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(-)知識(shí)脈絡(luò)
有機(jī)物是人類(lèi)賴(lài)以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ),它們的開(kāi)發(fā)利用大大的提高了人類(lèi)的生活質(zhì)量并且改變了人類(lèi)的生活方式。在初中已有的個(gè)別有機(jī)化合物的初步概念的基礎(chǔ)上,本節(jié)進(jìn)一步了解有機(jī)化學(xué)的研究范疇、發(fā)展過(guò)程以及對(duì)科研、生產(chǎn)、生活、環(huán)境的重要作用。進(jìn)一步掌握有機(jī)化合物的典型性質(zhì)和有機(jī)化合物基礎(chǔ)知識(shí)利用已有的原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的知識(shí)了解有機(jī)化合物的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系,了解有機(jī)化合物多樣性的原因。認(rèn)識(shí)生活中接觸到的高分子材料以及環(huán)境與化學(xué)的關(guān)系
(二)知識(shí)框架
(三)新教材的主要特點(diǎn):
本節(jié)教材體現(xiàn)了“從生活到化學(xué),從化學(xué)到社會(huì)”的認(rèn)識(shí)逐步深入的過(guò)程。從
培養(yǎng)學(xué)生終身發(fā)展所必備的知識(shí)和能力出發(fā),新教材較舊教材更符合知識(shí)的邏
輯關(guān)系,同時(shí)注重學(xué)生的能力培養(yǎng)。
二教學(xué)目標(biāo)
(一)知識(shí)與技能目標(biāo)
了解有機(jī)化合物的性質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)特征與多樣性的關(guān)系
通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)掌握甲烷的性質(zhì)、取代反應(yīng)。
掌握同分異構(gòu)現(xiàn)象以及簡(jiǎn)單的命名規(guī)律
初步培養(yǎng)學(xué)生空間想像能力
(二)過(guò)程與方法目標(biāo)
1、通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己熟悉的種類(lèi)不同的有機(jī)物的分析,讓他們學(xué)會(huì)怎樣從中歸納、總結(jié)有機(jī)化合物性質(zhì)的一般規(guī)律。
2、通過(guò)“遷移?應(yīng)用”、“交流?研討”、“活動(dòng)?探究”等活動(dòng),提高學(xué)生分析、聯(lián)想、類(lèi)比、遷移以及概括的能力。
(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀目的
1、通過(guò)“遷移?應(yīng)用”、“交流?研討”、“活動(dòng)?探究”活動(dòng),激發(fā)學(xué)生探索未知知識(shí)的興趣,讓他們享受到探究未知世界的樂(lè)趣。
2、通過(guò)用模型組裝有機(jī)分子的實(shí)踐活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和探索精神。
三教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)
甲烷的性質(zhì)、有機(jī)物結(jié)構(gòu)的多樣性
四、教學(xué)準(zhǔn)備
教師準(zhǔn)備
3、教學(xué)媒體、課件;
4、編制“活動(dòng)?探究”活動(dòng)報(bào)告及評(píng)價(jià)表。
五、教學(xué)方法
問(wèn)題推進(jìn)法、實(shí)驗(yàn)探究法
六、課時(shí)安排
3課時(shí)
七、教學(xué)過(guò)程
第一課時(shí)認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物
教學(xué)準(zhǔn)備
學(xué)生:預(yù)習(xí)教材第一節(jié)第一部分(60頁(yè)---62頁(yè));
要求提前準(zhǔn)備一種有機(jī)材料了解它的性質(zhì)、用途并向同學(xué)做介紹。
教師:要求對(duì)學(xué)生可能找到的材料做到充分考慮;適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充實(shí)驗(yàn),例如溶解性、受熱
時(shí)狀態(tài)變化等,有利于學(xué)生進(jìn)行歸納、總結(jié)。
教學(xué)過(guò)程
(一)學(xué)生活動(dòng)“聯(lián)想……質(zhì)疑”
問(wèn)題:你認(rèn)識(shí)的有機(jī)物是什么?它有什么性質(zhì)?什么用途?
這個(gè)問(wèn)題由學(xué)生充分討論、發(fā)言;介紹生活中接觸到的有機(jī)物
討論:1、哪些是有機(jī)物的共同性質(zhì)?
2、從溶解性、耐熱性、可燃性、電離性等五個(gè)方面比較無(wú)機(jī)物有哪些區(qū)別?
3、研究有機(jī)物的性質(zhì)用到哪些方法?
演示實(shí)驗(yàn):
歸納:有機(jī)物性質(zhì)特征
大多數(shù)有機(jī)物:1、難溶于水易溶于有機(jī)溶劑。
2、易燃燒。
3、大多數(shù)是非電解質(zhì),難電離。
4、熔點(diǎn)低,易熔化。
5、反應(yīng)慢、反應(yīng)復(fù)雜、副反應(yīng)多。
(二)師生共同活動(dòng)“觀察……思考”(能進(jìn)行學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)更好)
以甲烷為例進(jìn)一步研究有機(jī)物的性質(zhì)
1、完成書(shū)中實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2;
2、按小組討論、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
3、歸納甲烷的性質(zhì)。(1)可燃性
(2)取代反應(yīng)
甲烷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):閱讀63頁(yè)知識(shí)點(diǎn)擊
第二課時(shí)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
教學(xué)準(zhǔn)備
學(xué)生:預(yù)習(xí)教材第一節(jié)第二部分(63頁(yè)---65頁(yè));
用球棍模型組合丁烷分子,體會(huì)有機(jī)物的樣性。
教師:教學(xué)媒體、課件;
教學(xué)過(guò)程
(一)閱讀63頁(yè)工具欄,由學(xué)生寫(xiě)出甲烷的結(jié)構(gòu)式、甲烷的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。
(二)進(jìn)行“活動(dòng)與探究”
(1)動(dòng)手組合乙烷、丙烷、丁烷的結(jié)構(gòu)模型,寫(xiě)出它們的結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。
給烷烴的概念,找烷烴的通式。
(2)閱讀64頁(yè)知識(shí)支持,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,當(dāng)碳原子數(shù)較多時(shí)組合方式不只一種,碳原子數(shù)越多,可能的結(jié)構(gòu)越多;帶著疑問(wèn)進(jìn)入下面的討論。
(三)有機(jī)物的命名和同分異構(gòu)現(xiàn)象
可以根據(jù)學(xué)生情況,控制深度。
總結(jié)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)原子之間共價(jià)鍵相連。
(2)碳原子之間可以連成鏈狀或環(huán)狀。
(3)碳原子與碳原子之間可以是單鍵、雙鍵、三鍵。
(4)分子式相同時(shí),可以出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)。
第三課時(shí)概括與整合
教學(xué)準(zhǔn)備
關(guān)鍵詞:工程教育;有機(jī)化學(xué);課程改革
20世紀(jì)90年代初,以波音公司為首的大型跨國(guó)公司對(duì)各工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生提出了一系列新的要求,促使歐美大學(xué)改革工程教育觀念和模式。麻省理工學(xué)院(MIT)等大學(xué)經(jīng)過(guò)探索研究,創(chuàng)立了CDIO工程教育模式[1]。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate),以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程,繼承和發(fā)展了歐美20多年來(lái)工程教育改革的理念,是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果[2]。2008年中國(guó)CDIO工程教育模式研討會(huì)上,與會(huì)專(zhuān)家指出:CDIO作為一種指導(dǎo)工程教育人才培養(yǎng)模式改革的教育思想觀念和課程設(shè)計(jì)的框架體系,符合現(xiàn)代工程技術(shù)人才培養(yǎng)的一般規(guī)律,具有良好的發(fā)展前景和推廣價(jià)值。CDIO的核心在于根據(jù)工程鏈環(huán)節(jié)的工程、崗位、職業(yè)、行業(yè)的學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的要求,以工程設(shè)計(jì)為導(dǎo)向,以項(xiàng)目訓(xùn)練為載體,來(lái)重新設(shè)置課程和教學(xué)模式[3]。因此,應(yīng)積極推廣CDIO的經(jīng)驗(yàn)和做法,努力促進(jìn)我國(guó)工程教育改革和人才培養(yǎng)模式改革。在教育部的發(fā)起和組織下,我國(guó)于2006年正式開(kāi)展了工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的試點(diǎn)工作。2011年教育部提出實(shí)施“實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”,是改革和創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式,提高工程教育質(zhì)量的戰(zhàn)略舉措。作為教育部第二批參與“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的高校之一,四川理工學(xué)院在卓越工程師培養(yǎng)方面正在進(jìn)行積極的探索與實(shí)踐,提出建立“立足地方、面向行業(yè)、構(gòu)建具有工程精神的應(yīng)用型人才”培養(yǎng)體系,實(shí)施以能力為導(dǎo)向的工程教育課程體系改革,按照課程內(nèi)容進(jìn)行整合、重構(gòu),建立了通用能力、專(zhuān)業(yè)能力、綜合能力等三大課程模塊,創(chuàng)新多元化人才培養(yǎng)模式[4]。但筆者團(tuán)隊(duì)認(rèn)為:提升工程教育質(zhì)量的工程教育改革,并不是單純的培養(yǎng)方案和課程體系的調(diào)整,而應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)工程,其中心和核心的任務(wù)是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才。這就要求培養(yǎng)方案中的每門(mén)課程都要樹(shù)立培養(yǎng)應(yīng)用型人才的理念,圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)的中心任務(wù)進(jìn)行課程體系和結(jié)構(gòu)調(diào)整,進(jìn)行教學(xué)方式和模式的改革?!队袡C(jī)化學(xué)》課程作為材料、化工、生工、輕化等本科專(zhuān)業(yè)群的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程,對(duì)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系的構(gòu)建具有重要的作用。但現(xiàn)階段,《有機(jī)化學(xué)》課程存在自成體系、自我封閉的問(wèn)題,很少與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程掛鉤,也很少考慮到課程的理論知識(shí)在實(shí)際工程問(wèn)題上的應(yīng)用,這些都不利于高素質(zhì)應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)。為此,筆者團(tuán)隊(duì)幾年來(lái)一直嘗試和探索在化工類(lèi)工程專(zhuān)業(yè)的《有機(jī)化學(xué)》基礎(chǔ)課程的教學(xué)中,融入工程教育理念,調(diào)整知識(shí)結(jié)構(gòu)體系,改革教學(xué)模式,提升《有機(jī)化學(xué)》基礎(chǔ)課在工程教育和應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用和地位,更好的服務(wù)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)。
1《有機(jī)化學(xué)》課程改革思路
相對(duì)于化工類(lèi)工程專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課程,如化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程、化學(xué)工藝學(xué)和化工設(shè)計(jì)等課程,《有機(jī)化學(xué)》課程作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程,理論性強(qiáng)且自成理論體系,基本可歸屬于理論課程的范疇。其教學(xué)的重點(diǎn)主要集中于系統(tǒng)講授各類(lèi)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系及其相互轉(zhuǎn)化的方法,介紹有機(jī)化學(xué)反應(yīng)原理和影響因素、有機(jī)化合物的立體化學(xué)、分離鑒定和結(jié)構(gòu)表征等內(nèi)容。因此課程的授課教師普遍認(rèn)為《有機(jī)化學(xué)》只是一門(mén)理論課程,其任務(wù)就是為學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定相應(yīng)的理論基礎(chǔ),在課程的教學(xué)中難以實(shí)施工程教育理念和“做中學(xué)”的教學(xué)方式。同時(shí),由于課程的理論性較強(qiáng),多數(shù)學(xué)生們認(rèn)為本課程學(xué)習(xí)與將來(lái)所從事的工作不會(huì)產(chǎn)生多大聯(lián)系,學(xué)習(xí)興趣不高和學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。因此,要在工程教育背景下,首先必須解決課程的改革思路問(wèn)題,如在《有機(jī)化學(xué)》在教學(xué)中融入工程教育理念的可能性和現(xiàn)實(shí)性。美國(guó)麻省理工學(xué)院教授、國(guó)際CDIO創(chuàng)始人EdwardF.Crawley在關(guān)于工程教育改革的主題報(bào)告中指出,基于產(chǎn)品、過(guò)程、系統(tǒng)的生命周期的開(kāi)發(fā)和部署(product,process,anddevelopmentanddeploymentofsyctemlifecycle)的工程實(shí)踐環(huán)境下的工程教育更為有效,CDIO只是基于該工程教育理念的模式之一;對(duì)于無(wú)實(shí)體產(chǎn)品的工程專(zhuān)業(yè),MIT的教育者提出了4M(Measure-Model-Manipulate-Make)教育模式;無(wú)論CDIO模式還是4M模式,工程教育的核心基礎(chǔ)是情景教育(ContextualLearning)[5]。即學(xué)生在學(xué)習(xí)與工程職業(yè)相關(guān)的知識(shí)和技能并知道如何有意義的應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能時(shí),學(xué)習(xí)更為積極主動(dòng)和有效率。另外,工程教育是培養(yǎng)學(xué)生的工程理念,賦予學(xué)生今后從事相關(guān)工程職業(yè)的綜合能力,除了具有綜合運(yùn)用所學(xué)科學(xué)理論和技術(shù)手段分析并解決工程問(wèn)題的基本能力外,還需要具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、批判性思考能力和綜合思考、解決問(wèn)題的意識(shí)屬于綜合素質(zhì)和能力,這些能力在很大程度上需要通過(guò)基礎(chǔ)課程教學(xué)來(lái)培養(yǎng)。綜上,只要教師在《有機(jī)化學(xué)》課程教學(xué)中,牢固樹(shù)立工程教育理念,實(shí)施工程背景的情景教育,理論聯(lián)系實(shí)際,使學(xué)生在工程教育的氛圍中學(xué)習(xí),受到工程教育的熏陶;同時(shí)注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、批判性思考能力和綜合思考、解決問(wèn)題的意識(shí)屬于綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng),就可以使《有機(jī)化學(xué)》課程更好的融入化工類(lèi)工程專(zhuān)業(yè)的工程教育體系,服務(wù)于學(xué)生的“大工程觀”的培養(yǎng),滿(mǎn)足工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課程的要求。
2《有機(jī)化學(xué)》課程改革措施
2.1構(gòu)建面向不同專(zhuān)業(yè)需求的差異化
《有機(jī)化學(xué)》課程體系在《有機(jī)化學(xué)》課程教學(xué)中,改革現(xiàn)有的同質(zhì)化的課程教學(xué)模式,在保證課程的基本理論知識(shí)體系的前提下,針對(duì)每一個(gè)化工類(lèi)工程專(zhuān)業(yè)對(duì)課程的不同需求,設(shè)計(jì)差異化和針對(duì)性的課程知識(shí)體系。如安全工程專(zhuān)業(yè),注重引導(dǎo)學(xué)生對(duì)危險(xiǎn)有機(jī)化學(xué)品安全知識(shí)學(xué)習(xí),養(yǎng)成查閱典型常見(jiàn)有機(jī)化合物的MSDS的習(xí)慣,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)解讀化合物閃點(diǎn)、爆炸極限、危險(xiǎn)特性、危害等信息認(rèn)識(shí)其危險(xiǎn)性和毒性,了解其防護(hù)措施和泄漏處理等化工安全的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。對(duì)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè),則側(cè)重安排有機(jī)化學(xué)副反應(yīng)控制、后處理分離純化的可能性和方法手段等知識(shí)。因雜環(huán)、甾族、生物堿是藥物的基本結(jié)構(gòu)和功能單元,藥物在體內(nèi)代謝和藥理作用又涉及與碳水化合物、蛋白質(zhì)和核酸等類(lèi)化合物的作用,因此其他化工專(zhuān)業(yè)較少涉及的內(nèi)容,又成為制藥工程專(zhuān)業(yè)必需的基本知識(shí)。
2.2嘗試《有機(jī)化學(xué)》課程的情景教育
《有機(jī)化學(xué)》雖然只是一門(mén)理論基礎(chǔ)課程,但課程涉及的有機(jī)化合物在日常生活和化工生產(chǎn)具有廣泛的應(yīng)用;有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物,大多是化工、醫(yī)藥產(chǎn)品或中間體。因此在學(xué)生掌握了一些基礎(chǔ)理論知識(shí)后,在課程后半程教學(xué)中,通過(guò)合理設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容,采用IDG(inspiration,guidance,anddiscussion)教學(xué)模式[6]和“以研究為本,解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題”的單元模塊式教學(xué)模式,盡可能實(shí)施情景教育,開(kāi)展研究型和創(chuàng)新型教學(xué),讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中思考如何將基礎(chǔ)的理論知識(shí)應(yīng)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)例的分析、處理和設(shè)計(jì)上,打通基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)課程的聯(lián)系。在每一章節(jié)引入2~3個(gè)應(yīng)用和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)例,通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生思考相關(guān)的原料選擇、成本控制、反應(yīng)實(shí)施(副反應(yīng)控制)、后處理分離等問(wèn)題,達(dá)到對(duì)學(xué)生實(shí)施工程觀的培養(yǎng)和一定意義上的工程情景教育的目的。例如對(duì)于格氏試劑這部分內(nèi)容的教學(xué),常規(guī)的教學(xué)方式是介紹格氏試劑的制備、性質(zhì)和反應(yīng);對(duì)于格氏試劑這類(lèi)在有機(jī)合成和精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)上具有廣泛應(yīng)用的重要有機(jī)試劑,單純作為一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué),無(wú)法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,對(duì)格氏試劑的應(yīng)用也沒(méi)有感性的認(rèn)識(shí),完全背離了工程教育的理念。筆者團(tuán)隊(duì)通過(guò)錄制、剪輯實(shí)驗(yàn)室小試規(guī)模和車(chē)間中試規(guī)模制備、使用格氏試劑的視頻,結(jié)合視頻簡(jiǎn)要介紹格氏試劑制備及反應(yīng)時(shí)溶劑處理、鎂屑處理、實(shí)際操作過(guò)程無(wú)水無(wú)氧條件的達(dá)成、反應(yīng)引發(fā)等過(guò)程的操作細(xì)節(jié)及注意事項(xiàng);在使學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容的同時(shí),也讓學(xué)生了解在研究和生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)際實(shí)現(xiàn)一個(gè)書(shū)面反應(yīng)需要注意和考慮的問(wèn)題,了解實(shí)驗(yàn)室和車(chē)間規(guī)模完成一個(gè)反應(yīng)的區(qū)別,培養(yǎng)學(xué)生綜合思考和解決問(wèn)題的能力,從而達(dá)到工程觀的培養(yǎng)和情景教學(xué)的目的。同時(shí)通過(guò)介紹未按操作規(guī)程對(duì)乙醚/四氫呋喃溶劑進(jìn)行無(wú)水處理、制備格氏試劑時(shí)反應(yīng)條件控制不好導(dǎo)致反應(yīng)釜沖料引起火災(zāi)和爆炸事故的實(shí)例,給予學(xué)生以警示和培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)。
2.3精心設(shè)計(jì)習(xí)題,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)性思維
如精心設(shè)計(jì)有機(jī)化合物合成題,以實(shí)際問(wèn)題代替隨意設(shè)定的習(xí)題,讓學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中學(xué)會(huì)綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境保護(hù)等實(shí)際因素對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的影響。同時(shí)選擇具有幾條合成路線(xiàn)的化合物,給出可能的合成路線(xiàn),將學(xué)生分成幾個(gè)小組,每個(gè)小組在充分查閱資料,綜合考慮原料來(lái)源和成本、工藝條件、實(shí)際收率、目標(biāo)產(chǎn)物分離的難易程度以及綜合評(píng)價(jià)成本、安全和對(duì)環(huán)境的影響等諸方面的因素后,提出可行的和最佳的方案;并組織學(xué)生討論,對(duì)其他小組的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。即使學(xué)生受到工程理念的熏陶,也能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和批判性思考等綜合能力。2.4在《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)中引入研究型教學(xué)模式改革現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程固定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)模式,在初步完成基本操作和基本技能的訓(xùn)練后,篩選和安排1~2個(gè)綜合性和設(shè)計(jì)性的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,將資料查閱、實(shí)驗(yàn)方案擬定、合成、分離提純及鑒定表征等環(huán)節(jié)連成一體,將實(shí)驗(yàn)進(jìn)化為微型科研項(xiàng)目,讓學(xué)生以完成項(xiàng)目的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作精神,提高學(xué)生的工程素質(zhì)和應(yīng)用能力。
3結(jié)語(yǔ)
筆者團(tuán)隊(duì)根植培養(yǎng)應(yīng)用型人才的理念,根據(jù)課程特點(diǎn),積極探索化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課《有機(jī)化學(xué)》的課程改革。在教學(xué)中踐行CDIO工程教育理念,引入情景教學(xué)模式,優(yōu)化課程內(nèi)容,提出了一些具有可操作性的措施和方法,取得了一定的正面成果,使《有機(jī)化學(xué)》課程能更好地服務(wù)于高素質(zhì)工程人才培養(yǎng)的核心任務(wù)。當(dāng)然,本文只是我們?cè)诠こ探逃尘跋聦?shí)施《有機(jī)化學(xué)》課程改革的初步經(jīng)驗(yàn)和心得,尚有諸多不完善之處。另外,基礎(chǔ)理論課程教師普遍缺乏工程背景,制約課程的教學(xué)改革,難以完全滿(mǎn)足工程教育的要求,如何克服這一問(wèn)題也需要在今后的教學(xué)過(guò)程中繼續(xù)探索和思考。
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1在指導(dǎo)思想上提高化學(xué)方法的訓(xùn)練
有機(jī)化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)都是化學(xué)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)理論課程。縱觀現(xiàn)行各類(lèi)各層次教學(xué)大綱如出一轍,著重強(qiáng)調(diào)的是使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能,對(duì)化學(xué)方法的訓(xùn)練重視不夠。大多數(shù)化學(xué)教師也只注重化學(xué)知識(shí)的講授和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生理解、掌握和運(yùn)用化學(xué)方法的能力未引起足夠的重視。因而學(xué)生缺乏必要的化學(xué)方法的訓(xùn)練,研究能力差,思維不活躍,學(xué)生只是積累教師或書(shū)本所傳授的知識(shí),以求考試取得高分。實(shí)際上有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)教師都有同感:化學(xué)方法與基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能有著密切的關(guān)系。
就基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論而言,化學(xué)方法是化學(xué)發(fā)現(xiàn)的手段。無(wú)論在近代化學(xué)的建立時(shí)期,還是在現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展時(shí)期,任何一個(gè)重大的化學(xué)發(fā)現(xiàn)都是依靠一定的化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的。同時(shí),化學(xué)方法又是化學(xué)概念和化學(xué)理論建立的工具。就基本技能而言,化學(xué)方法是促進(jìn)技能發(fā)展的一條有效途徑。學(xué)生一旦掌握了化學(xué)方法,就會(huì)加速對(duì)化學(xué)知識(shí)量的積聚速度,加速對(duì)知識(shí)的理解,提高對(duì)知識(shí)的概括和運(yùn)用能力,對(duì)掌握新知識(shí)起能動(dòng)作用。因此,在教學(xué)過(guò)程中本人把原來(lái)的“三基”變成“四基”把化學(xué)方法的訓(xùn)練作為教學(xué)環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容之一,這是對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)方法訓(xùn)練的前提。
2將化學(xué)方法引入教學(xué)過(guò)程
在講授基本概念和基本理論的同時(shí),注重培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握從事化學(xué)研究所必需的基本方法。在教學(xué)過(guò)程中,教師不應(yīng)平鋪直敘地講解化學(xué)知識(shí),而應(yīng)當(dāng)將化學(xué)方法直接引入教學(xué)過(guò)程,這是對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)方法訓(xùn)練的關(guān)鍵。
2.1聯(lián)系重要的化學(xué)史事,讓學(xué)生學(xué)到有益的化學(xué)方法
化學(xué)發(fā)展的歷史是極其曲折的,那些杰出的化學(xué)家成功的背后都蘊(yùn)藏著各種各樣的化學(xué)方法。在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中若巧妙地結(jié)合所授知識(shí),將這些化學(xué)方法滲透其中并潛移默化地傳授給學(xué)生,有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生掌握和運(yùn)用化學(xué)方法的能力,加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。例如,在講授有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)的概念時(shí),可滲透化學(xué)實(shí)驗(yàn)法在化學(xué)發(fā)展中所發(fā)揮的作用。我們知道“有機(jī)物只能在生物的細(xì)胞中,在一種特殊的‘生命力’的作用下才能產(chǎn)生出來(lái),用人工方法是不能合成有機(jī)物”的“生命力論”曾牢固地統(tǒng)治著有機(jī)化學(xué)界,嚴(yán)重地束縛著人們的思想,使人們放棄用人工合成方法合成有機(jī)物的想法,使有機(jī)化學(xué)的發(fā)展長(zhǎng)期停滯不前。直到1928年,德國(guó)化學(xué)家武勒(Wohler)首先沖破“生命力論”的桎梏,在實(shí)驗(yàn)室里由氰酸銨合成了尿素〔NH4OCNCO(NH2)2〕。從此才動(dòng)搖了“生命力論”的統(tǒng)治,有機(jī)化學(xué)才得以迅速發(fā)展。目前有機(jī)化合物的種類(lèi)已發(fā)展到數(shù)百萬(wàn)種,并且每年還有上千種新的有機(jī)物被制備出來(lái)。
2.2采用啟發(fā)式教學(xué),建立和發(fā)展化學(xué)方法
啟發(fā)式教學(xué)就是根據(jù)教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)生的知識(shí)水平,運(yùn)用各種教學(xué)手段,采用啟發(fā)誘導(dǎo)的辦法傳授知識(shí)、開(kāi)發(fā)智力、培養(yǎng)能力,使學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。例如,在講授“環(huán)烷烴的張力學(xué)說(shuō)和環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)”時(shí),可以采用化學(xué)模型法進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。讓學(xué)生用球棍式模型連成環(huán)
丙烷和環(huán)丁烷,每個(gè)碳原子上的兩個(gè)鍵必須壓縮到60°或90°,以適應(yīng)環(huán)的幾何形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這些碳原子的鍵角與正常的四面體鍵角偏差很大,從而使分子本身產(chǎn)生角張力,力圖恢復(fù)鍵角;再讓學(xué)生連成五元環(huán)、六元環(huán)及六元以上的環(huán),結(jié)果每個(gè)碳原子的鍵角非常接近于四面體的夾角,這些環(huán)基本上沒(méi)有角張力。然后應(yīng)用歸納法來(lái)總結(jié)環(huán)的穩(wěn)定性與環(huán)大小的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步講解環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu),不妨引入化學(xué)假說(shuō),即從環(huán)丙烷的分子模型可以看出,碳原子與碳原子之間并非直線(xiàn)相連,而是呈彎曲形狀,這與現(xiàn)代共價(jià)鍵理論相矛盾。根據(jù)共價(jià)鍵理論,當(dāng)一個(gè)碳原子以sp3軌道與另一碳原子的sp3軌道鍵合時(shí),兩個(gè)碳原子須處于使它們的sp3軌道彼此正面相對(duì)的位置,也就是面對(duì)面重疊,這樣重疊的化學(xué)鍵最強(qiáng)。因此可用類(lèi)比法提出“在環(huán)丙烷分子中可能存在另一種鍵--彎曲鍵”的假說(shuō),然后通過(guò)各種方法驗(yàn)證自己的假說(shuō),最后得到彎曲鍵理論。
將化學(xué)方法引入教學(xué)過(guò)程,不僅使學(xué)生學(xué)到作為知識(shí)活動(dòng)結(jié)果的知識(shí)結(jié)論,而且還可以學(xué)到反映在認(rèn)識(shí)活動(dòng)中的研究方法,從而學(xué)到運(yùn)用知識(shí)和發(fā)展知識(shí)的方法。化學(xué)方法隱含在化學(xué)內(nèi)容的角角落落,只要做個(gè)有心人,在化學(xué)教學(xué)中勇于創(chuàng)新、大膽探索,將化學(xué)方法引入教學(xué)過(guò)程是不難做到的。
3指導(dǎo)學(xué)法,使學(xué)生自覺(jué)地運(yùn)用化學(xué)方法處理問(wèn)題
為了使學(xué)生能夠初步理解和掌握從事化學(xué)研究所必須的科學(xué)方法,除了將化學(xué)方法直接引入教學(xué)過(guò)程外,還必須在指導(dǎo)學(xué)法上下功夫。指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)方法去學(xué)習(xí)新知識(shí),概括已學(xué)過(guò)的知識(shí),養(yǎng)成自覺(jué)運(yùn)用化學(xué)方法處理問(wèn)題的習(xí)慣,從而把對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)方法的訓(xùn)練提高到一定的高度。教師在教學(xué)過(guò)程中要教給學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法,使之掌握打開(kāi)知識(shí)大門(mén)的鑰匙及獲取知識(shí)的能力,將會(huì)使學(xué)生終身受益。
3.1指導(dǎo)學(xué)生正確使用教材
教材是教學(xué)大綱的體現(xiàn),是知識(shí)的精華,是教師教和學(xué)生學(xué)的依據(jù)。在教學(xué)過(guò)程中要指導(dǎo)學(xué)生做到課前預(yù)習(xí)教科書(shū),記下疑難問(wèn)題,帶著問(wèn)題聽(tīng)課,課堂上緊扣教科書(shū),把教材中的重點(diǎn)知識(shí)認(rèn)真理解、勾畫(huà)、記錄。課后認(rèn)真閱讀教材,讀懂教材。章節(jié)復(fù)習(xí)時(shí)把重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)反復(fù)閱讀,認(rèn)真理解,其它輔助資料不要代替教材使用。
3.2指導(dǎo)學(xué)生聽(tīng)課的方法
針對(duì)化學(xué)課的特點(diǎn),教師要指導(dǎo)學(xué)生聽(tīng)好化學(xué)課的方法:用眼仔細(xì)觀察演示實(shí)驗(yàn),看清實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,觀察老師的實(shí)驗(yàn)技巧。用鼻分辨氣味,用耳聽(tīng)清老師講解,用手記好筆記,用嘴請(qǐng)教自己不懂的問(wèn)題,用腦去思考、分析、判斷。只有眼、耳、鼻、手、腦并用,才能上好課,學(xué)好課。
3.3指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究化學(xué)的方法
在學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中要更加重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)方法的訓(xùn)練和培養(yǎng)?;瘜W(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,化學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究化學(xué)的重要手段,不同的實(shí)驗(yàn)側(cè)重點(diǎn)不同。指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)實(shí)驗(yàn),仔細(xì)觀察、記錄、分析、理解,通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力和動(dòng)手操作能力,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)研究化學(xué)的方法。
3.4指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)比較、歸納總結(jié)知識(shí)規(guī)律的學(xué)習(xí)方法
化學(xué)學(xué)科知識(shí)零碎、變化復(fù)雜,對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行對(duì)比、歸納總結(jié)是一種行之有效的學(xué)習(xí)方法。要指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí):新知識(shí)的同時(shí)和舊知識(shí)進(jìn)行對(duì)比,每學(xué)完一部分內(nèi)容后進(jìn)行歸納小結(jié)。有比較才有鑒別,有比較才能更好地把握知識(shí),掌握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。在比較過(guò)程中去分析并加深理解,在理解基礎(chǔ)上記憶。例如,在講授《有機(jī)化學(xué)》同分異構(gòu)體內(nèi)容時(shí),常采用對(duì)比啟發(fā)的方法進(jìn)行教學(xué)。由于學(xué)生以前學(xué)過(guò)同位素、同素異形體、同系物等概念,往往由于“同”字的“攪拌”而影響了對(duì)這些概念的理解和掌握,造成混淆不清的問(wèn)題。這時(shí)我們根據(jù)這些概念中均含有“相同’、“不同’、“所指對(duì)象”而且能“互稱(chēng)”等共同點(diǎn),采用對(duì)比啟發(fā)的方法,如表1所示。
讓學(xué)生對(duì)以前學(xué)過(guò)的容易造成混淆的概念在一起進(jìn)行分析對(duì)比,不僅使學(xué)生對(duì)同分異構(gòu)體有了深刻的認(rèn)識(shí),而且以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)也得到了鞏固和提高,更重要的是讓學(xué)生掌握了一種學(xué)習(xí)方法。
在上復(fù)習(xí)課時(shí)教師要把各部分知識(shí)的共性找出來(lái)進(jìn)行歸納總結(jié),總結(jié)知識(shí)的規(guī)律性、前后知識(shí)的聯(lián)系和區(qū)別,這樣既可以訓(xùn)練學(xué)生的思維又增強(qiáng)了能力,使知識(shí)系統(tǒng)化、條理化,便于掌握和運(yùn)用。例如,在學(xué)完醛酮類(lèi)、酸類(lèi)及酯類(lèi)化合物后,可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸紙“因結(jié)構(gòu)相似,使醛酮類(lèi)物質(zhì)有相似的化學(xué)性質(zhì),酸類(lèi)物質(zhì)有相似的化學(xué)性質(zhì),酯類(lèi)物質(zhì)有相似的化學(xué)性質(zhì)。因結(jié)構(gòu)不同,使醛酮類(lèi)、酸類(lèi)、酯類(lèi)的化學(xué)性質(zhì)各不相同,醛類(lèi)和酮類(lèi)的性質(zhì)也不完全相同。又由于甲醛、甲酸、甲酸乙酯的結(jié)構(gòu)上都有相同的醛基(-CHO)才都能發(fā)生銀鏡反應(yīng)”總結(jié)出物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。
3.5指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的方法
元素化合物知識(shí)容易理解,也容易混淆、遺忘,指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)從圖1入手。
即元素或化合物的結(jié)構(gòu)決定了它的性質(zhì),性質(zhì)決定制法、存在、用途和鑒別。引導(dǎo)學(xué)生不能單純地死記硬背,而是從結(jié)構(gòu)上去分析、理解有關(guān)的性質(zhì)、制法和用途等。
學(xué)法指導(dǎo)的內(nèi)容很多,以上僅舉幾例。教學(xué)過(guò)程中不僅要傳授知識(shí),更要教給學(xué)生學(xué)習(xí)方法。學(xué)生掌握了科學(xué)的學(xué)習(xí)方法,才能有效地促進(jìn)智力的發(fā)展和能力的提高,取得良好的教學(xué)效果。
在化學(xué)教學(xué)中,通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)方法訓(xùn)練,使他們不僅牢固地掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能所要求的內(nèi)容,而且也擴(kuò)大了思路,研究能力也會(huì)有所提高。當(dāng)遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí),他們能夠有計(jì)劃地調(diào)動(dòng)自己的智力因素、知識(shí)和技能,而不是“高分低能”者。當(dāng)然化學(xué)方法的訓(xùn)練并非一朝一夕之功,也不是學(xué)生在幾年的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)所能徹底解決的。但如果我們重視這方面的訓(xùn)練,就可以給學(xué)生打下基本化學(xué)方法訓(xùn)練的基礎(chǔ),使他們終身受益,并且也使我們的化學(xué)教學(xué)開(kāi)創(chuàng)了新局面。
侯進(jìn)才
關(guān)鍵詞:基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新教育;實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心;教學(xué)改革;原則;高新技術(shù);綜合實(shí)驗(yàn)
2005年以來(lái),教育部在全國(guó)高校中評(píng)出了501個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,其中有的已經(jīng)掛牌,有的是建設(shè)單位,目前都到了總結(jié)驗(yàn)收階段。對(duì)于國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,“示范”的重點(diǎn)不應(yīng)該是宏偉的教學(xué)大樓、不是高精度的大型儀器、不是強(qiáng)大的師資隊(duì)伍,而應(yīng)該是培養(yǎng)真正適應(yīng)今后社會(huì)發(fā)展需要的人才以及在本課程中如何采取科學(xué)的特別是要有效的措施幫助和支持這個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于從事基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的示范中心,驗(yàn)收上應(yīng)重點(diǎn)考查什么,值得認(rèn)真思考。
我們認(rèn)為,如何在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中體現(xiàn)和實(shí)施創(chuàng)新教育,應(yīng)該是核心指標(biāo)。天津大學(xué)國(guó)家級(jí)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心是首批審定的國(guó)家級(jí)示范中心,在建設(shè)過(guò)程中,我們牢牢把握這個(gè)基本方向,取得了一些經(jīng)驗(yàn)。
一、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的立足點(diǎn)與原則
1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的立足點(diǎn)
提到實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,人們常常把精力放在投入大量的人才和物力上去開(kāi)設(shè)“開(kāi)放型”和“創(chuàng)新型”實(shí)驗(yàn),認(rèn)為只有這樣才能與“創(chuàng)新能力”培養(yǎng)相一致。也有人把能力培養(yǎng)分成四個(gè)層次:基本能力層次、綜合能力層次、設(shè)計(jì)能力層次、研究能力層次。然而,受到生源、學(xué)時(shí)、經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、政策因素的制約,造成以下一些不容樂(lè)觀的現(xiàn)象。
(1)自由時(shí)間,導(dǎo)致很少有學(xué)生來(lái)做實(shí)驗(yàn),造成人員浪費(fèi);
(2)自選開(kāi)放實(shí)驗(yàn),導(dǎo)致很少甚至無(wú)人選,造成空間和資源浪費(fèi);
(3)所謂的“研究型”實(shí)驗(yàn),受到學(xué)時(shí)等因素制約,與一般實(shí)驗(yàn)的水平相差甚微;
(4)各種比賽、競(jìng)賽搞得轟轟烈烈,成果也是琳瑯滿(mǎn)目,但真正有多少人有創(chuàng)造欲望?有多少人不是為“牌”而去?值得反省和深思。
對(duì)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,如何在教學(xué)中采取科學(xué)而又有效的措施提高教學(xué)質(zhì)量和效率,進(jìn)行“創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)”,這才是改革的關(guān)鍵,也是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的立足點(diǎn)。不認(rèn)真組織教學(xué),即使冠以“創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)”、“研究型實(shí)驗(yàn)”,照樣使學(xué)生感到枯燥乏味;相反,在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中,如果處理得當(dāng),照樣使學(xué)生興趣大增。只要我們按照科學(xué)原則辦事,認(rèn)真探索,積極實(shí)踐,許多基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的水平和質(zhì)量會(huì)大為提升,教學(xué)效率也會(huì)大為提高,也同樣能達(dá)到創(chuàng)新教育的目的。
2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的原則
第一是可行性原則:作為示范中心的改革成果或經(jīng)驗(yàn)必須能在各類(lèi)學(xué)校中可以并且容易推廣,在學(xué)生中受歡迎,而且還應(yīng)該不增加學(xué)時(shí)和教師的工作量。
第二就是科學(xué)性原則:觀念要科學(xué),教學(xué)內(nèi)容、方法要科學(xué)。
第三就是創(chuàng)新性原則:教學(xué)模式、教學(xué)效果必須達(dá)到對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)之目的。
只有堅(jiān)持體現(xiàn)以上三原則,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)才是有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn),也只有這些經(jīng)驗(yàn)才能有示范作用。國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心特別是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,一定要把握這個(gè)基本方向。
二、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)觀必須創(chuàng)新
1 科學(xué)教育應(yīng)該是高等教育的核心
科學(xué)不但帶來(lái)了物質(zhì)文明的進(jìn)步,更重要的是在潛移默化中也逐步地提升了人們的精神境界。科學(xué)教育不應(yīng)該只是知識(shí)的灌輸、技能的培訓(xùn)、方法的傳承,而更重要的應(yīng)該是科學(xué)思想、科學(xué)方法論和科學(xué)智慧的啟迪和熏陶??茖W(xué)精神包括求真務(wù)實(shí)、開(kāi)拓創(chuàng)新、和諧文明。高等教育要讓年輕一代的核心價(jià)值觀中更多地融入科學(xué)精神,真正地理解科學(xué)精神,用科學(xué)精神踐行人生,從而使學(xué)生有求知的興趣、有向上的精神、有質(zhì)疑的勇氣、有創(chuàng)新的激情、有奉獻(xiàn)的胸懷。
2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)論
一流的大學(xué)必須有一流的本科教育,一流的本科教育必須有一流的實(shí)踐教學(xué)作支撐,其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)擔(dān)當(dāng)著極其重要的角色。對(duì)于化學(xué)化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),學(xué)生在探索復(fù)雜多變的化學(xué)變化和傳質(zhì)傳熱等單元操作過(guò)程中,體會(huì)精巧而嚴(yán)格定量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)各種現(xiàn)象分析、歸納和總結(jié),把理論知識(shí)提高到更高層次。一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)水平的高低,不是看實(shí)驗(yàn)儀器的先進(jìn)性,而是實(shí)驗(yàn)者的創(chuàng)造性。歷史上有名的焦耳實(shí)驗(yàn)裝置十分簡(jiǎn)單,但是巧妙而又十分具有針對(duì)性地觀測(cè)到了“能量守恒”這一具有創(chuàng)造性的結(jié)果,成為一個(gè)偉大的實(shí)驗(yàn)。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中,哪怕是看上去最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),也要啟發(fā)和激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思辨和創(chuàng)新,這就是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)論。
美國(guó)的《國(guó)家教學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出,科學(xué)探究是科學(xué)家們用來(lái)研究自然,并根據(jù)所獲取的事實(shí)證據(jù)做出各種解釋的各種方式??茖W(xué)探究也指的是學(xué)生構(gòu)造知識(shí)、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種行動(dòng)。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中,如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究,是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者必須認(rèn)真思考和探索的。我們?cè)诨A(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入新的教學(xué)觀念,把被動(dòng)的“參加者”和“操作者”變?yōu)橹鲃?dòng)的“實(shí)踐者”和“探索者”,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中突出知識(shí)點(diǎn)(原理)、技術(shù)點(diǎn)(操作要點(diǎn))和興奮點(diǎn)(實(shí)驗(yàn)拓展)。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的情景中,像從事科學(xué)研究一樣,提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、控制變量、分析結(jié)果、討論總結(jié)。這樣,就不一定要增加學(xué)時(shí)和新實(shí)驗(yàn),一樣可以達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新能力和科學(xué)精神的目標(biāo)。
化學(xué)化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在過(guò)去、現(xiàn)在乃至將來(lái)都是化工類(lèi)實(shí)驗(yàn)的根本,無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物的合成、分析、鑒定,各種物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)量,化工單元操作及各種動(dòng)態(tài)測(cè)量等都是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),在化工類(lèi)人才培養(yǎng)中起到不可替代的作用。教師應(yīng)當(dāng)做到在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行研究性教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化基本技能訓(xùn)練、突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)、達(dá)到科學(xué)素質(zhì)提高之目標(biāo)。
三、將高新技術(shù)引入基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)經(jīng)典與現(xiàn)代的完美對(duì)接
許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn),多少年來(lái)被人們堅(jiān)持開(kāi)設(shè),其原因之一就在于這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理,訓(xùn)練功能明顯,體現(xiàn)了科學(xué)家和設(shè)計(jì)者的智慧。我們必須充分發(fā)揮基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(其中大部分為經(jīng)典實(shí)驗(yàn))的作用,同時(shí)把當(dāng)今的高新技術(shù)引入實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)“經(jīng)典美”與“現(xiàn)代美”的統(tǒng)一。
例如,二元系統(tǒng)蒸餾曲線(xiàn)的繪制是經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,我們不但引入了數(shù)顯折光儀,而且還設(shè)計(jì)展示了具有先進(jìn)水平的波紋填料精餾塔。石英塔體外面鍍有透明導(dǎo)電加熱層,配以可任意調(diào)節(jié)回流比的電磁閥,塔內(nèi)填以獲得國(guó)家科技發(fā)明一等獎(jiǎng)的波紋填料,大大提高了傳質(zhì)效率和分離效果,節(jié)能環(huán)保。學(xué)生也因此獲得蒸餾曲線(xiàn)在工業(yè)分離中的應(yīng)用知識(shí),同時(shí)了解了產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的高新技術(shù),理解了社會(huì)和工業(yè)需求永遠(yuǎn)是科技發(fā)展和創(chuàng)新的推動(dòng)力。
再如,在化工原理的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一――精餾實(shí)驗(yàn)中,采用了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)。學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)地觀察不同部位溫度變化,對(duì)精餾操作的穩(wěn)定過(guò)程有了直觀的認(rèn)識(shí)。
還有,在流體綜合實(shí)驗(yàn)中,有的則用到轉(zhuǎn)子流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)、淌流式流量計(jì)。壓力測(cè)量中,用到U型管壓
差計(jì)、彈簧式壓力表,同時(shí)也引入了壓力和壓差傳感器及其數(shù)顯系統(tǒng),體會(huì)到工業(yè)測(cè)量?jī)x表由經(jīng)典到現(xiàn)代的發(fā)展歷程。
四、變單一為綜合,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和科學(xué)精神培養(yǎng)
工科類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)門(mén)類(lèi)相對(duì)較多,因此相應(yīng)地每門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少,我們沒(méi)有僅僅停留在“就這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)”上,而是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量上下工夫,下面舉三個(gè)例子說(shuō)明。
1 恒溫槽的調(diào)節(jié)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
過(guò)去:大家都統(tǒng)一調(diào)一個(gè)溫度(如30℃),統(tǒng)一測(cè)同一溫度下乙醇的黏度。
現(xiàn)在:(1)首先引導(dǎo)學(xué)生思考,在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中為什么要恒溫?如何實(shí)現(xiàn)溫度控制?恒溫效果的影響因素有哪些?(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容擴(kuò)展,各人設(shè)定溫度不同(從室溫至50"C),測(cè)不同溫度下的黏度。
效果:(1)發(fā)現(xiàn)恒溫槽靈敏度不但與結(jié)構(gòu)和性能有關(guān),還與設(shè)定的溫度與室溫的差別有關(guān),差別越大恒溫效果越差,引入多級(jí)恒溫的概念和方法;(2)測(cè)到了液體黏度隨溫度變化,用不同方程關(guān)聯(lián)二者關(guān)系,得到了數(shù)據(jù)處理的高層次訓(xùn)練:(3)每個(gè)都要共享其他人的數(shù)據(jù),自己的數(shù)據(jù)也要被其他人使用,這對(duì)于關(guān)聯(lián)精度都有影響,體現(xiàn)了個(gè)人成就感和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。
2 化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)――精餾實(shí)驗(yàn)
過(guò)去:大家只測(cè)穩(wěn)態(tài)下的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在:先獨(dú)立思考然后討論以下問(wèn)題。
(1)為什么化學(xué)工程師需要分離混合液?
(2)蒸餾所基于的原則是什么?
(3)精餾柱(塔)和蒸餾器之間的區(qū)別是什么?
(4)相比分餾板,內(nèi)波紋計(jì)有什么優(yōu)勢(shì)?
(5)產(chǎn)品是從柱的頂部還是底部收取?
(6)如何從柱的不同高度改變中間餾分的成分?
石油煉制:
輸入:原油(組分幾十種);輸出:從塔頂至塔底依次為天然氣一石腦油一汽油一煤油一柴油一重油一瀝青。
這樣,使學(xué)生對(duì)精餾過(guò)程及操作有了更深刻的理解,然后再拓展到施加干擾。如,塔頂冷凝水停了,塔釜再沸器加熱功率發(fā)生變化或者進(jìn)料量突然變化。
效果:(1)學(xué)會(huì)如何識(shí)別異常情況;(2)學(xué)會(huì)針對(duì)不同異常應(yīng)采取哪些應(yīng)急措施:(3)這種研究性實(shí)踐培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力:(4)充分體現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。
3 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)――番茄紅素的提取
番茄紅素的提取過(guò)去統(tǒng)一為薄層色譜分析法,萃取也統(tǒng)一為先用丙酮,再用石油醚。
而現(xiàn)在改為把學(xué)生分為三人一組,分別采取有機(jī)溶劑、乳液和泡沫分離提取方法;互相觀察不同工藝操作步驟出現(xiàn)的不同現(xiàn)象,然后分析討論這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
以上工作我中心教師發(fā)表于J.Chem.Education。
值得一提的還有有機(jī)化學(xué)的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn),過(guò)去都用硫酸作催化劑;現(xiàn)改為有的用硫酸,有的用固體超強(qiáng)酸作催化劑,在反應(yīng)過(guò)程中相互觀察反應(yīng)現(xiàn)象、回流情況、反應(yīng)速率、分離難易程度等,然后分析討論,比較二者的優(yōu)缺點(diǎn)。得到如下結(jié)論:固體超強(qiáng)酸催化是一個(gè)綠色工藝,減少了污染,催化劑可重復(fù)使用,但反應(yīng)速率和效率有待于超強(qiáng)酸性能的進(jìn)一步改善和提高。這是化學(xué)工作者一項(xiàng)重要任務(wù)。
五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中創(chuàng)新思維的培養(yǎng)
德國(guó)的教育之父洪堡說(shuō)過(guò):“教育必須培養(yǎng)人的自我決斷能力,而不是培養(yǎng)人去適應(yīng)傳統(tǒng)的世界,不是首先要求去傳授知識(shí)和技能,而是要喚醒學(xué)生的力量,培養(yǎng)他們自我學(xué)習(xí)的主動(dòng)性?!痹诨A(chǔ)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生帶著知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、思考、靈感、興趣去觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,做到手腦并用,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維。
例如,在溶膠制備和電泳的實(shí)驗(yàn)中,同學(xué)發(fā)現(xiàn)兩極都有氣泡逸出,正負(fù)極上升速率和下降速率不等;一段時(shí)間后,一極輔助液與溶膠界面清晰而另一極不清晰等現(xiàn)象。這時(shí),我們就啟發(fā)學(xué)生思考,并讓同學(xué)主動(dòng)回答。我們的問(wèn)題是:
(1)在直流電作用下,稀酸水溶液會(huì)被電解嗎?
(2)電解時(shí),在正負(fù)極上各發(fā)生什么反應(yīng)?氣體各是什么?
(3)電解的結(jié)果,負(fù)極區(qū)pH值(或OH-濃度)如何變化?
(4)膠粒上由于吸附Fe3+帶正電,遇OH-后,(電勢(shì)如何變化?
(5)在一定外電壓下,ζ電勢(shì)下降,電泳速率如何變化?
有機(jī)化學(xué) 有機(jī)化學(xué)論文 有機(jī)合成設(shè)計(jì) 有機(jī)化學(xué)研究 有機(jī)農(nóng)業(yè)論文 有機(jī)農(nóng)業(yè) 有機(jī)化學(xué)常識(shí) 有機(jī)合成知識(shí) 有機(jī)物化學(xué)知識(shí) 有機(jī)廢氣治理 紀(jì)律教育問(wèn)題 新時(shí)代教育價(jià)值觀