自主开发的高等无机化学多媒体课件,课件主要以ppt格式储存于资源库中。
三、高等无机化学数字教学资源库的作用和功能
高等无机化学数字教学资源库的构建对于“教”与“学”两方面所起的作用是显而易见的,下面对高等无机化学数字教学资源库的作用和功能做一简单介绍。
首先,高等无机化学数字教学资源库可以更好地服务学生的学习活动。资源库中涵盖所有和高等无机化学教学内容相关的图片、多媒体课件、动画等,使得教学过程中抽象晦涩的理论知识变得形象生动、全面直观且易于接受,可以满足学生学习的要求。在研究生教学过程中,学生来源不同,针对不同层次的学生,由于接受、理解能力和本科阶段学习基础不同,在进行课堂讲解时教师有时难以把握授课进度和重点。在教学资源库辅助的情况下,学生不需要在课堂上忙于抄笔记,课下利用拷贝下载的多媒体课件可以自由复习,极大提高了教学效果和学生的学习兴趣。同时,学生通过反馈在学习中遇到的问题,可以从另一方面对资源库的内容进行有益的补充和完善,从而达到教学相长的目的。
其次,资源库的建设也是推动高等无机化学教学质量提高的重要手段。数字教学资源库的构建,极大的丰富了任课教师教学资源的来源与扩充,使多媒体课件的制作更加完善,授课内容更加丰富灵活。教师不仅能够对书本上的基础知识详尽的解释,更能随时在课件制作中增加最新最前沿的进展介绍。经过对教师授课思路的整理,更可能给研究生教育带来新的活力和学习的主动性。同时,任课教师备课时,可以根据教学内容和教学目标需要,利用教学资源库中多媒体资源中的原始素材,如文字、动画或是录像等形成具有鲜明个性特点的教案和课件。
最后,教学资源库的构建也可以成为科研工作的有益补充。在科研工作中,无论教师还是学生都可以依托数字教学资源库,方便地获得与高等无机化学课程相关的教材、资料、多媒体读物、教学软件,可以查阅有关的所有文档,了解学科的发展和前沿动态,拓展知识面。
实施本科教学目标,就要突出人本教育,实施差异教育,以学生为中心,把学生培养成具有扎实的专业理论知识和实验技能、具有合作精神(即团队精神)、具有社会交际能力的创新型人才。为此,我们提出大学教师“一定要把教学研究当做科学研究那样去搞”,提倡“让教学和科研两只翅膀都硬起来”。首届国家级教学名师史启祯教授曾形象比喻说:“对一个教师而言,教学和科研就像两只翅膀,像鸟一样,一只翅膀是飞不起来的[1]。”我们不仅要为人师表,而且要提倡教学名师风范。忽视教学的教师不是一名好教师,不搞科研的教师,不会是一名优秀教师。如果没有较强的学术功底,就谈不上对教学的深层次认识,不会有教学理念和教学方法的改变,不会有教学内容的更新,也就不能把课讲“活”。总之,教学和科研是相辅相成、相互促进的。突出创新精神,培养学生研究能力,就是要完成从“知识继承为主”到“以创新为主”的转变。教师两手硬和教育理念的改变是做好这一转变的前提。为此,我们将每一项精品课程建设内容都当做科学研究那样去搞,申请立项了多个国家级、省级和校级教学项目,力求建立一个教学研究平台,扎扎实实做一些事情。迄今已在《中国大学教学》、《大学化学》、《高等理科教育》等教学研究期刊上发表了20多篇教学论文,从而提高了我们对国家级精品课程建设工程是教学质量提高的基石的认识。
2创建适应创新型人才培养和专业发展需要的课程内容体系
无机化学与化学分析是我校化学与材料科学学院的核心课程。针对国内高校应用化学专业数量的迅速增长与其课程和教材建设相对滞后的矛盾,课题组强调应用化学专业人才既要具有基础化学人才的一般特点,又应具有鲜明的知识、技术创新特色。因此,如何凸显基础扎实、知识面宽和科学思维活跃就成为本课程创新改革的指导思想:(1)将基础无机化学和化学分析内容有机结合组成新的课程,既较好解决了原有课程知识点相互交叉、重复多的问题,又便于在无机元素教学中渗入定性分析,在实验中引入“量”的概念,扩展了对学生科学精神的培养。(2)在个性化理念指导下,将教学内容划分为主篇和副篇。主篇包括以下3个知识模块:①基本化学原理部分,②化学分析部分,③元素化学部分。(3)副篇内容大量吸收了国外一流教材的精彩内容,写法上则顾及中国学生的阅读习惯,条目精短,文字活泼。大部分条目反映化学在现代科技和国民经济中的重要应用实例,一部分则介绍化学发展中的标志性事件,以凸显化学新概念、新知识、新发现和新技术。(4)用英文编写词汇和习题,使之成为学生必读的英文阅读材料,以培养学生适应双语教学的能力。新的课程内容体系以及相应的正、副篇内容层次具有如下教学特点和人才培养特色:(1)正篇是基础,是纲,也是核心。原理部分要做到内容选择必要、能深度满足后续课程要求;讲授时要力求科学而简明,不越俎代庖,真正起到导论的作用。(2)正篇将无机化学原理和化学分析有机结合,强化了化学理论的统一性。同时将化学分析技术单列章节,合并但不弱化。(3)元素化学是无机化学的本体,既要重视周期律和反应规律,同时又要特别注意对新反应和新化合物的介绍。(4)副篇是国内同类课程的一项首创,目的是让学生洞察无机化学新发展,体会无机化学研究的兴趣,延伸正篇的深度和广度。
3致力于有特色的立体化教材体系建设
教材建设是提高教育质量和实施素质教育的基础,要求具有创新性、个性化,与国际接轨[3]。书不在厚而在精,在框架、内涵、内容上要给讲课教师留有余地。印永嘉教授等编写的《物理化学简明教程》[4]就由于简明扼要而精彩。史启祯教授主编的《无机化学与化学分析》[5]先后入选2001年国家“面向21世纪课程教材”,2004年国家高等教育“百门精品课程教材建设计划”选题研究项目,2006年国家“十一五”教材规划项目,2006年国家自然科学基金委“国家基础科学人才培养基金教材建设项目”;它是第一届化学学科教学指导委员会于1991年为应化专业立项编写的第一本也是唯一的一本专业基础课教材,当年就被列入国家“八五”规划重点教材。近些年来,课程组在教学实践的基础上对该书进行了几次修订,出版了3个新版本[6-8]。2005年出版的《无机化学与化学分析》(第2版)已经发展成为包括纸质辅助教材《无机化学与化学分析:学习指导》[9]、工具书《化学元素周期表》[10]和电子辅助教材《无机化学与化学分析:电子教案》[11]在内的立体化教材,完成了应用化学专业首个基础课课程建设的硬件工程,成为专业发展的支柱。上述的立体化教材现已成为国内应化专业的主流教材之一,受到郑兰荪院士的撰文好评[12]:“教材不仅给学生带来知识,而且带来科学的思维方式,使教师和学生双方受益,不愧为一部精品教材。”新编《化学元素周期表》被徐光宪院士认为“是我见到的最新、最好的周期表”。该立体化教材还曾被评为2007年陕西普通高等学校优秀教材一等奖,并于2011年由高等教育出版社出版了第3版;工具书《化学元素周期表》于2007年由科学出版社出版了第2版。
4努力改革教学方法教学工作的主要任务就是课堂教学与实践教学[13],学生最初的创新意识应该从课堂开始[14]。由于教学计划中的大部分学分和学生的大部分学习任务都需要通过课堂教学去实现,因此,提高课堂教学质量是提高教育质量、培养学生创新能力的关键。在第一届大学化学化工课程报告论坛上,中国高等教育学会会长周远清教授说道:“如果教学方法不来一次大的改革,我觉得中国的高等教育想培养出高素质的人才、创新思维的人才是比较困难的。”因此,我们将改革教学方法放在首位来抓。
4.1提倡大纲式教学方法我们认为,讲基础课的教师授课要有自己的观点、见解,并事先写成提纲发给学生,让学生课前预先了解讲授的内容,知道怎么预习,要听什么,要问什么,将来准备研究什么。这样学生就能掌握学习的主动权。这是一种易于学生自学的方法,可以激发学生学习的积极性,增强学习的自觉性,多读书、多思考、多提问,使学生获得较高的学习兴趣,营造出和谐宽松的教学气氛。同时,把大纲交给学生,也能督促教师从备课开始就不能敷衍,要以一种搞科研的态度去讲课,讲思路、讲方法、讲体会,介绍本学科的前沿趣闻。这种方法已获得了良好的教学效果[15]。
随着国家经济的发展,对应用型人才的需求越来越多,在这种大环境下,学校提出了应用型本科建设目标。在此目标之下,学生的创新意识及能力的培养显得尤为重要,建立培养创新型应用型人才的实验教学体系,调整实验教学内容,改进实验教学方法[1]。同时无机化学实验是化学化工相关专业学生的第一门基础实验课程,是高中化学与大学化学的衔接点,如何做好承前启后,使学生掌握无机化学的一般知识,操作技能,培养学生的独立工作及创新能力,至关重要[2]。无机化学实验在提高学生素质和培养全面发展的创造性人才方面将会发挥更大的作用[3]。而现在教育形式下,无机化学实验在教学和学生自身两方面均存在一些问题,我们就从实验教学的存在的问题进行分析,对实验教学改革进行探究。
1无机化学实验教学和学生自身方面存在的问题
1.1无机化学实验教学内容和方式存在的问题
无机化学实验是化学化工相关专业大一新生接触的第一门专业实验课,使学生掌握基本的操作技能,培养学生的自学能力,创新意识,提高科研能力,是无机化学实验的最终教学目标。目前来说,培养方案里各门课的课时均在减少,无机化学实验也在减少,在教学内容方面,往年开设的实验验证性实验偏多,综合性实验偏少而且创新空间较少。如何在有效的课时内开设具有较高质量的实验,是需要仔细思考的问题。在教学方式方面,传统无机化学实验采用教师讲授、演示实验的这种教学模式。这种方式是“填鸭式”教学模式,极大地挫败了学生的探究精神。有悖于教学的提高学生创新的初衷。在成绩考核方面,传统无机化学实验教学考核从学生操作,报告进行成绩的考核,缺乏对学生准备工作和结束工作,与教师交流方面的成绩评定因素。
1.2无机化学实验学生自身方面存在的问题
在学生自身方面,学生基础差异性,由于大一新生生源地不同,各地教学资源也不同,导致学生的实验基础参差不齐。于此同时,在高考的指挥棒下,中学化学教师对学生实验能力与技能训练普遍不足,导致学生动手能力较差。
2无机化学实验教学改革的探究
2.1教学内容的改革
根据学院建设应用型本科院校的目标要求,服务于地方经济发展,促进地方经济建设,培养所需人才。对无机化学实验的教学内容进行了改革,对一些简单的验证实验进行删减,多开设一些综合实验,加大综合性、研究性的实验比例,把照方拿药式实验设计成探索性实验,学生自己探究实验的最佳条件,这点与科研要求不谋而合,同时把单一实验设计成综合实验,增加实验内容的连续性。
2.2教学方式的改革
改变传统无机化学实验采用教师讲授、学生实验的这种教学模式。采用翻转课堂教学模式,课前指导学生观看实验视频,到图书馆查阅参考文献,同学交流根据自己的想法撰写预习报告,培养学习研究兴趣,培养创新意识。在课堂教学上,因材施教,注重师生互动交流,鼓励学生把自己的想法表达出来,采用启发式和讨论式教学模式,提高学生的参与性,师生间现场达到很好的交流。如果学生在做实验的过程中遇到困难,既不直接告诉他问题出在哪里,也不替他排除,而是给以适当的提示,引导他逐步地解决问题[4]。教师把实验内容延伸至科研,让学生体会实验教学与科研紧密性和连贯性。引导学生思维发散,提高探究能力和创新能力。利用网络,把实验中遇到问题集体讨论,总结实验出现问题的原因。对数据的处理这方面,借助于电脑软件,如反应速率与活化能测定实验中需要绘图,传统使用的是坐标纸,现在我们要求学生用excel软件或者origin软件绘图,通过此举锻炼了学生处理数据的能力,为科研和毕业论文的处理奠定了良好的基础。当学生实验出现失误,实验教师要引导他们回顾整个实验过程,分析导致实验失败的原因,这样加深学生的印象,也为教学积累下了经验。鼓励同学多动脑,只有善于思考、善于总结才能提升发现问题、解决问题的能力。实验结束后组织学生对实验中遇到的问题进行讨论,以此提高全体学生的思维能力和总结能力。在课余,开放实验室,让一部分学有余力的同学参与教师科研项目,提升学生的科研能力;学生还可以参与实验教师的实验准备工作,在实验教师的指导下配制上课所需溶液以及一些准备工作。通过这种方式扩大了学生的知识面和提高了学生的动手能力。在成绩评定方面,要注重实验过程,注重学生的动手能力及实验技能。从学生的讨论和通过查阅文献撰写的预习报告,实验操作规范性和实验结果,实验报告的撰写情况,实验室卫生维护等进行综合评定。
2.3绿色化学观念的培养
随着社会的进步,人们对环境要求越来越高,无机化学实验在进行时,会产生有毒害的气体、液体或固体,如果不防治,将会影响实验人员的身体健康,同时也会对学校周边环境造成污染,所以实验采用绿色化学的实验方式[5]。强调“三废”的处理以及在保证实验完成的基础上,减少试剂使用量,比如定性实验。通过调整实验教学计划,合理安排实验项目和次序,尽可能地使前一个反应的产物转变成下一个实验的反应物或原料[6]。把单一实验设计成连续的实验,节约试剂,比如溶液的配制实验所得溶液用于酸碱滴定实验;一些毒性较大的定性实验可以设计成以多媒体形式观看视频,达到教学目的。有些实验可以设计成微型实验,保留常规无机化学实验主要操作规范并保证实验现象明显,实验结果可靠,便于操作,把握好试剂用量,不是愈少愈好[7]。
2.4夯实学生实验基本功,消除学生实验基础差异性
在学生基础差异性方面,针对这一特点对学生进行统一培训,通过讲座和观看录像的方式,在上实验课前掌握无机化学实验规则要求,实验室安全知识,常用仪器的认识及正确使用方法。实验课第一次课强化基本操作训练,如无机化学实验需要的常规仪器、试剂的保管,常规仪器确选用及实验规范操作。
3结论
应用型本科院校在全面实施素质教育情况下,培养服务于地方经济发展,促进地方经济建设所需人才。作为化学化工相关专业第一门实验课程——无机化学实验在教学方法和教学内容上以及考核方式多样化改革,提高学生实验的操作规范与操作技能。培养了学生的探究精神,提高学生的科研创新能力,毕业学生的专业基本功扎实,受到用人单位一致好评,结果令人满意。
参考文献
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[4]丁立军,贺文英,杨秋林,等.应化专业无机化学实验教学改革的实践和探索[J].内蒙古农业大学学报(社会科学版),2013,15(4):66-69.
[5]魏颖,李美超,鲁奇林,等.无机化学实验教学绿色化的探究[J].时代教育,2013,3(3):96.
2网络多媒体结合无机化学双语教学的优势
2.1教学内容形象生动,提高学生学习兴趣网络多媒体技术可以将数据、文字、图像、声音有机地融为一体,能够大大丰富信息的表现力。因为多媒体课件可以节省教师课堂板书时间,避免因书写笔误给学生带来的困惑,可以增大课堂信息容量,从而使教师有更多时间讲解重点、难点,也可以讲授一些扩展学生知识面的相关知识,从而在很大程度上提高教学质量和课堂效率。另外,由于电子产品的普及,学生们即使对课堂的内容尚未完全理解,也可以复制教师的课件,用电脑、平板电脑及手机等电子产品在课后温习。这样可以提高学生学习兴趣,更好地提高教学效果。很多无机化学的原理就算用汉语讲解也很费时费力,课程本身抽象难懂,更不用说英语讲解了。这时我们可以充分借助多媒体课件的优点,使用图片及动画、视频等辅助手段,既形象生动,又方便学生记忆和理解。例如:在讲解稀溶液的依数性时,对于溶液蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的讲解,可以借助于视频,让学生直观地看到这几种实验现象,以加深记忆和理解;而对于比较抽象的原子轨道的杂化及成键等重点内容的讲解则可以借助动画来演示过程,便于学生理解。课后学生普遍反映印象深刻,容易理解。另外节选一些英文原版教学片于课件中,不但活跃课堂气氛,而且加强学生专业英语的学习。
中图分类号:G642.4文献标识码:A
1前言
高校工科教学注重对学习兴趣和解决问题能力的培养,高校化工类专业学生第一门专业课就是无机化学,主要是采用课堂与实验两种教学方法,使学生对有关理论知识加深了解,为日后学习奠定良好基础。无机化学课教学效果对学生的大学学习具有直接关系,更能对学生专业及学业态度产生影响。所以,作为一名高校化学教师,应结合学生实际情况及培养人才目标,在教学中对教学内容和方法不断改进,才能获得明显的教学效果。
2课程改革措施
2.1重组教学内容
随着科技的进步,高校无机化学课程与生产生活中的相关内容也逐渐增多,但目前教学课时不断减少,课时少、教材厚的矛盾普遍存在,这需教师结合专业特点取舍教学内容,重新规划教学内容。无机化学教材版本较多,但主要内容可分为三方面内容,一是化学动力学和热力学、四大平衡等化学反应原理;二是固体、原子及分子结构性质等物质结构基础;三是元素及其化合物性质用途等元素化学。结合各知识体系之间关系重组各章节内容,并针对专业特点及与后续课程之间关系对内容进行相应删减。所以,可根据授课方式分为自学内容、略讲内容及精讲内容三部分授课内容。
2.2改进教学方法
无机化学尽管重要但要上好较难,这与客观及主观原因都存在一定关系。客观原因一是课程具有较多内容,多样化的知识体系。如化学反应原理、物质基础和元素性质等内容具有较强的跳跃性,很多内容需理解记忆。二是若按教师抱着书本讲的传统形式教学,学生被动接受灌输知识,学生难以长时间集中注意力,而无法获得良好教学效果,学生普遍无法达到较高的满意度。三是教材通常包括文字或公式,集中在原理等内容,与实际应用无法达到紧密联系,学生不具有较大的兴趣。为培养理论基础扎实,具有较强动手能力的应用型人才,可改进教学方法,主要方法为:一是引导学生掌握科学的学习方法,在授课过程中时常向学生讲授学习方法。教师采用不同方式讲授不同的知识体系,并引导学生采用不同的学习方法。二是积极调动学生学习自主性,引导学生根据有关知识,及一些文献资料完成一些小论文。三是加强课堂实验演示,尽管实验课无法与理论课做到同步,在课堂中可采用现场或插放动画方式演示沉淀溶解平衡、缓冲溶液等一些具有明显现象的简单实验,及时采用有关知识讲解发生的问题和现象,使学生增强对有关知识的理解。四是传统板书结合多媒体技术,利用图片、视频、动画等将板书难以表达的电子云分布图等进行图文并茂地展示。但因多媒体具有较快的翻页速度,有时学生难以跟上,因此一定要采取板书形式对重点难点内容及习题进行详细讲解。五是加强督促学生课后学习。及时向学生布置课后作业,并及时进行批阅,在课上要及时讲解具有较高错误共性的题目,不积累问题,使学生提高学习信心。六是组织学生讨论,使书面知识口语化,向可理解的表述形式进行转化。
2.3培养学习兴趣
很多学生认为大学无需像高中那样努力学习,没有认识到课程学习将影响后续专业课程,由于基础化学课程与本专业联系不够密切,因而对学习不够重视。这将在一定程度上对无机化学教学效果产生影响,解决的主要方法就是使学生对无机化学提高学习兴趣。一是可采取“理论联系实际”方法。二是将该领域发展史穿插在讲授过程中,讲授人名定律、公式或有关理论时可介绍其个人经历及对后续课程的影响。三是向学生灌输科学家的探索精神、科学思维方式及自然哲学理念,培养学生创新意识。
2.4加强实验环节
化学是基于实验的科学,实验课不只能使学生加深理解理论知识,也是能培养学生动手能力及科研精神的重要教学环节。为有效提高实验效果,要求上课前撰写预习报告,对实验目的原理及步骤加深了解;实验后计算处理数据,对现象和结果进行总结分析,实验报告应按格式完成。很多学生在这过程中照抄书本撰写预习报告,实验、数握处理及实验报告都没有认真养成良好习惯。为此可采取以下改进方法:一是不能照抄书本撰写预习报告,要求对实验路线进行直观简明的设计,不许参考课本进行实验,严格按照预习报告执行。二是教师在实验中加强巡视,不仅要纠正学生不正确的实验操作,还要对学生实验环节进行抽查,督促学生详实准确地记录实验现象和结果。三是完成实验后标记在学生记录本上,以免学生对实验记录更改,培养学生养成严谨的科研精神。四是课后要求学生分析数据,实验现象及结果,按要求提交实验报告。为避免学生参考其它同学报告,增加适当的提问内容,考查学生实验中的锻炼情况,进而培养学生务实精神。五是实验能够对学生兴趣进行培养,因此应对学生主动性进行调动。前期实验主体是教师,讲解后学生完成实验;后期主体是学生,教师在上课前提问实验过程等内容,使学生提高自主能力。
3结语
综上所述,高校无机化学课程结合了理论实践,学好无机化学不只能使学生提高学习兴趣,还能使解决实际化学反应的问题提高,基于学生特点,按照人才培养目标,对高校工科无机化学课程提高教学效果都具有十分重要的意义。
参考文献:
[1]仲荣,谢志刚.无机化学教学改革探索[J],重庆师专学报,2012.11
我校《高等无机化学》课程是化学工程与技术硕士研究生的一门重要学科学位基础课,该课程对培养学生的创造能力,提高学生素质具有极其重要的作用,对“承前启后”,帮助学生巩固专业学习思想有重要影响。但《高等无机化学》课程是理论性很强的课程,如何运用现代化教学手段,探讨新的教学模式,调动学生自主学习的积极性,实现优秀教学资源的共享,切实提高高等无机化学课程的教学质量和教学效果,是广大高等无机化学教育工作者急需研究的课题。本课题广泛吸收国内外高等无机化学优秀教材的精华和全国高等无机化学课程建设的经验,并结合我校化学工程与技术硕士研究生的特点,开发研制具有我校特色的高等无机化学课件,对提高高等无机化学课程教学质量具有重要作用。
一、高等无机化学教学改革思路
我院高等无机化学课程改革的总体思路为:整合教学内容,强化对学生创新能力的培养,着重提高学生的科研能力以及科学素质。根据上述的总体思路和教学的基本要求, 着重介绍高等无机化学各分支具有开创性的新成果。 介绍当前高等无机化学的研究前沿和研究热点,以使学生能了解当前无机化学研究的发展方向,同时优化教学内容,研制高等无机化学多媒体课件,探讨高等无机化学多媒体教学效果。
二、高等无机化学多媒体课件的研制
根据化学工程与技术研究生专业的需要,以研制高等无机化学多媒体课件,其内容包括元素周期系和相对论效应、酸碱理论和非水溶液、热力学函数和无机物性质、分子对称和群论、过渡元素化学、原子簇化合物等章内容。采用理论与实践相结合的方法,边研究边实践。开发多媒体课件要求以内容丰富、特色鲜明,符合21世纪高等教育改革和发展的大趋势。课件开发力求①内容精练、重点突出;②界面美观、布局合理;③易于操作;④图文并茂、形象生动。探讨如何发挥多媒体、网络技术的优势,探讨信息化教学的新模式,切实提高高等无机化学课程的教学质量和教学效果。我们制作的高等无机化学多媒体课件共包括5章内容,第1章元素周期系和相对论效应;主要讲多电子原子的轨道能量;原子结构次级周期性及周期系中的相对论效应;第2章酸碱理论和非水溶液;主要介绍质子酸碱理论、Lewis酸碱理论、软硬酸碱理论、非水溶剂酸碱理论;第3章热力学函数和无机物性质;晶格能与离子化合物的稳定性,键能与共价物质的稳定性及热力学性质和盐类的溶解性;第4章分子对称和群论;简单介绍一些分子的对称元素、对称操作和群论的基础知识;第5章过渡元素化学;主要介绍过渡化合物的电子光谱及磁性,八面体场配合物、平面正方形场配合物与四面体场配合物取代反应的理论区别;第6章原子簇化合物。主要主要介绍硼烷、碳硼烷的基本结构和成键方式;增补了高等无机化学实验16学时,以增强学生的综合创新动手能力。高等无机化学课程用传统的教学手段很难使学生理解掌握,采用多媒体教学手段,使内容更加形象化、具体化,有助于学生的理解,使学生有更加直观的感觉,调动了学生的主观能动性、学习兴趣。
三、高等无机化学教学方法和教学手段的改革
高等无机化学教学方法和教学手段的改进是提高教学质量的措施之一,采用先进的教学方法和教学手段,拓展课堂的时间和空间,会极大地提高教学效率和教学质量。多媒体教学能改变传统的“粉笔加黑板”的教学模式和教学方法,另外,多媒体教学的信息量比较大,能增加课堂教学的生动性和直观性,大大地改善传统教学中存在的一些问题,提高教学效果。根据专业的特点,我们对高等无机化学课程内容进行了调整,调整后的课程突出了高等无机化学与其他学科的交叉,有利于学生能力的培养。
我们开发了一套高等无机化学电子课件作为学生上课使用,逐步实现高等无机化学教学与管理的网络化,有利于教与学,是提高教学效果的良好途径之一。
四、高等无机化学课件在教学中的应用
为了学生能很方便地进行自主学习,教师也能很方便地更新教学内容。为今后的学习和工作打下良好的基础。采用高等无机多媒体教学时应该注意以下环节:
1、采用灵活机动的教学方式,尝试了多种教学方法,如: 采取探索、研究型教学和学习模式启发式、讨论式、互动式、交流式、充分调动学生学习的积极性; 在组织课堂教学时,对部分教学内容鼓励学生自学,如对称操作和群论的基础知识,原子簇化合物,金属有机化合物等。引导学生如何阅读参考资料,怎样吸取知识的精华,促进学生学习的积极性和主动性,获得良好的教学效果。
2、将多媒体技术与优秀教学资源有机结合,黑板与课件有机结合,满足教学体系、教学方法和学生学习的要求,激发学生学习高等无机化学课程的兴趣,提高研究生教学的质量,建立立体化、现代化的教学的新体系,有利于创新人才的培养。
3、在教学过程中,在讲解时教师有时难以把握授课进度和重点。学生不需要在课堂上忙于抄笔记,课后利用拷贝的多媒体课件可以自由复习,提高了高等无机化学教学效果和学生的学习兴趣。,使多媒体课件的制作更加完善,授课内容更加丰富灵活。随时在课件制作中增加最新最前沿的进展内容。经过对教师授课思路的整理,更可能给研究生教育带来新的活力和学习的主动性。任课教师备课时,可以根据教学内容和教学目标需要,利用教学资源库中多媒体资源中的原始素材,如文字、动画或是录像等形成具有鲜明个性特点的教案和课件。
4、采用多媒体课件备课时间要比传统的备课花费时间更长,只要充分修改电子教案,充分认真备课,在讲上下大功夫,一定会获得满意的教学效果。
5、使用多媒体授课时,教学进度与传统的黑板授课教学进度要保持一致,多媒体授课节省时间,把剩余的时间放在内容分析上,举一反三,化难为易,这需要教师有渊博的知识面,有丰富的教学经验,才能适应教学要求。
6、课件必须授课教师亲自制作,亲自修改,用自己制作的课件上课才能发挥最佳效果,否则,采用别人的课件上课,自己又没有很好的修改,这样教学效果打折扣。如果使用他人课件上课,教师必须在认真修改课件的基础上进行教学,才能获得较好的教学效果。
7、采用课件授课,翻页要慢,给学生留有思考时间,发扬传统教学的优点和多媒体教学的优点二者有机结合,是提高多媒体教学效果的成功关键。
8、每讲完一次课,课后及时修改课件,课后备课,效果更好。
五、总结
高等无机化学作为我校化学工程与技术硕士研究生的一门重要学科学位基础课,教学难度确实很大,我们经过几年来的教学实际经验,通过采用灵活多样的教学方法,研制好多媒体课件,用好多媒体课件上课、科研与教学相互渗透, 全面提升教学效果和教学质量。
致谢
本论文得到江苏省教育科学研究所课题(2010-R-17272)资助,特此致谢!
参考文献:
[1]金安定,刘淑薇,吴勇.高等无机化学简明教程[M].南京:南京师范大学出版社,2007.
[2]高军.我国高等教育研究的“学科指向性”特点的形成及其面临的挑战[J].中国高教研究,2006,(9): 37-40.
在氧化还原性方面,PbO2是一种常用的氧化剂。国内比较权威的现行无机化学教材[1][2]682在讨论PbO2的强氧化性时均做以下描述:
5PbO2+2Mn2++4H+==5Pb2++2MnO4-+2H2O
在酸性溶液中[2],PbO2还能把Mn2+氧化为MnO4-:
5PbO2+2Mn(NO3)2+4HNO3==5Pb(NO3)2+2HMnO4+2H2O
许多中学化学教学参考书也是这样描述的,中学化学考试题在出现这部分内容时其标准答案也是按照上述观点处理的。
文献[3]中有这样一段话:“在2 ml 3 mol·L-1 H2SO4和1滴0.1 mol·L-1 MnSO4的混合溶液中,加入少量PbO2,在水浴中微热,观察紫红色MnO4-生成,写出反应式。”一些指导书也采用了上述观点。实验研究显示[4],按上述用量加入试剂后,生成的并不是紫红色,而是樱红色。把PbO2氧化Mn2+的产物和标准高锰酸钾溶液,以及在HNO3介质中用NaBiO3氧化Mn2+所得产物进行对照,前者与后二者产物颜色确属不同。用UV—240分光光度计(日本)自动记录、测定二者吸收光谱,结果吸收光谱也不同,在3 mol·L-1 H2SO4介质中,用PbO2氧化MnSO4,得到的樱红色物质是Mn3+,而不是MnO4-。在HNO3介质中用NaBiO3氧化MnSO4得到的紫红色物质才是MnO4-。
2 讨论
化学热力学计算结果:
5PbO2 + 2Mn2+ + 4H+==5Pb2+ +2MnO4- + 2H2O
-217.33 -220.75 0 -24.23 -447.2 -237.129
=67.34 kJ·mol-1>0,说明该反应不能自发进行。
PbO2 + 2Mn2+ + 4H+==Pb2+ + 2Mn3+ + 2H2O
-217.33 -220.75 0 -24.23 -82.025 -237.129
=-3.70 kJ·mol-1
还可以通过计算酸度对锰、铅两个电对电极电势的影响来给予说明(假定除了溶液酸度变化外,其他条件不变)。
PbO2 +2e+4H+==Pb2+ +2H2O
=1.455+
MnO4- +5e+8H+==Mn2+ +2H2O
=1.51+
Mn3++5e==Mn2+
=1.51
显然,电对(MnO4-/Mn2+)的更高,而且在增大酸度时,(MnO4-/Mn2+)增加更多,而电对(Mn3+/Mn2+)并不随溶液酸度变化而发生变化。因此,PbO2不可能将Mn2+氧化成MnO4-,而是在一定酸度下将Mn2+氧化成Mn3+。
因为(Mn3+/Mn2+)=1.51 V,与(MnO4-/Mn2+)相同,Mn3+颜色是樱红色,又与紫红色的MnO4-相近,以往常把Mn3+误认为MnO4-,通过此实验予以纠正,在教材编写时应予以更正。
3 思考与认识
锰的化学性质是无机化学实验中一个常见的内容,有些问题值得深入思考。
1)锰化合物的各种不同氧化态在不同介质中可以相互转化,但实验过程中这种变化远远不像教材中描写得那么简单,而要复杂得多。
2)对实验进行细致的研究,并运用理论知识去解释后,对化学的理解自然要深刻得多。
3)传统实验方法太局限于照方抓药,学生兴趣不大,教学效果不佳是自然的事情。而开设研究性实验,引导学生“寻找问题查阅文献设计方案反复实验理论分析撰写论文”,他们学习的兴趣和综合能力的提高是不言而喻的。而且引导学生从多种角度发现问题、分析问题和解决问题的方法是很重要的,尤其对大学一年级的学生,这种训练必将为以后的专业学习和毕业论文的完成打下扎实的基础。
参考文献
[1]武汉大学,吉林大学,等.无机化学[M].3版.北京:高等教育出版社,1994:745.