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關(guān)鍵詞:無機化學實驗;反應(yīng)速度;反應(yīng)級數(shù);活化能;實驗改進
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:B 文章編號:1009-8631(2010)02-0168-02
“化學反應(yīng)速率與活化能的測定”是本、專科化學專業(yè)無機化學、基礎(chǔ)化學實驗中的一個必做實驗。我校多年來采用北京師范大學無機化學教研室主編的《無機化學實驗》和蔣碧如等編的《無機化學實驗》教材進行實驗教學。按這兩套《無機化學實驗》教材進行實驗,學生做實驗時試劑浪費嚴重,儀器損壞多,并有一定污染。儀器使用多,操作不便,特別是溫度對反應(yīng)速率的影響實驗,學生實驗的結(jié)果與文獻值相差較大,易造成學生失去實驗興趣與信心。雖然楊金香等主張實驗微型化,王立平、李淑新等對微型實驗進行過初步探討,提出有益的實驗教學經(jīng)驗,但用量過小也導致誤差較大。經(jīng)過幾年的摸索及實踐。我對該實驗的試劑用量及操作方法進行了改進,特別是應(yīng)用在我院化學專業(yè)07、08、09級學生的無機化學實驗教學,既達到環(huán)保目的又方便操作易做,教學效果良好。比照如下:
1、實驗方法的改進及比較
1.1 濃度對反應(yīng)速率的影響
在室溫條件下,用吸量管分別量8.0 mL 0.20 tool?L-1KI溶液、3.0 mL 0.01tool?L-1Na2S202溶液和1.0 mL 0,20 g?dm-3淀粉溶液,加入100mL、錐形瓶中,混合均勻。然后用另一吸量管取8.0mL 0.2tool?L-1(NH4)2S2O8溶液,迅速加入上述混合液中,同時啟動秒表,并不斷搖動,注意觀察。當溶液剛出現(xiàn)藍色時,立即按停秒表,記錄反應(yīng)時間和室溫,用同樣辦法重復實驗編號4-5號,計算相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)貼人表1。
從表1中的實驗編號1、2、3的數(shù)據(jù),以lgu對l g[S2O8]作圖得到一條直線(圖1),同理利用編號1、4、5的數(shù)據(jù),以lg u對lg[I-]作圖得到一條直線(圖2)。這兩條直線斜率分別m≈1,n≈1,此乃所求的反應(yīng)級數(shù)m+n=2。如圖所示:
從圖示可看出,改進后實驗完全符合所求的反應(yīng)級數(shù)m+n=2的實驗要求。且學生做實驗結(jié)果成功率達100%,比教材(見表2)的數(shù)據(jù)處理及操作更簡便,特別是節(jié)約試劑近三分之一。
1.2 溫度對反應(yīng)速率的影響
按表l改進實驗中試劑用量編號4進行實驗,把KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加到100 mL錐形瓶中,并把(NH4)2S2O8溶液加在另1支試管或50 mL錐形瓶里,然后將它們放入盛有比室溫低10K的冰水浴中,預冷2-3分鐘使溶液溫度達恒定,測量溫度。記下溫度后,迅速將(NH4)2S2O4溶液加到KI等的混合液中,立即記時,并搖動瓶子,當溶液剛出現(xiàn)藍色時迅速按停秒表,記錄時間和溫度。用同樣的方法將反應(yīng)物的溫度分別加熱到高于室溫20K、30K、40K,用HH?s型恒溫儀恒溫,測定反應(yīng)所需的時間和溫度,實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果如表3。
利用實驗數(shù)據(jù)(表3數(shù)據(jù))及結(jié)果計算出lg k,再以lg k對1/T作圖得出一條直線。如圖3所示:
按Arrhenius公式計算其活化能的平均值。由直線斜率等于-Ea/2.30R可求反應(yīng)的活化能(Ea=2.755×19.147=52.766kJ?mol-1),與文獻值Ea=51.8kJ?mol-1相差很小。測定活化能按教材[2]取五個點的辦法比教材[1]只取三個點的辦法測定結(jié)果誤差小做材允許10%,改進后誤差在1.8%以下)。教材[1-2]中的試劑用量實驗及結(jié)果如表4:
2、比較結(jié)果與結(jié)論
學生實驗以50人一個班級,2人一組合作進行實驗,按教材的試劑用量,與實驗改進后的試劑用量,統(tǒng)計并比較如下(見表5):
通過上述數(shù)據(jù)和改進實驗結(jié)果比較可看出改進后的實驗有如下優(yōu)點:
2.1 試劑與儀器用量少,實驗時間縮短了。誠然,實驗時間過短(不易測準時間)也會造成測定誤差大,但本實驗方法經(jīng)多次試驗,沒有因?qū)嶒灂r間縮短影響測定結(jié)果。
2.2 經(jīng)濟實惠。對比表1和表2,及表5可看出改進后,實驗所用試劑比教材的試劑用量少近三分之二,節(jié)省試劑。改進后的實驗經(jīng)濟適用,節(jié)約實驗成本。同時降低污染,符合環(huán)保原則。
2.3 以試劑瓶配吸量管共用代替各組學生分別用的量筒,使用儀器數(shù)量少(經(jīng)統(tǒng)計改進實驗前,實驗儀器總用量達518件次,改進實驗后只有241件次),取量試劑方便準確,不會造成混亂和取量不準確導致的誤差,用100 mL錐形瓶(為避免碘揮發(fā),可用一橡皮塞塞住瓶口)代替常規(guī)實驗中的燒杯和玻璃棒。易搖動攪拌,操作簡單,避免玻璃棒攪拌的麻煩,減少儀器破損,比教材的方法更簡便。
隨著時代進步,實驗條件和實驗環(huán)境都有了很大的改變,傳統(tǒng)的實驗教學方法在新的形勢下也遇到了不少問題:首先,在實驗教學中,最經(jīng)典的教學方法是通過教師講解實驗原理、實驗方法、告誡注意事項,然后學生開始動手操作。現(xiàn)在存在的最大問題是很多學生只會按照步驟一步一步操作,具體每一個步驟所包含的意義以及是否可以調(diào)整都不清楚,對實驗的主觀能動性不夠。對很多學生來講,實驗課所起的作用主要是熟悉了基本的試劑和儀器,實驗結(jié)束以后幾乎沒什么印象。其次,部分學生為了取得好的成績,過于看重實驗結(jié)果,并造成了一些負面影響,比如有些學生從其他同學那里打聽到相關(guān)實驗方面的信息,根據(jù)其他人的情況,抄襲甚至編造實驗結(jié)果,對實驗原理和實驗過程中所學的知識重視不夠,長久積累下來,實驗課所提供的能力培養(yǎng)成為空談。
為了應(yīng)對新形勢下教育教學的變化,提高實驗教學的效果,在日常教學中做了新的嘗試,不斷思考改革完善實驗教學過程,以期達到更好的教學效果。我們從以下幾方面入手,并取得了一些經(jīng)驗(如圖1所示)。
一、明確目的,把握整體
《動物生物化學實驗》的課程安排是由10個小實驗和1個綜合性的大實驗組成的,每個實驗從表面上看都有很強的獨立性,相互之間聯(lián)系不大,但其實不然,整個實驗的安排有內(nèi)在的聯(lián)系,組成了一個統(tǒng)一的整體,使學生在學習實驗理論、培養(yǎng)動手能力的同時,對整體動物生物化學的理論課程有了更加深入的理解和認識。
為了達到好的教學效果,在每次實驗前進行講解時,都要首先明確每個實驗的目的,使大家能更好的理解為什么要做這個實驗,這個實驗有什么實際或者理論上的應(yīng)用。目的明確了,才能使大家理解更深,知識掌握也更全面。除了明確每個實驗的目的外,在給學生講解實驗的時候,還需要把看似獨立的一個一個的小實驗,放到實驗的整體背景下,讓學生對每個實驗存在的地位和目的有整體上的把握,盡量減少“只見樹木、不見森林”情況的出現(xiàn)。根據(jù)實際效果來看,通過把每次實驗的背景和意義都講解清楚,學生對實驗課的理解就更深入,減少了每個具體實驗學習的時候都明白但在整個實驗課都學完后又糊涂的現(xiàn)象,提升了整體的教學效果,也加深理解相關(guān)的理論知識。
二、做好預習,認真準備
學習知識的時候,預習是必不可少的一個環(huán)節(jié),很多時候?qū)W生在學習理論課的時候,還能夠進行預習,但對實驗課的課前預習重視不夠。每次實驗結(jié)束后,筆者都把下一次要做的實驗告訴大家,在下一次實驗前需要預習,預習的重點有兩個方面:一個是實驗的基本原理,因為實驗是與理論課相結(jié)合的,所以實驗的基本原理學生基本很容易就可以掌握。預習的重點就更側(cè)重另外一個方面:實驗步驟。預習不僅僅是把實驗步驟簡單看一下,了解一下要做的實驗過程,筆者要求大家能把實驗步驟總結(jié)出來,最好能做成一個簡易的流程圖,在不看課本實驗報告的時候能夠把實驗步驟背出來。比如在《動物組織中DNA的提取》實驗中,至少讓大家總結(jié)出來實驗步驟是取組織破碎細胞去除RNA去除蛋白質(zhì)和其他雜質(zhì)沉淀DNA。這樣在進行實驗時,學生就會對整個實驗有所了解,有效地避免了很多學生看一個步驟,做一個步驟,最后不了解自己到底做了什么的情況出現(xiàn)。
實際上預習可以看作是學生對實驗課理論知識的準備,除了理論知識準備外,還需要作實驗材料、實驗試劑以及器材的準備,而實驗試劑及器材的準備在實驗教學中往往容易被忽略,因為這些一般都是實驗教師提前準備好的。學生做實驗的時候基本都是按照實驗步驟,找到相應(yīng)的已經(jīng)準備好的試劑器材取用,往往對試劑或者器材本身的作用和特點忽略掉。筆者在上課時常常告誡大家:“做實驗和做菜很相像,做菜的功夫固然重要,但是食材的準備隱含的東西在某種程度上更為關(guān)鍵”。例如蛋白質(zhì)鹽析實驗中最重要的是飽和硫酸銨試劑,大家取用的時候常常發(fā)現(xiàn)燒杯玻棒包括手上經(jīng)常會粘上白色粉末狀物質(zhì),這個試劑筆者常常讓學生在上一個實驗結(jié)束的時候,挑兩個同學當面配置,這樣大家對飽和硫酸銨試劑的配置過程就有了了解,對于飽和硫酸銨中硫酸銨的量有了直觀認識,有助于大家理解鹽析的原理,下次取用試劑時也會注意到很多細節(jié),比如取用過后迅速洗干凈容器等,養(yǎng)成一個良好的習慣,認真的實驗準備對提高實驗教學能帶來事半功倍的效果。
三、嚴謹操作,緊抓細節(jié)
記得筆者上大學實驗課的時候,筆者的老師就教導我們“實驗課最重要的不是獲得了一個好的實驗結(jié)果,也不是學會了操作一個儀器,最重要的是養(yǎng)成了一個好的習慣,一個科學的做實驗的習慣”。筆者對這個思路是非常認同的,實驗理論可以學習,實驗操作經(jīng)驗可以慢慢積累,唯有實驗習慣很多時候一養(yǎng)成是陪伴終身的。那么如何培養(yǎng)好的實驗習慣呢?筆者的做法是從細節(jié)入手,從一進入實驗室開始,就從細節(jié)上對大家嚴格要求,從最基本的桌面整潔做起,試劑歸類放置好,并在實驗過程間隙隨時整理。整個實驗過程是由一個一個儀器的小操作集合而成的,如果僅僅籠統(tǒng)的要求大家認真做實驗,并不能起到很好的效果。在做實驗前,筆者會把重點儀器的實驗規(guī)范教給大家,比如移液器的用法、離心機的用法等,尤其在大家進行操作的時候,筆者會不斷巡視,發(fā)現(xiàn)問題及時糾正,有些共性的容易犯錯的地方,再召集大家強調(diào)一下。很多儀器在多個實驗中都會用到,這樣經(jīng)過多次使用鞏固以后,基本做到了每個學生對儀器都能按照正確操作流程進行操作,養(yǎng)成了一個良好的習慣。
四、課后報告,完善總結(jié)
由于實驗課程的特殊性,實驗課的成績在很大程度上都是實驗報告的成績決定的。在早期的實驗教學中就發(fā)現(xiàn)很多學生為了實驗報告更出色,對實驗結(jié)果進行修改抄襲甚至編造,由于每位實驗教師經(jīng)常要面對20~30位學生,即使把實驗結(jié)果記下來,也不能及時杜絕這種現(xiàn)象。
筆者在教學中不斷摸索總結(jié),提出了一個新的解決問題的思路,在每次上課前都會給學生講清楚,一定要如實記錄實驗結(jié)果,如果發(fā)現(xiàn)有抄襲甚至偽造數(shù)據(jù)等有違科學精神的行為,本次實驗成績一律0分。這樣從打分制度上進行了小的修改,結(jié)果是顯而易見的,學生在做實驗準備時比原來認真多了,并且也嚴格按照操作規(guī)程來進行,因此就取得了較好的實驗結(jié)果,有些偶然因素或者失誤導致的結(jié)果不理想,學生都能積極主動的要求重復實驗,有些客觀原因不能重復實驗的,就把實驗失誤的原因分析清楚,一樣可以取得好成績。
通過這樣一個小小的改革,結(jié)果是顯而易見的,已經(jīng)杜絕了完全追求實驗結(jié)果的現(xiàn)象,大家的精力被吸引到了認真準備和謹慎操作上面,同時對實驗過程及出現(xiàn)的結(jié)果,學會了進行詳盡的分析總結(jié),即使沒有取得預期的實驗結(jié)果,也能從里面學到很多知識,為以后的學習打下堅實的基礎(chǔ)。
在新的形勢下,《動物生物化學》實驗教學也面臨著新的機會和挑戰(zhàn),這就要求教育工作者要不斷開拓思路,適應(yīng)外界環(huán)境的改變,提出新的方法和見解,從調(diào)動學生學習的主動性入手,努力把學生培養(yǎng)成高素質(zhì)的人才。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:無機化學實驗;教學;創(chuàng)新
化學是一門理論與實踐相結(jié)合的學科,通過理論基礎(chǔ)的指導,加上化學實驗的探究,更進一步地深化對化合物的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等方面的了解。化學學科的學習是離不開實驗探究的,實驗教學是化學教學的重要基本環(huán)節(jié)和手段,尤其在培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力等方面具有重大意義[1]。在高等教育化學專業(yè)的學習中,無機化學實驗教學是化學實驗教學和化學基礎(chǔ)知識學習的基奠[2-3]。無機化學實驗主要面向的是剛剛步入大學的大學一年級新生,他們對化學學科的了解還只在高中的書本知識上,對于化學實驗的操作知之甚少。面對不同的學生、不同的時代,無機化學實驗這門學科也應(yīng)與時俱進,及時總結(jié)以往的教學和管理方面的經(jīng)驗,適時調(diào)整,以適應(yīng)新形勢下的大學生對知識的需求。
1了解學生學習情況,創(chuàng)新無機化學實驗教學
新時代的大學生具有思想政治意識薄弱、特立獨行、缺少思想獨立性、功利心重和合作意識弱等特點。在學科教學開展前,首先要了解學生的基本狀況,結(jié)合以往的教學經(jīng)驗,適時調(diào)整教學安排。大一新生剛剛接觸化學實驗會有許多新奇感,教師們就可抓住這個心理,在無機實驗的安排上加入一些操作簡單、現(xiàn)象明顯、與無機化學知識結(jié)合較為緊密的課程,如堿式碳酸銅的制備、過氧化鈣的制備等實驗內(nèi)容。由于大一新生對化學實驗的了解還停留在高中所學,所以在教學過程中,要應(yīng)材施教,對實驗藥品的原理、用量、操作等方面要詳細講述,把學生的化學基礎(chǔ)打扎實。在無機化學實驗教學中,可安排一至兩個創(chuàng)新實驗,由學生提出實驗方案,教師把關(guān)調(diào)整實驗內(nèi)容,指導學生操作,以此作為學生學業(yè)成績的評定標準之一。這樣不僅可以豐富無機化學實驗的內(nèi)容,還可提高學生對無機化學實驗的興趣,為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才做好鋪墊。
2及時調(diào)整實驗教學內(nèi)容,創(chuàng)新無機化學實驗教學
教學崗位本身就是一門“以學為主,以教為輔”的崗位,在教學開展過程中要實時跟進學科知識,及時完善和豐富自身所學。在無機化學實驗的教學中,不僅要掌握學生對知識的接受程度和心理動向,還應(yīng)根據(jù)往年實驗開展的情況,調(diào)整實驗內(nèi)容。我院無機化學實驗課程會根據(jù)以往授課情況及學生接受程度做相應(yīng)的調(diào)整,例如:(1)《硫酸亞鐵銨的制備》實驗,書本上要求的實驗原料為鐵屑、碳酸鈉、3mol/L硫酸、硫酸銨等。通過以往的教學經(jīng)驗,我們將原料中的碳酸鈉改為2mol/L氫氧化鈉,這樣的改變在一定程度上提高了實驗的效率。(2)《硫代硫酸鈉的制備》實驗,書本上要求的是用硝酸銀作現(xiàn)象檢驗,通過對產(chǎn)物硫代硫酸鈉做鑒定,檢驗硫代硫酸根離子。我們要求學生分別用兩支試管,一支加入硫代硫酸鈉溶液,一支加入亞硫酸鈉溶液,然后分別滴入過量硝酸銀,觀察實驗現(xiàn)象。這樣的改變可以加深學生對各化學物質(zhì)性質(zhì)的了解,并更為深刻地熟悉實驗內(nèi)容。(3)在一些污染度較高的實驗中,如不是經(jīng)典實驗,可做刪減或做好廢液處理工作,減少對環(huán)境的污染。
3考試以平時講授為主,研究型課題為加分項,創(chuàng)新無機化學實驗教學
無機化學實驗課程是向大一新生開設(shè)的一門基礎(chǔ)實驗課,學生的實驗基礎(chǔ)較薄弱,所以在無機化學實驗考試中仍要以平時講授課程內(nèi)容為主,對學生進行手把手地教授實驗內(nèi)容,幫助學生盡快掌握無機實驗的基礎(chǔ)知識,增進學生對無機化學實驗的了解,加強學生的動手能力。此外,為了推進創(chuàng)新型科研人才的培養(yǎng),加強學生的自主動手能力的提升,我院不僅為學生開設(shè)了微課,讓學生自己上一堂實驗課,并自查自糾,及時發(fā)現(xiàn)實驗和教學中的問題,還為學生的自主創(chuàng)新提供了發(fā)展的平臺。我們鼓勵學生提供創(chuàng)新實驗的方案,學院為學生提供實驗原料和用具,這些內(nèi)容都作為學生考試成績的評估標準。通過這樣一個開放式的教學平臺,學生們的積極性和主動性被充分調(diào)動起來,為促進學生掌握無機化學實驗打下了堅實的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:無機化學實驗;實驗教學;教學研究
化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科,在化學教學中化學實驗尤為重要。無機化學實驗是化學相關(guān)專業(yè)學生進入大學后接觸的第一門實驗課程,但長期以來師生對這門課程的認識存在一定的偏差。由于無機化學實驗中與高中化學聯(lián)系較多,還存在實驗理論簡單、藥品常見、器材普通、操作簡單等特點,很容易忽視無機化學實驗。在具體的教學的過程中,實驗指導教師的講解大多流于形式,學生也存在“按方抓藥”完成實驗,沒有多大難度,作為一門考查課幾乎所有學生都可以順利通過。長此以往,學生不重視無機化學實驗,把完成實驗當成任務(wù),教學效果可想而知,開展無機化學實驗教學改革刻不容緩。筆者結(jié)合自己七年的教學實踐,對地方性本科師范院校無機化學實驗教學進行了探討。
一、教學內(nèi)容的合理優(yōu)化
隨著社會的發(fā)展,知識全面和專業(yè)技術(shù)能量強的人才更加受用人單位的青睞,而傳統(tǒng)的高等教育注重知識傳授,對學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)稍顯不足[1]。綜合素質(zhì)就是學生獲得的知識和技能,并且內(nèi)化于心,再逐漸形成穩(wěn)定的個人能力和科學素養(yǎng)[2]。培養(yǎng)學生的素質(zhì),不是簡單的直接從書本上獲得,而是要把新學習的知識運用到實際中,從而提升自己。結(jié)合七年的無機化學實驗教學,發(fā)現(xiàn)北京師范大學無機化學教研室等編寫的《無機化學實驗》(第四版)較為適用于我校化學專業(yè)學生。在在制定《無機化學實驗》教學大綱時,在借鑒省內(nèi)外同類高校的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,也考慮到所招學生的知識水平情況,制定除了合理的可行的方案。教學內(nèi)容中要注重體現(xiàn)下列能力的培養(yǎng),觀察能力、實驗操作能力、思維能力、自學能力和創(chuàng)新能力。無機化學實驗主要分為兩部分,化學原理部分和元素部分。上學期開設(shè)的化學原理實驗多數(shù)可以在規(guī)定的學時內(nèi)完成,下學期開設(shè)的元素性質(zhì)實驗內(nèi)容一般較多,在有限的學時內(nèi)很難完成,且有的與高中化學實驗內(nèi)容重復,有必要對實驗內(nèi)容進行優(yōu)化。在選擇實驗內(nèi)容時也要考慮到環(huán)保問題,盡量做到廢物的無害化排放,如存在有害物質(zhì)的產(chǎn)生要讓學生思考如何解決,做到實驗的綠色化[3]。在實驗教學經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上,結(jié)合實際情況編制實驗指導書或?qū)嶒炛v義其實是個很好的辦法。實驗指導書的內(nèi)容可以包含:實驗安全知識、化學實驗基本操作、化學反應(yīng)原理的證明和測定、元素及化合物的化學性質(zhì)、化合物的制備等。學生在高中階段的實踐機會不多,動手能力不強,要給學生盡可能多的機會訓練。作為未來的化學教師,實驗操作的規(guī)范化是重中之重,在教學中要體現(xiàn)出來。實驗指導書的內(nèi)容不用太多,只列出要求和注意事項,即使實驗步驟也要簡單化,要求學生在實驗前查閱資料做好準備,盡可能把更多的時間交給學生,讓學生有更多的時間思考解決問題,把教學重點從老師“教”轉(zhuǎn)移到學生“做”上。除了參考書上的實驗,實驗教師也可以結(jié)合無機化學理論和自己的科研實際情況,在第二學期開展創(chuàng)新型實驗,給定幾個題目,讓學生查閱文獻資料,自己設(shè)計方案,老師在全程起到“導”的作用。實驗技術(shù)和實驗設(shè)備的改進也要融入到平時的實驗教學中,教師在講授時可以結(jié)合自己的經(jīng)驗積累和無機化學實驗方面的實用新型發(fā)明拋磚引玉,鼓勵學生大膽創(chuàng)新,培養(yǎng)有想法的化學教師。
二、教學方法的多樣化
傳統(tǒng)的實驗教學是實驗教師講授實驗理論、操作步驟和注意事項,學生在下邊被動的聽,這種模式和理論課程的形式非常相似,教學效果一般,學生的參與課堂較少,學習興趣一般,教學效果不顯著[4]。實驗課程的教學和理論教學一樣,同樣需要加強師生之間的互動。教師要關(guān)注學生的學習,在每次實驗課結(jié)束前留足夠的時間提出問題,可以采用啟發(fā)式、討論式等教學方法。指導教師可以引導學生進行討論,最后再給出答案和建議。這樣可以檢查學生之前預習的情況,以及學生對本次實驗的掌握情況,可以有效的提升學生的學習動力,有利于促進教學。要改進傳統(tǒng)的教學模式,化學專業(yè)培養(yǎng)的是未來有高素養(yǎng)的化學教師,應(yīng)該給學生一定的發(fā)揮空間,給學生一個機會當老師。在第二學期可以選擇個別簡單實驗,讓學生準備實驗儀器、藥品,備課,講解實驗,課堂演示,之后其他同學發(fā)表看法,指導教師再進行總結(jié)。這種教學方式的實施,有利于提高學生學習的積極性主動性,鍛煉學生提升學生的綜合素質(zhì),也培養(yǎng)了學生的師范技能。在開展無機化學實驗教學時,多媒體教學的教學比傳統(tǒng)的方式有更好的效果[5]。一直以來,課堂板書和課堂演示是實驗教師常采用的兩種教學形式,存在一定的不足。課堂板書有限,內(nèi)容有限并且大多數(shù)以文字的形式呈現(xiàn)出來,略顯枯燥。在課堂上,學生與指導教師有一定的距離,有的實驗顏色較淺或顏色變化不明顯,課堂演示效果不突出。如把多媒體引入課堂,動畫演示實驗操作顏色鮮艷,可以呈現(xiàn)更豐富的內(nèi)容,學生更容易觀察理解。我校在每年的第二個學期舉辦化學實驗技能大賽,已經(jīng)舉辦了兩屆。參加競賽的學生先通過理論測試選拔,然后再參加實踐測試。理論知識測試主要有無機化學、分析化學、有機化學的基本實驗知識,參加選手主要化學、化學工程與工藝、環(huán)境工程、礦物加工工程、冶金工程、生物等專業(yè)大學二年級以上的學生。實踐測試主要是無機化學、有機化學、分析化學的綜合實驗,主要關(guān)注學生的實驗設(shè)計能力、實驗操作的規(guī)范性。實驗技能大賽已的開展取得了良好的效果,提高了學生學習化學實驗課程的興趣,也促進了實驗教學。
三、多元化的考核方式
無機化學實驗雖然是必修課程,但傳統(tǒng)的考核方式為考查,側(cè)重于學生對實驗理論的理解或?qū)嶒灢僮髑闆r。多數(shù)學校的實驗課程的考核包括以下幾個方面:考勤、預習實驗報告、課堂實驗表現(xiàn)、實驗報告、期末考核(理論考試或?qū)嶒灢僮骺荚?。對于這種考核方式,看似全面,但要真的全面考核一個學生還在執(zhí)行上有一些問題值得商榷。對于出勤問題,筆者認為正常的實驗課程就應(yīng)該參加,沒有按時參加的可以通過做來解決。對于出勤,在總成績中可以體現(xiàn),但比例應(yīng)控制在較小范圍內(nèi)。對于預習實驗報告的去留問題很多老師觀點不一,預習實驗報告的書寫,可以讓學生對實驗內(nèi)容有一定的認識,對實驗的開展有一定作用,但如果不思考、不認真查閱資料,預習實驗報告的作用就微乎其微了。預習實驗報告的內(nèi)容和實驗報告的內(nèi)容有很多是重復的,有無必要再次書寫?本人覺得預習實驗報告和實驗報告可以合二為一,可以給學生更多的時間查閱文獻資料做好實驗課前的準備,在實驗結(jié)束后學生有足夠的時間反思總結(jié)。二者統(tǒng)一的關(guān)鍵的是要檢查學生的實驗預習情況,讓學生養(yǎng)成良好的習慣。課堂表現(xiàn)是檢驗一個學生學習情況的重要標準,在實驗總成績中應(yīng)該占較大比例。由于最近幾年擴招等問題,學生分組后,每組的人數(shù)在20人左右,每小組1人,獨立完成實驗,僅靠一個實驗教師來觀察指導學生實驗可以想象。類似的問題許多西部地方本科師范院校都存在,可否減少小組學生數(shù)或增加實驗指導教師,這也是以后實驗教學改革的方向。實驗報告反應(yīng)了學生對實驗的掌握情況,要鼓勵學生多反思多總結(jié),在總成績中應(yīng)占一定比例。對于最后的測試,在學生的實驗成績中可以占一定的比例。筆者根據(jù)多年的教學經(jīng)驗,建議同時開展實驗理論考試和實踐考試,才能全面反映學生對這門課程的掌握情況。實踐課程的考核和課堂表現(xiàn)考核存在同樣的問題,就是考核的工作量大,直接影響考核的準確性[5]。無機化學實驗的考核改革還需要不斷的實踐探索,更一步完善合理可行。
四、結(jié)語
當下,素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育已全面展開,時代對化學教師也有了更高的要求。扎實的理論知識和過硬專業(yè)技能是化學專業(yè)學生人才,是培養(yǎng)方案的要求,對于高校化學教師來說責無旁貸。要培養(yǎng)優(yōu)秀的學生,對教師也是提出了要求,教師也要不斷提升自己的。高校教師經(jīng)長期的實驗教學,積累了豐富的經(jīng)驗掌握了很多實驗技巧,在平時的教學過程中要滲透給學生。經(jīng)過幾年的教學實踐改革,學生的學習積極性有了一定程度的提高,分析和解決問題的能力也得到了提高,學生的綜合能力也在不斷進步。無機化學實驗的教學改革任重道遠,不斷總結(jié)教學,開拓實踐課程教學的新思路,才能培養(yǎng)出更多能力強、素養(yǎng)高、合格的化學教師。
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關(guān)鍵詞:無機化學實驗;教學質(zhì)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(yè)的學生開設(shè)的一門專業(yè)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(chǔ)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(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和正確的科學研究方法,提升學生的實踐動手能力與創(chuàng)新精神,為后續(xù)實驗課程的學習打下良好的基礎(chǔ)[1]。因此,無機化學實驗課程的教學質(zhì)量直接影響著高師院校所培養(yǎng)的中學化學師資的綜合素質(zhì)與能力。傳統(tǒng)的無機化學實驗教學模式已經(jīng)與學科的快速發(fā)展、專業(yè)的培養(yǎng)目標嚴重脫節(jié),極大地制約了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。如何優(yōu)化整合課程教學內(nèi)容、采用創(chuàng)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(zhì)量成為了培養(yǎng)高師院校學生的創(chuàng)新實踐能力的關(guān)鍵。為提升無機化學實驗課程的教學質(zhì)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(yōu)化課程教學內(nèi)容,著力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力
傳統(tǒng)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(zhì)實驗等驗證性實驗在教學內(nèi)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(chǔ)理論知識的理解,培養(yǎng)學生對實驗現(xiàn)象的細致觀察能力。但在教學中過多地選用驗證性實驗內(nèi)容則難以適應(yīng)學科發(fā)展的需要,不利于實現(xiàn)課程的主要教學目標――培養(yǎng)學生的創(chuàng)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(nèi)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(shè)計性實驗的數(shù)目,新開設(shè)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(shù),熟悉化合物的鑒定及組成分析方法,增強學生的實驗設(shè)計能力、動手能力,對于拓展學生的知識視野、了解學科的發(fā)展前沿、增強學生的專業(yè)綜合素養(yǎng)以及培養(yǎng)學生的科學研究與創(chuàng)新能力起到積極的作用。而趣味化學實驗內(nèi)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(yè)課程的學習與日常生活緊密聯(lián)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(jié)合教師現(xiàn)場演示,有效提升課堂教學效果
伴隨無機化學學科的發(fā)展,專業(yè)的新知識、新技術(shù)呈幾何級數(shù)增長,如何在有限的教學時間內(nèi)向?qū)W生傳輸更多的知識內(nèi)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(guī)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(guī)示范視頻采用慢速方式重復播放數(shù)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(shù)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(xiàn)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(guī)范。此外,在復雜實驗裝置的組裝、化學反應(yīng)過程的模擬等方面多媒體教學手段與傳統(tǒng)教學方式相比也具有明顯的優(yōu)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(xiàn)更佳的教學效果。不過多媒體教學這一現(xiàn)代化教學手段現(xiàn)階段仍然是實驗課常規(guī)教學手段的一種輔助,與理論課的教學不同,我們更強調(diào)教師在實驗教學中的引導作用。在講解實驗操作規(guī)范和儀器的操作步驟時必須結(jié)合現(xiàn)場演示,在學生面前將重要的實驗操作技術(shù)逐一分解,通過自己的一舉一動讓學生感受到規(guī)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(xiàn)場演示也有助于在師生之間產(chǎn)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(chǎn)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(yǎng)
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(yīng)該注重學生在課程學習過程中的實際表現(xiàn),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(jù)某學生一個學期的整體表現(xiàn)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(jù)預習報告、實驗報告的書寫質(zhì)量對學生的學習成績進行評價的片面手段,轉(zhuǎn)而重視學生在整個實驗中的具體表現(xiàn),綜合考慮實驗的預習情況、學習態(tài)度與實驗內(nèi)容的完成情況、基本操作掌握情況及臺面清潔、現(xiàn)象記錄及實驗結(jié)果、實驗報告的書寫質(zhì)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(xiàn)學生不認真完成實驗內(nèi)容而通過后期“加工雕琢”實驗報告獲得好成績的現(xiàn)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(guī)范、實驗現(xiàn)象的記錄是否完整、實驗結(jié)果是否正確、實驗態(tài)度是否端正,并可及時發(fā)現(xiàn)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(xiàn)的問題影響到后續(xù)的教學。
四、逐步實現(xiàn)化學實驗內(nèi)容的“綠色化”,培養(yǎng)學生良好的環(huán)境保護意識
環(huán)境污染問題是21世紀世界各國尤其是發(fā)展中國家所面臨的迫切問題,而化學工業(yè)作為主要的環(huán)境污染源已日漸成為“人民公敵”。實現(xiàn)化學過程的“綠色化”是改變化學及化學工業(yè)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(huán)境保護的知識,樹立“綠色化學”的良好意識對于建設(shè)大眾期望的環(huán)保性社會,消除化學對公眾的負面影響,培養(yǎng)青少年的環(huán)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(shù)高等院校的實驗室還不具備處理實驗廢棄物的儀器設(shè)備,因此這些試劑本身或者實驗過程中產(chǎn)生的廢水、廢渣極有可能對環(huán)境造成難以修復的污染。如何在教學過程中體現(xiàn)綠色環(huán)保理念,實現(xiàn)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(yīng)從實驗源頭上對污染進行防控。為此我們首先在實驗內(nèi)容的選取上遵循“5R”原則(減少用量Reduce,重復使用Reuse,循環(huán)利用Recycle,再生Regeneration,拒用Rejection)[5],盡量摒棄對環(huán)境污染大的如汞、重鉻酸鉀、苯等試劑藥品,優(yōu)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(diào)實驗產(chǎn)物與廢棄物的循環(huán)利用,通過開設(shè)“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(huán)境有毒有害的物質(zhì)在實驗室內(nèi)進行流轉(zhuǎn),防止廢棄物對土壤、大氣造成污染,不但可以節(jié)約大量的實驗藥品與經(jīng)費,而且可以向?qū)W生灌輸原子經(jīng)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(xiàn)象、結(jié)果清晰準確的前提下大幅度減少了藥品用量,不但實現(xiàn)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(xiàn)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(huán)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(huán)境所造成的污染。
五、結(jié)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(yè)學生的創(chuàng)新實踐能力已經(jīng)起到了積極的作用,為后續(xù)課程的學習打下了堅實的基礎(chǔ)。培養(yǎng)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(yōu)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(xiàn)出了良好的科研素養(yǎng),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(fā)展的腳步,利用更有效的手段與措施來發(fā)展學生的創(chuàng)新實踐能力。
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