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1.1教学内容的梳理与整改
按照11版教学培养方案的修订,有机化学由原来的126学时减少到108学时,上下半学期各54学时。同时,有机化学实验也做了相应的修改,由原来的90学时减少到70学时,上下半学期各35学时。在此次教学方案修改的同时,有机教研室依据教育部规划教材特点,结合我校化学专业长远发展需求,立足于学生可操作性,本着“微型化、节约化”原则,进一步梳理与完善了有机化学实验教学内容。在坚持熟练基本操作的基础上,将教师科研方向中的一些原料合成作为教学内容引入到了有机化学实验操作中,例如,将降冰片烯二酸酐的制备引入教学环节,让学生在巩固双烯合成理论的基础上,进一步熟练如何利用已知原料合成目标产物的方法。再如,在重结晶实验操作中,由于原料的恒定性,学生实验往往很容易形成机械操作、简单重复和照方抓药等特点。为了打破重结晶原有实验原料的单一性,我们借助重点实验室这一平台,跟有科研项目的老师一起交流并达成共识,他们合成的粗产物直接应用到有机化学教学实验中,形成了原料种类多样性。变换原料,学生就得通过重结晶的步骤,合理选择理想溶剂,提高了学生参与实验的主动性,同时也为老师科研提供了保障,避免了实验产品的浪费。另外,对先前的常量化实验也进行了改进,引入了微量实验仪器,树立学生节约意识,进一步强化学生的实验技能。
1.2教学模式的转换
传统的实验教学模式只注重学生实验结果,往往忽视了实验过程。有机化学实验教改过程,首先,注重实验前的准备。让学生通过相关文献检索,吃透实验操作中的一些问题,熟悉物料性质,确保实验顺利进行(见图1)。其次,全面干预学生实验操作过程。在实验操作过程中既要强化学生的实验操作技能,对于违规操作行为,要及时纠正,必要时要作为典型案例,引导全体学生注意,同时还要全面跟踪学生实验过程,设立专门教师实验台,实现学生和教师共同实验,在实验操作中及时将实验过程中出现的问题反馈给学生,进一步培养学生对一些反常现象的理解和认识,锻炼学生分析与解决问题的能力(见图2)。第三,做好实验结果总结与实验报告信息反馈。对于实验结果来说,由于个人的操作或多或少存在差异,尤其在现象描述、收率计算和物理参数测定等方面都多少存在分歧,采取集中讨论与分散交流相结合的方式,干预学生实验结果讨论,引导学生对实验结果做出正确的判断,为后续实验报告的书写奠定基础;对于实验报告信息反馈,一要坚持原有认真批改实验报告的做法,二要在新的实验开始时做好实验报告的点评工作,既要突出表扬优秀的实验报告,也要指出不合格的实验报告,通过以“优帮差”,切实发挥好“传帮带”的作用,逐步完善学生对实验报告的书写。三是对学生在实验创新中提到的一些改进措施要给予合理的解释,激发学生积极尝试实验的热情,增进学生对化学实验的兴趣。
1.3教学评价体系
老师通过实验教学中的“预习、操作、卫生和实验报告”可以直观地给学生在某个实验中给予合理的分数。反过来,学生也要发挥监督老师的作用,通过教学评价体系,可以反映出教师在实验教学中的投入。学校虽然每年都通过教学评价系统,让学生对老师教学做出客观公正的评价,进一步激发教师的教学热情,但效果往往不是很理想。我们在有机化学实验教学环节中引入了“一个实验一评价体系”,采取无记名信息反馈,梳理后将意见转达给任课教师,通过教研室活动讨论,确定整改措施,并及时地应用到下一个实验中,并将有用信息扩大到了整个教研室活动中,使得教师在教学中丰富阅历,使得学生在学习中长了见识。这种做法在学生与教师中已经形成了良性互动,并得到了很好的评价效果。
1.4科研协助教学改革
有机化学实验是在大学二年级开设,学生已经初步掌握了一些基本的实验技能操作,在有机化学实验实验教学过程中,积极引导学生参与教师科研活动,增强学生对学科前沿知识的了解,提升学生对化学实验的兴趣。具体可通过内蒙古每年举办的“挑战杯”科技作品竞赛和毕业生毕业论文的设计两个途径进行尝试,让学生以兴趣小组形式参与到教师科研项目中,让学生从教师科研活动中吸取宝贵的信息资料,获得长足的进步。例如,β-氨基酮类化合物的合成(Mannich碱)是有机化学理论知识中的内容,基本的有机化学实验教学中并没有此类化合物的实验操作内容,是一个综合性很强的实验操作,学生要从多组分溶剂的选取、TCL(薄板层析)、重结晶、熔点测定等一系列实验技能入手,扩展了学生的思路,增强了有机实验手段的连续性和衔接性。截至目前为止,已有两届学生10多人次,借助教师科研平台,参与“挑战杯”科技作品竞赛,并获奖;有三届学生15人次,通过参与教师科研活动,发表了高水平的学术论文。当然,这些成绩的取得反过来又促进了实验教学的运行,在培养学生实验技能的同时,进一步拓展了学生在实验中“敢想、敢问、敢做”的理念,从某种意义上也完善了新版教学培养方案。
2结语
伴随着工业科学技术的日益发展,环境污染已成为人类生活中不可忽视的重要问题之一。据统计,目前传统化学产业每年制造的有害废物已达3—4亿吨,一些重金属及其化合物酚类和氰类污染造成的鱼贝类中毒,一氧化二氮和甲烷等温室气体造成的全球气温升高等现象层出不穷,严重威胁着人类生存环境的清洁健康,于是“绿色化学”的概念应运而生并伴随着环保观念的流行而渐入人心。“绿色化学”,其核心内容为提高对原料的有效利用,尽量消除和避免使用有毒和危险试剂,并争取将反应物的原子全部转化为期望的最终产物。在高校化学教学过程中,有机实验是基础课程中不能忽略的重要一环,但是因开设相关实验的高校多、项目繁杂,且存在药品浪费严重,甚至随意处理废气废液等现象,难免聚沙成塔累积效应,无形中给实验室及外部环境带来负面影响。因此,我们应该采取有效手段加以预防和解决,将有机化学实验的绿色化作为一个崭新的课题加以探讨研究。
2.实现有机化学实验“绿色化“教学目标的若干措施
2.1绿色化学意识的树立与培养若想树立学生的绿色化学意识要求教师能够率先把握环保低碳理念,并积极实施环境无害化学实验管理模式。为此,应首先将绿色化学的相关概念及原则融入到课堂管理中,并进行科学指导。例如,在课前预习阶段积极引导学生以查找资料的方式初步了解相关实验试剂的毒性及其对环境产生的损害和影响,并鼓励学生不拘泥于教材,通过改良步骤或运用技术手段减少对生态环境有害的原料、催化剂的使用,并有针对性地降低有害副产物的产生和排放。再如,应密切关注实验整体的进行情况,及时纠正一些因意识疏忽而造成的装置安装问题,阻止因其导致的仪器损害或有毒物质泄漏现象的出现。通过教学过程,潜移默化地影响学生,使之在观念上重视化学实验绿色化,在学习中掌握更新实现绿色化学目标的方法途径。另外,可在教学过程中将能否贯彻绿色化学意识、积极实施对环境友好举措作为考核项目之一,杜绝学生在实验过程中不慎造成的药品浪费、随意丢弃废物等现象的发生。
2.2实验试剂的选用与教学内容的革新完善在有机化学实验中,难免使用一些易燃易爆、有毒或有腐蚀性的原料,这些试剂不但用量大,而且存在危险和污染,如果能勇于突破定性思维和教材,在保证实现原有教学目标的同时,有针对性地选取低碳无害试剂,也能起到推广“绿色化学”的目的。比如在原料与催化剂的革新方向上,可用无毒高效原料代替有毒原料,用新型催化剂取代腐蚀性严重的催化剂。在此试举两例:在利用硝酸氧化环己醇和环己酮制备1.6—己二酸的实验中,传统教科书一般选用高锰酸钾作为氧化剂。高锰酸钾具有放热强烈、有毒等不良特性,并不符合低碳环保标准,但若改用过氧化氢做氧化剂,则副产物是水,其污染程度不会随反应的进行而增加,部分实现了绿色化学目标的达成。又如,在乙酸正丁酯制备过程中,将具有腐蚀性、易产生碳化异构化等副反应的催化剂浓硫酸,改为固体催化剂一水合硫酸氢钠,不但能够降低实验过程中“三废”的生成量,还能将产品率由70%提高到90%,起到了事半功倍的效果。另外,可选用学生熟悉的天然食品代替有机药物完成教学任务,如在利用茶叶提取咖啡因的过程中使学生掌握索氏提取器的用法;采用橘皮改良过去使用的苯甲醛完成水蒸气蒸馏实验,而蒸馏得到的柠檬烯又具有光学活性,可将其进一步用作测定旋光度的原料。在教学设计环节,应使实验内容及实施方式趋向低碳环保。内容低碳化主要反映在合成路线的设计上,可用综合性较强、合成路线较复杂的实验代替目的过于单一的项目。如仅选取溴乙烷的制备这一个实验,就能够学习吸收有害气体、蒸馏、分液、萃取、干燥等重要方法,可大大降低实验项目无意义的重复性。另外,可适时设计一些具有连续性的实验,使回收到的产物作为反应物而被重新利用。如在甲基橙的制备实验中得到的产物可作为重结晶实验的主要试剂而被循环使用,将制备好的乙酰水杨酸用于阿司匹林原料药的检验等。这样设计的优势还在于,因前一产品质量的优劣将影响后续实验的进行,可提高学生对结果真实性与可靠性的感悟,通过连续的实验过程,培养其环保节约意识。实施方式的低碳化主要在剂量的半微量或微量化过程中得以体现。将一些污染较严重实验的规模进行相应的缩小处理,是运用预防化学污染的新方法新技术对常量实验进行改革的必经之路。例如在茶叶提取咖啡因的实验中,将乙醇用量从150ml降低至70ml即能提取到产物咖啡因,再如环己酮的制备及苯乙酮的制备实验中,可将有害原料环己醇和乙酸酐用量减少到原量的1/5,除提高实验绿色化外又能有效地提高产率。由此可见,微量实验值得推广的原因在于节约能源减少污染,降低有机实验的危险性,同时减少了因处理“三废”带来的压力。除此而外,微量及半微量实验的规模更接近于科研现状,它的安全性和低成本大大促进了开放式实验教学项目的开出率,提升了学生的动手能力和胆大心细的实验态度,因此,在教学过程中采取常量和微量实验交替配合的模式,将更有利于化学实验绿色化目标的实现。
2.3合理进行三废处理在有机化学实验中,若不将“三废”进行合理有效的处理而直接排放,将会对环境和人体产生一定的污染和伤害。因此在实验过程中应结合以下几点有效提高实验室中对“三废”的处理效率:
(1)废气的处理:实验中应合理使用通风橱,并在尾气排出装置处安装气体净化装置。对于在实验进行过程中产生的有害气体应用专门的吸收装置进行吸收。
(2)废液的处理:可将废液分类为酸碱及有机试剂进行分别处理。酸碱可混溶中和并调节pH值在6.5—8.5之间,并用水将其稀释后排放;对于乙醇、乙酸乙酯等有机试剂,可在积攒到一定体积后进行重蒸提纯,并作为反应物应用于后续的实验中。对于一些在学校条件内无能力进行处理的废产品,切不可直接将其倒入下水道或排放到大气中,应定期送到专门地点进行生化处理。
(3)废渣的处理:有机实验所产生的废渣一般为有毒易燃易爆的固体,应统一回收并将其埋于地下固定地点。尤其需要注意的是特殊但常用试剂的处理方式,如在破损温度计洒落的微小汞珠上撒上硫粉,使其合成毒性较小的硫化汞,减少环境损害等。
2.4将节约意识与绿色化学观念相结合建设节约型社会是赢得国际竞争优势的重要战略之一,作为未来化工行业的主流人才,我们有必要在化学实验的学习过程中重视资源意识和节约意识的养成。除去精简实验项目,控制原料使用量外,也要注意水电的使用,从小处做起,才能将此观念深植于学生的头脑之中。比如在蒸馏回流等步骤中,冷凝装置一组组相连的搭建方法即可大大降低自来水的用量。
2.5科学技术的引入与完善科学技术的不断发展为实验室实现绿色低碳目标提供了技术支持和保障,在教学过程中适当引用微波技术、多媒体技术已成为实践教学的大势所趋。
(1)微波技术。微波作为一种新能源,可用于多种化学实验之中,已成为一种加速有机反应的经典技术。它具有极大提高有机反应时间,使受热体系升温均匀、控制方便、产率高和产品易于纯化等特点。如在合成肉桂酸的实验中,将苯甲醛等反应物的加热时间由回流1.5小时缩短为微波辐射条件下的20分钟,在此条件下可降低副产物产量,随之而来的分离提纯步骤减少,基本实现了“零排放”目的。据目前研究表明,利用微波技术的化学反应,可减少甚至不用溶剂,对环境污染极低。酯化反应、重排反应、偶联反应、酯交换反应及有机金属反应均可利用微波技术实现反应速度的最大化。
(2)多媒体技术。采用多媒体技术模拟实验进程是“绿色化学”理念下值得重视和使用的科学技术之一。在有机教学中,存在一些污染严重却又不得不要求学生全面掌握的实验项目,此时借助于计算机技术呈现真实完整的反应过程,可以弥补因实验条件不足带来的负面影响。学生也可学会在接受传统课堂教学的方式外,充分利用网络资源,展开全方位学习,有利于其自主性及创新意识的提高。
3.结语
有机化学是一门实践性很强的学科,掌握有机化学实验的基本操作技能是学生以后进行有机化学实验的重要基础。针对药学学科特点设计技能实验项目,如有机物物理常数的测定、有机物分离提纯等,加强学生的基本操作训练,使学生掌握规范的实验技能。药学实验中安排了21学时的基本操作实验,占总实验学时的38.9%,几乎涵盖了所有有机化学实验的基本操作。同时,将药学专业的基本操作实验分为独立实验和综合实验两部分,如将有机物熔点的测定与咖啡因提取实验结合、将有机物折光率的测定与柠檬烯提取实验结合等,既培养了学生的基本实验技能,又提高了学生对有机化学实验的认识,让学生认识到基本技能在实际工作中的重要性,为学生今后独立工作打下了坚实的基础。
2整合实验教学内容,注重新技术的应用,培养学生的科研意识和创新能力
我们通过在教学实践中不断分析和探索,整合了药学专业有机化学实验教学内容,避免了一些实验的重复设置。如有机物折光率的测定实验学生已经在物理实验中学习过,有机化学实验中不再单独设置,而是把折光率的测定与有机物的提取、合成实验整合在一起,不仅节省了时间,而且使学生对基本操作的运用范围有了全面的认识。同样,考虑到学生在中学阶段已经接触过诸如醛、酮、醇、羧酸等化合物性质的验证性实验,继续保留这些实验不仅重复,而且对学生技能的提高及能力的培养没有大的帮助,在实际应用中也存在一定的局限性,因而在教学安排中调整了验证性实验,并将验证性实验学时压缩为有机化学实验总学时的16.6%。事实证明,压缩上述实验为药学专业学生节约了时间,有利于学生将有限的学时用于强化操作技能、培养科研能力和拓展创新思维上。综合性实验和设计性实验在考查学生对基础理论知识的掌握及实验技术的应用上具有重要作用。所以,我们针对药学专业的特点,突破实验内容的限制,在教学实践中增加了综合性实验及设计性实验的比例,使此两类实验占到有机化学实验总学时的44.5%。如将阿司匹林的合成、熔点的测定和高效液相色谱技术3个不同类型的实验整合成一个综合性实验,要求学生在合成阿司匹林后,对阿司匹林进行熔点测定,在获得阿司匹林基本物理常数后,利用高效液相色谱仪对阿司匹林进行色谱分析。通过上述实验的整合,不仅加强了学生基本技能的训练,而且培养了学生综合运用知识分析问题和解决问题的能力。同时,积极引导学生对实验中出现的问题进行研究探索,激发学生参与实验的热情,提高学生对有机化学理论知识的掌握与应用。设计性实验针对药学专业学生未来的工作实践及继续深造的需要,结合本学科教师的科研内容,让学生直接参与教师的科研课题,培养学生的科研意识和创新能力。如我们在教师科研的基础上为药学专业学生设置了大黄中蒽醌苷元的提取、分离和检验识别实验,学生在完成该实验的过程中,在教师的指导下进行文献资料的检索及分析,并运用专业知识进行实验方案的设计及实验结果的分析等。通过类似的设计性实验,培养了学生查阅文献的能力,使他们及时掌握了国内外相关专业的研究现状及发展趋势,大大开阔了学生的视野,拓展了学生的思维,培养了学生的创新精神,使学生主动参与实验的意识明显增强,同时使学生对科学研究有了一个较完整的认识,培养了学生的科研意识及科研能力,为其今后工作及继续深造打下了一个良好的基础。
3实现有机化学实验的微型化、绿色化,加强学生的环保意识
x做到实验的绝对绿色化,但我们积极探索对部分实验的改进,实现绿色化设计,尽量选择低毒或无毒试剂,删除对环境危害大的实验,选择对环境污染小、用药少的实验,尽可能将实验对环境的损害降至最低。如在教学中将原来水蒸气蒸馏实验“从烟丝中提取烟碱”改为“从橙皮中提取柠檬烯”,降低了实验对环境的污染和对学生造成的伤害。同时,增加以天然无毒物质为原料的实验,如实验中设置了从茶叶中提取咖啡因、绿色叶子中色素的分离等实验,做到从原料到产物都对环境无污染,达到了保护环境的目的。积极改进实验方法,尝试开展微型化实验。微型化实验起源于埃及学者E.C.Grey的《化学实验的微型方法》一书,1982年,美国Mayo和Pike等人在有机化学实验中采取主要试剂为mmol量级的微型制备实验,取得了成功,从而掀起了研究与应用微型化学实验的热潮,并受到环保界的大力赞扬。在教学实践中,我们在保证实验成功的前提下,积极探索实施微型化实验,不仅降低了实验中药品用量过多造成的资源浪费和环境污染,而且帮助学生树立了药品定量的意识。此外,相对于常量实验,微型化实验对实验者基本操作、实验技巧及实验的准确性都提出了更高的要求,这就促使学生提高实验技能并在实验过程中形成认真细致的作风,同时培养了其缜密严谨的科学态度。在教学中将绿色化学的理念融于实践中,让学生树立起绿色环保意识。在有机化学实验中常常不可避免地产生一些废弃物,如不及时处理则会对环境造成极大污染,而且会淡化学生的环保意识,使其养成不良的实验习惯。因此,在有机化学实验教学中,应把废弃物的回收处理作为一项重要的教学和科研任务来完成。如柱层析中的洗脱剂、合成实验中的副产品等都要进行回收或进行无害化处理后再进一步利用。应将实验中废弃物的处理作为考核项目,要求学生在预习时设计实验产生的废弃物的相关处理方法,并在实验中付诸实施。通过训练,使学生灵活应用了所学的理论知识及实验技能,并养成了废弃物及时回收处理、循环使用的良好习惯,具备了从事绿色化学研究与开发的基本素质与能力。
4改进实验考核机制,培养学生良好的实验素质和综合能力
由于人员配备和教学经费紧张等各方面的原因,一方面开放性实验工作量很难客观定量,难以充分调动指导着和管理者的积极性,另一方面学生实验成绩大多只重结果轻过程,考核结果很难客观真实反映学生的实验能力和操作技能水平,有悖于在实验中培养学生实事求是、理论联系实际的优良学风[4]的培养目标。(5)实验投资不足的问题。高校的大规模扩招,实验硬件不足,落后的仪器设备和教学、教辅人员紧张等问题,导致开放性实验无法真正开放,也无法充分调动教与学的积极性与主动性。
2改革实验教学,探索层次递进的开放性实验教学模式
有机化学实验包括基本操作技能、分离纯化、有机合成、结构检测训练几大块,结合课堂实验教学、课外项目实验、科技创新等形式,逐渐形成了基础认知、综合设计、研究创新三个层次的实验教学体系[5]。基础性实验就是传统的课程实验,训练基本操作技术和技能;综合设计性实验是学生综合运用所学理论知识进行设计开发实验,培养学生的综合素质和创新能力,使学生初步具有分析问题和解决问题的能力;研究创新性实验是在提出实验项目后,由学生根据已有知识和实验条件进行实验方案设计,指导教师审查通过后,在教师的协助和指导下完成。根据我校的情况,基础实验采取全面预约开放形式;综合设计实验由课程小组共同确定实验项目,提出目的要求,以学生为主体、教师为主导完成实验,教师及时检查实验记录,并适当进行学生实验心得交流;研究创新实验可以由指导教师结合自身科研课题、企业项目或结合课程建设等提出具体探究性实验,或有学生与实际生活结合提出的趣味性题目,采用项目教学法[6]完成该层次实验,该层次实验通过项目立项管理,学生作为实验项目的第一责任人,充分调动了学生的主动性,又能培养学生的管理意识、责任意识和团队协作精神,通过文献查阅、方案设计、实验操作、应对突发事件、实验总结、交流讨论等实践活动,训练了学生各方面的综合素质。总结近期开放性实验教学已取得的经验,未来开放性实验教学的改革发展趋势将集中体现在以下几方面:(1)实验教学体系的构建与完善。根据学生的专业培养要求、知识结构、学校办学特色和实验条件,以及实验的难易程度等分级分层次组织实验教学,及时修订并完善实验实践教学计划和教学大纲,从实验教学整体出发,明确实验课程的任务和目标,调整实验项目和内容,构建层次递进的实验课程体系。(2)实验项目和内容不断更新。为了开放性实验进行得有声有色,首先要激发学生的实验兴趣,即要求开放性实验项目及内容能对学生产生足够的吸引力,这就要求实验项目及内容要充分体现实验室的特色和建设水平,让学生有机会接触到本学科专业发展的前沿,让学生尽可能多的学习使用常规实验接触不到的仪器设备,让学生紧跟现代科学技术的发展步伐和适应新时期的人才需求。(3)开放性实验室管理体制的完善。随着科技的进步,开放实验教学及其管理体制需要不断进行改革创新,即管理理念、管理技术手段、管理制度、管理模式的创新,充分运用计算机技术,建立与开放实验教学相适应的管理信息系统,涵盖开放实验预约、学生自主学习、仪器设备管理、实验耗材管理、实验是安全和成绩查询等。(4)质量考核和评价体系的完善。在整个实验教学过程中,不仅进行实验结果的考核,更应加重对实验过程的考核,指导教师在每次实验操作结束时及时对学生的实验思路、操作能力等方面做出定量或定性的评定。另外,开放性实验教学的质量对于培养大学生创新能力、实践能力又很重要的影响,因此,需要对开放性实验教学质量进行评价,建立科学性、系统性、可操作性的评价指标体系是很必要的。
3层次递进开放性实验教学模式的实施效果
实施层次递进开放性实验教学模式,学生预约确定实验项目,自主实验,提高了学生学习的主动性和积极性,促进了学生知识、能力、素质的协调发展。实验室开放预约一年来,实验室几乎成了学生的家,实验室全天都有学生实验,每班一半以上的学生参加了校级或省级大学生实践创新创业项目。
4结语
1.整合基础型实验
强化基本实验技能基础型实验的目的是培训学生的基本操作技能和动手能力,使其操作规范化,养成良好的实验室工作习惯。基本单元操作主要包括有机化合物的熔点、沸点、折光率等物理性质的测定和蒸馏、重结晶、升华、萃取等有机化合物的分离与纯化技术。教学过程中,将有机化合物的典型物理性质测试与基本单元操作有机结合,例如:乙酰苯胺的重结晶产品可进行熔点测定训练,工业酒精蒸馏产物可进行沸点和折光率测定训练。基础型实验的整合,提高了实验教学的起点,激发了学生的实验兴趣,为综合设计型实验和研究创新型实验打下良好的基础。
2.优化综合设计型实验
提高综合实验能力综合设计型实验的目的是系统地训练学生的综合实验技能,使学生具备一定的基本操作技能综合运用能力。综合设计型实验项目的构建主要采用两种方式。其一,通过串联有机合成、分离、提纯等单元操作,并把有机化合物典型性质的鉴定安排在相关合成反应中,增加设计性元素,丰富实验内容。例如:“2-乙基-2-己烯醛的制备实验”中,安排了乙醇、乙醛、苯甲醛、丙酮、2-乙基-2-己烯醛的鉴别实验。要求学生依据醛、酮的化学性质,设计合理可行的鉴别方案。学生实验前自觉查阅相关资料,设计化合物鉴别方案。实验中,学生亲自动手实施自己的设计方案,边做边完善;遇到问题时,学生之间会主动讨论或请教老师;通过比较,找出反应现象明显、方法简便的最佳实验方案。其二:形成序列化的多步骤合成实验,将“合成反应分离提纯性能测试结构表征”作为一个有机整体,且把前一实验产品作为后续实验的反应原料,并增加相关性能测试来检验产品质量。因为前续步骤的产物会直接影响到后续步骤的反应成败,所以学生在思想上更加高度重视。实验前必须认真查阅文献,理解实验原理,弄清主要试剂的性质,确定合成路线、提纯、分析检测的方法;实验中,学生会更加谨慎认真地操作,严格控制每步反应的条件与反应过程,以确保每步产品都能符合要求、后续实验顺利进行、最终得到产品。出现问题时,学生也能及时分析,主动请教教师,认真总结经验教训。序列化的综合设计型实验所涉及的基本操作全面,增强了学生的基本实验技能、增强了学生的有机合成基本功和责任心、提高了学生的独立思考能力和创新精神。
3.加强研究创新型实验
培养创新思维和科学素养研究创新型实验侧重于培养学生自主研究性学习和创新性能力。按照“专业性、方向性、新颖性、适用性”的原则,依托学科发展优势,大多数研究创新型实验项目来自于教师科研成果的提炼和转化,或者本学科的研究热点凝练而成的。这些实验项目不仅要内容新颖,能够充分调动学生的研究兴趣,具有本科生进一步可研究探索、发挥一定创造性的空间,使学生真正有机会去思考。而且难度适中,不能挫伤学生探究的积极性。课程组教师经过近四年的教学实践,逐渐遴选出一批较成熟的研究创新型有机化学实验项目,主要是复杂有机化合物的合成、表征、分离与鉴定等多重组合,有的还涉及到有机化学与材料、医药、生物、电子、信息环境、等多个学科的交叉领域,具有较好的新颖性和前沿性。筛选后的实验项目一般可重复三年,但实验方法或具体研究路线不能重复,采用的实验方法与技术要逐年有所提高。
二、探索研究性实验教学模式,提高综合素质和创新能力
在教学过程中,课程组教师坚持“以学生为主体、教师为主导”的现代教学理念,将学生科研意识和创新能力的培养融入正常的实验教学秩序中,促进学生进行自主研究性学习,全面实施了研究性实验教学模式。基础型实验采用启发互动式教学方法。实验前,教师预先布置实验项目,并向学生介绍相关实验当前发展现状,并提出相关问题。要求学生充分预习实验教材,对实验内容做到心中有数,并书写实验预习报告,教师在实验前检查并记录预习情况,作为实验成绩的一部分。课堂上,教师抽查学生讲解实验原理和实验过程,并结合学生已掌握的化学知识提出问题,或者设法引导学生对实验原理和方法等提出问题,以学生之间互相回答为主,教师在关键时刻进行纠错、补充和讲评。学生通过讲解实验和回答问题,加深了学生对理论知识的理解,促使理论知识和实践有机结合。综合设计型实验主要采用“自助式”课前预习和“研讨式”课堂教学方法。在开学初通过教学日历将实验内容广而告之,要求学生初步查询资料后,根据自己的兴趣选做实验项目,通过阅读教材、查阅文献及其他书籍,结合自己对实验的理解提出实验方案。教师在课堂上的职责是有针对性地提出问题、引导学生思考、解惑答疑、鼓励学生对现有的实验方案提出质疑和进行改进、对实验涉及到的理论知识和实验技术为学生提供足够的支持。课堂讨论结束后,教师要引导学生共同设计出实验路径,学生根据自己对实验内容的理解完善实验步骤,并在规定的时间内完成实验。学生通过实验方案设计和讨论,变被动学习为主动学习,初步掌握了有机化学实验设计思想与科学思维方法,使学生较全面地掌握了实验理论知识、提高了综合实验技能。研究创新型实验项目更加注重研究性,其教学实施流程。采用“启发、质疑、探究式”教学方法,以教师为主导,教师给予全方位的研究性指导,对学生在实验过程中发现的新现象、新问题及时交流解答,教师发挥引导和组织的作用,为学生营造一种浓厚的研究气氛。以学生自主学习与实践为主,学生经历了自主选题、文献查阅、方案设计、实验准备、实验实施、数据处理、结果分析、小论文撰写、汇报讨论等多个实践训练环节,使学生体验到从方案设计到实验完成的转化过程、学会完善实验结果的技能,真正感受到科学研究工作的氛围。通过参与研究创新型实验,提高了学生灵活运用前期理论和实验知识的能力、增强了学生独立分析与解决问题的能力、强化了学生科学规范的表达与交流能力,培养了学生的团队合作精神、实事求是的科学态度、创新意识以及实践创新能力。
三、有机化学实验研究性教学模式的实践效果
2010年起,课程组教师不断推进以学生为主体的有机化学实验研究性教学模式,取得了良好的教学效果。提高了学生的实践创新能力,我院本科生在第九届(2014年)全国大学生化学实验竞赛中获得二等奖1人、三等奖2人;在第二届(2012年)和第三届(2014年)江苏省大学生化学化工实验竞赛中获得一等奖4人、二等奖5人、三等奖2人。促进了学生养成良好的科研思维习惯,约1/2的学生能够独立开展SRTP科研活动,四年来,课程组教师指导国家大学生创新性实验计划8项、江苏省高等学校大学生实践创新训练计划7项、校级和院级“SRTP”科研训练项目分别为72项和85项,约390多人次参与了科研训练。大部分学生实验论文写作水平有了很大提高,本科生参与发表SCI收录论文20余篇、申请专利7项。平均每年考研率约42%,近50名本科生被保送到清华大学、中国科学技术大学、浙江大学、大连理工大学、湖南大学、东南大学等著名高校攻读硕士学位,普遍反映我校本科生的动手实践能力和创新能力强。
四、结语
根据不同专业的培养目标以及教学对象的特点,我们在实验教学内容上进行了精心的选择和安排,教学课程内容注重培养学生的基本实验技能。基本实验操作训练部分占总学时数约30%,综合性实验占40%,研究性实验占20%,设计性实验内容占10%。充分考虑基本实验方法和技术出现的顺序及频率,重要的实验操作至少要训练两次以上,帮助学生灵活运用这些实验基本功打好基础。为此前期我们安排熔点和沸点测定、常压蒸馏、水蒸气蒸馏、折光率测定、旋光度测定、重结晶等实验,尽可能对各种基础操作进行训练。运用前期所学的实验方法和操作技术,对物质进行合成,然后对产品进行鉴定及含量分析,对学生实验技能的综合训练做到由浅到深、由简到繁、循序渐进。
2开设多步骤合成实验培养学生综合能力
在有机实验教学安排上,一般是学生先做一些基本实验。掌握了一些基本实验方法、实验技术,经综合性实验的训练。进行设计实验实践。因此,在学生掌握了一些最基本的操作技术,完成了一定数量的有代表性的、典型的、重要的有机反应类型的制备实验之后。尽可能将单个的合成实验变成多步骤的合成实验,用前一步反应所得的产品,作为后一步反应的原料,即多步骤有机合成。比如可以设计合成1-溴-2甲基-3硝基苯。该系列实验涉及到的基本操作有滴液漏斗的使用、回流、蒸馏、萃取分离、重结晶、抽滤、熔点的测定、脱色等。涉及到的反应有苯的卤化、烷基化、硝化、磺化及去磺化等诸多反应。在这个实验中,学生能获得较多的信息,较深刻的理解到欲给甲苯的邻位引入硝基或卤素,首先要利用磺酰基对位进行占位反应,从而避免对位产物的生成。由于是系列实验,每一步产品的产率及纯度都关系到下一步实验能否进行,学生必须仔细认真地对待每一步反应和每一步操作。通过这些操作既加强了基本实验技能的训练,又加强了理论与实际的联系,并且前一反应的产物要用来作为后一反应的原料,因此对中间产物的质和量提出了较高的要求,杜绝了部分学生的弄虚作假。培养了学生实事求是的科学态度。
3渗透绿色化学理念,引入现代有机化学实验技术与方法
(1)我们在实验教学过程中有意识地向学生渗透环保意识,使学生充分认识到保护环境必须要“从自我做起”,从而养成良好的实验行为习惯,在实验中所产生的废液必须分类回收,如果可能尽量做到循环利用,尽可能做到“三废”对环境的零排放。(2)对某些有毒反应,寻找无毒替代物。如间二硝基苯的制备实验,所用的原料硝基苯及产物间二硝基苯均为剧毒致癌化学物质,我们选用毒性较小甲基橙制备实验取代间二硝基苯的制备实验。而甲基橙为实验室常用酸碱指示剂,可以大大增加了学生对甲基橙合成的兴趣。(3)充分利用学生的产品,将该反应产品作为另一反应的原料,实现无废物排放。如上面实验合成的甲基橙,甲基橙可以作为光催化降解的模型化合物,甲基橙可以被分解为无毒的小分子。
4选择联系学生专业的实验内容
基于我校化学、材料及生物类专业毕业后大部分将从事与化学、材料及生物制药有关的工作,教学上有意为学生将来的发展做好知识方面的储备。在实验教学中,我们在教学内容上根据专业的不同,选择了一些与专业联系紧密的实验内容,如:针对高分子材料专业及金属材料专业我们选择双酚A(BPA)的制备实验作为教学内容,双酚A是一种用途很广泛的化工原料。它是双酚A型环氧树脂及聚碳酸酯等化工产品的合成原料。双酚A主要是通过苯酚和丙酮的缩合反应来制备,一般用盐酸、硫酸等质子酸作为催化剂。由于高分子专业及金属材料专业在后续课程中会讲到环氧树脂及环氧树脂涂料的制备。前期的实验会让学生对环氧树脂有更深的认识。另外我们也适当增加了精细有机合成,天然有机物提取等实验内容如针对应用化学专业开设具有解热、镇痛和消炎作用阿司匹林的制备实验。对生物工程专业学生开设茶叶中提取可作为中枢神经兴奋药的“咖啡因“等。这些实验既激发了学生学习有机化学的兴趣,又培养了学生将实验成果及时转化为经济效益的意识。
5建立开放型实验室,培养学生的创新能力
创新教育应当融入所有教学环节,让学生多接触需要发现、分析和解决的问题,进行思维训练和实践锻炼。首先,加强开放性实验项目的设置与管理。开放性实验项目目前已成为应用化学专业培养方案的一个有机组成部分。而且有的项目还根据低年级与高年级学生知识水平和实验动手能力的差异,因材施教,把科学研究训练、科研实践训练分成要求不同的两个层次,使低年级学生尽早接受研究气氛的熏陶;高年级学生的训练选题则尽量与教师的科研课题结合,条件具备的还与其毕业论文工作相衔接,使他们得到系统和全面的锻炼,以期获得更好的效果。在开放性实验方面,我们针对基础较扎实,求知欲较强,对化学有浓厚兴趣的学生开展“大学生创新与实践活动”。其形式将学院论证、设立由教师或学生建议的具有科研或开发背景的课题与项目,然后由学生自行组合的小组(3~5人)在教师的指导下完成研究工作,提交研究论文或研究报告。通过这种活动进一步提高学生的实践能力和综合素养,了解科学研究方法,鼓励他们积极参与各项竞争,展示自己的才华。其次,继续组织学生积极参加省内外的各类竞赛,如课程竞赛、化学实验竞赛等。以江苏省化学化工实验竞赛为例,参赛以小组为单位进行,要求参赛者针对一个综合的化学问题,设计出制备、分离、分析等详细步骤,包括提出所需药品及仪器设备的要求,完成论文式报告,并进行答辩。这种竞赛方式可以综合考察学生的分析解决问题的创造力、实验动手能力、数据处理能力、科研论文撰写能力及口头表达能力。通过这种竞赛可以总体考察学生在化学学习与实践中的能力和团队合作精神;检验化学教学的状况。
6改革实验考核体系,实现客观全面评价
考核是实验课的重要组成部分,是对学生掌握知识水平的操作技能情况的综合客观评价。(1)考前开放实验室,给学生创造良好的复习条件。考前将整个学期的实验仪器都摆出来,学生可以来实验室进行复习,并有教师辅导。(2)正确拟定考核题目,制定统一评分标准。命题原则是以大纲为依据,注意不偏离所学的基本内容,又要考核学生灵活运用所学过知识和技能;既要反应基本要求,又要有综合试题,使考试真正能够起到对学生全面检查,并利于提高学生分析问题和解决问题的能力。(3)以组为单位,现场观摩,单兵考核。每班学生分成四组,每组7~8人,以小组为单位分批进入实验室现场考核。按序抽签,单兵考核,其他学生现场观摩。现场抽签,使学生无法猜题,这就促使学生必须对本学期所学的内容进行全面的复习,考前开放实验室,学生积极参加,扭转学生死记硬背应付考试的被动局面。现场观摩受益面大,效果好。每个学生虽然只抽一个考题,但要观摩6~7个学生的考试,观摩别人可以发现自己的问题。(4)评定总结。小组考核完毕后,学生进行评定总结,由于考核情况相互了解,学生发言积极,气氛活跃,最好老师补充总结。小组讲评,既肯定成绩,又指出存在的问题,激发了学生的进取精神,活跃了学习氛围。教学实践证明,改革实验考核方法,严格实验教学管理,不但使学生对实验课的重视程度加强,也使学生的操作技能得到进一步加强。
7总结
关键词:实验多媒体 ;非智力因素技能; 创造
中图分类号:G633.8
国家的发展依靠人才素质的提高,而人才素质的提高依靠教育的改革和发展。实施素质教育是新世纪提高国民素质,培养有用人才的战略举措,是教育改革和发展的主攻方向。实施素质教育的主渠道是学科教学,而不同的学科都具有不同的知识体系和特点。素质教育应结合各学科的知识体系和特点进行。化学是一门以实验为基础的自然学科,通过实验和多媒体课件的有机结合,不仅有助于化学知识的掌握,实验技能的培养,而且有助于提高学生综合素质,使学生在全面发展方面得到有益的启发。
观察是人们有效地探索世界、认识事物的一种极为重要的心理素质,是人们顺利掌握知识完成某种活动的基本能力。观察既有生动形象的图片观察,也有直观有趣的动手演示观察。多媒体已经成为当今教学领域的常用手段,它以文字、实物、图像、声音等多种途径向学生传递信息,以生动直观的形象,帮助学生建立起概念与表象之间的联系,建立起各种感觉器官之间的联系,使课堂教学更加多样性,生动性,实效性,先进性,并给课堂教学平添了一股时代气息,极大地丰富了教师教学的表现手法和形式。
我在一次多媒体教学观摩课上,屏幕上化学反应被制作成渐变动画放映直观呈现的那一刻,教室里顿时静下来,清楚的微观分子结构一下子让同学们折服,多媒体教学成了我必须的教学手段。
为了采取“先进的教学手段”,使学生更加兴趣盎然,我从背景、声音、动画到技巧,艺术效果等方面出发,制作了《化学——人类进步的关键》、《化学平衡》、《有机化学键的断裂重新组合》、《硫酸的工业生产流程》等课件,使得抽象的问题具体化,枯燥的问题趣味化,静止的问题动态化,繁杂的问题简单化,课件给我的课堂增添了活力,也给我带来了荣誉。
随着过度使用和依赖课件,课堂教学效果却越来越不明显,学生们逐渐丧失了兴趣。经过长时间的思考和探索,我意识到:“多媒体再好,也只是个工具,他无法替代人的情感和智慧。计算机辅助教学的核心特征是“辅助”,即辅助教师,而不是取代教师。”
“告诉我,我会忘记;做给我看,我会记得;让我亲自做,我才懂得。”实验是化学的基础,是学生学习化学最有效途径。教学目标包括三个维度:知识与技能,过程与方法,情感态度与价值观。化学实验是落实过程与方法,情感态度与价值观最有效的方法。“从实验中学习化学”,是化学实验教学的立足点,重视每一位学生的亲自参与性,在实验方案设计实施上,发挥学生的主体性、合作性和创新性是我追求的目标。而这些,单纯地依靠课件是根本无法实现的。实验在化学教学中起着举足轻重的作用。化学教学本身并不只是传授给学生一些初步的化学概念和规律,而是通过一系列有效的教育教学手段,全面提高学生的智能,使他们能够掌握和运用一些化学原理和实验手段,学会科学研究的基本方法,学会辩证而客观地认识世界,从而在将来能够独立地、有创造性地进一步深入学习和从事社会主义现代化建设。
我在讲氨的性质做氨的喷泉实验时,为了探究引发喷泉原理及实验成功关键,事先准备了如下几组实验:
(一)烧瓶干燥胶头滴管预先吸入水;
(二)烧瓶干燥胶头滴管预先吸入酸溶液;
(三)烧瓶干燥不用滴管烧瓶底部加热毛巾;
(四)烧瓶不干燥胶头预先吸入水;
(五)烧瓶不干燥胶头滴管预先吸入酸溶液。
让十名学生到前面来依次分别做这五个实验,然后让同学们共同讨论:在实验室条件下喷泉实验基本原理和成功关键,选用哪些组实验较合适?为什么?在经过讨论和争论之后,同学们得出共同的结论:选用前三组适合,实验基本原理:使容器内外产生较大压强差;成功关键是:盛气体的烧瓶必须干燥不漏气且充满气体。最后,将制作的化学反应课件再进行重复或慢速播放,从而不仅使学生们牢固地掌握了喷泉实验,而且也使学生们学会了化学实验和多媒体有效结合的方法。
运用化学实验,通过一系列有效的方法和手段,能够较好地发展学生的智能,调动学生的积极性,扬化学实验之长而避多媒体之短。在课堂教学中,我以实验为主,中间只利用课件把反应录像或局部特写,做多次重复或慢速播放。这样长短结合,简单明了,挥洒自如的教学方式,深受学生的欢迎,教学效果明显提高。
非智力因素的培养,在中学化学教学中也是不可忽视的问题。从课堂讲授到多媒体和化学实验等一系列过程,我始终都贯彻穿插对非智力因素动机、情感、兴趣、意志、信心等的重视和培养,使之为化学课堂教学服务,大大提高了教学效果,促进了学生的全面发展。
以人为核心,重视非智力因素的培养,围绕教学目标的实现,适时合理地选取,扬长避短才是做好高中教学的关键。在以后的教学中,我以是否有助于实现教学目的为使用实验、多媒体课件的依据,做到实验和多媒体等方面的有机结合,掌握课堂教学的主动权,始终做高中化学教学的掌拓者。
教育学生、服务学生,做高中化学教学的主人。是我在今后的教学工作中所始终坚持不懈的教学理念。
参考文献:
高中化学教学论文:新课标人教版《化学1必修》有感
高中化学教学论文:新课标下化学教学中学生品质的培养
高中化学教学论文:学者型化学老师的素养
高中化学教学论文:化学实验素质教育形式
高中化学教学论文:优化教学设计提高教学质量
高中化学教学论文:运用电教手段强化化学教学
关键词:职业院校;分析化学;教学模式;探索
中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)24-0213-03
一、分析化学的学习目标
分析化学在学科中与仪器分析、有机化学、环境科学、无机化学一样是一门专业课。学习好此门课程不仅要将高中数学知识、物理、无机化学、有机化学、物理化学等基础理论知识应用到分析方法;另一方面需要掌握物质的基本分析方法和基本操作技能,从而培养严肃认真的工作作风和实事求是的科学态度。
二、分析化学理论教学的重要性
目前职院校都在提倡一体化教学,主要是以实践和导向性为主体,鼓励教师少讲或只做引导,学生多做多动脑的一种教学方法。对于分析化学课程来说,就我校的学生情况来看,理论课程的讲授不能太少,原因包括:其一,在此门课程教学中发现,大部分学生数学基础较薄弱;其二,目前学生普遍存在化学基础非常薄弱,只有极少部分的学生略懂高中化学基础知识,大部分学生就连初中化学也是一知半解,没有最基本的概念性的认识;其三,掌握此门课程的要求,要求学生有一定的理论基础构架,要求学生要系统掌握分析化学的基础知识、基本理论,才能为以后从事分析工作打好理论基础。若将实验教学单一的某种测试技术设定为主体教学部分,以学生为主体的导向性教学,将达不到分析化学教学的目标,结果是:学生一知半解,只能生搬硬套,不能发现问题和解决问题,更谈不上找到分析关键过程或关键控制点,学生还不具备自学的基本知识储备,所以要加强化学基础理论知识。
三、分析化学实验教学是理论教学的强化
分析化学实验是一门具有很强的实践性和应用性的课程,学习分析化学实验不仅是让学生加深对分析化学基本理论的理解,引导学生把知识转化为能力的认识过程,在实验教学中掌握分析化学实验的基本操作,养成良好的实验习惯和实事求是的科学态度,并且能够训练学生应用基本理论掌握科学的思维方式,提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。若只单一强调在实验教学中总结、研究规律和理论,虽然在实验教学中新增加了操作技能方面的知识,但若没有理论基础,那么对学生来说即使按规范操作,其结果也只是照猫画虎,学生不能应对环境或其他样品差异性等变化做出科学的综合分析,只有掌握了基本理论,再进行操作实验分析,才能对过程及结论得出科学的分析,所以说分析化学实验教学是分析化学理论教学的强化。另外,学生自我管理和约束能力较差,实验过程危险性比较大,教师教学任务重,教师的教学还不能完全转化为导向性和学生自主的研究型教学模式,学生还不能自主学习研究和完成实验过程设计,所以要加强老师的实践过程指导作用,打破了以往同组同学1人操作,其他学生等、看的现象,减少学生在操作过程环节的压力和心理障碍,鼓励和指导学生,使学生在每一步骤过程中感到有所收获和提高,培养自信,这种教学方法往往需要两学年以上的培养,才能使学生能适应导向性教学模式和具备自主学习基本能力。
四、分析化学的教学模式及其教学组织
1.分析化学的教学模式应是理论加实验教学模式结合的方式。分析实验教学是一种知识与能力、理论与实践相结合的教学活动,它与理论教学具有同等重要的地位,是相辅相成的关系。在理论讲授过程中课堂讲授要重点突出,对重点、难点讲透。理论讲授还应完成一个双向交流的过程,一般可以通过设问、讨论、启发的方式进行;在实践教学中,多提一些开放性的问题,组织大家分析讨论,提高大家的分析能力和提高学生学习的兴趣。
2.如何分配理论和实验教学的比例,使用多媒体教学的优点。笔者通过以往的教学发现,我们不应严格划分理论和实验教学的比例,而是要“你中有我、我中有你”;也不应该根据班级人员的多少设计课时分配量,总之以达到教学目标为标准。比如学生总数比较多时,大部分人认为需要完成总体目标,如让所有学生都懂怎样规范操作,由于存在学时有限等局限,这时必然选择牺牲大部分理论课时,以补偿实验分组教学的要求。针对以上情况,此时最好的解决方法示增加一个课前的或是课堂演示教学,使用多媒体教学,充分利用多媒体教学手段优点。优点有:其一,利用多媒体信息量大,音、图、文并茂的特点,可以改善授课环境,若实验课前组织学生观看实验基本操作和安全知识相关的视频,向学生讲解正确操作的理由和违反操作对个人和环境的危害,使学生做到操作规范,减少不必要的浪费及对环境的污染,可以节约药品;其二,还可以节约重复讲解的时间和减轻教师的工作强度,还可以使教学直观,简单明了,缩短学生消化理解的时间,大大增强学生学习信心和提高学习热情。这样就把实验课分成了实验基本操作知识多媒体教学学习、过程训练和任务完成部分,前一个阶段可以减轻教师讲解的劳动强度,此时再将学生分组训练,教师参与过程指导,就比较省心省力了。
3.成立实验合作小组。采取循环式实验方式,这样既使学生得到很好的操作训练,也提高了仪器的利用率。对于学生平时实验成绩的评定,如第一次实验某学生在获得的分数来自三个方面:小组打分95分,大组打分90,教师打分85分,定好小组、大组、教师分值权重分别为0.15、0.15、0.7。那么这个学生本次实验的综合实验成绩=95×0.15+90×0.15+85×0.7=87.25(第一次),若一学期共做了四次实验,实验综合成绩按照如上方法计算为87.25(第一次)、85.21、75.15、91.25,本学生学期平均实验成绩=(87.25+85.21+75.15+91.25)/4=84.72。
五、建立合理分析化学的考核制度
本课程考试应该采用理论和实验相结合的模式。
1.对理论和实验考试内容的设置。第一,理论考试应以基础知识的测试为主,同时附加一些基本实验操作技术的试题,用以考查学生分析问题解决问题能力。第二,实验课考试则可采用更灵活的考核办法,教师可以提前一周公布几大项实验操作考试的内容,随后要求学生自行看书查资料,设计实验,考试时学生按照设计好的步骤实施实验。这样既考查了学生的分析仪器的基本操作,又锻炼了学生分析、解决问题的能力。
2.对考试成绩的评定。成绩考核模式分为理论和操作两部分,每个部分又分为平时和期末考核部分,评价分配标准和权重如下表。
本文从分析化学的教学目的出发,首先,阐述了分析化学的理论性、实践性较强,实验教学是对理论教学的强化,在教学活动中需要充分考虑其教学内容特点,转变教学观念,用适当的教学方法才能顺利实现教学目的。其次,还对理论和实验教学方法和组织进行了详细的阐释,目的是改变分析化学教学行为,运用适当的教学方法和手段,丰富教学内容,提升教学服务水平;最后,建立合理分析化学的考核制度,从考核的模块划分以及成绩的判定两个方面进行了阐述。
以上对笔者在分析教学中通过教学方法的探索和改革,在实践应用中发现对学生的能力和素质培养起到较好的效果。
参考文献:
[1]莫运春,许金生等.分析化学实验教学模式的优化与实践[J].大学化学,2006,21(1):24-26.
新时期新形势下地方院校如何结合自身实际和特点,紧跟当前发展趋势,切实有效地推进大学化学实验体系的改革与实践,已成为大多数地方院校面临的迫切任务[1].本文根据莆田学院实际情况,结合多年来教学过程中积累的经验,对应用化学专业实验体系和实验内容进行探讨,以提高应用化学专业学生的实践能力,适应应用型本科院校发展的需要。
1 实验体系的历史演变
2007 年之前,应用化学专业实验课的内容简单按课程设置,有无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、仪器分析实验和化工原理实验,采用的教学方法也非常传统,大体思路是:学生机械抄写预习报告指导教师讲解学生被动操作提交实验报告。实验考核基本上按照学生实验报告中实验数据及处理结果来评定成绩。暴露出来的问题也十分明显:各门课程自成体系,有时为了课程体系的完整性就会造成部分实验项目重复;实验项目基本为演示实验或验证实验,学生多为照方抓药,照葫芦画瓢,实验过程中缺乏主动性;无综合性实验项目,造成学生所学基本技能呈现片段式,没有将性质、结构、检测有机的结合起来[3].
2007 年开始针对原有课程体系存在的问题,在课程体系中加入了课程设计,但受到实验场地和实验器材的影响,所开设的实验项目简单,学生缺乏兴趣。从 2012 年起大力改革实验教学环节结构,逐步加入了综合性实验、探索性实验等,这些课程的开设大大提高了实践环节所占的比重(图 1),实现了应用型人才培养的目标,
2 实验体系的构建与改革的探讨
2.1 教学体系的改革
几年来针对学生就业过程中遇到的问题,通过回访的形式进行汇总,反馈到专业,再对具体情况进行分析,总结课程设置的经验和存在的问题,逐步构建形成“多层次”的实验模式,即化学基础实验、综合性实验和探索性实验三个层次[4-5](表 1)。
基础性化学实验以随课开展的形式,课程由四大基础化学作为支撑框架,实验项目在选择上按照学生能力培养过程中循序渐进地进行,基础性实验项目也是按照演示、验证、合成、设计几个实验类型进行编排,这样有助于学生动手能力的培养,使学生快速从依赖式转化成自主式。基础性实验的目的是引发学生对化学的兴趣,对所学内容有一个感性认识,掌握化学实验过程中基本操作技能[6],如玻璃工操作,普通玻璃仪器使用,分析滴定操作,有机实验装置搭建,简单仪器使用(如酸度计、电子天平、分光光度计、库伦滴定仪、电导率仪等),掌握常规的制备、纯化和分析方法。设计性实验只给出实验题目、实验目的和仪器药品,由学生自行查找文献、书籍撰写实验步骤或设计好实验的具体操作方案,更好的体现学生的自主性。这类课程安排在大一、大二两个学年完成。
综合性实验和探索性实验以实验专周的形式开出。 综合性实验安排在第四学期期中后集中 2 周开展,此时基础化学实验基本已近尾声,学生已经掌握了实验基本技能和基本操作,这时开设综合性化学实验有助于学生将各门实验课程由独立的内容进行知识重组融合,以达到更高层次的应用。如开设的“草酸根合铁(Ⅲ)酸钾的合成、组成分析及结构测定”就通过草酸根合铁(Ⅲ)酸钾的制备(无机化学实验)、化学分析测定铁含量(分析化学实验)、电荷测定(物理化学实验)、热重分析、红外光谱(仪器分析实验)等内容全面应用了几门课程所学内容。
探索性实验比综合性实验更具有灵活性, 课程安排在第 5 学期开展, 学生根据个人兴趣分组选做实验,探索性实验无固定实验项目和实验指导书,由应用化学专业十五位教师指导,每位教师带一个实验组,师生共同商定实验内容,实验结束后不是上交实验报告,而是上交课程论文,这样也是为今后的毕业论文打下基础,而这又有别于毕业论文的一人一题的模式。
2.2 成绩评定的改革
课程结束,通常通过考核的形式来检验教学效果,这就造成一部分学生专钻空子,平时实验不认真,实际技能没有完全掌握,在后续的课程学习或工作中逐步暴露出基础不扎实的弊病。经过多年改革,以适应越来越灵活的课程体系,实验成绩的评定也应该做出相应的调整。现阶段,实验成绩的评定,已由单纯依赖实验报告和技能考核来计分的方式逐步改进,注重实验过程,预习、实验操作、实验习惯、实验报告均纳入评价体系,采用的是预习(10%)+平时(20%)+报告(30%)+考核(40%)的比例进行考察。综合性和探索性实验采用了更为灵活的评分方式,比如,校级以上创新项目、科研立项可以免选综合实验,直接获得学分。这些都直接激发了学生参与到科研项目中去的兴趣。
2.3 教学形式的改革
莆田学院已逐步加大了实验室的开放力度,尽量满足学生利用课余时间开展实验的愿望, 强化了基本实验技能的训练,提高了参与科研的兴趣。教学形式多元化,除了课堂实验外,学校立项资助科研立项、大学生创新实验项目,省级大学生创新项目,教师科研项目,学生还可开展自主合作实验,实验、教学空间突破课
堂,打破课内课外界限,通过这些手段让学生通过进一步的实验探索以培养他们的创新能力。 3 实验体系改革的成效
随着院系大力改革实验体系,实验教学在本科培养方案中所占的比重日益增大,经过近几年的逐步革新取得了不少成绩。
3.1 教学效果有质的飞跃
由于实验教学中心的实验内容经过精心选择,充分体现专业相关的知识体系,实验教师积极参与教学改革,勇于创新,探索提高教学效果的方法和手段,学生对实验教学中心开出的实验课有浓厚的兴趣,学习积极性和主动性很高,实验课程教学深受学生的好评。根据授课质量反馈表统计,优评率达 86.7%,较 2006年度的优评率 78.8%有了显着提升。
3.2 教学成果显着
以实验示范中心建设为契机,大力进行实验室建设,实验条件不断改善;并在学校专项教育教改课题的资助下,任课教师积极开展教学改革创新工作,积极参与课程建设、教材建设。近 5 年来共承担校实践类教学改革课题 7 项,撰写教学论文 10 余篇,获得校级教学成果奖三等奖 1 项(2013 年)。
3.3 学生综合素质明显提高
先进的教学理念、实验教学环境和优秀实验师资队伍为学生的实践活动提供了高水平的平台,目前学生的操作技能、综合分析能力、创新实践能力明显提高。
(1)基本知识扎实,动手能力强
通过基础型实验的训练,学生掌握了基本的实验操作方法和技能,能够正确使用仪器设备,正确配制各种溶液,动手能力明显增强。能够准确收集实验数据,正确记录实验过程和结果、选择正确的统计方法分析数据,书写规范的实验报告,分析问题和解决问题的能力得到加强。
(2)独立进行实验设计,综合能力强
所有的开放实验均由学生自己设计,指导教师审核通过后开始实验。在实验过程中能够准确观察、记录实验现象,对实验过程中遇到的问题和实验结果进行分析判断,得出合乎逻辑的实验结论。
(3)积极参与创新实验,成果显着
在掌握基本实验操作技能的基础上,倡导实验室开放,引导学生针对某一项目,进行课题设计,确定课题研究的内容与方法,开展形式各样的科研工作,并积极引导学生申报大学生创新项目,近三年应用化学专业学生申报校级大学生创新性实验计划项目 8 项(表 2),省级大学生创新性实验计划项目 6 项。