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關鍵詞:物理化學;教學手段;教學考核
教學手段是師生教學時相互傳遞信息的工具、媒體或設備。在物理化學教學過程中,強調多種教學方法的綜合運用,可實現“任務驅動確定問題分析問題解決問題總結提高”。
一、教案、講稿和教材
[JP+1]物理化學教學改革的目標是實現工學結合,教學內容的組織必須處理好平衡與非平衡、宏觀與微觀、理論與應用三大關系。在這一過程中,教案是教師將教學內容更好地傳授給學生的實施方案,是教學方法、教學安排、教學效果上的設想與構思;講稿是教學內容的具體體現,它側重于教學內容上的選擇與撰寫;教材是教師和學生所使用的教學材料,是教案與講稿的直接依托。所以為了達到良好的教學效果,實現內容與形式的統一,我們使用校企合作的自編教材,注重物理化學內容的實際應用,強調講稿、教案、教材的相互配套,同時建立了規范化的試題庫,從而使得這一整套的物理化學教材和教學資料為學生更深入、更豐富地學習和掌握物理化學知識提供了方便,同時也完善了物理化學教學資源庫的建設。
二、多媒體課堂
為了實現可視化教學,物理化學教學團隊結合教案、講稿和教材,將多媒體等現代化的先進教學手段引入教學,將物理化學改造成基礎理論與企業實操緊密結合的新課程,使物理化學的理論教學、實訓教學與課外教學相結合,以提高學生的理論水平、聯系實際的能力和綜合素質。
三、實踐課堂和網絡課堂
實踐課的教學質量直接關系到學生的科研素養、技能和水平。物理化學教學的實踐環節主要通過物理化學實訓完成。目前,物理化學實訓課程建設已經取得顯著進展,并進入了新的教學境界。
同時,為了提升課堂上學生的注意力,實現教學過程的有效學習,也為了適應當今社會日新月異的通信W絡的發展,適應理論聯系實踐的要求以及校企合作的必要性,物理化學課必須建設網絡資源,以培養學生的思維能力、創造能力和科學素養。網絡資源建設包括網絡ppt、網絡視頻、網絡動畫、師生網上互動、網絡趣味實驗等。這樣不但能培養學生應用物理化學知識的能力,而且能鞏固和加強其對理論知識的掌握與理解,可充分滿足學生的求知欲望,激發學生的創造力和想象力,引導學生熱愛科學、熱愛生活。[LL]
四、教學考核
[TP閆碧瑩tif,BP]
教學考核評價
物理化學課的教學考核采取期末成績、實訓成績和平時成績相結合的形式綜合考慮給出(如圖1)。課程總成績滿分為100分,期中期末成績占50%,實訓成績占40%,平時成績為10%。教學考核總成績=平時成績×10%+實訓成績×40%+期末成績×50%=100分。期末成績以考試答卷的形式體現,主要包括填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題等。平時成績通過出勤、遲到、曠課、請假、課堂表現和學生素質等方面給出。實訓成績通過實訓操作和實訓報告來評價。由于實訓成績部分是在學生每次的實訓操作過程中現場給出的,為了保證學生成績的真實性、合理性,課程組教師要遵循客觀、公平、公正的原則,結合學生的實訓出勤、實訓操作、數據分析和實訓報告書寫等,每次實訓都會給出詳盡的成績評價。
參考文獻:
關鍵詞:物理化學;教學做合一;快樂教學法
中圖分類號:G718.5 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)11-0258-02
一直以來,素質教育都是國家大力提倡和推廣的教育形式,但是學生綜合素質的提高并不是一朝一夕可以實現的。對于我國高職高專院校學生來說,要培養其高素質的應用型專門技能,就必須寓娛樂于教學,寓理論于實踐,寓知識于應用。因此,高職高專院校的教學模式應當始終貫徹以項目化教學為主,實施“教學做合一”的一體化教學模式。
一、教學改革背景
愛因斯坦曾經說過[1]:“興趣是最好的老師?!薄爸R是死的;而學校卻要為活人服務?!惫P者認為,教學過程中首先要激起學生的好奇心,從而刺激學生的求知欲,進而根據學生所提問題設置課堂教學、傳授理論知識,才是切實可行的教學方法。所以,探索如何寓娛樂于教學的“快樂教學法”勢在必行。
二、教學過程設計
以內蒙古烏海職業技術學院化學工程系應用化工技術專業的《物理化學》教學為例。由于近年來學院實施文理兼招的招生模式,其結果是,組成的應用化工技術班學生同一班級內既有文科高中生,也有理科高中生,還有來自于中職院校的“3+2”轉段生。學生層次參差不齊,情況錯綜馱印S捎諮生所掌握的理論基礎差別太大,因此僅僅針對高中生或中職生的單一的教學模式已經不能夠適應當前學生的現狀,必須探索一種新的教學方式,把不同層次的學生緊密聯系起來,而唯一能夠調動所有學生積極性的因素,正是學生的興趣。
基于以上分析,課程組教師對本學院的物理化學課程進行了大膽的改革。
1.師生角色的重新定位。傳統的教學模式強調教師的主導地位以及學生的主體地位,其結果造成了教師的照本宣科以及學生的被動接受,從而教與學不能緊密結合甚至完全脫節,教學目的難以達到,學生的學習惰性越來越大,學習效果不佳。改革后的教學模式采取了以學生為主,教師為輔的形式進行教學。教學中教師扮演的角色是從旁指導,而非強迫學習;學生在課堂中占據了主導地位,通過親自動手,引發自身興趣,真正意義上變壓力為動力,充分培養學生的自覺性和自信心。在這樣的課堂上,學生的學習狀態是積極的、主動的、認真的,從而實現了學生的自主學習和自覺學習。這樣的教學,對師生角色進行了重新定位,教師由原來的全程主導改為從旁引導,而學生則由原來的主體地位上升到主導地位。
2.教學構成的重新設計。改革后的物理化學課程全部教學內容設計成五個項目模塊,每個項目模塊又包括理論項目、實訓項目、項目設計、項目擴展、趣味實驗、小結和習題。通過理論項目和實訓項目的教學培養了學生的專業技能;在完成理論教學與實踐教學的同時,項目設計和項目擴展部分開拓了學生的知識面;趣味實驗提升了學生的課外學習興趣;最后學生通過小結和習題,將項目內容重新進行思維構建,最終完全掌握所學知識。整個的教學過程,學生是在完全沒有心理負擔的、輕松的、愉快的環境中,通過小組成員之間的分工合作與相互磋商共同完成的。因此我們稱之為“快樂教學法”。
3.考核方式的現場評價。新的教學模式下學生的教學考核總成績由平時成績、實訓成績和期末成績三部分組成,三者的關系見表1。其中,實訓成績是通過現場實訓操作和完成實訓報告等情況來評價的。由于實訓成績部分是在學生每次的實訓操作過程中現場給出的,為了保證學生成績的真實性、合理性,課程組教師遵循客觀、公平、公正的原則,結合學生的實訓出勤、實訓操作、數據分析和實訓報告書寫等方面因素,每次實訓都會給出詳盡的成績評價(見表2),在學生心服口服的同時,激發學生斗志,充分發揮學生在教學中的主體性作用,進一步培養學生的創新能力、解決問題能力、獨立思考能力以及分工合作能力。
三、階段性成果
為了切實可行地培養好化工專業高職學生的實踐操作技能,2010年以來課程組教師積極參加各項培訓進修,努力提高授課教師自身的專業行業技能。同時經過三年的教學探索與研究,課程組教師結合高職高專院校學生現實水平,精心編撰了《物理化學》項目化教學改革教程[2]。本教程從最初的校本教材到正式出版發行,從一個班級的試用到三個專業學生的正式推廣,已經在烏海職業技術學院使用5年并取得了顯著的教學效果。
以13級應用化工(1)班學生于2014年3月實施的項目二――化學動力學教學為例,教學中的實訓項目之一就是測定蔗糖水解常數,實訓過程中要求學生將配制好的蔗糖溶液置于25℃的玻璃水浴中恒溫。如圖1所示,恒溫水浴采用圓形玻璃缸作容器,通過電子繼電器對加熱器自動調節以實現恒溫。但是由于受水浴缸形狀所限,配制好的溶液如何穩定的放置于水浴中成了本次操作的難題。三個實操小組利用實訓室現有資源分別提出了切實有效的解決方案。如圖2所示。三個小組的方案雖然各不相同,但是同樣實現了溶液在水浴中恒溫的目的。正如彭笑剛所認為的[3],“懷疑精神和獨立思想是科學精神的核心部分?!敝灰o學生足夠的時間和空間,充分發揮他們的想象力和創造力,學生完全能夠創造出我們想象不到的奇跡。
四、教學改革展望
現階段的物理化學教學正處于“快樂教學法”的探索階段,雖然取得了一定的階段性成果,但是理論項目和實訓項目還沒有徹底聯系起來,形成一個密不可分的整體,因此現階段的物理化學教學只能算是準項目化教學。
在今后的教學中,將會重點研究項目與項目之間的相互聯系,并注重與其他專業課程相銜接,進一步開發新的實訓項目,充分利用課外課堂,使物理化學更加貼近生活,期望做到真正“教學做合一”,實現真正意義上的項目化教學。
參考文獻:
[1]愛因斯坦.論教育[M].愛因斯坦文集:第三卷.第1版.北京:商務印書館,1979:142-147.
[2]閆碧瑩,郭俊鎖,魏鳳琴.《物理化學》項目化教學改革初探[J].吉林教育,2014,(24):120-120.
[3]彭笑剛.大學教什么學什么[J].中國大學教學,2014,(8):8-10.
Analysis on the Effect of Project Oriented Teaching Reform in Higher Vocational Colleges
YAN Bi-ying
(Wuhai Vocational and Technical College,Wuhai,Inner Mongolia 016000,China)
物理化學是一門與實際生產過程結合非常緊密的課程,化工原理、分離技術、石油化工生產技術等后續課程,都需要用到大量有關物理化學知識,在教學中要處理好與這些專業課程知識的銜接與滲透,并適當引入部分實際生產原理來提高學生學習興趣。例如,物理化學中的相平衡與化工原理中的精餾聯系緊密,在學習了完全互溶雙液系氣液平衡后,再講解精餾原理。這樣,學生既掌握了相平衡的理論知識,又了解了相平衡理論的具體應用。又如,化學平衡、反應速率及溶液等內容在石油化工生產中應用廣泛,講授時可適當增加一些應用實例,加深學生對相關知識的理解,也有利于激發學生學習熱情,讓學生感覺到學有所用。
2改革教學方法,提高教學效果
教學是一門藝術,教師有好的教學方法,才能使學生對所學的課程感興趣。傳統教學中主要存在以下問題:①工學結合不到位,重理論、輕實踐,與實際生產結合不緊密。②教學方法單一,以課堂講授為主,學生被動的接受。③教學評價指標單一,以期末考試成績評價為主,忽略了過程的評價。針對這些現狀,本課程采用了項目驅動教學法教學。
2.1項目驅動教學法的教學設計項目驅動教學法,起源于德國職業教育在20世紀80年代推行的一種教學模式,師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。項目驅動教學法是以企業案例為核心,根據課程教學目標選取具有代表性的案例,將所要講授的知識隱含在典型案例中,以案例引導學生自主學習。物理化學是一門實踐性很強的學科,學生通過實踐獲取知識是高職院校學生學習的重要途徑。在項目驅動教學法中,教學項目的設計是整個教學的關鍵,直接影響教學效果,因此教師應緊扣教學內容,依據高職學生的專業特點,經仔細分析研究,設計出包含關鍵理論知識的實踐項目。例如:乙酸乙酯皂化反應的速率常數測定、碳鋼在碳酸銨溶液中的極化曲線測定繪制、環己烷-無水乙醇二元液系沸點組成圖的繪制、乙烯基正丁基醚與正丁醇有效分離等。通過實驗測定與理論計算的比較、分析,找出產生誤差的原因,使學生在實踐中掌握相關理論知識。
2.2項目驅動教學法的實施項目驅動教學法把教學過程分成四個階段:理論教學、實訓過程、分析總結和過程評價。理論教學:引入案例,提出問題,講解案例需要的相關理論知識,使學生對所學知識的實際用途有所了解,激發學生的學習興趣,使學生感到學有所用。實訓過程:作為教學內容實施的載體,主講教師將實訓項目分解成若干個任務,按照企業的工作方法和管理模式,對學生分組,在具體任務的驅動之下,充分發揮學生的主動性與創造性,學生根據任務查閱資料,相互交流、討論,提出具體實施方案,在完成方案的過程中,及時發現問題,分析解決問題,通過這樣一個完整過程,達到教學目標要求。分析總結:教師通過指導觀察,對實驗方案及學生普遍出現的問題進行點評、總結,同時用相關理論對案例進行剖析,提高學生對理論知識點的理解。過程評價:考察學生從方案設計、實訓過程到結果分析,包括理論知識、實驗室安全管理等方面是否完成學習任務、實現教學目標,教師根據完成情況給出客觀評價。
3將多媒體教學與傳統教學模式結合,提高教學質量
傳統教學由于板書占據時間長,課堂信息量較少。用PPT課件和Flas上課,內容生動、形象、直觀、豐富,課堂教學容量大,提高了課堂效率,但由于物理化學許多問題抽象、邏輯性強、公式復雜,多媒體表達文字顯示速度快,學生思維跟不上,不適宜所有內容都用多媒體授課。建議采用多媒體與板書結合的方式授課,使學生有充分的時間消化、吸收,師生互動,提高教學質量。
4建立全面、可控的考核體系
《物理化學》課程考核采用理論考核和過程評價相結合的方式,具體考核方式如下。理論考核:采用閉卷、筆試方式,占總成績的60%。主要進行基本知識、基本原理、分析理解能力、數據綜合運算能力的考查。過程評價:占總成績的40%。包括學習積極性和階段學習效果評價(日??记?、課堂表現、實訓項目的設計),自主學習能力評價(獨立操作能力、實訓報告、課堂作業),表述能力評價(課堂發言、實驗結果討論、分析答辯),職業道德、團隊協作能力評價。
5結束語
【關鍵詞】硅酸鹽;物理化學;教學改革;探索
【Abstract】The silicate physical chemistry is required of students majoring in materials engineering technology in higher vocational colleges is an important professional basic course, in the aspect of cultivating high-quality applied talents play an important role. In this paper, the silicate physical chemistry course teaching this course content, teaching methods and teaching evaluation are discussed in this paper.
【Key words】Portland;Physical chemistry;The teaching reform;To explore
0 引言
硅酸鹽物理化學是高職院校材料工程技術專業學生必修的一門重要的專業基礎課,主要講授本專業范圍內各種物理化學過程的變化和規律性,為學習專業課打下理論基礎。但受教材、教學模式、教師教學觀念、課時安排以及學生態度等因素的制約,教學效果欠佳。為了提高教育教學質量,我院根據材料工程技術專業人才的培養目標,對《硅酸鹽物理化學》本門課程內容進行了適當的調整,同時,結合我院的教學環境以及學生的實際情況,在教學過程中了進行了各種各樣行之有效的改革,并取得了一定的成效。
1 多樣化的教學內容表現形式
針對高職院校學生的特點,通過多樣化的教學內容表現形式,可以使學生更容易接受應掌握的理論知識。
通過將理論知識和應用技能整合在一起,形成以就業為導向的項目教學方式。理論教學中引入實際工程案例,由淺入深地講述相關理論知識和實際應用案例。例如:在講熱力學基本公式時,通過多列舉熱力學在硅酸鹽材料應用方面的實例,加深理解,提高學習興趣。
利用“暗盒”游戲原型,組織學生進行討論、啟發式教學。將學生進行合理的分組,每個小組布置一個大課題,每個學生都布置有相應的小任務,進行任務驅動導向性教學。
采用多媒體電子課件,省去板書過程中畫圖的時間,課堂中可以有更多的時間來講述和討論。另外,通過三維軟件的演示,可以獲得更加完整簡捷的展示。例如在講述"晶體結構"時,采用生動形象的多媒體演示,教學效果更好。
充分利用實習實訓基地,通過專業認知實習和專業生產實習,使學生加深理論知識的理解,也提高了理論聯系實際的能力。
2 多種教學方法的運用
2.1 自學指導法
在教師講述理論后,布置學生以小組為單位查閱相關資料或結合工廠實際,各自表述其心得體會,學生提出的問題最好讓學生自己解決,但教師要把好最后一關,培養學生的自學習慣和能力。
2.2 分組討論法
在教學過程中,成立學習小組,在教師的指導下由學生就某個問題展開討論,而后教師進行總結。通過這種方法極大地提高了學生學習的主動性和創造性。
2.3 多媒體教學法
利用和發揮多媒體教學的優勢,把難講、難懂的教學內容用形象、直觀的多媒體演示展現給學生,降低了教學難度,提高了教學質量提高教學效果。例如在講述"晶體結構"時,采用生動形象的多媒體演示,教學效果更好。
2.4 現場教學法
充分利用校內外實訓基地,組織學生到與專業相關的工廠進行現場教學,讓學生身臨其,豐富第一手知識,提高學生的實踐能力,取得事半功倍的教學效果。
3 多元化的教學效果評價
3.1 校外評價
授課教師每年利用寒暑假到各相關單位和相關高校進行調研,請各單位的高級工程師及相關高校專業教師對于《硅酸鹽物理化學》這門課程提出寶貴意見,以便進一步深化教學改革。
3.2 校內評價
學校實行教學督導組聽課和老師相互聽課的制度,督導組專家和老師對《硅酸鹽物理化學》這門課程都給予了很高的評價,同時也指出現有教學過程中的不足,有利于促進教學改革。
學校每學期還會組織學生進行教學評價。通過學生對教學效果的反饋,便于授課教師能更清楚地了解學生對該門課程的掌握程度、教學方式的接受程度以及學生認為這門課程的難點所在,為后續教學改革指明方向。
4 結語
新世紀高職院校專業人才培養對高職院?!豆杷猁}物理化學》提出了更高要求。只有對《硅酸鹽物理化學》這門課程的教學內容的表現形式、教學方法、教學效果評價方式等進行不斷的改革和創新,才能充分提高學生對硅酸鹽物理化學課程的重視程度,有利于激發學生的學習熱情,調動學生的學習積極性。這對于培養高職學生的理論聯系實際的能力,提高學生的創新能力具有重要意義。
【參考文獻】
[1]李麗霞.硅酸鹽物理化學[M].天津:天津大學出版社,2010.
關鍵詞:物理化學;課程改革;化工專業;實踐導向
0引言
“物理化學”課程是高等院?;瘜W、化工、制藥、材料和生化等專業的學生必修專業基礎課之一.“物理化學”課程綜合運用數學、物理等學科的理論和實驗手段來解決化學反應中出現的問題,并研究在化學變化中所遵循的規律.物理化學是多種學科的理論基礎,尤其在理科、工科化學系列課程體系中起著重要作用.由于“物理化學”課程的理論性強、公式多,學生在學習過程中難免覺得內容過于抽象而難以理解[1-2],同時所學內容與實際應用聯系較小,造成學習的畏懼感,學習效果不理想.鑒于物理化學在化工相關專業知識結構中所處的重要位置,尤其對后面要學習的“化工原理”“化工熱力學”和“催化原理”等課程起著重要的鋪墊作用,因此,“物理化學”課程的建設對高質量化工專業人才的培養至關重要.多年來,我?;瘜W與材料科學學院物理化學課程組通過更新教育理念,在物理化學的教學內容、教學方法、教學思想和教師隊伍建設等方面取得顯著成效.完成“物理化學”省級精品課程的建設和驗收工作,成效顯著.“物理化學”課程團隊被遴選為學校重點建設的課程團隊.在這樣的背景下,如何以實踐為導向,在教學過程中培養學生的工科思維,提高他們解決實際問題的能力是工科物理化學教學值得思考的重要問題.
1調整理論教學內容,側重工程實踐導向
相比而言,我校開設化工專業的歷史較短,所用物理化學教材也一直沿用我?;瘜W(師范)、應用化學和材料化學專業使用的《物理化學》(第五版、南京大學傅獻彩等編寫)教材,以相應的《物理化學學習指導》(南京大學孫德坤和沈文霞等編寫)作為學生的指導資料.在授課的過程中,雖然也積極拓展部分內容,在一定程度上解決與化工實踐過程聯系不密切的矛盾.但隨著我?;I的建設和發展,如果繼續使用偏重理論教學的物理化學教材顯然不合時宜.以課程體系的改革為契機,基于實踐導向的新教材的選用成為物理化學教學改革的出發點.從2014開始,精選天津大學物理化學教研室編寫的《物理化學》(第五版)[3]工科教材作為我?;I物理化學課程教材.與原教材相比,天津大學編寫的工科“物理化學”教材增加許多與實際工業生產相關的知識點,如真實氣體的液化及臨界參數、真實氣體狀態方程、二組分液體部分互溶系統的溫度-組成圖和完全不互溶系統的溫度-組成圖,以及多相化學反應等,目的是幫助學生能更好地了解和掌握物理化學原理在化工生產中的應用,有利于化工專業學生的工科思維的養成.另外,工科“物理化學”教材將電解質溶液、可逆電池電動勢及其應用和電解與極化作用3部分內容合并為電化學,將化學動力學基礎和化學動力學基礎合并為化學動力學,既優化教學內容,又適當降低理論深度,更重要的是拓展學生的實踐視野.本教材在我院近幾年的使用過程中,獲得學生良好的反響.
另外,隨著現代科學技術的快速發展,圖文并茂、生動形象的教學課件對工科物理化學課堂教學的支撐作用是顯而易見的.由于物理化學課程內容的抽象性,注重通過演示與基本原理相關的實驗現象對接實踐應用,讓學生更好地理解所學理論知識與工程實踐的直接關系[4],更好地突出物理化學理論知識對工程實踐的指導作用.在授課過程中,除講授教材上的基礎知識外,還注重把從事物理化學方面的科研體會以及最新科研成果有機地融入到物理化學教學過程中,更好地激發學生對“物理化學”課程的學習興趣,使學生更加認識到物理化學在生活和化工行業中的重要性,同時也培養學生加快適應工業生產的能力和科學創新的思維能力[5].
2優化課堂教學方法,注重實例說明理論
由于化工專業的學生將來所從事的職業與生產實踐更加緊密相連,所以,采用何種教學方法才能更加有效地提高學生的工程實踐能力是物理化學教學過程中面臨的問題之一.物理化學內容抽象、公式多而雜,在課堂講授中要更加注重結合具體實例來闡述理論內容,才能有效地幫助學生深入理解和接受所學的理論知識.例如,講授界面現象中彎曲液面下的附加壓力時,用他們所熟悉的人工降雨和暴沸現象來說明開爾文公式,只有水蒸汽液化凝結成新相小液滴(凸液面),小液滴逐漸長大才能從天上落下雨滴.由于新相小液滴剛開始很難形成,即水蒸汽的過飽和蒸氣壓pr非常大,天空中的水蒸汽氣壓很難達到pr,因而需要采用人工的方式提供小液滴形成時的凝聚中心,大幅度降低pr的數值,使雨滴順利形成.同理,液體受熱氣化形成新相小氣泡(凹液面),小氣泡逐漸長大才能從液體里逸出,但新相小氣泡開始很難形成,即液體過熱也不沸騰,是因為液體中的小氣泡壓力很小達不到外界大氣壓的數值,因而需要向液體中加入實驗中常用的沸石(孔中含空氣)增加初始小氣泡的大小,使氣泡壓力很快達到外界大氣壓值,保證氣體從液體中順利逸出,避免形成過熱液體,引起事故.總之,利用具體實例講授比較抽象的物理化學知識,使學生在學習理論中更接近實際生產和生活,激發他們將理論運用于實踐的潛能.
3多方位理解實驗原理,提高動腦與動手能力
伴隨著物理化學理論教學內容的調整,也將相關的實驗教學內容進行優化.例如:化學反應過程中常常伴隨著反應熱的形成,如果不能及時地移除多余的熱量導致反應溫度升高,反應速率加快,將對化工生產安全帶來極大的隱患.所以,反應過程中溫度的測量與調控在化工生產中顯得尤為重要.目前,在物理化學實驗中涉及到多種類型的溫度計(如玻璃溫度計、貝克曼溫度計、熱電偶等)用于測量反應體系的溫度.作為溫差測量的貝克曼溫度計,廣泛應用在恒溫槽的組裝和性能測試、稀溶液的凝固點降低實驗中.由于精密電子溫度測量儀器的普遍使用,使得貝克曼溫度計在實驗中的利用率逐漸降低,但它仍可以作為一種簡便的輔助儀器使用.另外,溫度效應常常在實驗中有所體現.如醋酸-水-氯仿三組分系統的相圖繪制實驗,其成敗與溫度的關系比較密切.然而,大部分學生在實驗過程中并沒有注意到這個現象,也并不清楚隱含的實驗原理.實驗過程中,溫度影響到各組分間的溶解度,在溫度較高的條件下無法觀察到明顯的渾濁現象,導致不能很好地判定滴定終點.因此,如果能夠測定不同溫度下的相圖,可以使學生更深入地了解萃取過程,理解相圖中物系點和相點的概念,對于化工產品分離條件的篩選起到良好地指導作用.其他的實驗項目,例如:溶液表面張力的測定、活性炭比表面積的測定、蔗糖水解反應速率常數的測定、高聚物的分子量測定等,溫度的影響均不可忽視.
合理的安排實驗是保證學生理解并掌握實驗原理的前提.但由于參與實驗的學生人數較多,普遍的做法是將學生分成若干小組,采用循環的方式開展實驗.如果物理化學的理論課與實驗課在同一學期開設,在循環實驗過程中將不可避免地導致部分實驗項目早于理論課程的學習,學生在實驗過程中則顯得非常被動,對實驗理論一知半解,造成他們更多地關注實驗操作過程,只動手、缺乏動腦,實驗效果并不理想.鑒于此,將實驗課的開出時間較理論課程滯后一學期,先讓學生充分學習理論知識,再開展相關實驗.通過在實驗過程中讓學生試講實驗內容、回答問題等方式讓學生進一步理解實驗過程中的理論知識和操作步驟,更好地理論聯系實際,教學效果良好.同時,依托我校的安徽省化學工程實訓中心,還可以進一步開設與物理化學相關的綜合性實驗和創新性實驗,為學生深入理解物理化學原理、提高學生的動手實踐能力奠定基礎.
4結語
通過對我?;I本科生“物理化學”課程的教學和改革結果,以實踐能力培養為目標,優化教學內容,注重理論與實踐相結合,逐漸培養學生的工科思維,才能提高學生利用物理化學原理知識綜合解決化工實踐問題的能力.
參考文獻:
[1]黃玉成,杜金艷.工科物理化學教學內容的幾點思考[J].廣州化工,2015,43(2):161-162.
[2]胡碧茹,吳文健.《物理化學》課程教學改革的相關探索與實踐[J].高等教育研究學報,2013,36(2):113-115.
[3]天津大學物理化學教研室.物理化學[M].5版.北京:高等教育出版社,2009.
關鍵詞:物理化學;課程改革;化工專業;實踐導向
0引言
“物理化學”課程是高等院?;瘜W、化工、制藥、材料和生化等專業的學生必修專業基礎課之一.“物理化學”課程綜合運用數學、物理等學科的理論和實驗手段來解決化學反應中出現的問題,并研究在化學變化中所遵循的規律.物理化學是多種學科的理論基礎,尤其在理科、工科化學系列課程體系中起著重要作用.由于“物理化學”課程的理論性強、公式多,學生在學習過程中難免覺得內容過于抽象而難以理解[1-2],同時所學內容與實際應用聯系較小,造成學習的畏懼感,學習效果不理想.鑒于物理化學在化工相關專業知識結構中所處的重要位置,尤其對后面要學習的“化工原理”“化工熱力學”和“催化原理”等課程起著重要的鋪墊作用,因此,“物理化學”課程的建設對高質量化工專業人才的培養至關重要.多年來,我?;瘜W與材料科學學院物理化學課程組通過更新教育理念,在物理化學的教學內容、教學方法、教學思想和教師隊伍建設等方面取得顯著成效.完成“物理化學”省級精品課程的建設和驗收工作,成效顯著.“物理化學”課程團隊被遴選為學校重點建設的課程團隊.在這樣的背景下,如何以實踐為導向,在教學過程中培養學生的工科思維,提高他們解決實際問題的能力是工科物理化學教學值得思考的重要問題.
1調整理論教學內容,側重工程實踐導向
相比而言,我校開設化工專業的歷史較短,所用物理化學教材也一直沿用我?;瘜W(師范)、應用化學和材料化學專業使用的《物理化學》(第五版、南京大學傅獻彩等編寫)教材,以相應的《物理化學學習指導》(南京大學孫德坤和沈文霞等編寫)作為學生的指導資料.在授課的過程中,雖然也積極拓展部分內容,在一定程度上解決與化工實踐過程聯系不密切的矛盾.但隨著我校化工專業的建設和發展,如果繼續使用偏重理論教學的物理化學教材顯然不合時宜.以課程體系的改革為契機,基于實踐導向的新教材的選用成為物理化學教學改革的出發點.從2014開始,精選天津大學物理化學教研室編寫的《物理化學》(第五版)[3]工科教材作為我?;I物理化學課程教材.與原教材相比,天津大學編寫的工科“物理化學”教材增加許多與實際工業生產相關的知識點,如真實氣體的液化及臨界參數、真實氣體狀態方程、二組分液體部分互溶系統的溫度-組成圖和完全不互溶系統的溫度-組成圖,以及多相化學反應等,目的是幫助學生能更好地了解和掌握物理化學原理在化工生產中的應用,有利于化工專業學生的工科思維的養成.另外,工科“物理化學”教材將電解質溶液、可逆電池電動勢及其應用和電解與極化作用3部分內容合并為電化學,將化學動力學基礎(一)和化學動力學基礎(二)合并為化學動力學,既優化教學內容,又適當降低理論深度,更重要的是拓展學生的實踐視野.本教材在我院近幾年的使用過程中,獲得學生良好的反響.另外,隨著現代科學技術的快速發展,圖文并茂、生動形象的教學課件對工科物理化學課堂教學的支撐作用是顯而易見的.由于物理化學課程內容的抽象性,注重通過演示與基本原理相關的實驗現象對接實踐應用,讓學生更好地理解所學理論知識與工程實踐的直接關系[4],更好地突出物理化學理論知識對工程實踐的指導作用.在授課過程中,除講授教材上的基礎知識外,還注重把從事物理化學方面的科研體會以及最新科研成果有機地融入到物理化學教學過程中,更好地激發學生對“物理化學”課程的學習興趣,使學生更加認識到物理化學在生活和化工行業中的重要性,同時也培養學生加快適應工業生產的能力和科學創新的思維能力[5].
2優化課堂教學方法,注重實例說明理論
由于化工專業的學生將來所從事的職業與生產實踐更加緊密相連,所以,采用何種教學方法才能更加有效地提高學生的工程實踐能力是物理化學教學過程中面臨的問題之一.物理化學內容抽象、公式多而雜,在課堂講授中要更加注重結合具體實例來闡述理論內容,才能有效地幫助學生深入理解和接受所學的理論知識.例如,講授界面現象中彎曲液面下的附加壓力時,用他們所熟悉的人工降雨和暴沸現象來說明開爾文公式,只有水蒸汽液化凝結成新相小液滴(凸液面),小液滴逐漸長大才能從天上落下雨滴.由于新相小液滴剛開始很難形成,即水蒸汽的過飽和蒸氣壓pr非常大,天空中的水蒸汽氣壓很難達到pr,因而需要采用人工的方式提供小液滴形成時的凝聚中心,大幅度降低pr的數值,使雨滴順利形成.同理,液體受熱氣化形成新相小氣泡(凹液面),小氣泡逐漸長大才能從液體里逸出,但新相小氣泡開始很難形成,即液體過熱也不沸騰,是因為液體中的小氣泡壓力很小達不到外界大氣壓的數值,因而需要向液體中加入實驗中常用的沸石(孔中含空氣)增加初始小氣泡的大小,使氣泡壓力很快達到外界大氣壓值,保證氣體從液體中順利逸出,避免形成過熱液體,引起事故.總之,利用具體實例講授比較抽象的物理化學知識,使學生在學習理論中更接近實際生產和生活,激發他們將理論運用于實踐的潛能.
3多方位理解實驗原理,提高動腦與動手能力
伴隨著物理化學理論教學內容的調整,也將相關的實驗教學內容進行優化.例如:化學反應過程中常常伴隨著反應熱的形成,如果不能及時地移除多余的熱量導致反應溫度升高,反應速率加快,將對化工生產安全帶來極大的隱患.所以,反應過程中溫度的測量與調控在化工生產中顯得尤為重要.目前,在物理化學實驗中涉及到多種類型的溫度計(如玻璃溫度計、貝克曼溫度計、熱電偶等)用于測量反應體系的溫度.作為溫差測量的貝克曼溫度計,廣泛應用在恒溫槽的組裝和性能測試、稀溶液的凝固點降低實驗中.由于精密電子溫度測量儀器的普遍使用,使得貝克曼溫度計在實驗中的利用率逐漸降低,但它仍可以作為一種簡便的輔助儀器使用.另外,溫度效應常常在實驗中有所體現.如醋酸-水-氯仿三組分系統的相圖繪制實驗,其成敗與溫度的關系比較密切.然而,大部分學生在實驗過程中并沒有注意到這個現象,也并不清楚隱含的實驗原理.實驗過程中,溫度影響到各組分間的溶解度,在溫度較高的條件下無法觀察到明顯的渾濁現象,導致不能很好地判定滴定終點.因此,如果能夠測定不同溫度下的相圖,可以使學生更深入地了解萃取過程,理解相圖中物系點和相點的概念,對于化工產品分離條件的篩選起到良好地指導作用.其他的實驗項目,例如:溶液表面張力的測定、活性炭比表面積的測定、蔗糖水解反應速率常數的測定、高聚物的分子量測定等,溫度的影響均不可忽視.合理的安排實驗是保證學生理解并掌握實驗原理的前提.但由于參與實驗的學生人數較多,普遍的做法是將學生分成若干小組,采用循環的方式開展實驗.如果物理化學的理論課與實驗課在同一學期開設,在循環實驗過程中將不可避免地導致部分實驗項目早于理論課程的學習,學生在實驗過程中則顯得非常被動,對實驗理論一知半解,造成他們更多地關注實驗操作過程,只動手、缺乏動腦,實驗效果并不理想.鑒于此,將實驗課的開出時間較理論課程滯后一學期,先讓學生充分學習理論知識,再開展相關實驗.通過在實驗過程中讓學生試講實驗內容、回答問題等方式讓學生進一步理解實驗過程中的理論知識和操作步驟,更好地理論聯系實際,教學效果良好.同時,依托我校的安徽省化學工程實訓中心,還可以進一步開設與物理化學相關的綜合性實驗和創新性實驗,為學生深入理解物理化學原理、提高學生的動手實踐能力奠定基礎.
論文關鍵詞:素質教育 教學體系 課程質量 教學質量
論文摘要:以全面推進素質教育為根本目的,以培養學生創新精神、提高學生實踐能力為重點,建立《化工原理》課程新的教學體系,力求課程質量和教學質量達到一個新的水平。本文試根據多年課堂教學實踐就《化工原理》課程的建設與改革進行分析闡述和總結。
《化工原理》課程是化工專業的一門極為重要的專業基礎課,其主要內容是以化工生產中的物理加工過程為背景,依據操作原理的共性,分成為若干單元操作過程,研究各單元操作的基本原理,基本計算和典型設備。它涉及到化工生產中眾多的操作和設備。它要求綜合運用數學、物理、物理化學等基礎知識來分析和解決化工生產過程中的工程問題,在培養化工技術人才中擔負著由理及工、由基礎到專業的過渡,在培養學生運用工程觀點分析解決化工實際問題方面起著重要的作用。該課程有如下教學特點:涉及的知識面廣泛。
學生需具有高等數學、制圖、物理、物理化學及計算技術等先修課程的基礎知識。工程實踐性強。要求學生對于化工生產過程及設備有感性認識與了解。各單元操作過程相互獨立。遵循的原理和法則各不相同,每一單元操作均可獨立講授、單獨使用。設備類型多種多樣,且結構復雜。為了便于學生的理解和掌握,需配以大量的掛圖或設備模型。各種操作現象抽象,難于理解。老師授課時為解釋清楚,需花費大量時間。大量利用公式、半經驗公式或關聯式進行計算,學生記憶困難。
高職院校的《化工原理》課程改革,必須轉變教育思想,從根本上打破學科教育的模式,針對學生基礎普遍較薄弱的特點,降低理論要求,建立以職業能力培養為根本的課程體系,打破理論課程與實踐課程的界限,加大實踐教學比例,突出實踐技能的培養。
1課程內容的改革
《化工原理》課程經過近百年的發展完善,形成了一套完整嚴密的理論體系,這對于注重知識的系統性和全面性的普通高等教育,會給教學帶來很大方便,但這種完整的理論體系卻不適合高職教育的培養目標的要求,本著“以應用為目的,必需夠用為度,加強針對性實用性”的方針,必須對該課程的傳統內容實行必要的整合。根據高職高專教學特點,將教學內容分為兩個模塊,即基本理論知識模塊和設備知識模塊。
1.1基本理論知識模塊
內容包括各單元操作的基本概念、定律、原理闡述,過程設備的基本計算。由于高職教學中理論學時少,學生基礎較薄,本模塊對原來的理論內容進行合理的精簡,例如刪除應用性不強的內容:傳熱中的熱輻射、因次分析法等內容,吸收中傳質機理的內容等;精簡公式的理論推導,甚至直接寫出公式:簡化流體動力學中的伯努利方程推導,重點講解該方程的應用和延伸。精簡后的基本內容不脫離大綱要求,能夠精、深、突出基本概念與共性規律。通過基本內容學習。要求學生掌握化工單元操作中最基本的共性規律知識。同時為了突出該課程的工程實踐性,學習用基礎理論知識去解決實際工程問題,拓寬的知識面,將與生產實際密切聯系的內容適當補充進去,例如在離心泵一節中,分析討論:如何判斷汽蝕的產生?離心泵打不上液體的原因有哪些?在傳熱中討論:什么是換熱器的“水錘”現象?生產中為什么不采用過熱蒸汽加熱?在精餾、吸收章節中分析討論:進料量的大小對精餾塔操作有什么影響?溫度或壓力變化對塔的產品質量有什么影響?等等。這些內容即將理論聯有實際,又是學生工作后要面對的操作問題,有很強的針對性和實用性,容易激發學生的學習興趣。
1.2設備知識模塊
內容包括典型設備的構造、性能、操作原理。本模塊主要通過多種實訓來強化學生的設備知識,操作技能。通過單元操作仿真實訓,加強理論知識的理解和掌握,使學生掌握各個基本單元過程的操作控制和調節方法,培養分析和解決生產操作中各種工程技術問題的能力;通過單元操作實訓,使學生對生產設備具備實際操作技能,以便學生日后能對現行的工業生產過程進行管理,使設備能正常運行;通過課程設計使學生綜合運用所學基本理論,對化工過程設備進行工藝設計或設備選型,以便學生日后能對現行的生產過程及設備作各種改進以提高其效率,從而使生產獲得最大限度的經濟效益。
2教學手段的改革
《化工原理》課程是一門工程實踐性很強的課程,它涉及眾多大型化工設備結構、復雜的操作原理及流程、大量的工程計算。采用傳統教科書+黑板的教學模式,教師難講,學生難學,因此教學手段的改革應是教學改革的重點。為了適應現代教育技術發展的需要,滿足教學手段改革的需求,我們開發制作了《化工原理》多媒體電子教案。該電子教案針對高職教學,合理的對教學內容進行整合,精心編寫腳本,開放實用的制作平臺更有利于教學過程中對其進行修改。
實踐證明,由于多媒體教學能夠把抽象的概念或過程形象地展示,動態地展示設備結構、操作原理、工藝流程中物料的流動情況,使原本難講難學的教學內容更直觀、生動、形象,降低了教學難度,學習效果顯著提高。利用多媒體教學能夠精確做圖,進行過程分析,并能方便地多次重復再現整個分析過程,減少了教師在課堂上板書時間,從而使教師將精力與時間更多地集中在知識的講解和與學生的交流上,每節課可以節約25%的時間,利用這段時間對重點內容進行討論或結合生產實際的操作方法討論,這既強化了基本知識的應用,又是對教學內容的深化和補充。
3突出實踐教學
高職學校的教學特點是實踐課時較多。這給學生提供了理論聯系實際的極好機會:一方面實踐可以加深對該課程理論內容的理解,另一方面可經常用所學理論知識去認識實際,提高解決實際問題的能力。而且,理論教學與實踐教學的相互交叉和反復循環,從人類發展規律看,該方式符合人類從實踐到認識到再實踐再認識的發展規律;從培養學生思維能力角度看,反復的實踐活動能鍛煉學生理論知識的縱向連貫性思考和橫向分類思考,有利于培養學生良好的思維方式,使相關的理論知識轉化為個體經驗。為了強化學生實際操作的能力,《化工原理》的實踐教學由三部分組成:化工單元操作仿真實訓、化工單元操作實訓、化工原理課程設計。對實訓內容、過程、效果進行全程設計與控制,通過實訓,使每一各學生成為能熟練操作的合格技術工人,這也是職業教育的優勢所在。
3.1化工單元操作仿真實訓
采用北京東方仿真控制技術有限公司的DSC仿真培訓系統,利用計算機真實地再現生產中的基本單元過程,使學生在一個與化工生產控制室一樣的操作環境中,通過親自動手,反復操作,將所學的理論知識與實際生產緊密地結合在一起,加深理解化工單元過程及設備的基本原理,熟練掌握各個單元過程的實際操作技能,培養分析和解決生產操作中各種問題的能力。實踐證明,化工單元仿真實訓餌決了學生到現場實習只能看,不能動手,無法達到實習目的的弊端,極大地提高了學生的學習興趣和能動性,為學生畢業后能迅速上崗操作奠定良好基礎。
3.2化工單元操作實訓
學生在單元仿真實訓之后,對生產中的真實設備進行操作技能的培訓,使學生掌握化工單元過程設備的結構、原理以及各種性能數據的測定方法和整理的方法,以便學生日后能根據不同的生產任務進行過程和設備的選擇、調節,進而實現過程和設備的最優化操作,提高經濟效益。例如在離心泵單元的實訓中,布置給學生的實訓任務是:已知一管路輸送系統的管徑、管長、管件和閥門的設置、流體輸送量及供液點和終點的操作壓力、相對位置,現有一臺離心泵,但性能參數丟失,試設計一個實驗,核實該泵是否能完成規定的輸送任務。這樣由學生設計實驗內容、流程、要用的儀器、要測定的數據,變被動為主動,激發實訓興趣,提高實訓效果。
3,3《化工原理》課程設計
《化工原理》課程設計綜合應用《化工原理》和有關先修課程所學知識,以單元操作為主進行設計的實踐環節。通過這一環節,學生可以掌握化工設計的基本程序和方法,并在查閱技術資料、選用公式和計算方法,用簡潔文字、圖表表示設計結果及化工制圖等能力方面,得到一次基本的工程實踐訓練。在課程設計中,尋找一些科研或生產中的實際問題作為題目,使學生有真實的感覺,而且許多生產實際的要求和書本理論有時并不完全相同,有很多實踐經驗的因素,這更能體現工程實際問題的特點。從工程實際出發,學會分析解決工程技術問題,是《化工原理>課程教學的一項重要任務。
4改進教學方法
課程講授不僅是傳遞人類文化知識體系,而且是促進學生認識、能力、技能等全面發展的手段,而講授方法將直接影響以上各項目標的實現,為此必須改進教學方法。
《化工原理》課程是以數學、物理、物理化學等自然科學的基礎知識、基本理論分析解決化工單元操作問題的工程學科。本課程與工程實際緊密結合,但工程問題具有非線性、復雜性的特征,導致了處理工程實際問題的方法的多樣性。因此,在教學中應突出實驗研究法、數學模型法、當量法、過程分解法及參數綜合法等工程問題處理方法的應用。同時,根據“三傳”的相似性,應突出類比推理的方法在教學過程中的應用。