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关键词:塑料管道 材料 应用现状
一 石化工业的发展,促进了塑料管道的发展应用
随着石油化工的飞跃发展,高分子合成树脂和各种塑料添加剂等原材料新品种的不断增加,塑料制品种类多样化,产量迅速增长。由于塑料具有资源来源丰富,有着诸多方面的优异性能,因此可以用于多种领域,特别作为建筑材料更越来越显示出它突出的特点,给社会带来显著的经济效益。因此,人们早已把塑料建材作为钢材、木材、水泥之后的第四大类的建筑材料,而逐步代替或淘汰了越来越多的传统建筑材料。塑料建材可分为五大类:塑料管材管件;塑料门窗;塑料装饰材料;塑料隔热材料;新型高分子防水材料。
在塑料建材中,塑料管道的开发时间最早,应用量最大。目前生产的塑料管道品种主要有PVC、PE、PP、ABS等系列。1835年,合成了VCM(氯乙烯);1872年制成了PVC;1936年德国开发使用塑料管材;1933年,发现PE;1939年开始LDPE的工业化生产,1958年HDPEI业化生产;1953年合成了PP等规体;1957年实现了工业生产。60年代塑料管道已得到迅速的发展,1970年国际标准化组织中专门成立了“塑料管材、管件及阀门标准化技术委员会”(ISO/TCl38),产品标准的国际化、通用化、系列化大大促进了各国塑料管道生产与应用。
二 国内外塑料管道应用规模的比较
欧洲塑料管的产量从1985年的140万吨增长到1997年的260万吨;美国PVC管由1994年的209.1万吨增加到1998年的268.6万吨,PE管由31.4万吨增长到56.4万吨,1998年塑料管材管件产量达340.1万吨;日本由1995年的50多万吨发展到1998年的产量72.3万吨。
我国塑料管道的产量由1990年的8.8万吨发展到1998年的约50万吨,虽然产量有了迅速的增长,但相对发达国家的应用规模与比例还偏小。
三 国内塑料管道的发展概况
我国化学建材(含塑料管道)的发展大致可划分为研究开发、推广应用和产业化发展三个阶段:1993年全国化学建材协调组成立前为研究开发阶段,主要工作是化学建树与设备的研究开发,开展了关键技术的攻关研究和引进创新工作,为化学建材生产和应用奠定了技术基础;1994年全国化学建材推广应用协调工作会议为标志,化学建材发展进入了推广应用阶段;1999年全国化学建材工作会议为标志。化学建树发展进入了产业化阶段。
国内塑料(给排水)管道发展纪要:
·50年代末开始开发使用塑料管道(化工行业)。
·80年代逐步将塑料管道用于建筑排水和供水系统(试点应用)。
·1981年加入ISO/TC138塑料管材、管件与阀门的国际标准化组织,1984年由中国轻工总会组建成立了全国塑料制品标准化技术委员会塑料管道分会。
·1986年,制订了建筑排水用PVC—U(硬聚氯乙烯)管材、管件标准(GB5836—1,2)。
·1988年,制订了给水用PVC—U(硬聚氯乙烯)管材、管件标准(GBl0002-1,2)。
·随后制订了相应的PVC—U管道工程设计、施工、验收技术规程:
CJJ29/30—89,CECSl7/18—90,CECS41:92
90年代以来,国内加大了塑料管道的推广力度。
·1993年出版的《城市供水行业2000年技术进步规划》中强调塑料给水管的推广应用。
·1994年2月由建设部、化工部、轻工总会、建材局、石化总公司成立了全国化学建材协调组,随后出台了《关于加强我国化学建材生产和推广应用的若干意见》。
·1997年3月国家出台了《国家化学建树推广应用“九五”计划和2010年发展规划纲要》。
·随之,全国各大城市政府部门陆续发文推荐、强制使用塑料排水、给水管道。
·产品标准及应用规程得到进一步完善,如“GB/T5836—1,2—92,BG/T10002.1—1996,DBJ/CT504,503,502,501—99。
·农业部大力推广节水灌溉农业,并在全国列出300多节水增产农业县(市)。
·1999年11月16日建设部,国家石化工业局,国家轻工业局,国家建材局,中国石化集团公司联合发文《关于加强技术创新,推进化学建材产业化的若干意见》。(11月23日,全国化学建材工作第二次会议召开)。
·1999年12月,建设部、国家经贸委、质量技监局、建材局联合出台了《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》,指出:2000年6月1日起,室内徘水管道淘汰砂模铸造铸铁排水管,推广应用UPVC排水管。室内给水管道禁止使用冷镀锌钢管,限时禁止使用热镀锌钢管,推广应用塑料给水管。
《国家化学建材产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》(征求意见稿)中提出“十五”计划发展目标:到2005年,塑料管道在全国各类管道中市场占有率达到50%以上。塑料管的推广应用主要以UPVC和PE塑料管为主,并大力发展其它新型塑料管。
2005年,在全国新建、改建、扩建工程中,建筑排水管道70%采用塑料管,建筑给水和热水供应管道60%采用塑料管,电线护套管80%采用塑料管,建筑雨水排水管道50%采用塑料管,城市供水管道(DN400mm以下)50%采用塑料管,村镇供水70%采用塑料管,城市排水管道30%采用塑料管,城市燃气管道(中低压管)20%采用塑料管。
2015年发展目标:全国新建住宅室内排水管85%采用塑料管,基本淘汰传统铸铁管。
建筑电线穿线护套管90%采用塑料管,建筑雨水排水管80%采用塑料管,建筑给水、热水供应和供暖管85%采用塑料管,城市供水管道(DN400mm以下)80%采用塑料管,村镇供水管道如%采用塑料管,城市燃气塑料管的应用量达到40%,城市徘水管道的塑料管使用量达到50%。
四 塑料管道的综合比较
1.塑料管道的应用范围
1)给水排水
2)燃气输送
3)电工套管(电线、电缆)
4)其他用途
2.塑料管道的分类比较
1)材料:
塑料管道材料的分类根据其受热变化的不同,分热塑性、热固性塑料;热塑性即受热后熔融塑化,冷却后变硬定型,这一过程可反复数次而其分子结构和性能无明显的下降;热固性即受热后,分子结构发生体型或网型交联反应而固化成型,成型固化后失去可塑性。热塑性有PVC、PE、PP、PB、ABS等材料,热固性有PEX/VPE、PF、EP等。塑料管道材料的分类基本如下:
1)TS承口溶剂粘接——UPVC、CPVC、ABS
2)R—R(橡胶圈)连接——UPVC、GRP(中、大口径)
3)(电)热熔接——PE、PP族,PB、Fe+PE
4)挤压夹紧式连接——PAP、PEX/VPE、PB、AL+PP
5)螺纹、焊接等传统方式——Fe十PVC、Cu+PE
塑料管道应用于给水、排水领域中,从用途上看可分为两大类,即排水塑料管道与给水塑料管道。排水塑料管主要有UPVC管(实壁管、螺旋消声管、芯层发泡管、径向加筋管、螺旋缠绕管、双壁波纹管),玻璃钢夹砂管(GRP),ABS工程塑料管(丙烯睛一丁二烯一苯乙烯);而给水管则出现了更多品种塑料管道,尤其是建筑(小口径)给水管道,下表列出各种塑料给水管道的用途及一些特性比较(带括号表示较少用):
初中化学新旧知识体系本身就不具备完整性,基础理论中除了部分基本概念外均未涉足,教与学本身又缺乏认知上的完整性,所以,在进行化学教学过程中不必从化学学科上一味追求知识面面俱到的完整性,或造成教学内容主次不分,详略不当,甚至把选学内容当做必修,或补充某些课外内容。
由于“一纲多本”体制的实施,作为教师使用哪种教材并不重要,重要的是要吃透新大纲,严格按新大纲规定的教学要求进行教学,将课时集中到“是什么”、“怎么做”,以及尽量让学生自己去理解“为什么”这些方面。
二、不能为了追求教学内容的难度和深度而盲目拔高教学要求
新大纲对初中化学教学内容提出了4种不同层次的要求,这些层次及其比重(用知识要点数表示)分别为:常识性介绍17、了解36、理解8、掌握13。对不同内容所规定的不同层次的要求是师生教与学中在知识的难度和深度上的限定,也是为了从根本上避免盲目拔高。
当然,对学有余力的优生,从开发智力、提高能力出发,提高一点要求是允许的,但必须考虑到学生自身的实际。
三、不得以新增知识内容为借口,任意加大课时量
鉴于日常生活、科学技术、生产劳动等实际的要求,九年义务教育初中化学教材新增加了18个知识要点,它们分别为:选学6个、常识性介绍6个、了解5个、掌握1个。不难看出,新增加部分并没有给教学增加很多困难,实际增多的课时量也很少。当然,必要的课外活动、社会实践活动仍需占用一定的课外时间,这当然是允许的。
关键词:化学史;概念发展;分段呈现;深度开发
文章编号:1008-0546(2016)01-0016-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.01.005
上世纪80年代,廖正衡在《化学哲学基础》中曾撰文提出化学与历史的结合是具有重要意义的,在化学教学中克服忽视历史的偏向,加强化学教学同化学历史的结合,就是进行化学教学改革的一个重要方面,也是提高化学教学质量的一项有效措施[1]。进入新世纪,普通高中化学课程标准也在化学课程基本理念中提出“结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势,引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法,形成科学的世界观。”[2]该理念如何落到实处,可能不是一两节课的灌输或讨论就能实现的,需要渗透在高中化学教学的始终。笔者尝试以“羧酸、酯”、“氧化还原反应”及“氨和铵盐”等高中化学的常见教学实践为例,提出化学史融入课堂教学的几种方式,在此基础上阐释化学教学中融入化学史的重要意义。
一、选取化学史素材作为引课、过渡的教学资源
选取化学史素材作为引课资源是最常见和最简单的一种融入化学史教学的教学方法。在教师的有力指导下,带领学生去发现和研究问题,使学生能保持着一种对新奇事物的兴奋感,调动学生学习主动性。高中阶段很多课题[3-4]适用该法,当然化学史素材的引课不能过简单化地进行史料呈现(就像某些课堂开始的新闻、广告视频的简单呈现),需要有意识地对化学史料进行梳理、加工,从中引出问题或研究方法,有时可以将史料适当分割,串成整节课的教学线索。本文以“羧酸、酯”(人教版《有机化学基础》选修模块第三章第三节[5])这一课时的教学片断为例:
[引课阶段]
化学史材料1:早在我国唐朝(618-907年)人们就发现柳树皮汁可以止痛和退烧。1800年人们发现该类植物中的活性物质――水杨酸盐。1853年,柯尔柏(德国)合成了水杨酸,并于1859年实现工业化。
学生活动1:阅读史料1,结合图1认识水杨酸,并回答下列问题:
(1)指明水杨酸分子中官能团名称。
(2)1mol水杨酸最多可以消耗多少NaOH?写出相关反应方程式。
[设计意图]从史料1中可以看出水杨酸及其盐的功效,为羧酸的讲授提供了贴近生活的素材,尤其前半段史料(我国唐朝的医药成就)更能激发学生的爱国热情(赞赏我国的传统医学的博大精深,可以联想2015年屠呦呦的诺贝尔奖成就);水杨酸中还有另一呈酸性的官能团――酚羟基,呼应前两节学习的酚的酸性。
[展开阶段]
化学史材料2:鉴于水杨酸及其盐类对胃的刺激性大。1889年德国拜尔药厂F.Hoffmann合成了乙酰水杨酸(阿司匹林),阿司匹林于1899年大量生产。
学生活动2:阅读史料2,评价水杨酸及其盐的药用价值,回答下列问题:
(1)用化学方程式解释“静脉滴注NaHCO3溶液缓解水杨酸中毒的原理”。
(2)评价药物发展历程给我们的启示。
[设计意图]在史料1肯定水杨酸及其盐的基础上,顺势提出合成阿司匹林的必要性,一方面客观评价药物发展的曲折历程;另一方面为羧酸的酯化反应做好过渡的铺垫。
[提升阶段]
思考1(选修5教材:科学探究2[5]):我们已学习过乙酸与乙醇的酯化反应,从形式上看酯化反应是羧基和羟基之间脱去1个水分子,你能设计一个方案证明是哪一种吗?
化学史材料3:海维西因(图2)研究同位素示踪技术,推进了对生命过程的化学本质的理解而获得了1943年诺贝尔化学奖。
思考2:结合史料3的成果,思考如何以水杨酸为主要原料合成乙酰水杨酸,尝试在方程式中标明反应物的断键位置。
[设计意图] 借助海维西因的同位素示踪技术进一步明晰酯化反应的脱水方式,并应用该原理实现史料2提出的将水杨酸转化为乙酰水杨酸。
二、对化学史素材分段呈现让学生体验概念发展过程
化学的历史,不仅是化学发展事件的记录,也是化学科学思想演变的再现。很多化学概念的发展都是在克服理论同实践、理论同理论等一系列矛盾之中前进的。诸如原子结构理论从古希腊哲学家德谟克利特的古代原子观的提出到道尔顿的近代原子学说,从汤姆生的枣糕模型到卢瑟福的α粒子散射实验,再从玻尔到薛定谔[6]。再如阿累尼乌斯的电离学说在今天看来再自然不过,而在19世纪末刚刚提出时却遭到了门捷列夫等知名化学家的质疑,经过反复斗争,该学说被认为“与原子论、分子论和元素周期律学说一起共同奠定了现代化学的理论基础”[1]。事实上,很多学说的出现都不是偶然的,更不是一帆风顺的,均有其特定背景,这些学说的发展过程正是实现课程标准中“结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势,引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法”理念的最佳素材;我们如果只是将“目前”最先进的理论简单地教给学生,其“营养价值”将大打折扣。
例如高一化学人教版(必修1)第二章第三节的“氧化还原反应”,该课题是一个典型的化学基本概念,上完本节课是不是让学生知道从得失氧角度认识氧化还原反应就是“过时的”、“有缺陷的”?从化合价升降、电子转移视角认识它才是正确的?其实不然,从得失氧角度认识氧化还原反应本身是化学概念结构过程中的一个重要阶段,也是学生初高中衔接的重要枢纽,不能简单地用“对”、“错”来评判不同阶段的概念。氧化还原反应概念的不断完善的过程本身就是一个很好的教学素材,爱因斯坦也曾说过联系科学的发展来“追踪理论的形成过程”是“始终具有一种特殊的魅力”的。单纯教会学生“……是氧化还原反应”教会学生的是一个孤立的、没有根源的知识,而把氧化还原反应放在历史长河中去追本溯源的学习是一种科学创造活动。下面给出笔者参加同课异构时对维基百科中“Redox Reactions”词条英文史料(高一学生的词汇储备基本满足阅读需要,可根据学生基础适当解读个别生僻词汇)的分段呈现方式:
[概念完善过程]
阶段1
氧化反应:(还原反应略)The word oxidation originally implied reaction with oxygen to form an oxide, since dioxygen was historically the first recognized oxidizing agent.
阶段2
氧化反应:(还原反应略)Later, the term was expanded to encompass oxygen-like substances that accomplished parallel chemical reactions.
阶段3:
氧化反应:(还原反应略)Ultimately, the meaning was generalized to include all processes involving loss of electrons.
[总结归纳阶段]
学生活动:从上述氧化还原反应的概念发展中,你能获得哪些启示?
[设计意图] 上述3段呈现的方式本身就暗含了概念的发展,学生即使个别词汇认识有困难,但类似“Later”、“Ultimately”等副词的过渡让学生体验了具有特殊魅力的“追踪理论的形成过程”。
三、对化学史素材深度开发辅助课堂教学
人教版氨和铵盐(苏教版课题为“氮肥的使用和生产”)的教学中很多老师都会选取哈伯(F.Haber)合成氨的化学史实作为引课或过渡的素材,这样的呈现方式固然可以,但若结合合成氨的其他史实适当辅以问题设计也不失为一种新的尝试:
[引课阶段]
化学史材料1[7]:
(1)1900年勒夏特列根据理论推算,认为合成氨反应在高压下能进行,但他所用的气体混合物混进了一些空气,反应过程中发生了爆炸;
(2) 第二位研究合成氨反应的化学家是能斯特,但他在计算时用了一个错误的热力学数据,认为这一反应没有多大前途;
(3)德国化学家哈伯(F.Haber)通过大量实验获得了以下结果:175~200个大气压、500-600℃时可以合成约6%氨;工程师博施(C.Bosch)实现了该法的工业化,花了5年时间两万次实验筛选出合适的催化剂。
学生活动1:从合成氨的历史沿革评价科学研究的特点,并在史料(1)和(3)的基础上分析其中的化学变化,用方程式表示。
[设计意图](1)氨的合成不是一帆风顺的,学生通过对合成氨历史的了解,体会科学家在科学研究过程中的丝毫错误都会影响到最终结果,这样的严谨务实的科学态度比教师的单纯说教更有说服力;同时作为人工固氮的主要方法,合成氨的利弊分析可以帮助学生建立科学的生态观念――可持续性发展,同时培养学生辩证看待事物的哲学观念。(2)化学史材料中的“混入空气引起爆炸”、“6%”等问题解决均位于学生最近发展区,通过问题解决帮助学生尝试从史料中筛选、加工信息,包括合成氨的方程式中老师反复强调“7个字”的反应条件和“可逆符号”都能通过史料3加深印象。
[小结阶段]
化学史材料2[7]:
(1)1774年,普里斯特利(Joseph Priestley)第一个发现了氨气;
(2)1785年,贝托莱(Claude-Louis Berthollet)确认了它的分子组成,即氨是氮和氢的化合物。
(3)古罗马人在朱庇特阿门(Aumn)神庙旁发现了氯化铵晶体,氨(Ammonia)和铵盐(ammonium)的名称也就源于此。
[设计意图]结合古罗马时代铵盐的发现、18世纪普利斯特利首次发现氨气等史料,让学生体会氨和铵盐的悠久历史和化学在人类认识客观世界过程中的独特作用。通过历史的回放,让学生感受含氮化合物在人类历史进程中的前进方向,为后面客观评价人工固氮提供素材。
在教学中运用历史的方法,引导学生去追踪化学发展的足迹,就会获得一种对化学知识的亲近感,增强学生的主动的求知精神,有利于学生从发展层面把握化学知识。化学史素材的简单呈现有时只能让学生眼前一亮或一笑而过,部分史料还需要老师去进行较为细致的开发,起到引导的作用,这样的化学史实才不是一则孤立的故事,才有助于学生从化学知识讲授中获得思想启示。
化学学科中有很强的历史传统,20世纪化学教科书的大多数作者们都感到非要在他们的著作的开头作一点历史介绍不可,著名科学史大师、芝加哥大学终生荣誉教授艾伦・G・狄博斯(Allen G. Debus)就是通过使用帕廷顿的《无机化学教科书》(Text-Book of Inorganic Chemistry)以及斯尼德和梅纳德的《普通无机化学》(General Inorganic Chemistry )开始了解化学史的[8]。这样的传统在今天不应该也不能丢失,以上教学实例仅是笔者在高中化学教学阶段融入化学史的初步实践。化学史为一般自然科学提供的素材是多种多样和丰富具体的,这需要教学一线的师生在教和学的过程中不断实践、总结,最大程度地发挥其强大的教学功能。
参考文献
[1] 中国自然辩证法研究会化学化工专业组编.化学哲学基础[M].北京:科学出版社,1986:117-122
[2] 中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验)[M]. 北京:人民教育出版社,2003
[3] 王灿.化学史中的科学发展观――以“化学电源”教学设计为例[J].化学教学,2014,(8):31-32
[4] 罗展宏.以史为“境”――化学史教育功能例谈[J].化学教与学,2014,(9):35-36
[5] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书化学选修5有机化学基础.北京:人民教育出版社,2014,60-61
[6] 顾晔.辩证思维方法在高中化学物质结构教学中的应用[J].化学教学,2013,(2):72
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关于数学文化的内涵,目前普遍被认可的是源自于对文化的狭义理解(指向精神层面)。事实上,精神层面的数学文化不可能脱离物质层面的具体数学知识、理论而单独存在,它们总是以某种特殊的形式凝聚、投射到具体的数学知识、数学理论之中。我们认为,数学文化包括学习者在数学活动中所创造的物质产品(知识性成分)和精神产品(观念性成分)。以此为视角,教材内的知识一般以两种形态存在:一是显性的、静态的结果性知识;二是隐藏在知识背后的数学思想方法、数学思维方式、数学理性精神等。这些隐性的数学思想方法、思维方式、数学精神等和显性的数学知识共同构成了教材的文化内涵,成为数学教材空间的组成部分。
设计是一种规划、设想,通过视觉的形式传达出来的活动结果与活动过程。数学教材空间设计,既指向结果,即挖掘教学内容的文化内涵,对“教什么”作出深远谋划;又指向过程,即设计教学路线与方式,对“怎样教”作出精细规划。
一、 深刻把握数学学科的本质,对“教什么”做出深远的谋划
数学教学的首要问题,是对“教什么”作出深远的谋划,思考“为什么要教这个而不教那个”这样的价值取舍问题,远比单纯地琢磨怎样教更有意义。
以知识为中心的数学教育过度追逐数学的工具性价值,数学教材原本具有的丰富意蕴被简化为数字、符号、公式、规则、程序的组合。对数学的如此认知和理解,切断了数学文化中知识性成分和观念性成分的内在联系,窄化了数学教材的文化内涵,使得数学课堂以“去情境”和“去过程”为特征,把生动的数学知识变成单调刻板的条文让学生去进行记忆和背诵,数学本该拥有的文化气质被剥落。
以文化育人为价值取向的教材空间设计,最基本的是对学科本质的把握和领悟。就数学而言,首先是对基本数学概念的理解(包括为什么学习?核心概念是什么?怎么用?),其次是对抽象、模型、推理等数学基本思想的领悟,以及对分类、转化、类比、猜想等数学特有思维方式的把握,最后是对数学美的鉴赏和对理性精神的追求。显然,这与数学文化的内涵是一脉相承的。以此为视角观测数学教材,教材内容不再只是数字、符号、公式、规则、程序的简单组合,透过它们,我们还能感受隐藏其中的丰富的方法、深邃的思想、高贵的精神和品格。这些隐性的数学思考、数学精神、数学意识等观念性成分和显性的数学知识共同构成数学教材深刻的文化空间。
以苏教版小学数学五年级下册“确定位置”为例,这节课主要学习数对的含义,以及用数对确定平面上点的位置,教材内容蕴含丰富的文化内涵。
学生在此之前已经初步获得了用自然数表示位置的经验。由一年级时在某一行(或列)中借助“第几”来确定某个人或物体的位置,到二年级时用两个“第几”来确定相应的位置,看似简单的数量增加(“第几”的个数由原来的1增加到2),其内在的实质却是:给定的空间由最初的一维增到二维,确定相应空间中点的位置所需参数也自然应由最初的1个增加到2个。而把由具体情境中用较朴素的方式描述位置提升到用数学方法(抽象的数对)确定位置,形式化表达的背后蕴含数学精准、凝练的气质。显然,帮助学生建立二维空间的表象,进一步发展空间观念,提高抽象思维能力,是本节课价值诉求的重要组成部分。
“用数对确定位置”是学生学习平面直角坐标系的基础。数对的表达为什么先记“列”再记“行”?记“列”为什么从左往右数?记“行”为什么从下往上数?这主要是与平面直角坐标系的规定相一致。教材的呈现也给我们启发:由“教室里小军坐在哪里”的实际生活事例,抽象为“符号化的图”(用圆圈表示具体的人,相当于格块),再上升到“数学化的图”(例2,把具体建筑物记作点,接近于坐标描述),能看出编者的匠心――即将“座位”平面图抽象为比较形象的“直角坐标系”,架起数与形之间的桥梁,初步渗透数形结合及坐标思想。由此,在突显教学内容应有的生活价值的同时,又能在符号体系中恰当地生成和渗透数学思想,是本节课教学应有的文化意蕴。
事实上,教材内容还赋予本课更为丰富的文化内涵:
对于数对的引入,即使最终还是由教师把结果告诉学生,我们还是应该引导学生经历“用数对确定位置”的创造过程。因为,数学教学不仅要承载让学生继承数学事实的功能,还有引领学生感受知识产生必要性与自身规定的合理性,以及获得创造新文化的意识和能力。
在学生准确建构用数对确定位置后,让学生分别表示一维、二维以及三维空间中物体的位置,让学生意识到只有在平面上,才用两个数组成的数对表示物体的位置;在直线上,只需要一个数就可以了,而在三维空间,两个数又不行了,为后续知识的学习积蓄可持续发展的动力源泉。
用数对的思想不仅可以确定“有限平面”上某些点的位置,还可以确定无限平面上任意点的位置。
这些内涵的挖掘都是有价值、有意义的,并有利于学生对数学的真正理解与把握。当然,在某种意义上,课堂教学始终印刻着教师个性化的价值判断、趣味追求,对同一节课教材文化内涵的把握,在突显学科本质的前提下,“我的地盘我做主”。
二、着力构建与文化沉淀相匹配的教学方式,对“怎样教”做出精致的规划
数学教材空间设计,不仅反映出教师选择在哪些事情上努力,对“教什么”做出深远谋划,还反映出教师如何更好地完成教学任务,对“怎样教”做出精致的规划。
文化总带有历史性的成分。数学作为一种文化,同样也离不开历史的沉淀过程。当我们把数学知识看作文化传承结果的同时,也意味着这些知识经历了发生、发展、沉淀等阶段,数学文化正是在这一过程的循环往复中,不断充实,不断提升,其观念性成分逐渐成为人们采取行动、解决问题的指南。要使数学知识的学习过程同时成为数学观念性成分的文化积累过程,探索与数学文化沉淀过程相匹配的教学方式是前提。
还是以“用数对确定位置”为例。在学生感到用第几列第几行的方法表示一个同学的位置比较准确、简便时后,我们通过如下的活动设计,引导学生建构数对概念,把握用数对确定位置的方法,感悟基本数学思想。
1.用数对的方法在圆点图上确定位置――理解概念的本质。
体验。
谈话:第几列第几行,让我们确定,位置有了统一说法。下面我们用这种方法记录几个同学的位置。(教师口述并逐渐加快语速,学生无法记录下来)
质疑:没有记录下来,除了老师报得快以外还有没有别的原因?
交流:学生在交流中意识到既有方法的繁琐和不便。
谈话:数学不仅追求统一,还追求简洁。像第4列第2行,能否写得再简洁些呢?(教师收集并展示学生的写法:4:2 4・2 4-2 4|2 )
比较:透过不同你能看到这些方法中相同的地方吗?
交流:学生在交流的过程中,初步感受数对的本质属性。
讲授:揭示数对概念,介绍数对的写法。
运用。
用数对表示图上A点、B点的位置,并交流写法。
在图上找到数对(2,5)、(6,3)对应的点,并交流找点的过程。
反思。
交流:(出示错误的描点作业)是不是一个数对有两个点与之对应呢?
感悟:一个数对只对应一个点,一个点只能对应一个数对。
2.用数对的方法在方格图上确定位置――渗透基本数学思想。
(1)根据方格图上的点说出数对。
体验。
谈话:(课件演示:用线连接圆点,然后隐去圆点,变成方格图。)这是学校的平面图,你能用数对表示出方格图上景点的位置吗?
比较:(出示两个学生不同的表示结果)明明是同一个点,为什么出现不同的数对呢?
交流:学生在交流中意识到同一点的行数与列数不是唯一的,它取决于第一行、第一列从哪儿算起。为了方便交流,起点一般从0开始。
练习。
用数对表示出其他景点的位置。依次是:升旗台(3,5)校史室(6,7)竹园(4,0)科学宫(0,0)
反思。
交流:校史室的位置是由哪两条线决定的?这两条线又是由哪些线决定的?
感悟:在方格图上用数对的方法确定位置,首先要确定0起点。有了0起点和这两条相互垂直的直线,就能唯一地确定图中任何一点的位置。
(2)根据数对在方格图上找到对应点。
体验。
谈话:在方格图上,你还能根据数对找到对应的点吗?这儿有三个数对,请找到对应的点并标上数对。
交流:比较这三个点的位置,你发现了什么?
延伸。
类推:根据这一发现,想一想,同一列上的数对又有怎样的特点?
交流:以(6,5)为例,哪些数对与它在同一列上?
反思。
交流:对于数对你们又有怎样的认识?
感悟:数对不仅能表示出点的位置,还能反映出点与点之间的位置关系。图形的特征可以反映在数对中,数对的特点也能通过图形来体现。
知识性成分和观念性成分在数学课程内容设置上共用同一个知识载体。知识性目标着眼于载体的事实性、陈述性,观念性成分浸润在对载体本身的理解与认知过程中,一般要在观察、实验、猜测、尝试中体验,在合作探索、多边互动中交流碰撞,在反思内省中感悟、完善等。
建构。在学生感受到用第几列第几行的方法表示一个同学的位置比较准确、简便时,要求学生用这种方法记录几个同学的位置,让学生亲身经历快速记录的过程,体验既有方法的繁琐与不便,意识到这种方法还可以写得更简洁一些,自然过渡到对原有描述进行改进和优化,并通过比较、交流,逐渐逼近数对简约、凝练的特质,催生出数对的雏形。
运用。引导学生经历从“在圆点图上确定位置”到“在方格图上确定位置”的过程,通过图例的抽象和演变,让学生感受在方格图上用数对确定位置的背景。不论是在圆点图上确定位置,还是在方格图上确定位置,教学安排了同样的层次,即先用数对表示图上圆点的位置,再在图上找数对对应的点,并引导学生通过思维的交流与碰撞,把握学科的本质。在圆点图上确定位置,着力使学生在交流中掌握用数对确定位置的方法,感悟数对的含义;在方格图上确定位置,着力使学生在交流中体会图形与数对的联系,感悟基本的数学思想。
提升。北京教育学院张丹副教授认为,数学经验一方面在于积累,另一方面也需要提升。在体验的基础上,引导学生“脱身”出来,作为一个旁观者来看待自己刚才做了些什么事,将自己所做的过程置于被思考的位置上加以审视,从而使数学活动中积累的经验沉淀为一种理性的认识。(三次活动后的“反思”)
同样的教学内容,因为建构方式的不同,既可以使数学彰显其文化属性,也可以让本该拥有的文化气质被剥落。学生的数学学习主要是一个文化继承的过程。但是,文化继承不能理解成只是一个被动的接受过程,恰恰相反,我们应当帮助学生较好地去理解相关的数学概念,而这事实上也就是一个自主建构的过程。
参考文献
从材料化学专业的人才培养目标出发,结合仪器分析学科的特点,针对上海第二工业大学环境与材料工程学院实际情况,阐述了仪器分析课程教学体系的构建,从教学内容、教学方法等方面对仪器分析教学改革进行了探讨。
关键词:
材料化学专业;仪器分析;教学改革
材料化学专业是材料科学与现代化学相结合的新兴交叉边缘学科。上海第二工业大学材料化学专业以绿色电子材料为培养特色,与学院环境工程专业电子废弃物资源化方向互为补充,以社会需求为导向,为电子信息产业中电子产品制造及其废弃物资源化处理等重要领域培养具有宽厚材料化学专业知识、掌握科研技能和具备创新能力的应用型人才。“仪器分析”是一门介绍如何利用现代仪器分析手段来获得物质的组成、结构、性质以及某些化学过程的原理的课程[1]。科学技术的进步,在促进仪器分析技术飞速发展的同时,也使仪器分析手段在材料科学领域起到至关重要的作用。“仪器分析”已成为材料化学专业重要的专业基础课程。对仪器分析相关理论课程与实践课程进行教学探索,一直是当前教学改革的重点和热点[2-5]。以上海市为例,设置材料化学专业的院校共有4所,包括复旦大学、华东理工大学、上海第二工业大学及上海电力学院,每所学校均将仪器分析教学根据专业培养特点进行了系列规划。详见表1。为满足专业需求,构筑以学生为主体、以实践能力培养为中心的教学理念,探索符合应用创新型人才培养的教学模式,笔者从上海第二工业大学材料化学专业仪器分析相关系列课程多年的教学经验出发,对课程体系的构筑与实施进行了探索研究。
1仪器分析课程教学体系的构建
仪器分析是化学、物理学、数学和计算机科学等多学科交叉渗透、相互关联的综合性学科,是理论性和实践性很强的应用性学科,具有发展性和前沿性的特点,随着科学技术的发展,现代分析仪器汇集了众多学科的前言理论和最新成果。因此,仪器分析课程具有理论深、实践强、更新快的特点[6]。然而,在很多大学课程体系安排中,仪器分析课程教学面临着诸多的矛盾,如课时少与教学内容多的矛盾,教材内容更新慢与学科发展快的矛盾,教学设备严重短缺与学生人数多的矛盾,理论知识讲授多与实践应用安排少的矛盾[7]。上海第二工业大学材料化学专业“以适应学科发展需要,体现学科进展,提高素质能力,加强实践应用”为原则,在仪器分析课程体系安排中,精简化学分析,增加仪器分析的比重,特别是增加适应学科发展的仪器分析方法的应用实例,有利于培养学生创新能力和实践能力的培养。同时,随着近年来教育投入的增加以及为了积极适应现代仪器分析的发展和对学生实践能力、创新精神培养要求的提高,上海第二工业大学引进了大量分析仪器,将大型分析仪器培训与操作纳入仪器分析课程体系中,注重学生实践能力的培养,实现与材料相关领域仪器分析操作应用的零对接。该校材料化学专业仪器分析教学体系是由本科生第3学期的分析化学(包含仪器分析)理论与实践课程、第5学期的材料分析与测试课程,以及第2、5、6学期的仪器培训实践课程构成的,从大学二年级开始的学生参与教师科研的活动也是这个体系的重要组成部分。其中“分析化学”和“仪器培训”为必修课,“材料分析与测试”为限选课。目前,这一系列教学工作已初步形成了具有特色的实践教学新体系,在为学生打下坚实的仪器分析理论与实践基础的同时,充分发挥大型仪器对应用型创新人才的培养功能,基本上达到了预期的优生优培、因材施教的目的。
2根据培养目标组织教学内容
“仪器分析”作为材料化学专业本科生的专业基础课程,在内容上一定要保证学生掌握主要的、常用的分析仪器的原理、方法、性能、操作及应用等知识。如在分析化学课程的仪器分析部分要求学生掌握色谱分析、光谱分析等方法的原理、操作和应用。但是由于学时的原因,不能够面面俱到地进行介绍,由于后续还有仪器培训课程,故只需对部分内容重点讲授,使之与后续仪器培训课程成为互补。在内容选择时,主要使学生掌握各类基本仪器的原理、构造和应用特点,为将来的进一步实践操作和应用打好基础。由于“仪器分析”具有内容新、更新快的特点,教师在教学过程中应该根据教学和培养学生的需要,跟进仪器分析相关的研究前沿,以拓展学生的知识面,促进学生创新能力的培养。仪器分析学科具有系统性与完整性,但是仍然存在一些不足,例如在教学中主要注重理论论证,与实际就业岗位需求脱节;实验教学主要为学生提供感性认识,对学生能力培养的重视不足[8]。为此,我们提出利用仪器培训实践课程使课程内容贴近就业、贴近热点,反映学生未来工作的实际,教学原则以就业为导向,教学内容与学生未来就业领域关系密切。实践证明,这些与就业领域相关的教学内容不仅能激发学生的求知欲,还大大提高了学生在实际就业岗位的实践能力。
3教学方法与教学手段的改革与实践
开设“仪器分析”课程是为了让学生更好地掌握分析仪器的理论知识及相关仪器使用的方法,理解理论知识在实际操作中的运用。该课程着眼于学生素质、创新精神和创新能力的培养,实现学生的全面发展,使学生更好地适应未来社会对于人才的需要。因此,仪器分析课程在教学方法与教学手段上都应该适应新时期人才培养的需要。近几年来,笔者对“仪器分析”课程在教学方法与教学手段上进行了改革和实践,采用符合学生实际的教学方法和现代化的教学手段,取得了良好的效果。
3.1采用兴趣驱动教学方法,激发学生学习兴趣仪器分析的基本概念是基于化学、物理、数学等基础课程的,因此,要清楚透彻地理解此课程的基础理论就必须充分联系已学过的知识,这对学生综合运用基础知识的能力要求较高,学生学起来往往有些困难。为此,笔者采用兴趣驱动教学方法,将科学研究的新成果引入课堂教学,让学生了解到仪器分析发展的最新动向,开拓视野,激发学习兴趣。例如:红外光谱以往主要用于有机化合物/高分子化合物的鉴定和分析,然而随着科学技术的迅猛发展,红外光谱的应用不再局限于此,现在已成为原位表征、反应机理研究的有效工具。将这些新知识、新领域适时地反映到课堂上,对教和学都起到了很好的促进作用,并以动画、图片和音视频等形式展现给学生,调动他们学习的积极性和主动性,效果显著。
3.2采用启发式、讨论式教学模式在教学的过程中适当采用启发式、讨论式教学模式,使学生充分投入到课堂教学过程中,将教师的身份由知识供给者变为学习指导者,将学生由被动学习者变为主动参与者,力求每个学生以一个学习主体的身份出现。教师根据授课内容的需要编制一些讨论题,在课堂上以提问的方式,引导学生积极思考,并应用所学知识解决问题,使学生参与到教学过程中来。或者采用课堂讨论的方式,让学生将他们对知识的理解、解决问题的思路讲出来,教师则以倾听为主,通过点评及时纠正学生的错误,另一方面也有利于教师适时调整教学思路,不断提高教学水平。
3.3采用研究式教学方法,注重学生思维及创新能力的培养在学习分析化学(大二)期间,鼓励学生跟随教师开展科研活动,在研究中加深对基础知识的理解,利用现代分析仪器手段,充分提高利用理论知识解决问题的能力和实践创新的能力。在参与科研的过程中,多位学生获得了上海市和国家创新计划资助,并在国内外期刊发表了多篇论文。
3.4注重实践教学,强化理论知识在实践中的应用,锻炼学生动手能力在实践教学中,通过开设综合性、设计性实验,激励学生学以致用,在实践中加深对教学内容的理解。在实验过程中,学生始终是实验活动的主体,有利于发挥学生的主观能动性和创造性,给学生提供更多的适合自己特点的实践与创新的机会,使学生真正体会到从准备实验开始直到实验完成的全部过程,使实验过程更接近于实际分析工作过程,达到真正培养学生科学素养的目的,为后续毕业设计打下坚实的基础。3.5构建网络教学平台支持下的网络课堂面对仪器分析技术和手段的不断更新,笔者在教学中促使学生充分利用网络资源,鼓励他们利用中国期刊网及相关的英文网站查阅文献,了解本学科的发展动态,认识基础知识应用的实例,并知晓自己知识和能力的不足,进一步激发学生们的学习积极性和主动性。依托上海第二工业大学课程中心网站,不断丰富网络教学资源,为学生通过自主学习来掌握新知识创造条件。笔者在网站中放置了内容丰富的教学辅助材料,包括习题集、试卷库、课程教学录像、多媒体课件等教学辅助材料,让学生检索相关内容,以扩大知识范围,加深知识层次,同时满足少课时和大信息量的需要,提高学生自主学习的积极性。通过上海第二工业大学课程中心网站,学生可以方便地在网络上看到专业教学计划、课程教学大纲、授课教案、习题、实验指导等,以加强学习效果,提高教学质量。利用论坛、QQ和飞信等方式及时答复学生课程中的疑问。网络课堂的建设和使用,使更多的学生从中受益,充分发挥学生自主学习的能力。
4结语
随着材料行业的飞速发展,材料已广泛应用于科学技术的各个领域和日常生活的每个角落,材料科学的发展对人才培养提出了新的要求,需要大批高层次的掌握材料分析的科研和技术人员。为积极适应人才培养的需求,笔者通过构筑新型仪器分析教学体系,根据人才培养目标进行仪器分析教学内容改革,结合理论与实践教学,立足学科特点,顺应学科发展的前沿方向,改进教学方法,激发学生学习的兴趣,充分调动学生的主动性,培养学生良好的科学精神和创新意识,为后续专业课程的学习奠定坚实的基础,为电子信息产业中电子产品制造及其废弃物资源化处理等重要领域培养合格的分析检测人才,以及掌握科研技能和具备创新能力的应用型人才。
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关键词: 数字化学习;教学网站;网络教材;课程整合;网站设计
文章编号:1005-6629(2007)04-0050-03中图分类号:G633.67 文献标识码:B
教育网站作为教育信息化的产物目前得到了空前发展,各类教育教学网站如雨后春笋般涌现出来,但是与基础学科课程教学相适应、与课程教材相配套的教学网站则较为缺乏。因此,充分利用网络技术,建立与基础学科课程教学相适应、与课程教材相配套的教学网站,从而为数字化学习提供有效的学习资源和环境,已成为当前的迫切任务。
1 数字化学习资源――教材配套网站的建设
教材配套网站作为一种数字化学习资源,是教材和教学的辅助网站,其结构应以获取知识、开发技能和培养能力为目标,既不能做成书本的搬家,也不能单纯提供信息浏览和下载,而应充分考虑其教学功能,因此其设计应本着科学性、实用性和开放性的原则。
1.1 数字化学习资源――教材配套网站设计的理论基础[1]
网络教材的超文本形式,使学生在学习时间和内容上有了充分的选择余地,他们可以根据自己的知识基础和学习兴趣自主选择学习内容。网络教材这一特点很符合建构主义教育理论,即知识不是通过教师讲授得到的,而是学习者在一定的情境下,借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,充分利用各种学习资源(包括文字教材、多媒体资源以及从网上获取的各种信息等),通过意义建构获得。
建构主义学习理论强调学习环境的设计(包括情境的创设、资料搜集与整理及组织协作性学习)和自主学习策略的设计(如支架式、抛锚式、启发式、自我反馈等)。传统的教室和教学方式很难建构上述的学习环境,而教材配套网站可以方便地构建上述的学习环境。因此,在建构主义学习理论的指导下,教材配套网站的设计应强调问题情境的创设,强调在教学过程中的师生交流、生生交流, 强调利用多媒体手段为学生提供各种相关信息和资源。
1.2 数字化学习资源――教材配套网站设计的原则
凡事都有原则,教材配套网站的设计也不例外,一个优秀的教材配套网站的设计应考虑下列几个方面[2]:
(1)服务教学原则。既要注意教学内容的系统性和先进性,又要关注学生的个性化学习需求和能力培养的教学策略设计。
(2)开发性原则。课程内容、练习、在线考试等都要能方便地进行修改和更新,保持对最新知识发展的动态追踪,实现“开放式教材”, 以适应科学知识迅速更新换代的要求。
(3)多媒体和智能化原则。网络教材的多媒体化主要体现在图像、声音、动画等多种媒体的整合上,以实现多种感官的综合刺激,有助于知识的获取和保持。智能化是利用人工智能技术解决教学内容中的各种问题,如在线测试、在线论坛和虚拟实验室等栏目。
(4)简明性原则。教材配套网站的主要功能是为教学服务,因此设计时应以教学为中心,版面布局、颜色、字体要简洁明了,网站导航要清晰明了。
(5)易用性原则。网络教材的人机界面设计要具有人性化和简便化,力争任何人只要会上网就能够方便地用它来进行学习或下载所需的资源。
(6)交互性原则。提供一个交流论坛,以方便师生之间、教师之间以及学生之间的交流。
1.3数字化学习资源――教材配套网站的界面设计
教材配套网站的界面要简洁明了, 操作要简便,如采用鼠标点击、下拉菜单选择和超级链接跳转等方式简化操作, 利用新开窗口、加入收藏夹等方式方便学习者随时进入教材的某一内容学习,设置功能提示方便学习者随时了解某一具体模块的功能等。例如北京科学、广东教育出版社出版的《化学(九年级)》教科书的配套网站“化学网上课堂”网站( 省略/) ,其界面的设计见图1。
网站界面的设计主要包括网站的整体规划、主页的设计、网页色彩的搭配、字体的设置和表格的应用几个方面,如图2所示。
网站的界面设计网站的整体规划主页的设计网页色彩的搭配字体的设置表格的应用
网站的整体规划主要包括确定网站的栏目和组织网站的结构。
首先,确定网站栏目。在建设一个网站之前,最好先有一个提纲,考虑好各个栏目以及如何把它们有机地联系起来。通常可以根据下列几个原则来安排网站的栏目[3]:(1)紧扣主题。将你的主题按一定的方法分类并将它们作为网站的主栏目。(2)设一个最近更新栏目。如“新闻快递”这类栏目,这样不仅给常来的访客带来了方便,同时也让你的主页更具有人性化。(3)设定一个可以双向交流的栏目。如交流论坛、留言本等,可以让浏览者留下他们的信息。
其次,确定网站的结构[4]。网站结构主要包括内容结构、目录结构和链接结构。内容结构可以根据网站的栏目来确定。
目录结构是指建立网站时创建的目录。虽然网站的目录结构对浏览者并无影响,但对于网站本身的上传和维护及今后内容的扩充有重要影响。目录结构的创建应遵循以下几个原则: (1)尽量减少根目录文件的存放数;(2)按栏目内容建立子目录;(3)在每个主栏目的目录下建立独立的resources子目录存放图片、视频和flash等资源;(4)不要使用过长或中文的目录名,要注意文件名的大小写,因为很多主页所在的服务器系统(如UNIX系统等)对文件名的大小写是有区分的;(5)建立的目录层次一般不要超过3层。
链接结构指页面之间相互链接的拓扑结构。教育网站通常采用网状链接结构,即每个页面相互之间建立链接,方便用户随时返回自己想要的页面。为使浏览者不会“迷路”,可以在每个页面设计“返回首页”按钮和“网站导航菜单”等,这样在表现网站服务意识的同时又在结构设计上体现了网站的统一性。
1.3.2主页的设计
主页是读者进入网站的第一个窗口,它的作用好比一本书的封面,因此主页的设计应以醒目为主,能够令人一目了然。其设计要注意下列几点:(1)简洁明了。主页是吸引用户注意的关键所在,设计上要以清楚醒目为上,不要过于繁杂。(2)主题突出。一个网站要向读者宣传什么和介绍什么,必须在主页明确地表现出来。(3)打开快速。一般来说,主页的下载时间超过10~15秒,很多用户就会失去耐心,为了提高浏览速度,要尽量减小首页的数据量,特别要注意图片的大小。 (4)易于漫游。主页可以使用弹出式导航菜单或提供该网站完整的导航图,使浏览者的浏览更方便快捷,能迅速定位到其感兴趣的页面上。(5)更新及时。应时刻确保主页提供的是最新信息,如可以在主页提供一个类似“新闻快递”的栏目等。(6)一级页面的显示尽量采用新建窗口的形式,这使浏览者在等待页面下载的同时还可继续浏览其它内容。如“化学网上课堂”网站的主页设计,见图1所示。
1.3.3网页色彩的搭配
颜色和色调是最具情绪化、最具感染力的视觉元素,也是最具文化色彩的元素。选择网页色彩的总原则是“总体协调,局部对比”,在做到吸引学习者注意力,突出差异的同时,又不至于使浏览者的视觉容易疲劳。
一般情况下,一个网站应该有一种或两种主题色,这样既可以避免浏览者迷失方向,也不至于单调、乏味。网页常见配色方法有:(1)用一种色彩。先选定一种色彩然后调整其透明度或饱和度,产生新的色彩,用于网页。这样的页面看起来色彩统一,有层次感。(2)用两种色彩。先选定一种色彩,然后选择它的对比色,如用蓝色和黄色,这样可以使整个页面色彩丰富但不花哨。
1.3.4 字体的设置和表格的应用
网页中字体的设置要注意下列几点: (1)字体不宜过多,最好使用windows系统自带的字体,因为字体的显示效果是由浏览者的浏览器决定的;(2)特殊字体,最好把其做成图片;(3)字体的字号、字距行距和文字的颜色要适当;(4)不同内容的字体要有所区别,需要突出的地方可以用不同的字体、字号和不同的颜色表示;(5)可以使用CSS层叠样式表处理文字效果。通过层叠样式表编辑好一个CSS文件,并在其它页面中调用它,就可使所有调用它的页面具有统一的风格。要改变风格时,只需修改此CSS文件即可,这样既可以保持整个网站页面风格的统一,又可以加快网页的下载速度和方便以后的维护、修改。
另外,合理的运用表格控制文本和图像在网页上出现的具置,而不用担心不同对象之间的影响,从而使整个网页看上去紧凑、统一。
1.4 数字化学习资源――教材配套网站的内容设计
教材配套网站的内容设计既要注意其对象的特定性、内容的整合性、功能的综合性等原则,也要把握好其相关度、整合度和扩展度。相关度是指教材配套网站的内容与教材或课本相关的程度;整合度是指对教材配套网站的综合、加工、处理水平的程度;扩展度是指教材配套网站在扩大知识面、丰富素材资料、增加学习功能等方面的程度[5]。
根据教科书和教学目标,科学地选择网站的内容。在确定网站内容后,可以按教科书章节的顺序呈现内容;也可以根据学科特色,将内容分成若干知识点,分析这些知识点的内容是属于概念、事实、原理、问题解决的哪一类,然后按照知识的类别来呈现内容。
为了吸引学习者的注意力,激发学习者的学习动机,提高学习效果,网站内容的设计要注意以下几点[6]:(1)情境性。网站内容无论任务还是问题的提出,都不能是抽象化、简单化和脱离背景,而是要通过多种表征方式,在一个近似真实的、复杂的情境中产生。(2)建构性。内容的设计要有利于学生主动进行知识的建构。(3)动态性。网站中的内容要在学生学习过程和人际交往互动中不断调整、更新。(4)直观性。对于抽象和复杂的内容,可以通过运用图文声像等多媒体表现形式将抽象的问题具体化、理论的问题事例化、生活化。
2 展望
Internet及网络技术的飞速发展,使与课程教材相配套的教学网站应用前景非常广阔,这对基础教育各学科课程教学带来巨大影响:(1)为学生的探究性学习、自主性学习和协作性学习创设了情境,有利于探究性等新教学理念和教学方法的推广和应用;(2)为教师能把课本知识与探究性的教学方法溶于教学过程提供条件;(3)为教师的备课提供素材,让老师有更多的时间、精力来构思和设计教案,提高教学质量和教学效果;(4)通过教学网站的交流论坛,教师可以及时获得学生的反馈和改进的意见,既具有教与学的功能,又具有提高教学方法和教学质量的功能。
计算机和网络技术的不断发展,信息技术与课程的不断整合,将会增强教材配套网站资源的广泛性和实用性, 人机交互的及时性和多样性。进一步研究学生和教师对多媒体网络教材的需求,不断发展中学教材的配套网站,将会给中学课堂的教与学注入新的活力和生机, 为教学内容的呈现方式、学生的学习方式及教师教学方式的改革提供保障。同时,这也将会成为学生学习和教师教学的一个有力的助手, 有利于网络教学真正走进课堂、走进学生自主学习新天地的开辟。
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在教学内容上要针对材料学专业特点,调整分析化学有关内容。分析化学是材料专业的基础课,与后面的很多专业课联系紧密,只有掌握了分析化学的基本理论、原理及操作方法,才能更好地进行材料分析的学习。目前本校材料专业分析化学课程的教学只有45学时,但现在的教材中各类分析方法讲述比较全面,如何解决内容多与学时短的冲突是当前分析化学教学的首要任务之一。在教材内容上删去了材料专业应用很少的化学定性分析、与无机化学重复的氧化还原反应的基础知识、与统计学重复的统计学基础知识;删去了应用较少的非水溶液滴定法及过时的理论内容和陈旧的实验仪器内容,将分析化学解构和重组。打破了原来知识体系的完整性和教材内容的编排顺序,以适应材料专业基于工作过程的需要。并围绕完成工作任务所需学习的内容和先后顺序设计教学环节。将整个教学内容优化成两个教学模块:一是分析化学基础模块,主要包括分析化学介绍、分析化学仪器与试剂、定量分析的误差与有效数字、滴定分析概论;二是定量分析模块,主要包括酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法、重量分析法、沉淀滴定法。
二、教学方法
采取怎样的教学方法,应视课程性质、特点和内容而定。教改目的是优化教学模式,按不同教学内容采取相应的手段和方法,激发学生的学习动力,提高教学质量,培养学生的综合能力。1.教师引导教师是教学改革的主体,充分发挥教师主导作用是教改成功的关键。为让学生能进行课程衔接及为课后自学铺垫,每次课开始时应简单回顾上节课内容,勾起学生的回忆,结束时对下次课内容提要,以利于学生自学。同时将四大滴定理论的原理、指示剂的联系与区别讲透,便于学生在实践中准确地应用。另外,学生在课堂上有发言的欲望,如能正确引导,增加学生讨论环节,则会收到很好的效果,提高学生的学习兴趣。2.采用多媒体教学教师无法强迫学生学习,只能吸引学生学习,在教学过程中起引导作用。多媒体教学手段是将文字、声音、图像、动画等集于一体通过课堂教学来实施,通过多种方式来刺激学生的感官,促进学生开展记忆、思考、探讨等活动,使教学内容从单调的文字形式转变为多种生动的形式,将枯燥乏味的理论知识变得直观、形象,使学生更易理解所学内容。多媒体教学通过声像可以激发学生的好奇心,突出重点,有利于学生掌握知识点,还可以加大信息量,减少板书量,在有限的课时内讲授更多的知识。例如,可以将酸碱滴定、配位滴定、指示剂变色、指示剂僵化及封闭现象等以动画展示,突破语言的障碍,加深学生的理解,而不是领悟老师的理解。利用网络对教学内容进行适时更新,做到教学与科研互动,多引用与课程有关的实例,增加教学内容,加强学生对书本知识的掌握。3.课堂教学与课后自学相结合由于教学学时有限,如何在有限的时间内使学生学到更多的分析化学知识,除教师摒弃传统板书,采用多媒体对基础理论等重要内容进行授课外,还可促使学生发挥主观能动性,结合目前已出版的分析化学书籍和研究论文,有选择地引导学生自学一些应用及发展前沿的内容,作为课堂教学内容的补充,加深学生的理解。4.开设与日常生活相关的实验课分析化学是一门实践性极强的学科,在基础理论教学中,应将分析化学的知识渗透到生活中,激发学生学习分析化学的兴趣。帮助学生形成分析化学概念,获得分析化学知识和实验技能,还有助于培养实事求是、严肃认真的科学态度。比如将分析化学实验扩展到环境污染物的检测,可以使学生对环境的污染有更直接、更具体的了解,增强环境保护意识。如在配位滴定实验中,可让学生测定饮用水中的Ca2+、Mg2+的含量,看其硬度是否超标。在氧化还原滴定实验中,让学生尝试测定废水中的化学需氧量(COD),看水中的还原性物质是否超标;可以让学生测定自己平时吃的水果和饮料中的维生素C的含量。这样既可引导学生分析测定过程中误差的来源及必需的防范措施,又可进一步引导出碘量法滴定的两种应用实例,有效调动学生参与的积极性。
三、成绩评定
严格的考核是调动学生的学习积极性,监督和检查学生学习效果及应用能力,提高分析化学教学质量的有效手段。在分析化学教学中,我们将成绩考核与过程管理紧密结合起来,既考核学生专业基础知识掌握的情况,又考核学生的操作能力。考核由平时考核、基础理论考试、实验考核三部分组成,其中平时考核占总成绩的10%,基础理论考试占60%,实验考核占30%。平时考核根据平时上课出勤率,课上参与互动的主动程度,以及作业的完成情况综合评定。基础理论考核包括分析化学基础知识、四大滴定理论的原理、指示剂的作用原理、分析数据的有效性判断、分析方法是否存在系统误差等。实验基本操作技能采用随机抽题并现场操作的方式,学生在给定的时间内完成操作考试,教师当场评分;综合性考核是考查学生综合运用本课程知识解决实际问题的能力,相当于一个小型的开放性实验,将题目提前发给学生,让他们查阅有关文献资料,设计实验原理、操作步骤,提交设计方案,教师审查合格后,学生自己动手测定,并对实验过程、实验数据进行分析,得出结论,提交实验报告或实验小论文。这种综合考试的形式,避免了以前考试的片面性、随机性等情况,能够客观真实地评价学生实验的水平,激励学生重视实验,树立勤奋、严谨的学风,最终达到提高教学质量的目的。
四、结语
目前,有关工科化学课程的教材很多,如江棂主编的《工科化学》、强亮生主编的《工科大学化学》、徐瑛等主编的《工科化学概论》、唐和清主编的《工科基础化学》、高发明等主编的《简明工科基础化学》等,针对不同学科、专业和适用对象,教材知识体系的设置和侧重点各不相同。根据该课程的专业基础课性质,按照突出物质的结构-性能与定量分析并重的原则,三峡大学选用了史启祯主编的《无机化学与化学分析》作为该门课程的主要教材。该教材的特色是包含主篇和副篇两大块。主篇主要是铺就一个基础知识平台,为后续专业基础课程做铺垫,副篇主要是引用化学的应用实例及趣事培养学生的专业学习兴趣。[1]它吸取了国内外同类教材的精华,教学内容难度适中,语言形象生动,适用性强,较适合作为三峡大学新能源材料与器件专业的专业基础课教材,该教材内容可以很好地为目前新能源材料与器件专业的学生提供相应的智力储备。同时,为帮助学生进一步加深对工科化学的认识和了解,还将曹锡章等主编的《无机化学》、武汉大学主编的《分析化学》等教材作为教学参考书。此外,鉴于新能源材料与器件专业的学生特点及工科化学教学内容较多大,有关的价键理论等知识抽象难懂,因此,在实际的课堂教学中,笔者注重学科知识的拓展及实用化,除讲授教材内容外,还穿插介绍当前新能源材料方面的科技发展动态、工科化学方面最新的科研成果以及自身的科研工作进行讲解,不断优化和充实教学内容。例如,在讲授金属有机配合物材料时,笔者介绍了目前比较热门功能配合物材料当前的研究热点,并以自己在多功能金属配合物材料方面研究的成果介绍给学生。这些相关教学内容拓宽与延伸不仅提高了学生对该课程的学习兴趣,也激发了学生的科研兴趣,达到了较好的教学效果。
二、改革教学模式,探索新的教学方法和手段
在实际的教学过程中,专业基础课的特点决定了它的教学方法不同于选修课,它不仅强调教学内容的系统性、学习方法的引导,而且更需要调动学生学习的主动性,激发学生的学习兴趣。[2]针对“工科化学”课程的专业必修课性质及其教学内容众多,需要理解和识记的知识点较难的特点,笔者坚持“教师正确引导,学生积极参与”的教学原则,采用了多媒体教学与传统教学相结合的教学模式,结合课堂讨论、课外辅导、学生自主学习等多变的教学方法和手段,以增强教学效果。
1.采用传统教学与多媒体教学相结合的教学模式
在传统的教学过程中,教师可以通过讲解、板书、提问、讨论等方式组织课堂教学。然而,一些形象化、具体化的影音视频资料很难展现给学生。而多媒体作为一种新生的现代化教学手段,可以很好地弥补传统教学的不足。它能将抽象的概念直观化、具体化,并容纳较多的信息量,使课堂教学变得形象丰富有新意,教学效率高。[3]“工科化学”课程涉及无机化学中的基本概念和理论、元素化学和基础分析三大块内容。知识面广,内容枯燥,为尽可能调动学生的主动性,引导学生更好地理解和记忆,笔者结合新能源材料与器件专业培养方案,对所选用的教材中的教学内容进行了调整和压缩,制作多媒体课件,在实际的教学活动中,采用了传统教学与多媒体教学相结合的教学模式。通过浅显易懂的课堂讲授和内容丰富的课件展示,增加了学生对工科化学基础知识的认识,加深了学生对教材中的核心知识的理解,取得了较好的教学效果。
2.积极开展互动教学,活跃课堂气氛
根据工科化学专业基础课的性质,在实际的课堂教学中采用引导式讲授和学生讨论相结合的互动教学方法,可以很好地调动学生的学习主动性,营造良好的课堂氛围,提高教学质量,增强教学效果。[4]因此,在教学过程中,笔者既重视发挥教师的引导作用,又充分调动学生学习的主动性和兴趣。课堂上,笔者会针对教材上相关的知识,常常向学生设定问题,留给学生课后查资料,下次课展开讨论。这种教学方法不仅能激发学生学习的主动性和兴趣,而且可以活跃课堂气氛。例如,在讲授绪论中物质的状态时,笔者提出“物质按其存在状态可以分为几类”;讲到新材料的分类时,提出“什么是等离子体”和“什么是液晶材料”等许多在生活中涉及到的化学类新名词、新概念,让学生进行思考和讨论,然后教师再进行讲解,这样一来课堂气氛十分活跃。这种互动教学方式使学生对工科化学的兴趣大增,学习的积极性和主动性也随之增强,对教材中的基本知识点理解更透彻,记忆更深刻,收到了理想的教学效果。
3.及时进行课外答疑,解决学生课后学习遇到的问题
考虑到要在48个学时内完成工科化学教学大纲的教学任务,而且知识点庞杂,难以让学生在短时间内消化和掌握,笔者只能在实际的课堂教学过程中很紧凑地按照教学计划安排好教学内容,课堂上没有充足的时间解决学生课后学习或完成作业过程中遇到的问题。为了能让学生及时解决学习教材内容中遇到的问题,笔者每周专门安排一次课后答疑。通过实践发现,学生很珍惜与代课老师交流的机会,会把自己在学习教材、完成课后作业过程中遇到的困惑整理出来让老师做答。通过这种方式,学生对教材中知识点的理解和掌握就更为透彻,极大地提高了学生学习工科化学的积极性。
4.选择部分章节让学生主讲,提高学生语言表达能力
在传统教学模式中,教师的主要任务是站在讲台上“讲授”,学生的主要任务是“听讲”,在讲课过程中,教师设置一些教学活动,与学生进行互动,调节课堂气氛。然而,这种以课堂为中心、死板灌输的教学模式严重制约了学生课堂学习积极性。学生只能按照教师设计好的课程教学内容被动学习,在课堂上基本没有表达自己想法的机会,即使偶尔被提问,也会因缺乏足够的准备,发言效果不佳,导致缺乏自信心。大学的三尺讲台,不仅仅属于教师,还属于学生,学生也可以借助这个讲台得到必要的锻练。如果能够给学生提供上台讲解的机会,学生就能够深刻体会站在讲台上的责任,就必须按照教师的要求将自己准备的内容用简洁明了的语言展现给其他学生。另外,学生在走上讲台之前,课前会做充分的准备,然后把自己准备好的知识传递给其他学生,无形中提高了学生学习的主动性。例如,工科化学中,其中一章为《氢》,这一章主要讲解氢、制备、用途、同位素、氢化物分类、氢能源等,没有较难的理论。因此,笔者提前两周安排学生课后查资料和素材,做多媒体课件,课堂抽出一个学时让准备好的学生上讲台讲解。从4~5名同学上讲台讲解的情况来看,学生课前都做了精心的准备,而且最大限度地利用了网络等媒体资料。学生的多媒体课件制作简洁,图文并茂,讲解结束后,其他学生可以提问,共同参与问题的讨论。这样一来,不仅锻炼了学生的语言表达能力以及沟通能力,而且为学生将来毕业时能够更好地在应聘中表现自己提供了锻炼机会。
三、探索新型考核方式,提高教学效果
在整个教学活动中,考核环节是一个必不可少的重要环节。专业基础课的考核不同于专业选修课灵活多样的方式,一般采取传统的闭卷考试,需要学生记忆的知识点多,容易使学生思想负担过重,给学生学习带来压力。而新能源材料与器件专业的“工科化学”课程作为专业基础课,其主要任务是简明地介绍化学中的部分原理,在中学化学的基础上,重点掌握元素及化合物的物质本性及变化规律,建立一个化学意识,在以后遇到相关问题时能够从化学的角度去解决。鉴于该课程的专业基础课性质和内容多、知识面广、学生掌握知识点难度大等情况,为提高学生的学习主动性和教学效果,笔者对该课程的考核方式也进行了相应的改革,采取了中期课程小论文与期末闭卷考试相结合的方式。具体的成绩考核核算方法为:课堂表现、出勤情况和课后作业完成情况占成绩的10%,课程小论文成绩占10%,实验成绩占10%,期末试卷卷面成绩占成绩的70%。这种考核方式不同于以往的“1+2”模式(总评成绩=卷面+平时+实验),既可客观地反映学生对课堂所学知识的理解和掌握情况,同时可以真实地反映学生课后学习这门课程的积极性和主动性,最终期望能够全面反馈出这门课程的教学效果。
四、结语