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關鍵詞 高分子化學 無機化學 高職院校 教學
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2017.01.044
“高分子化學”是高分子學科一門重要的專業必修課,是繼無機化學、有機化學、分析化學和物理化學之后新開設的一門科學,主要研究高分子化合物的合成原理及其化學反應,該課程的學習為學好后繼專業課程奠定了基礎。然而,“高分子化學”由于內容抽象、概念多、公式復雜等特點,使得很多學生特別是高職院校的學生在學習該門課程時信心不足。因此,為了培養學生學習該課程的積極性和主動性,增加該課程學習的趣味性,提高該課程學習的質量,很多一線教師開始探索該課程的教學方法。其中,陳靜、王小龍、何冰晶等①②③④認為,教學中不能孤立的去講授該課程,應注重加強高分子化學知識和有機化學知識的有效銜接,取得了很好的教學效果。然而,筆者在教學中發現,對于高職院校的學生來說,無機化學知識在高分子化學學習中同樣具有舉足輕重的地位。文章Y合作者多年的教學實踐和心得,分析了無機化學知識在高分子化學教學中的運用情況,既提高了教學效果,又達到了溫故而知新的目的。
1 自由基聚合
自由基聚合反應是連鎖聚合反應中最重要、最典型的一種聚合反應,生活中約60%高分子材料,都是按自由基聚合反應合成的,如:PE、PP、PVC、PMMA、ABS、SBS、SBR、丁氰膠、丁苯膠等。自由基聚合反應是單體借助于光、熱、輻射、引發劑等的作用,使單體分子活化為活性自由基,再與單體分子連鎖聚合形成高聚物的化學反應,聚合過程見圖1,也就是說,要想使單體小分子轉變成高聚物,活性自由基是貫穿著整個自由基聚合反應的主線,然而,什么是自由基?自由基是怎么產生的?自由基的活性以及自由基的化學反應等問題是教學中的一個難點,學生只有掌握了自由基方面的內容,才能更好的學習接下來自由基聚合機理的問題。因此,教師上課時必須首先講自由基知識。
自由基,化學上也稱為“游離基”,是指化合物的分子在光、熱等外界條件下,共價鍵發生斷裂而形成的具有不成對電子的原子或基團。授課時,應結合無機化學知識系統的復習共價鍵的相關知識。共價鍵概念最早是由美國化學家路易斯提出的,通常是指兩個原子通過共用電子對形成的化學鍵,而這兩種原子的電負性一般相差不大。共價鍵可以是單鍵,也可以是雙鍵和三鍵,根據共價鍵的極性情況,又可以把共價鍵分成極性共價鍵和非極性共價鍵,極性共價鍵通常是由不同原子組成的,非極性共價鍵通常是由同種原子組成的。當學生充分了解了共價鍵的相關知識后,再進一步講清楚共價鍵是如何斷裂形成自由基的。共價鍵在不同的外界條件下發生斷裂的方式不同,如圖2。通常共價鍵在光、熱等的條件下易發生均裂,形成的兩個原子各帶有一個未成對電子,叫做自由基;在極性溶劑或者催化劑作用下易發生異裂,產生了帶有不同種電荷的離子。至此,學生便了解了自由基是什么,自由基是如何產生的問題。
然而,對于一個小分子來說,共價鍵通常有很多個,在形成自由基的時候究竟是哪一條鍵發生斷裂呢?即影響共價鍵斷裂的因素是什么?此時,教師又可以展開講授共價鍵斷裂的因素有哪些。如此講解,幫助學生揭開了自由基神秘的面紗,從根本上解決了學生的疑慮,對接下來的學習更有信心。
在講授自由基聚合反應時,必須要講到它的引發體系,其中引發劑是最常用的引發方式,要重點講解。常用的引發劑主要有偶氮雙腈類、有機過氧類、無機過氧類和氧化―還原類引發劑。對于前三種引發劑,其共價鍵的斷裂通常發生在C-N、O-O鍵之間,因為相對于C-C、C-H鍵的鍵能,C-N、O-O鍵的鍵能要低很多,也就是說共價鍵的鍵能越小越易斷裂,越易形成自由基。然而,含有弱鍵的引發劑通常要在較高的溫度下才能分解成自由基,若是聚合反應要求的溫度較低該怎么辦呢?此時可以在過氧化物類引發劑里加入還原劑,便成了氧化―還原引發體系,這里面除了有共價鍵方面的知識外,還涉及到無機化學里面的氧化還原反應的相關知識。如過氧化氫和亞鐵離子氧化―還原引發劑引發的方式見圖3,過氧化氫是氧化劑,具有氧化性,亞鐵離子是還原劑,具有還原性,兩者發生了氧化還原反應。
亞鐵離子把自己的一個電子給了過氧化氫,形成了氫氧根離子,本身化合價升高變成了正三價鐵離子。然而,在講授過硫酸鹽和亞鐵離子引發體系的時候,如圖4,該引發體系產生了一個帶負電荷的硫酸根自由基,這和大多數學生一貫認為自由基應該是電中性的認識是不吻合的,因此這里要結合以上自由基的知識進行拓展。自由基可以是電中性的,也可以是帶電的離子,判斷某種物質是不是自由基,關鍵是看是否存在不成對的電子。
2 離子聚合
離子聚合是另一種重要的連鎖聚合方式。由于反應活性種所帶電荷的不同,離子聚合可以分為陽離子聚合、陰離子聚合和配位離子聚合。⑤和自由基聚合反應不同,離子聚合對體系中的水、空氣及雜質等非常敏感,且通常在低溫下進行,給科學實驗和工業生產增加了難度。然而,離子聚合反應在高分子合成的理論研究上和工業生產上同樣具有著重要的地位,有些重要的聚合物只能使用離子聚合的方式進行合成,如熱塑性彈性體SBS、聚甲醛、丁基橡膠等。因此,離子聚合也要詳細講解。
多年來,我們學校無機化學實驗考核模式是平時成績(50%)與最后實驗操作考試(50%)兩部分組成。平時成績主要是根據學生的出勤率及學生的實驗報告情況評定,最后實驗操作考試是學生隨機抽取的方式考核某一個實驗操作。這種考核方法根本不能全面、科學地評價學生,一是平時考核內容主觀性太強,考核成績不能客觀反映學生對無機化學理論知識的掌握程度和知識的應用能力;二是實驗報告中的實驗數據不能完全反映學生的實際操作水平;三是期末操作考試過于簡單。這種考核方式不利于學生實驗的積極性和實驗教學效果的提高,不利于學生嚴肅認真的科學態度、規范的基本操作技能及對所學知識的綜合應用能力等的培養。這樣的實驗考核嚴重影響了學生素質的提高,妨礙了學生創新能力的培養。
2實驗考核方式改革
2.1考核分值構成
實行實驗全程考核制度,平時成績和期末成績都以總分100分進行計算,學期實驗總成績由平時成績占60%,期末成績占40%構成。平時成績指學生每次完成老師規定的實驗內容時,我們以學生對實驗基本技能的掌握情況考核為主,包括實驗考勤、實驗預習、實驗基本操作、實驗衛生、實驗數據的處理與結果以及實驗報告等計分項目組成,實驗期末考核由理論考核和實驗基本操作考核組成,理論占40%,實驗考核占60%。
2.2平時成績計分方式
在第一次實驗時教師將這一學期的實驗安排表交給學生,使學生知道每次實驗的內容及時間。要求學生每次實驗前對所做實驗內容進行預習并寫好預習報告。學生進實驗室時老師檢查每個學生的預習報告的書寫,符合要求記5分,不符合要求,根據情況酌情減分,沒寫,計分為“0”。在檢查預習報告的同時又對學生進行了考勤,并根據實驗考核量化表進行打分。如此次實驗學生缺勤,則此次實驗平時成績記為“0”分。學生在做實驗的整個過程中,主要考察學生實驗操作是否規范、熟練、實驗中的注意事項以及是否積極思考和解決實驗過程中遇到的問題等方面而計分。比如在溶液的配制時,我們考察學生所用儀器是不是按正確的方法洗滌,電子天平使用方法是不是正確,取用藥品操作是否規范等,如不規范則按照評分細則扣分。學生完成實驗之后必須把自己所用的實驗儀器清洗干凈,并對自己所用的臺面進行整理,值日生必須負責整個實驗室的衛生,如不符合要求,酌情從實驗衛生的5分鐘予以扣除。實訓數據處理與結果要考核學生原始數據的記錄、有效數字的保留,試驗數據的處理,結果是否準確等方面予以考慮,學生要求不得隨意涂改原始數據,具備一定的數據處理能力和分析數據能力,實驗結果必須準確。實驗報告要求學生格式規范、字跡清晰,并要根據實驗數據及結果進行討論,否則,酌情予以扣分。一學期實驗結束之后,老師根據實驗考核量化表進行統計,算出平時成績,然后乘以60%,計入學期總的實驗考核成績。雖平時成績采取這種量化的方式進行,增加了老師的工作量,但能給學生每次實驗一個公正的評價,提高了學生做實驗的積極性,對培養學生實驗操作能力、思維能力、解決問題的能力很有幫助,為后續實驗課程的開展打下堅實的基礎。
2.3期末成績計分方式
期末考核以100分計,占實訓學期總成績的40%,分為理論考核和操作考核兩個部分。其中理論考核占40分,實驗考核占60分。理論考核,主要是以一學期所做實驗的實驗原理,實驗所用的儀器的使用方法、實驗設計以及實驗時的一些注意事項等進行考試,總分40分。實驗操作考核采用編號隨機抽查并當場操作的方式,學生在給定的時間里完成全部操作考核內容,教師當場給分,并指出實驗中存在的問題。為了使實驗考核規范化,實驗操作考核都應有相應的評分細則。
2.4期末實驗考核的內容與評分方式
實驗操作考核內容可以是無機化學實驗這一學期所做內容,隨機抽取一個,當場操作,根據評分細則當場給分。在考試前老師根據考試內容制出相應的評分細則,如表2為采用電子天平減重法稱量固體Na2CO3一份(約3g)的考核標準及評分表,滿分60分,時間20分鐘。
3高職藥學無機化學實驗考核方式的實踐與討論
關鍵詞:無機化學實驗;創新素質;培養
教育部《關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》, 指出“要堅持知識、能力和素質協調發展,繼續深化人才培養模式、課程體系、教學內容和教學方法等方面的改革,實現從注重知識傳授向更加重視能力和素質培養的轉變”。高校實驗教學是培養學生創新精神和實踐能力的重要環節,實驗教學質量的高低直接決定了人才培養的效果。深化高等院校實驗教學改革,充分發揮其重要作用,是實驗教學面臨的迫切任務[1]。
近3年來,我校無機化學課程組成員積極進行教學改革,在中藥學、藥學、藥物制劑、制藥工程等專業相關課程體系與實驗教學內容改革的研究與實踐方面做了大量工作,主持了我校多個相關理論和實驗課程教學大綱、課程指南等教學文件的撰寫工作;尤其在實驗教學內容與方式方面進行了許多探索性的研究與嘗試。全面整合實驗教學內容,改革實驗教學方式,開展多層次、多元化的實踐教學活動,取得了顯著成效。無機化學課程被評為校級精品課程;還創建了中藥配位化學研究所等研究基地。本文僅就優化實驗教學內容、改革實驗教學方式、積極開展課外實踐、無機化學實驗教學綠色化研究、多元化評價實驗技能等方面談談我們的一些實踐與思考。
一、優化實驗教學內容,循序漸進培養創新素質
一年級新生由于在中學化學實驗訓練少,大部分學生的動手能力都較差,要在無機實驗中完全取消“驗證性”實驗,代之以“設計性”實驗,無異于拔苗助長,是不可行的。如何合理選擇實驗內容,由淺入深,由簡到繁、循序漸進地設計實驗過程,對于激發學生學習興趣,提高學習熱情、培養創新素質是至關重要的。
針對傳統的無機化學實驗內容設置以驗證性為主,探索性、研究性內容明顯欠缺的弱點,我們將實驗內容進行系統的整合,適當增加綜合性、設計性實驗比重。一方面我們保留和改進了一些經典的驗證性實驗,將一些基本操作融入到綜合性實驗中、在性質實驗中穿插一些小小的設計性實驗,如在緩沖溶液實驗中,引導學生設計緩沖溶液的配制與檢驗,在氧化還原實驗中要求設計金屬置換實驗等趣味性實驗,在配合物性質中融入多種配合物的生成和應用等;另一方面,增設了3個新實驗。新開實驗盡可能體現本課程的前沿性、實用性、趣味性以及和藥學專業的關聯性。在實驗課上遵守教師引導、學生為主體的原則,充分調動學生參加實驗的興趣和熱情,培養自主學習能力,逐步引導學生從簡到繁、由淺入深進行實驗設計,培養他們的創新意識,使學生在有限的學時中得到更全面的訓練和提高。
2009年7月,本課程組成員作為骨干力量參編了我校教改成果《基礎化學實驗Ⅰ》和《基礎化學實驗Ⅱ》的編寫。實踐證明改革后的實驗教學更有助于使學生理解和掌握所學理論知識和基本技能,也可更有效的激發學習興趣、強化動手能力、培養創新思維能力。
二、改革實驗教學方法,開展層次遞進的多元化實踐性教學
以學生為本、學科特點為主,重視基礎技能、提高綜合素質。以多種形式開展第二課堂和課外興趣小組等實踐活動。如,開放性實驗室,學生加實驗員模式,開設課外研究小組等。鼓勵學生積極思考,敢于置疑,促進科學態度和創新精神的高層次發展。
多年來,課題組成員積極鼓勵學生參與教師的科研課題實驗,使教學有較明確的實際應用。學生在學習課堂知識的同時,了解學科前沿領域,開闊眼界,極大地激發了學習興趣,增強了學習的積極性、主動性和創新意識。科研和教學相結合,理論聯系實際,學生較早地接觸科研項目,加強了分析問題、解決問題能力的培養與訓練,使學生的實踐動手能力和科研素養都得到了明顯的提高,成效顯著。如課題組成員指導的大學生創新項目“水楊醛縮甘氨酸西佛堿配合物的降糖活性研究”和“實驗室含銀廢液回收新法探究”分別獲得我省大學生“挑戰杯”課外科技作品創新大賽二等獎和三等獎。 轉貼于
三、無機化學實驗綠色化,在教學中滲透學生環保意識的培養和強化
無機化學實驗綠色化,在化學實驗教學中滲透學生環保意識的培養和強化。不僅能夠合理利用資源和能源,從經濟上降低教育成本,而且從源頭上消除了環境污染。今天培養的高素質人才,是未來科技發展和社會建設的主力軍,增強他們的環保意識,使他們關心社會,關心環境,了解個人利益與環境的關系,有助于構建明日的人與自然、人與社會的和諧關系,這是高等教育不可推卸的責任。
對傳統實驗內容進行改進,在不影響實驗效果前提下,以盡量少的化學原料和試劑獲取盡量多的化學信息。努力做到“性質實驗點滴化,制備實驗減量化”,同時引進新的實驗項目,重新組合或設計實驗內容,綜合利用實驗產物。在完成實驗教學計劃的前提下,充分利用相關反應,實現鏈式銜接。如將過去溶液的配制與標定訓練中的碳酸鈉改為氫氧化鈉,再與醋酸電離常數測定相鏈接;將五水硫酸銅制備與硫酸四氨合銅制備相鏈接;硫酸亞鐵銨制備與三草酸合鐵酸鉀合成相鏈接等,通過調整實驗次序,使一個實驗的產物或廢物成為下一個實驗的原料,使本來存在的幾次污染變為一次污染,甚至變得沒有污染。實驗改革試運行2學年,收效良好[3]。
四、改革實驗考核方式,多元化評價實驗技能
無機化學實驗考核是無機化學實驗課教學的重要環節,實驗成績的評定是對學生實驗習慣、實驗知識、實驗技能和實驗過程中分析問題、解決問題能力的綜合評價,它直接影響到學生開展實驗的積極性和主動性,從而影響著實驗教學的質量和效果。改革實驗考核方式,多元化評價學生實驗技能,不僅考察學生基本知識掌握的程度,而且全面評價學生理論實踐靈活結合的能力等綜合素質。在實驗考試中,我們將創新精神和實踐能力作為評定的重要指標,對學生的成績實施了多方面的綜合評價,充分體現學生在實驗中的主體地位。我們采取以下方式來評價學生實驗課的成績:總成績=實驗報告(30%)+平時成績(20%)+操作考試(20%)開卷考試(20%)+ 研究性學習(10%)[4]。
多元化的科學合理的考核方式,客觀公正地評價了學生基本技能的掌握和學習能力,大大調動了學生上實驗課的積極性和主動性,對于培養學生自主學習和觀察思維能力,起到事半功倍的效果。
古人云:“知之者不如好之者,好之者不如樂之者。”愛因斯坦也說:“興趣是最好的老師,它可激發人的創造熱情、好奇心和求知欲。”無機化學實驗在大學實驗教學中占有特殊地位,
學生的興趣和態度將會直接影響今后整體實驗教學的效果。無機化學實驗對于學生能力的全面發展、創新意識的萌發和實踐習慣的養成,起著極其重要作用。我們優化實驗教學內容,積極開展課外實踐,將科研與教學緊密結合,創造條件使學生較早科研和創新活動,循序漸進培養他們的科學素養和創新能力;不僅能夠有效地傳遞知識信息激發學生的學習熱情,而且從多層次、多方位由淺入深、促進感知與思維的統一,理論與實踐的結合,為我們培養新世紀創新型、綜合性人才打下了堅實的基礎。
參考文獻:
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關鍵詞:無機化學實驗;教學質量;改革;嘗試與探索
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)08-0218-03
無機化學實驗是針對高等師范院校化學教育專業的學生開設的一門專業必修課程。通過該課程的學習不僅能夠鞏固和深化無機化學課程所學的基礎理論知識,更重要的是讓剛進入大學學習的一年級新生摒棄中學時期形成的不良實驗習慣,熟練掌握基本實驗操作技能,培養嚴謹的科學態度和正確的科學研究方法,提升學生的實踐動手能力與創新精神,為后續實驗課程的學習打下良好的基礎[1]。因此,無機化學實驗課程的教學質量直接影響著高師院校所培養的中學化學師資的綜合素質與能力。傳統的無機化學實驗教學模式已經與學科的快速發展、專業的培養目標嚴重脫節,極大地制約了創新人才培養的需求。如何優化整合課程教學內容、采用創新的教學方法與教學手段、改革課程考核的評價方式以有效地提升本課程的教學質量成為了培養高師院校學生的創新實踐能力的關鍵。為提升無機化學實驗課程的教學質量,本文作者在多年的無機化學實驗課程的教學實踐中進行了一些有益的嘗試與探索。
一、優化課程教學內容,著力培養學生的創新能力
傳統無機化學實驗課程的教學中,基本操作、基本化學原理和元素性質實驗等驗證性實驗在教學內容中所占的比重很大,如北京師范大學無機化學教研室編寫的《無機化學實驗》(第三版)[2]教材中,驗證性實驗的占比竟然接近60%。開展驗證性實驗雖然能夠鞏固學生的基本操作技能,加強學生對基礎理論知識的理解,培養學生對實驗現象的細致觀察能力。但在教學中過多地選用驗證性實驗內容則難以適應學科發展的需要,不利于實現課程的主要教學目標――培養學生的創新思維能力。我們在近年的教學過程中逐步采用我校自編的《無機化學實驗》[3]教材,將一些內容簡單、與中學知識重復的驗證性實驗進行合并、簡化,使驗證性實驗所占的比重下降為45%,同時大幅增加綜合性、設計性實驗的數目,新開設的實驗項目如“微波固相合成――AlPO4的合成及組成測定”、“一維鏈狀牛磺酸鈷配位聚合物的溶劑熱合成”以及“納米二氧化鈦的制備及其光催化活性”等可以讓學生通過課程的學習掌握多種無機合成新技術,熟悉化合物的鑒定及組成分析方法,增強學生的實驗設計能力、動手能力,對于拓展學生的知識視野、了解學科的發展前沿、增強學生的專業綜合素養以及培養學生的科學研究與創新能力起到積極的作用。而趣味化學實驗內容如“化學冰袋的制作”、“暖手袋的制作”、“彩色火焰蠟燭的制作”等的引入則將專業課程的學習與日常生活緊密聯系起來,寓教于樂,讓學生體會到化學實驗的“魔力”,對實驗課程的實踐性有更清醒的認識。
二、利用多媒體教學手段結合教師現場演示,有效提升課堂教學效果
伴隨無機化學學科的發展,專業的新知識、新技術呈幾何級數增長,如何在有限的教學時間內向學生傳輸更多的知識內容變成了一個令任課教師棘手的問題。多媒體教學手段具有知識信息量大、形象直觀的特點,將其引入無機化學實驗的課程教學能夠有效地提升課堂教學的效果[4]。如在“溶液的配制和滴定操作練習”實驗中,可先行拍攝滴定操作的正規示范視頻并制作成多媒體課件,在課堂上由教師演示滴定操作后,再將正規示范視頻采用慢速方式重復播放數次,必要時進行定格展示,讓學生更清楚地了解滴定操作的具體步驟和要求;在“醋酸解離常數的測定”實驗中,可在多媒體課件中將酸度計的組件和操作面板以圖片的形式進行直觀的介紹,同時將其使用步驟在課件中呈現出來,方便學生在使用儀器的過程中隨時檢視自己的操作是否符合規范。此外,在復雜實驗裝置的組裝、化學反應過程的模擬等方面多媒體教學手段與傳統教學方式相比也具有明顯的優勢,可引起學生濃厚的興趣,因此有必要在無機化學實驗教學中廣泛采用多媒體教學手段,實現更佳的教學效果。不過多媒體教學這一現代化教學手段現階段仍然是實驗課常規教學手段的一種輔助,與理論課的教學不同,我們更強調教師在實驗教學中的引導作用。在講解實驗操作規范和儀器的操作步驟時必須結合現場演示,在學生面前將重要的實驗操作技術逐一分解,通過自己的一舉一動讓學生感受到規范操作的重要性,感受到化學實驗的嚴謹性,感受到化學科學的神奇性。現場演示也有助于在師生之間產生更多的言語、動作交流,充分加強教學效果,有助于學生對教師產生敬佩、尊重之情。
三、改革課程考核的評價體系,重視學生實踐動手能力的培養
鑒于實驗課程的特殊性,僅以期中和期末的筆試或操作考試來評價學生的課程學習情況顯然有違科學性,教師更應該注重學生在課程學習過程中的實際表現,使課程成績的評定更趨合理化。在教學中,我們按照平時成績占70%,筆試和操作考試成績占30%的標準來評定學生的實驗課成績。加大平時成績所占的比重,能有效地促使學生在整個學習過程中保持積極性、主動性。在平時成績的評定中,我們擯棄過去根據某學生一個學期的整體表現打分的粗略方式,而是將成績的評定細化到每一次實驗。對每一次實驗的評價則由過去的教學中只依據預習報告、實驗報告的書寫質量對學生的學習成績進行評價的片面手段,轉而重視學生在整個實驗中的具體表現,綜合考慮實驗的預習情況、學習態度與實驗內容的完成情況、基本操作掌握情況及臺面清潔、現象記錄及實驗結果、實驗報告的書寫質量等指標對學生的實驗成績進行評價,每一部分的分值均為20%,使最終的評分能更真實地反映學生的課堂學習情況,防止出現學生不認真完成實驗內容而通過后期“加工雕琢”實驗報告獲得好成績的現象。評價方式的變化可以讓學生在實驗過程中全神貫注、手腦并用,對于提高實驗技能和實踐動手能力具有重要的意義,同時也有利于指導教師增強責任心,加強課堂巡視,充分了解學生的基本技能是否規范、實驗現象的記錄是否完整、實驗結果是否正確、實驗態度是否端正,并可及時發現教學中存在的疏漏和不足并當場在課堂中予以糾正,避免此次教學中出現的問題影響到后續的教學。
四、逐步實現化學實驗內容的“綠色化”,培養學生良好的環境保護意識
環境污染問題是21世紀世界各國尤其是發展中國家所面臨的迫切問題,而化學工業作為主要的環境污染源已日漸成為“人民公敵”。實現化學過程的“綠色化”是改變化學及化學工業所面臨的窘境的唯一有效辦法。在高師院校的實驗教學課堂上面向未來的中學化學教育工作者傳授環境保護的知識,樹立“綠色化學”的良好意識對于建設大眾期望的環保性社會,消除化學對公眾的負面影響,培養青少年的環境意識具有極為重要的意義。無機化學實驗課程的教學過程中需要使用大量的有毒有害化學試劑,鑒于目前絕大多數高等院校的實驗室還不具備處理實驗廢棄物的儀器設備,因此這些試劑本身或者實驗過程中產生的廢水、廢渣極有可能對環境造成難以修復的污染。如何在教學過程中體現綠色環保理念,實現實驗過程的“綠色化”是當前的無機化學實驗教學中碰到的一個大問題。本著預防大于治理的原則,應從實驗源頭上對污染進行防控。為此我們首先在實驗內容的選取上遵循“5R”原則(減少用量Reduce,重復使用Reuse,循環利用Recycle,再生Regeneration,拒用Rejection)[5],盡量摒棄對環境污染大的如汞、重鉻酸鉀、苯等試劑藥品,優化實驗方案與實驗裝置,加強實驗廢棄物的處理,盡量減少化學實驗的污染排放;其次強調實驗產物與廢棄物的循環利用,通過開設“由含銀廢液制備硝酸銀”、“由廢干電池制備硫酸錳銨”、“由易拉罐合成明礬”、“由貝殼制備乳酸鈣”等實驗項目,使對環境有毒有害的物質在實驗室內進行流轉,防止廢棄物對土壤、大氣造成污染,不但可以節約大量的實驗藥品與經費,而且可以向學生灌輸原子經濟的概念;此外,我們還在“醋酸亞鉻的制備”、“水的電解”等實驗中采用微型儀器裝置,在保證實驗現象、結果清晰準確的前提下大幅度減少了藥品用量,不但實現了實驗“綠色化”的述求,而且能夠促使學生更仔細地觀察實驗現象,注重實驗操作的準確性。今后我們還將對某些嚴重污染環境、對學生身體健康損傷大的實驗項目進行計算機仿真化,更大限度地消除無機化學實驗對環境所造成的污染。
五、結語
近年來,我們在無機化學實驗課程的教學過程中進行的一些有益的嘗試與探索對于提升化學教育專業學生的創新實踐能力已經起到了積極的作用,為后續課程的學習打下了堅實的基礎。培養出的一些學生先后在全國師范生化學實驗技能大賽以及廣西高校大學生化學實驗技能競賽中取得優異的成績;部分學生在進入老師的研究室開展研究工作時也表現出了良好的科研素養,在科學研究過程中取得了一些令人矚目的成果。這些收獲促使我們在今后的教學過程中進一步加強實驗課的教學改革,追尋學科發展的腳步,利用更有效的手段與措施來發展學生的創新實踐能力。
參考文獻:
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關鍵詞:高職;食品加工技術;無機與分析化學
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5727(2013)02-0098-03
高職院校食品加工技術專業的培養目標是具有必備的基礎理論知識和專門知識,在此基礎上掌握從事食品生產加工、設備操作、技術管理與品質控制等第一線工作所需的高級技術,并具有良好的職業道德和敬業精神的應用型專門人才。《無機與分析化學》課程是高職院校食品加工技術專業的一門重要基礎課,作為學生入學后接觸到的第一門化學課程,其對學生后續課程的學習有著極其重要的意義。該課程教學的目的是使學生在高中化學基礎上,復習鞏固無機化學基本知識、基本理論,并在介紹定量分析化學的基礎上,重點介紹主要的化學分析方法的原理、測定條件、實驗操作方法。通過這門課學習,學生應掌握有關理論、學習科學的驗證和研究方法,提高分析問題、解決問題的能力。在培養學生嚴謹的科學態度、正確規范的操作技能、一絲不茍的工作作風等方面,該課程起著重要作用。因此,加強《無機與分析化學》教學改革,不斷提高教學質量和教學效果,對提高學生素質,培養高素質的應用型人才具有十分重要的作用。
教學面臨的挑戰
當前,在高職院校食品加工技術專業,《無機與分析化學》教學主要面臨的挑戰有以下方面。
(一)來自新時代新需要的挑戰
當前,“以能力為本位,以就業為導向”已經成為職業教育改革與發展的時代特征。高職院校培養的畢業生必須具有適應社會崗位需求的能力,具有較強的就業競爭力,這就要求學校和教師必須在教育教學的各個環節注重學生實踐能力、創新能力的培養,《無機與分析化學》課程作為一門典型的理論與實踐緊密聯系的課程,在教學中,尤其要將學生能力的培養滲透于教學的全過程,不斷完善教學改革,以適應新形勢下培養高素質技術應用型人才的重任。
(二)來自學生的挑戰
學生對課程認識不足 高職學生普遍學習基礎較差,偏科嚴重,不少學生對專業認識不清,僅從字面上理解食品加工技術專業,以為所學知識僅涉及食品的制作和加工。有些學生高中理科基礎極差,卻選擇了該專業,在入學后接觸到化學課程并了解到分析化學課程僅僅是化學相關課程的基礎后出現迷茫、畏難甚至排斥等情緒。這種情緒的蔓延對課程教學的開展是極其不利的。
學生基礎薄弱 不少學生在入學前化學基礎很差,實驗基礎幾乎為零,特別是一部分來自農村中學的學生,由于高中教學條件所限,僅在課堂上見過教師演示實驗甚至完全沒有見過演示實驗,對化學實驗的認識一片空白。
學生學習主動性差 在接觸本門課程之后,有部分學生依然存在考試蒙混過關、及格即可的心態,未意識到分析化學基礎課程對其掌握實驗操作技能乃至就業技能的重要意義,思想上松懈,有的學生對課程提不起興趣,更有些學生在一兩次實驗失敗或者發現理論課內容較難理解后產生了逃避和放棄的心態。
面對時代提出的需要,面對高職院校特殊的學生群體,面對《無機與分析化學》獨特的課程體系,分析其傳統的教學模式并有針對性地進行改革,是擺在教師面前刻不容緩的艱巨任務。
傳統教學模式分析
以往的《無機與分析化學》教學主要存在以下問題,制約著教學質量的提高:第一,以教師為核心,忽視學生在教學中的積極主導作用。第二,教學內容死板、教學手段單一。教學內容過于刻板依照教材,教學手段多采用講授、示范實驗等方法,沒有充分運用多媒體技術輔助教學。第三,課程斷層化。由于理論課的考核較容易量化,所以,在以往的教學中,容易出現偏重理論教學、忽視實驗操作技能訓練的現象。理論課和實驗課之間容易出現斷層和銜接不上的情況,本課程和后續課程間更難以建立聯系。第四,考核手段不完善。理論考核較容易量化,但實驗考核沒有建立一個比較完善的機制,導致考核成績不能完全體現學生對本課程尤其是實踐技能的掌握情況。
《無機與分析化學》課程教學的目的不僅是要求學生掌握無機化學、分析化學的基本理論知識以及驗證和掌握實驗技能,更重要的是培養學生嚴謹認真、一絲不茍的工作作風,提高學生動手、觀察、思考的能力,從而使學生能靈活運用所學知識解決實際問題。為了適應新時代高速發展的《無機與分析化學》學科對人才的需求,我們進行了一系列的教學改革,取得了較好的效果。
教學改革的新措施
《無機與分析化學》教學改革以提高學生綜合素質和實踐技能為指導思想,從充分調動學生積極性、教學內容和教學手段的改革、加強課程銜接、考核手段的完善等方面入手,著力構建一種比較科學系統的教學模式。
(一)充分調動學生積極性
思想動員 首先,在課程開始時,即將本課程涉及的相關課程一并進行介紹,告知學生分析化學基礎的扎實掌握對后續有機化學、食品生物化學、食品檢驗分析技術、食品檢驗工考證的重要意義。其次,要重點強調該課程與學生考證、就業之間的關系,以學生的切身利益為切入點,使學生在思想上重視起來。同時,給學生展示往屆學生在考證、實習、就業等方面的心得體會,利用過來人的現身說法讓學生深刻體會到學好基礎化學課的重要意義。對于學生出現的一些困惑和迷茫情緒,必要時應采用單獨談話等形式對其進行及時疏導,鼓勵學生意識到《無機與分析化學》課程并不難學,只要用心,肯學,一定可以將本課程學好。
調動學生興趣 興趣是最好的老師。分析化學課程較為枯燥,學生普遍覺得這門課程毫無趣味可言。教師應在枯燥中發掘出趣味來。首先,在授課時,多采用實例教學,尤其是結合食品專業相關實例。例如,在講解樣品的前處理時舉奶粉、糖果、面包等學生喜聞樂見的食品為例子,在講解酸堿滴定法的時候結合飲料酸度測定,講解分光光度法測定時介紹肉制品中亞硝酸鹽測定等。盡一切可能在課程中加入生動的例子,能有效調動學生的積極性,并為后續《食品檢驗分析技術》課程打下基礎。另外,在多媒體課件制作時,在不影響課程教學的前提下,應盡量讓課件豐富多彩,教師在授課時也應特別注意語言的組織和課堂氣氛的調動,并多管齊下,采用提問、學生上臺講解等方法,讓學生真正參與到課堂中來。實驗課教學由于其直觀、形象的特點往往較理論課更能吸引學生。所以,充分利用好實驗課,是調動學生積極性的重要措施。教師應善于引導學生。首先,讓學生充分預習實驗。學生對“今天的實驗是什么,能產生什么結果”做到心中有數,才有可能對實驗產生興趣。在教學中,每次實驗課開始前應提問和檢查學生的預習情況。不少學生覺得實驗就是按部就班地照書做,對預習的重視程度不夠,導致實驗開始時手忙腳亂。因此,應嚴格要求學生寫好預習報告。其次,在實驗時,應重視創設良好的實驗環境,應有整潔、有序、豐富的實驗室文化,讓學生感覺進實驗室不是進到一個死板的空間中,而是到一個讓人愉悅的環境中學習新的知識。再次,重視演示實驗。分析化學實驗課教學離不開演示環節,教師只有做好演示和手把手的指導才能讓學生真正掌握實驗技能。在演示實驗環節,教師的用語應簡潔、扼要、準確,同時,應生動不死板。例如,在演示滴定管的操作時,可以先提問學生在高中有無接觸過滴定管的使用,若有,“你印象中的滴定管應如何使用?”通過這樣簡單一問,學生能立即展開積極思考。盡管學生對滴定管的使用的了解往往是模糊的,但思考的過程能使學生被深深地吸引到后續的教學中。在學生回答后,教師應明確告訴學生:“從今開始,大家必須摒棄高中對滴定管使用的模糊概念,把今天課程上教師所講的每一個字都細細體會,因為每個字都包含著操作細節!”學生的課堂反饋顯示,絕大多數學生對這樣的教學過程印象深刻,教學效果較好。
(二)教學內容和教學手段的改革
改革教學內容,狠抓基本功訓練 高職的教學特點和就業導向決定了高職教學不能向深度拓展,應以“必需、夠用”為原則,在有限的課時內盡可能多地給學生提供有利于就業和技能提高的知識。因此,在理論課教學中,應刪減或弱化一些與實際結合不大密切的章節,比如“物質結構”,而在與實驗或技能關系緊密的章節中應增加課時,如“分析化學概論”。這樣有的放矢地進行教學,能較好地保證教學效果。在實驗環節,如何利用有限的課時多對學生進行基本功訓練,也是教師應該考慮的。同樣,在教學實踐中可刪減一些較簡單或者對食品加工技術專業學生而言實用性不太強的實驗,如性質鑒定實驗,而加大對滴定、定容、移液等分析化學基礎實驗的練習,通過反復的操練提高學生的實驗技能。在教學過程中,以學生能力的培養為教學重點,轉化教師的角色,把教師的角色由教學中心轉為教學的組織者和輔導者,要求學生熟練掌握基本操作,獨立完成實驗內容,學會分析和處理實驗數據并得出實驗結論,對實驗過程中出現的問題應獨立思考力求解決,在此基礎上與教師探討并得出相應結果。
教學手段的改革 傳統教學主要以教師講授和示范為主。當前,多媒體技術的普遍應用給教學帶來了極大的便利。多媒體課件以其內容豐富、信息量大、展示直觀等特點得到了廣泛的應用。在教學中應注意傳統教學方式與多媒體教學的有機結合,融二者之長為教學所用。在理論課教學中,采用多媒體教學能使學生在有限的45分鐘內獲取更多的信息。但由于《無機與分析化學》課程的特點,在教學中也不能忽略傳統的板書。一些解題過程可以用多媒體來展現,能節約課堂時間。但也有一部分須以板書的形式展現,在板書的過程中,解題或推導過程逐步展現,使學生緊跟教師思路,能起到較好的效果。在實驗課教學中,可組織學生觀看有關幻燈片和錄像帶以開闊學生視野,一些細小的操作動作可以特寫鏡頭的方式來展示。儀器的內部結構和原理也可以動畫的形式展現。但同時也應注意,實驗教學不能完全依賴多媒體課件,不能用操作視頻完全替代教師演示,應以教師的演示配合詳細的講解為主,學生親眼所見的實際演示結合多媒體演示,才能印象深刻。對于操作中的重點細節,為了強化學生印象,仍然可以大字板書寫出來。教學實踐表明,這樣教學學生反映普遍較好。
(三)注重課程的銜接
注重課程的銜接,主要體現在兩個方面,一是理論課與實驗課的銜接,二是本課程與后續課程的銜接。
為了更好地達到高職的培養目標,使學生進一步提高實踐技能,《無機與分析化學》可與《無機與分析化學實驗》課合并為一門課,分為理論和實驗兩大塊。理論和實驗課同步,并相互關聯。這樣的課程設置使得原有的課程體系變為不可分割的一個整體。無論是在教學大綱、進度的編寫上,還是在課時安排上都應從整體出發。而在課程教授過程中,更應注意理論與實驗的緊密銜接,做到理論指導實驗,實驗驗證和提升理論。首先,在教學大綱的設置上,應注意理論內容和實驗內容的安排盡量做到同步,這樣學生在學習時不會產生斷層之感。其次,理論課上涉及實驗的部分應重點指出,要求學生重視。有些與實驗結合緊密的部分,可以移到實驗課中,在實驗課之前講授。
分析化學課程是食品加工技術專業的一門基礎課,與后續課程關系極其緊密。明確與后續課程的銜接不但能使學生在思想上更加重視本課程的學習,對后續課程也能起到鋪墊作用。這就要求教師不但要精通本課程,還應對后續課程有比較深刻的了解。例如,應了解食品生物化學的內容、食品檢驗分析的內容,這樣在講授相關章節時能學生就能做到舉一反三,也能更好地激發學生的學習興趣和熱情。例如,講授樣品前處理時可以舉食品中蛋白質測定的例子,講授滴定分析基本操作時可以告知學生分析化學基本操作在食品檢驗分析實驗中及食品檢驗工考證中的應用。
(四)完善課程考核辦法
在課程考核上,應完善原有的課程考核辦法,把理論和實驗成績同步納入總成績中。理論和實驗考核應根據其特點確定不同的考核方式。實驗成績的考量中可加大平時實驗課表現、實驗操作能力所占的比例,期末考核為實驗操作考核。實驗操作考核的方法是對每一名學生進行單獨的操作考核,考核的目的主要是檢查學生對所學基本技能掌握的熟練程度。教師根據學生的操作過程、熟練程度、實驗結果以及每個考試項目的評分點當場打出分數,并要求學生當場計算、處理實驗數據并提交實驗報告,最終操作考核的分數由實驗操作分和實驗報告分組成。采用這種全面的考核方法,既可解決實驗考核只考慮平時表現,而忽視期末成績的普遍問題,又可避免以期末成績一錘定音的局限性,克服單憑實驗報告打分所產生的偏差,可以比較全面客觀地反映學生的綜合實驗水平,學生的實驗技能可得到充分體現,綜合素質和創新能力也可得到鍛煉。而理論成績則以平時作業、課堂表現,并綜合期末考試成績進行評定,在最終的總成績中理論成績和實驗成績各占50%。這樣,把理論和實驗同步納入總成績中,可以有效避免學生重理論而輕實踐的現象,也能更科學地評價學生對課程的掌握程度。
綜上所述,在高職食品加工技術專業《無機與分析化學》教學中,應緊緊圍繞培養學生的素質強化技能訓練,從思想動員、充分調動學生興趣入手,注重教學內容、教學手段的改革,注重課程銜接、完善考核方法,從而有效提高學生綜合素質,為后續課程和學生未來就業打下堅實的基礎。
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