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气温: 21.6 ℃ 大气压: 101.1 kpa
实验七:二组分固枣液相图的测绘
一.目的要求
1)、分析法测绘铅-锡二元金属相图,了解固-液相图的基本特点
2)、学会热电偶的制作、标定和测温技术
3)、掌握自动平衡记录仪的使用方法
二.仪器 试剂
自动平衡记录仪
热电偶
电炉、泥三角 、坩锅钳
纯sn、含sn为20%、40%、60%、和80%的snpb合金以及纯pb(坩锅上的记号分别为1、2、3、4、5、6)
三.实验数据及处理
热电偶工作曲线
pb
sn
h2o
相变温度 ℃
323
232
100
平台高度 格
61.9
47.3
28.1
曲线斜率
6.6118
曲线截距
-84.269
步冷曲线
pb %
20
40
60
80
100
折点高度 格
47.4
43.8
41.2
47.5
56.5
62.3
平台高度 格
40.5
40.5
40.4
40
39.9
39.9
折点温度 ℃
229
205
188
230
289
328
平台温度 ℃
228
184
183
180
180
325
热电偶工作曲线
pb~sn相图
四.提问思考
1.步冷曲线各段的斜率以及水平段的长度与哪些因素有关?
答:对于斜率来说,与平衡记录仪的走纸速度和混合物中各物质的比例有关;对于水平长度来说,与控制冷却速度有关。
2.根据实验结果讨论各步冷曲线的降温速率控制是否得当。
答:在本次实验中,我们并没有采取降温控制,不过各平台明显,所以,由此看来,我们操作得当!
3.如果用差热分析法或差示扫描发来绘制相图,是否可行?
答:由于样品在吸热中相变较多,造成热容变化很大,与参比物相差甚远,造成基线发生漂移,因此,用以上两种方法不可行。
4.试从实验方法比较测绘气—液相图的异同点。
1改革物理化学实验教学的教学方法探索
由于地方工科院校的物理化学实验教学存在上述问题,必须有针对性进行改革并探索新的教学模式。结合地方院校物理化学实验教学现状的共性及我校物理化学实验的教学现状,我们对物理化学实验教学采取一些改革措施,并探索新的教学方法。
1.1增加、更新物理化学实验教学内容
地方工科院校的物理化学实验教学内容设置受资金投入不足、实验仪器配置数量不足、设备落后、实验教学学时少等因素制约,因此,根据实际情况设置物理化学实验教学内容非常重要。而大多数工科院校一般根据物理化学理论课的教学内容开设相应的物理化学实验,导致有部分实验与先行的无机化学实验相同或者相似,因此,我们在新的物理化学实验教学内容设置上,必须统筹考虑无机化学实验和物理化学实验的教学内容,避免在物理化学实验教学中重复无机化学实验,浪费不必要的实验学时。更新物理化学实验教学内容,剔除一些内容过于陈旧的物理化学实验,补充一些先进的、有代表性的实验,如,原有的一级反应实验-过氧化氢分解实验,是利用气体体积随时间的变化关系来确定速率常数,但体积变化是通过手工移动水准瓶来测定的,难以准确测定,影响实验结果,因此,将该实验改为蔗糖溶液水解反应,通过旋光度测定反应体系溶液浓度随时间的变化关系,较精确地测定一级反应速率常数。在实验用时少的经典实验中增加一些与物理化学研究热点相关的物理化学实验,如,电极制备及电池电动势的测定,该实验用时较少,我们在实验教学中增加有关锂离子电池电压及充放电测试的实验内容。原有的物理化学实验内容为:燃烧热的测定、静态法测定液体饱和蒸气压、合金相图、电极制备及电池电动势的测定、电导法测定弱电解质的电离常数、一级反应―过氧化氢分解、氢氧化铁溶胶的电泳、溶液吸附法测定固体物质的比表面,改革后的物理化学实验教学内容调整为:燃烧热的测定、静态法测定液体饱和蒸气压、合金相图、电极制备及电池电动势的测定、Li/LiMn2O4锂离子电池的组装及电化学性能测试、二级反应-乙酸乙酯皂化、一级反应―蔗糖溶液水解反应、氢氧化铁溶胶制备及电泳、溶液吸附法测定活性炭的比表面、活性炭作为超级电容器电极的比电容测定、纳米TiO2对甲基橙的光降解。
减少内容固定、陈旧的验证性实验的实验数量,增加具有设计性、创新性的综合实验的实验数量。增加综合性物理化学实验数量,物理化学实验教材中不提供综合性实验具体的操作步骤,只提供实验原料和相应的仪器,要求学生预先查阅相关文献,自己设计实验方案,允许在实验过程不断修正实验方案,实验结束后,学生在教师的帮助下分析实验成败的原因。综合性物理化学实验的引入,可以较好地引导学生学会查阅文献、比较周全地考虑问题并设计实验方案,有助于培养学生的逻辑推理能力和实验操作能力,为今后的相关专业学习以及科研创新能力打下基础。
1.2改革物理化学实验教学模式
目前大部分工科院校仍采用教师板书讲解实验原理和演示实验操作细节、学生按要求进行实验的传统物理化学实验的教学模式,导致教师花费较长的时间讲解和纠正学生实验操作,实验效果和效率较差。我们改进传统的物理化学实验教学模式,采用现代教育方法和手段结合传统的实验教学模式,倡导多种教学模式的综合运用的新教学模式。为了节省教师讲解实验原理和演示实验操作的时间,将要讲解的实验原理做成详细的PPT文件,以及将演示实验操作的详细过程制作成视频文件,并将这些文件上传到桂林理工大学的教育在线系统,以供学生网上观看或下载,让学生提前观看和预习实验教材,使学生明确实验目的、了解实验原理和实验操作,教师在物理化学实验授课时不再详细讲解实验原理和演示实验操作,为物理化学实验教学节省了时间。无形之中,压缩单个物理化学实验项目的实验用时,在整个物理化学实验教学32学时不变的前提条件下,物理化学实验的实验项目数由原来的8个增加到11个,解决实验教学课时少导致实验项目少、学生实验操作训练不足的难题,同时,可以进一步提高学生的实验操作技能和增强学生对实验相关的物理化学理论基础知识的理解,从而提高物理化学实验的教学质量。
1.3强化和提高学生实验数据处理和分析能力
提高学生的实验数据处理和分析能力也是物理化学实验教学的一个主要目的,加强学生数据处理和分析能力的培养,对学生实验设计能力、独立思考能力、误差分析能力等综合实验能力的提高具有重要的意义。大部分的物理化学实验数据处理比较复杂,通常需要经过复杂的公式计算、作图、线性拟合、非线性拟合等复杂过程,只有借助数据处理和作图软件才有可能获得精确的实验结果。但传统的物理化学实验教学并不要求学生利用作图软件处理数据,因此,大部分学生只采用手工计算和利用坐标纸手工绘图的粗略方法处理数据,在描点画线和选取坐标比例时易引入较大的误差,导致数据处理结果误差较大,甚至不准确。针对这种现象,我们在新的物理化学实验教学过程中,要求学生要利用常用的Origin作图软件处理比较复杂的实验数据,并在物理化学实验开课前对学生进行Origin软件授课和培训,使学生初步掌握Origin软件的使用方法。学生采用origin软件进行公式计算、数据作图、数据拟合、相关性等分析,不仅简化了数据处理的过程,提高了结果分析的精确度、准确度,而且还能培养对实验现象和数据分析的科学严谨态度,同时,进一步提升学生的计算机应用能力,为学生今后的科研实验打下良好的数据分析基础。
1.4改革实验考核方法
传统的实验考核方法主要是根据实验报告确定学生的物理化学实验成绩,实验报告只体现出学生的数据记录及数据处理,难以体现学生的实验态度、实验操作技能以及综合能力,因此,实验报告难以准确判断学生是否掌握实验原理和实验操作。针对传统考核方法的不足,我们对传统考核方法进行了改进,采用实验成绩包括平时成绩和考试成绩的考核方法。平时成绩包括预习、实验操作和实验报告,占实验总成绩的40%。在课程结束后进行闭卷考试和实验操作考试,考察学生实验原理和技能的掌握情况,考试成绩占实验总成绩的60%。采用新的考核方法,促使学生更加重视物理化学实验原理、相关的理论知识以及实验操作,有利于巩固学生的理论基础知识和熟练掌握相关的实验操作,有利于提高学生的实验综合能力,为今后相关课程的学习及科研工作打下坚实的基础。
2物理化学实验教学改革的初步成效
改革后的物理化学实验教学授课的对象为2008、2009、2010、2011级的化学工程与工艺、材料化学、无机非金属材料工程、高分子材料科学与工程等专业的学生,这部分学生的物理化学实验项目数量比同年级其他专业的学生多3个,实验操作技能及数据处理和分析能力也明显优于其他专业的学生。根据我们对桂林理工大学2012、2013届的本科毕业论文优秀率以及广西高校化学化工类论文及设计竞赛获奖率的统计数据来看,可以看出,通过改革后的物理化学实验教学培训的学生的实验操作技能、数据处理和分析能力等综合能力明显高于采用原教学模式授课的学生。
关键词:物理化学实验;移动互联网;实验教学
物理化学实验是高等学校化学、化工、环境、生物等相关专业所必修的一门实验课程,是高校学生学习和研究物理化学原理与过程的重要途径,在物理化学教学中起着举足轻重的作用。它以物理仪器测试为主要手段,测量数据及数据处理为主要内容,综合了化学学科各领域所需的基本研究工具和方法。该门课程理论性、实践性和技术性都很强,在培养学生创新能力、综合能力上发挥着非常重要的作用[1-2]。物理化学实验对培养大学生的基本操作技能和独立实验能力,进一步加深基础理论原理和基本概念的理解至关重要。为提高物理化学实验教学质量,在国家对教育投入持续增加的背景下开展的教学改革呈现出了加强研究创新型实验、提高实验结果准确性、推进开放式实验教学、尝试主动型实验教学、提倡绿色实验教学等趋势。
1物理化学实验课程开放式网络教学改革的原因
物理化学实验由于实验仪器数量的限制,在进行教学时,通常采用的是多组循环实验制,这样学生在进行物化实验时,往往与该实验的对应物理化学理论知识在课堂上还没有学到,在进行实验教学时,一方面在实验的具体内容上需要根据学校本身的情况作出调整,甚至有时候变动相当大;另一方面,实验教材上的仪器型号通常与院校采用的不同,因此相应的操作规程和步骤也会有所区别。因此即便学生做了充分的预习,教师在课上有了充分细致的讲解,仍然经常错误百出,效率低下。而如果依靠实验教师在有限的时间内进行讲解,无论从时间上,还是教学的效果方面都不会尽如人意。目前现阶段物理化学实验的教学过程中,主要采取学生预习—教师讲解—学生实验—提交实验报告的教学模式。传统的教学中实验过程是在教师的精心安排下进行讲授和实验演示,这通常会占用大量的课堂时间,而且学生只能是被动接受,疏于思考。另外学生和教师之间也缺少有效的沟通,这就造成学生对实验课的主动性不高,也不利于学生创新能力的培养。教学过程单一化,不利于学生创新能力和综合能力的培养[3-4]。物理化学实验课程由于教材的特殊性,结合近年来国家在高等教育方面所大力提倡的自主创新教育、开放式教育的趋势以及现如今互联网的普及,研究并开发出可以在网络上学习交流并共享的实验教学课程势在必行。
2物理化学实验开放式网络教学平台的构建
随着近年来网络和多媒体技术的发展,网络教学成为教育界关注和研究的热点之一,成为了21世纪教育改革的重要领域。网络教育是基于网络平台,利用数字化、多媒体和交互式等动态效应技术使一些复杂的、抽象的教学内容形象化和直观化,使师生互动易于实现,是对传统教育模式的一种补充,网络课程可以很好地改进物理化学实验教学内容的呈现方式,增强实验的互动讨论,提高学生自主学习的积极性。尤其近年来,移动互联网的增长态势十分迅猛,其中2016年移动互联网比上年增长了20.7%,其中手机上网的流量同比增长124.1%,在总流量的比重达到90.0%[5]。因此,鉴于以上情况,建立符合自己学校教学特色的物理化学实验网络课程平台具有十分的必然性。尤其随着近年来我们国家移动互联网的建设和普及,以及基于移动互联网出现的大量社交应用和微信公众号等传播应用平台,对于普通高等学校在校生,如果采用这类移动媒介作为物理化学实验网络课程的平台,会具有极大的可操作性和便利性。因此,基于以上原因,势必需要改进长久以来的物理化学实验授课方式,将以学生课前书本预习、教师课上讲授的传统教学方式,改进为学生在网络预先完成实验学习过程,教师转而主要着重于实验过程的指导和检查,而这样的教学方式,将大大拓展物理化学实验教学的“无形”课时,极大提高学生学习的积极性和灵活性,进而提高物理化学实验课程的教学效果。
3物理化学实验开放式网络教学课程的构成
网络教学平台设置需从以下几个方面着手:(1)实验的公告系统,这部分应包含物化实验的时间和地点安排,以及相应任课教师与实验教师的联系方式,方便教师和学生更加便利地沟通,及时做好实验前的准备和预习工作,另外,当遇到特殊情况需要作出时间变动时,也可以做到更好地通知学生。(2)课程内容部分,此部分主要包括了学期各实验的内容、原理说明,以及操作视频和图片讲解,还有实验中需注意的一些事项。(3)实验的开放预约系统,物理化学实验随着现今物理化学的发展趋势,可以在今后设计若干个具有创新性的综合实验,作为对必做实验的有效补充,作为物理化学实验选做部分接受学生预约,这部分选做实验的设置无论是提高物化实验多样性和创新性方面,还是进一步拓展学生在实验设计和操作上的综合能力方面都十分有益。这样一来,即避免实验课程陈旧会与现今科技发展越来越脱节,也可进一步提高学生在自主实验方面的设计与创新能力,也同时提高了物理化学实验课程的开放性。课程内容具体应包含以下几个方面:(1)实验导航部分,包括物理化学实验需注意的安全事项,进入实验室前需做好的一些准备工作。(2)实验的基本原理和目的,这部分主要简明扼要的介绍一下实验的基本原理和主要目的、意义,包括实验中涉及到的物理化学理论中的基本公式和定理。(3)实验仪器的图片介绍和实验操作的视频,通过这些,学生可以做到通过预习熟悉实验仪器的基本原理和操作细节,从而更加顺利的得到精确的实验结果,最后还有相应实验报告的写作要求和范例,这些可以帮助学生写出更为规范的实验报告。(4)实验的答疑讨论区,可以供教师与学生交流实验及实验报告中遇到的一些疑难问题,更可以定期一些在实验中普遍出现的难点和问题。
4实验开放网络教学平成后的优点
解决了实验教材与实验内容不配套的问题,而且将实验课程内容网络化,会极大地提高学生学习的效率,并节省教师的授课时间。网络教学平台依托的的是现今我国发展迅猛的移动网络,并且借助手机以及手机app,可以更加灵活和方便地使学生运用课外时间,做好物理化学实验的预习和准备工作。将学生对于实验内容的学习过程移出课堂之外后,教师可以将更多的精力放在评价学生的实验操作上,而这些无疑将更加有力地推动和提高学生学习的自主性和主观能动性。这种网络实验教学平台模式一旦具有可行性,对于高校实验教学平台的启发意义将是巨大的,其他类似的理工科实验科目都可以仿照这种模式,进一步改进现今的实验课教学方法和提高教学效率。5结语为了更进一步地改进高校物理化学实验课程的教学方式,使之更加适应现今科技发展的趋势以及移动互联网络的急速发展的情况,我们提出了将物理化学实验课程开发出相应的网络开放教育平台的理念,这样的网络开放教学平台的适用可以延伸教学时长,更好地提高学生的预习效果和学习积极性,也提高了课堂教学质量。而且经过学生和教师们的实践和互动,不断总结经验,相信我们可以更好的进一步完善改进这种移动网络教学平台,以满足今后不断发展的教学需求。
参考文献
[1]蒋月秀.物理化学实验教学改革研究[J].高教论坛,2005(4):40-42.
[2]韦波,刘海燕,李玉红,等.物理化学实验网络课程的构建与应用[J].广东化工,2016,43(21):191-192.
[3]李燕,毛晓明,李慧,等.新升本科院校物理化学实验课程的优化[J].广州化工,2016,45(1):150-151.
[4]徐永群,徐坦,王小兵,等.开放式物理化学实验多媒体课件的设计与应用[J].广东化工,2015,42(6):192-194.
高等教育发展的重要趋势,是为社会培养高素质创新人才[1]。实验教学在高校培养高质量创新人才以及对学生进行全面素质教育中具有独特的作用[2]。基础实验旨在培养学生掌握实验的基本方法和技能,巩固和加深对基本原理的理解,获得实验研究的基本素质[3]。
物理化学实验是理工科许多本科专业的基础课程之一,在学生的素质和能力培养方面具有重要作用。而以往的物理化学实验教学在实验内容、教学方式、评价体系等方面都存在形式单一等不足。
本文在物理化学实验教学中,从学生实际出发,突出“以学生为主体”的教学思想,在学生学习能力、动手能力、分析问题、解决问题等方面的培养方法进行了改革,取得良好的效果。
一、综合素质培养的措施
传统的实验教学模式是以老师的讲授为主体,学生模仿老师进行实验,学生常常处于“照方抓药”的被动地位,不能体会实验的真谛。这样的教学方式抑制了学生主观能动作用和创新能力的培养,导致学生实验能力被削弱,很难适应社会对高级人才素质的要求。
为提高教学质量,培养学生的综合能力,提高学生学习的主动性,我们在物理化学实验教学中对教学方法进行了改革,让学生作为主体,轻松愉快地进行实验。
1、强化课前预习
在传统的实验教学中,很多学生的课前预习只是一种形式,有些学生将实验内容抄写一遍,有些学生甚至不预习。学生不经过大脑思考,积极性和创造性得不到发挥,实验课没能调动学生的主观能动性,达不到对学生综合素质培养的要求。
物理化学的每个实验都涉及一个物理化学理论,应用不同的仪器,因此指导老师们在课前根据实验内容所涉及到的理论、原理、仪器、操作、数据处理方式等,设计若干思考题,提前一周下发给学生。让学生带着问题去教材中、图书馆查找相关内容,相关物理量的理论值,并设计实验方案,实验数据记录格式,需采用的数据处理方法等,同时了解他人的研究与应用。进行实验前,指导教师检查并提问学生对该实验的实验原理掌握的基本情况,对没有预习或者预习不充分的同学,先不允许进行实验,直至预习好才能进行实验。这样严格要求,一方面培养了学生做好课前预习的习惯,另一方面保证了学生理解实验原理、实验操作正确、实验结果准确。
2、“以生带生”的指导方式
物理化学实验涉及的仪器设备较多,在进行独立实验的过程中,往往会出现许多问题。教学中一名指导老师要同时指导20组学生的实验操作,如此多的学生,加之设备陈旧,教师无法及时顾及到每个学生,学生的疑难问题不能及时得到解决。因此实验课前老师就实验内容要点和仪器的使用方法培训几名学习能力较强的学生,作为“小老师”,辅助老师指导同学的实验操作。课堂上多位“小老师”与指导老师同时在实验室巡视,能够及时发现问题和解决问题,保证学生及时得到全方位照顾。老师在必要的时候就共性问题,进行讲解和指导。
3、利用软件进行数据处理
物理化学实验验证性实验较多,学生每次实验课基本上是通过仪器操作,获得系列数据,经过数据处理、绘图,求斜率等,进而求得某个物理量的值。以前学生主要是利用坐标纸来进行作图,由于坐标纸作图取点有很大的主观性,对实验结果有很大的影响,实验结果与理论的解释存在出入。有的实验数据还比较多,处理数据比较麻烦。教学中引导学生利用Excel、Origin软件处理实验数据,一方面可以使学生掌握数据软件的使用方法,为以后的学习、科研打下良好的基础;另一方面可以从很大程度上降低人为因素,所得到的数据相对比较客观,还大大节省了同学们数据处理的时间。
4、改革实验报告的撰写
实验报告是实验操作过程的总结以及对获得实验结果分析讨论的书面表达形式。是衡量学生实验效果的依据,是体现学生实验动手和写作能力以及总结分析能力的凭证。在撰写实验报告过程中,可以巩固理论基础知识,分析操作中的失误及误差产生的原因,培养学生独立分析问题和解决问题的能力。
传统的实验报告基本是固定格式,在综合设计性实验中,采用小论文的形式来撰写实验报告,这不同于传统的实验报告,具有灵活性和多样性的特点,能充分激发学生对实验的兴趣,发挥主观能动性,有效提高实验课的教学效果和质量。
5、以竞赛和科研促进教学-开放实验室
在传统的化学实验教学中,大多数实验是按照指导书上所写的步骤按部就班地进行,不利于培养学生学习的兴趣,难以激活创新思维。因此我们通过实验竞赛对设计实验进行开放式教学。
例如“蔗糖水解反应速率常数的测定”实验中,一改以前固定温度、蔗糖浓度、酸种类、酸浓度等,把学生分成几组,让他们自由选择一种影响因素,分别设计实验方案,每小组测定4-5组数据。实验结束后,小组成员对所取得的数据进行归纳分析和总结,得出该因素对蔗糖水解反应速率常数和反应半衰期影响的结论。
经过这样的实验,既加深了学生对理论知识的理解,又锻炼了他们的配合能力,分析问题、解决问题、归纳总结的能力。几年的实践证明,学生对开放式实验教学方式比较欢迎,普遍反映学习效果较好。
【关键词】物化实验;教学方法;改革
物化实验是化学专业学生必修的一门独立的基础实验课程,它对于掌握物理化学的研究方法,加深对物理化学基本理论和概念的理解,增强解决实际问题的能力,无疑是十分重要的。因此,不断充实和更新物理化学实验课的教学方法研究,提高实验课的教学质量,对培养合格的化学专业学生有重要的意义。本文简要介绍我们在物理化学实验课中进行教学改革的情况,并提出自己的一点见解。
一、基本设想
物理化学实验教学的基本过程,一般都是在确定实验内容后,通过学生对实验的预习和准备,教师的讲解,实验操作和写实验报告等步骤进行。这样的过程对学生学会物理化学实验的基本技术,掌握实验数据的处理方法上起着良好作用。但也存在以下不足:
学生实验的内容完全限制在实验讲义所指定的范围内,教师安排几个实验,学生就按照讲义做几个实验,教学方法基本上是验证式的,对于启发学生特别是大学高年级学生独立思考问题,培养分析问题、解决问题的能力是不够的。教师往往管得过多,学生被动应付,学生的学习积极性不能得到充分发挥。教学形式比较单调刻板,学生在学习了一些必要的基础实验方法后,没有进一步进行实践的机会。
教学活动应该是生动、活跃、富有创造性的过程,因此必须同时发挥师生双方的主动性和积极性。特别是在科学技术飞跃发展的今天,学校的教学过程不仅要传授知识,更重要的是重视学生智力的开发,即重视学生创造能力的培养。
二、具体做法
将物化实验教学分为两个阶段:
第一阶段:进行14个基本实验。内容包括物理化学的各个基本方面以及主要的物理化学实验基本操作。通过这部分的教学,使学生学习物理化学实验的常用方法,掌握必要的基本技能技巧,同时有意识地引导学生注意物理化学实验的设计思想,要求做一个实验,学习一个方法就能举一反三、解决一种类型的实验问题。
第二阶段:选出10个题目作为学生的独立实验。这些实验主要有三种类型:
(1)应用已经学到的实验知识,解决进一步的问题。
(2)在原有实验的基础上,进一步应用一些新的仪器设备,解决有关问题。如:应用2042型自动平衡记录仪记录步冷曲线,测绘Bi―Cd相图;应用CDR―1型差动热分析仪测定KNO-3和BaCl2・ 2H2O的差热谱等。
(3)补充前一阶段实验中实验技术训练方面的不足。如:考虑到在前一阶段实验中电标定法测定量热计的热容以及量气法都未让学生应用到,所以这时就分别安排熔解热的测定和H2O2分解反应速度常数的测定实验来予以补上。
第二阶段独立实验进行时,仍将全年级学生按每二人一组编排,每组选做所列题目中的一个实验,确定题目后在一周内查阅资料,预习准备,教师对这些实验只作答疑讨论,不再详细讲解。然后用10-12学时进行实验,要求学生独立完成,但允许学生实验失败重做。实验完毕后,分别按规定作出实验报告,并要求将测得的数据与文献值进行对照比较,做出误差分析和实验讨论。最后每个小组进行一次交流,采用实验展览的形式,每个实验选派一名代表,边演示边讲解,报告实验结果和实验过程中的体会,并进行讨论和质疑。这样,使每个学生除了自己做的实验外,对整个独立实验的内容都有一个比较全面的了解。
三、几点体会
(1)物理化学实验教学分成基本实验和独立实验二部分来进行,受到学生的普遍欢迎。由于在教学的第一阶段比较强调实验的基本技能和设想思想,学生学习目的性比较明确,针对性强,基础知识掌握得比较牢固。第二阶段强调学生独立解决问题,学生的积极性得到较好发挥,同时也能使学生获得进行科学研究的初步训练。通过这种教学安排,学生的实验技能技巧,数据处理能力等多方面都提高得比较快。
(2)从学生独立实验的结果看,大部分学生的实验结果在误差范围内,个别学生虽然有较大的误差,但也能从实验操作过程中,仪器设备的使用方面着手分析误差产生的原因。另外,不少学生在实验过程中能自觉查找资料,摸索合适的实验条件,总结实验的关键。
(3)高年级学生的实验课,应放手让学生自己研究和解决问题。从这次教学改革尝试看,独立实验可以多安排几个,难度也可以再适当增大。在实验时间的安排上,可以灵活一些,最好逐步做到实验室开放,让学生有更多的时间在实验室里进行实验。
然而,也正是因为物理化学实验理论性强,实验仪器复杂、老化、不稳定、测量得到的实验数据误差大,得不到应有的实验结果等特点,削弱了学生学习的积极性。同时,过多的验证性实验内容和按部就班的实验操作影响了学生创新能力的培养。根据当前素质教育的推行,我们在长期的物理化学实验教学过程中总结经验,并结合华南农业大学的实际情况,对物理化学实验教学方法进行了改革与实践,并取得了相当不错的效果。
1物理化学实验教学中存在的主要问题
长期以来高校物理化学实验教学中存在的问题主要有以下4个方面:
(1)教学模式单一,传统的物理化学实验教学绝大部分都是老师板书讲解实验原理和仪器操作方法、实验注意事项,然后学生完成实验操作,教学过程缺乏引导,严重影响了学生对该课程的学习的主动性。
(2)物理化学实验操作大部分是学生在教师的安排下或按照实验教材进行实验操作,根据实验数据处理要求完成实验报告,学生缺乏主动思考,几乎没有创造性的发展空间,对实验课程积极性不高。
(3)物理化学实验没有独立性,物理化学实验普遍存在仪器少、学生多的情况。因而采用大循环式的开课方式,造成实验课程超前于理论教学,很难达到培养学生理论和实践相结合的教学目的。
(4)考核方式相对简单,缺乏考核的层次性和多样性,不能充分发挥学生的主动性和创造性,不利于学生分析问题和解决问题能力的培养,也不能很好地反应学生的学习质量。
2物理化学实验教学方法改革的具体措施
针对以上物理化学实验教学中存在的主要问题,我们进行了实验教学改革,具体措施如下:
(1)针对实验仪器少、循环式的排课现状,将一个班级学生分为A、B两大组,同时进行两个实验项目,A组同学做实验1、B组同学做实验2。根据仪器的数量,再将每个大组分为几个小组(每小组有2~4名学生),编号为:A1,A2,A3,和B1,B2,B3,
(2)为了解决学生过于依赖的、注入式的实验教学现状,发挥其主动性,实验前教师先随机指定A、B组中的两个小组同学课下分工合作准备讲解下次实验的实验原理和步骤。例如:A1、A2组准备实验项目1的内容,B1、B2组准备实验项目2的内容。其他小组的同学根据预习情况,准备与本实验相关问题。
(3)上课前由A1、A2小组根据实验预习情况板书实验原理和重要步骤并派代表上课时在讲台上讲解实验1的实验内容,在讲解的过程中该组其他学生可以进行补充、修正。教师根据学生的原理讲解是否清晰、语言表达是否准确及时间的掌控等情况给出小组的实验预习成绩。
(4)讲解完后,请A组其他小组成员补充和指出A1、A2小组同学讲解中的问题和不足,补充该实验方法的实用性和解决该实验的其他方法。同时,教师可以根据学生们对实验的预习情况进行有针对性的讲解和补充,完善学生对实验内容的理解和掌握。
(5)为了调动课堂气氛,活跃学生思维,实验安排提问环节。各小组提出与本实验相关的问题,由其他小组抢答或由老师指定小组同学负责回答。教师根据提问环节给出A组其他小组的预习成绩,并且对提问好的和回答正确的小组给予加分,登记在成绩记录表上。
(6)B组的同学的讲解和提问环节规则同A组,只是内容为实验2的实验内容。
(7)为了培养学生的观察能力和动手能力,教师对照仪器实物讲解实验1和实验2的实验操作要点时,对于仪器的使用和可能出现的实验现象提出问题,让学生带着问题通过自己实验探索找到答案。
(8)为了使学生在实验操作时有较大的主动性和发挥空间,在整个实验过程中,教师观察学生的操作是否规范,检查其测量的数据是否正确,只是在必要的时候给予学生指导,并根据每个小组的操作情况给出实验操作分。
(9)在实验数据处理上,鼓励学生尽量学会使用Origin、Excel等常用作图软件完成,减少手工作图误差,培养正确的科学态度。
(10)采用多元实验考核模式。每名学生实验的最终考核成绩由小组实验预习成绩、加分情况和实验态度、实验操作成绩,及每名学生各自的实验报告成绩综合评定,各部分比例教师可自行决定。
在整个实验过程中,教师要注意对实验各个环节的时间掌控,做好学生在实验预习、实验讲解和实验提问等环节的引导工作,调动学生的学习积极性,确保所有实验教学内容结束时,每个小组都有上台讲解的机会。
3改革实践的效果
我们对我校每学年20个自然班中的部分班级进行了物理化学实验教学方法改革的试行,突出的实践效果表现在以下6个方面。
(1)整个教学过程以学生为主、教师为辅,学生在教师的引导下由被动学习变成主动学习。学生对上物理化学实验课的态度发生了很大的变化。课下准备实验预习资料、课上自己讲解、提问和回答的方式大大激发了学生的学习积极性。
(2)分组式的教学模式,培养了学生的合作能力和协作精神。由于最终考核成绩一定程度上由小组综合表现决定,因而促使小组每一名成员的努力目标一致,有效地调动小组内部学生相互学习,取长补短;小组之间形成良性的竞争机制,并一定程度上解决了物理实验仪器相对短缺的问题。
(3)课前学生通过小组内和小组之间的分工合作,大大加强了实验课的预习效果。使得学生能够了解和掌握实验的大部分基础知识和实验原理,改变了实验课依附于理论课教学的局面,提高了实验课程的教学质量,同时,也带动了学生对物理化学理论课的学习兴趣。
(4)安排学生进行实验讲解和提问环节,活跃了课堂气氛,有效地促进了学生对实验原理和操作的理解,避免了学生为完成任务不做思考的机械操作现象。同时,让教师掌握了学生对实验的理解程度和问题,并在后面的教学中作有针对性的讲解。
(5)教师在讲解实验操作要点时,采用对于仪器的使用和可能出现的实验现象事先提出问题的模式。在一定程度上改善了操作过程中一出现问题就找老师解决的局面,促使学生培养观察能力和自己动手解决问题的能力,让学生带着问题通过自己的实验探索找到答案。
(6)新的考核方式可以对学生的实验综合能力给予全面的考核,更体现公平性和全面性。同时,教师对提出、回答问题较好的同学给予适当加分的措施可以激发学生的学习兴趣,形成良好的学习风气和竞争机制。
此外,通过两学年的试行和对资源环境科学、生物技术、食品工程、食品营养等专业学生的问卷调查,结果显示较之传统的物理化学实验教学方法,绝大部分的学生更喜欢和支持改革后的教学方法。认为采用改革的教学方法后既学习到了知识,又增加了学习的主动性,学生分析问题、解决问题能力得到提高,与教师的沟通和交流增多了。有些同学对完善改革方法提出了很好的意见,说明学生对改革后的教学方法的认同。
一、改革前的物理化学实验教学
1.改革前的实验教学内容
传统的物理化学实验主要为验证性的实验,实验教学的目的是让学生通过实验理解和掌握理论课程中的知识点,并验证所学的理论知识,只为知识的传输服务。培养和锻炼学生创新能力的综合、设计性实验内容很少。
2.改革前的实验教学分组情况
由于物理化学实验仪器较贵重,台套数较少,一般院校对物理化学实验均采用分组大循环的实验办法。改革前,每班分成两大组分做不同的实验,即每个教师要同时带两个不同的实验,2~3名学生使用一套仪器共同完成实验。
3.改革前的实验教学模式
学生通过学习实验讲义写出实验预习报告,据此老师给出预习成绩,实验前老师要详细讲解实验,然后学生进行实验。实验成绩由预习成绩、实验操作成绩和实验报告成绩组成。由于物理化学实验原理一般较为深奥、实验基本操作较为繁锁、所用仪器较贵重,老师在学生做实验前就得对每个实验(包括实验目的、实验的原理、实验仪器、实验步骤、数据处理及实验注意事项等)内容进行详细讲解。
4.改革前实验教学存在的主要问题
(1)实验教材内容陈旧。改革前采用的实验教材具有针对性不强、石油化工特色不鲜明、实验内容和实验方法陈旧、没有反映学科前沿的新实验,缺少前瞻性、没有完全适应我校各专业实验需要的综合设计性实验内容、与茂名学院(以下简称我校)的实验仪器设备不配套等缺点。
(2)实验质量得不到保证。物理化学实验与其它基础化学实验的不同之处是,大多数实验都是借助于仪器(如光、电、磁、力等)来完成的。仪器结构复杂,操作繁琐,即便学生认真看书预习,也只能对实验理论进行预习,不能对实验仪器的使用进行充分的了解和掌握,无法达到预习要求,致使在实验过程中,操作失误较多。
(3)学生的实验效率低。按改革前的教学方式,教师上课前要详细讲解实验。由于每个老师要带两个不同的实验,所以实验前每个教师要讲解两个不同的实验(包括实验目的、原理、仪器使用、实验步骤、数据处理、注意事项),以每个实验讲1学时,每班分成两大组,当教师讲完第二个实验,则要2学时左右,相当于第两组的学生要2学时以后才能开始做实验,实验耗时长,实验效率低。
(4)教师的教学效果欠佳。如前所述,每次实验前教师要先讲解2学时,学生要2学时以后才能开始做实验,教师的工作时间为学生实验时间加上2学时,每次实验课教师的工作时间是6学时以上。如果学生实验失败重做实验,则时间会更长,远远超过目前教师的每个实验4学时的工作量。由于教师在讲解第二组实验时,第一组学生已经在做实验,每个学生的实验情况老师无法了解,更谈不上指导实验。导致教学效果欠佳,教师不能及时解决学生实验中出现的问题,甚至有时可能会出现实验事故,造成重大的经济损失,后果不堪设想。
二、实验改革的准备工作
1.编著新的实验教材
编著适于化学,化工学院本、专科各专业学生使用的专业基础必修课教材。教材的内容除了原有的典型的验证性实验,还大量增加了综合性、设计性实验。该教材既能够适应目前我国和我校物理化学实验新仪器和新方法发展的,又能适应化学、化工各专业的研究、发展方向,还能够充分体现学校关于人才培养目标定位和服务面向定位的实验教材。
2.搭建物理化学实验网上教学平台
根据物理化学实验的有关内容编写和制作相关素材,挂在物理化学精品课程网的物理化学实验网页上,搭建了实验网上教学平台。1)制作实验教学片。实验教学片对每个实验的具体步骤、仪器使用及注意事项等内容通过文字、图像、声音结合老师的适时讲解等多种形式传递教学信息。2)制作实验所用仪器的多媒体课件(PPT)、每个实验的多媒体课件(PPT),包括实验目的、原理、实验药品、仪器使用、实验步骤、数据处理、注意事项等内容。3)编写了每个实验的实验预习思考题、教学大纲、实验讲义。4)收集其它单位制作的物理化学实验素材,包括实验参考书、实验动画(Flash)、模拟实验(Flash)。
三、改革后的实验教学
1.改革后的实验教学内容
对原来验证性实验内容进行改进,大量增加综合性、设计性实验。让学生根据自己所学的知识,按照自己的想法进行设计,在现有实验条件下让学生自己去完成实验内容的组织设计和实验结果的分析。
2.改革后的实验教学模式
学生通过物理化学实验网上素材对要做实验进行预习,不要求写预习报告,但要求学生预习后会回答每个实验的20道预习思考题。学生预习情况以抽签回答预习思考题的形式进行检查,并根据回答情况给出预习成绩。实验时老师不再对每个实验进行详细讲解,只是对实验中容易发生的问题及注意事项进行重点强调,随后学生即可开始做实验。
3.改革后的实验教学分组情况
由于每个班的学生人数较多,尤其扩招后,每班的学生人数又增加了许多,但要保证教学质量,就必须每两个学生共用一台仪器。由于受到目前物理化学实验室仪器台套数的限制,每班必须分成三个大组,分做三个不同的实验。
4.改革后实验教学的优势
(1)增加了新颖的实验内容。改革后的实验安排,增设了能够体现我校以工为主,石化特色办学理念的新颖的综合设计实验内容,这些实验内容是与我校仪器设备相配套的。通过这样的实验安排,学生的独立思考能力、创新意识得到了进一步的加强。这些实验的开展既能够体现素质教育和创新能力的培养,又能够体现现代教育技术和最新学科的发展方向。
(2)创造了良好的学习环境。制作的物理化学实验教学网站,为学生创设了良好的网络学习环境,在此环境中,学生由知识内容的被动灌输者转变为主动学习者,老师由知识内容的传授者转变为学习环境的创建者,这是一种全新的、先进的教学模式。
(3)凸显了学生的主体地位。通过现代信息技术提供的学习环境进行学习是一种全新的学习方式,在教学中计算机技术和多媒体技术的应用改变了以往实验前老师讲解实验,然后学生按部就班进行实验的教学模式。学生在实验前有充分的时间进行预习和准备,即便是扩招后生源质量多层次化,学生也可以根据自己的实际预习情况,自由支配学习时间,直到达到预习要求为止。这种教学模式凸显了学生的主体地位,学生的主观能动性得到了充分的发挥。
(4)提高了学生的实验效率。在良好的网络学习环境中,学生通过文字、图像、声音、动画、回答预习思考题及结合老师的适时讲解等多种形式进行预习,达到了所要求的预习目的。学生很快就能开始实验,实验时间大大缩短,显著提高了实验效率,同时也大大减少了教师的工作量。由于实验前教师不用详细讲解实验,使得他们有更多的时间了解学生的实验情况,指导实验,及时解决学生实验中出现的问题,从而避免实验事故和重大的经济损失的发生。
(5)提高了学生的实验质量。这套多媒体教学素材化难为易、化繁为简、化静为动、化平面为立体,把平时老师抽象讲解的实验操作,学生不易掌握和理解的实验过程,通过各种多媒体形式一目了然展现在学生面前,降低了学习难度,激发了学生主动探究学习的兴趣。学生更容易理解和掌握复杂仪器的结构、原理和操作,减少了学生的操作错误,提高了学生的预习效果和实验质量。
关键词:物理化学 药剂学 教学改革 课程整合
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)04(a)-0031-02
物理化学是药学专业的专业基础课。在我校开设该课程的学期为大二下学期,它在基础课程和专业课程之间起着桥梁和纽带的作用。尤其和药物制剂学联系甚为紧密,因此,要提高教学质量使学生能够学以致用,就必须结合药学专业特点激发学生的学习兴趣,优化教学内容、教学方法并进行适当的课程整合。
1 物理化学与药剂学联系紧密
物理化学课程具有较强的理论性和逻辑性,在学生的学习反馈中,我们了解到学生普遍认为物化难记、抽象、难学、难于掌握和理解。调查发现学生觉得难学、枯燥的原因很大程度上在于在教学的过程中,物理化学教学中缺乏与药学知识的密切结合,学生在学习物化知识后不能学以致用,因此,久而久之便失去了学习兴趣。实际上物理化学中涉及的很多知识点,都与药学专业的很多专业课有着紧密的联系。药剂学是所有药学类高校都设置的重要学科。在药剂学科研方面,药物有效期测定、新剂型的开发等所依据的基础理论必须以物理化学知识为前提,因此,物理化学是整个药物制剂学的重要基础,目前有很多物理药剂学教材几乎有接近半数的内容是关于物理化学的知识。因此,把物理化学知识纳入到药剂学学科中是一种大胆的尝试,这也体现了当今时代学科融合交叉的特点。
2 课堂教学模式探索
如何使这门枯燥的课程变得有趣、生动,需要师生的共同努力。激发学生的学习兴趣,加强物理化学与药剂学的融合是极为重要的。近年来我校一直尝试教学方法改革,在物理化学与药剂学这两门课中也尝试使用了多种教学方法,例如,PBL、TBL、双语教学等教学方法,改变传统的讲授式教学,使教师成为课堂的主导,学生成为课堂的主体,在改革中坚持以物理化学教材为基础,并结合药剂学教材以及大量文献资料,构建“发现探索问题―查阅文献资料―解决问题― 究其原因―得出结论―再发现问题……”的开放式课堂教学过程。结合物理化学和药剂学专业的实际情况作了如下尝试。
(1)教学资源整合。新编教学大纲,组织教学内容,新编教材:《药剂学综合实验》Ⅰ―物理药剂学实验;将药剂教研室和物理化学教研室教师,实验人员联合起来组成一个强大的教学团队,实行集体备课,学生进入实验室之前由专业课教师对该门实验课进行理论导入,基础课教师带领学生进行实验操作;同时实验室空间扩大,新增了大量设备,实现设备共享。
(2)课程内容整合。学生通常认为物理化学理论性强很抽象,主要是是由于热力定律贯穿于物理化学的各个部分,该部分内容如果理解不够透彻很难学好这门课程,而药物制剂学是一门应用性很强的学科,药剂学专业学生的抽象思维能力在其他课程中没有得到充分的培养,另外我院学生高等数学为考查课,学生学习不深,基础薄弱,也导致了学生学习物理化学和药剂学吃力,因此,不能以纯化学专业学生的标准来衡量药剂学专业的学生。所以基于学生的基础和专业我们必须要优化教学内容,授课时遵循如下原则:①对于较为基础的理论,采用讲授式,其中融入大量实例,这样既节省了时间,又使得学生易于理解。②降低理论深度,着重讲解物理化学和药剂学衔接较多的内容,对于应用性较少难度较大的知识点要求学生有一定的了解,对于成绩较好的同学,可以鼓励深入学习,做到因材施教,强调思维方法,针对药学专业特点,合理筛选教学内容。例如,我们在讲授相平衡的时候开始从相律、单分组、完全互溶双液系统和部分互溶、完全不互溶的双液系统在到二组分固液系统以及三组分系统的相平衡[1]。这些知识点在药剂学中是非常重要的,因此,在采用教授启发式教学的同时,要求学生必须掌握该部分内容。实验课同样如此,为了使学生理论联系实际,真正的做到学以致用物理化学和药剂学的实验课必须要进行融合。例如:物理物化中化学动力学[2]内容是药代动力学和药物稳定性的理论基础。授课时我们可以根据实验室条件给学生出实验讲义上没有的动力学实验题目,再由学生独立进行资料的搜集、设计实验方案,最后动手做实验,得出结果后再次进行分析总结并写出实验报告。这样不仅巩固了学生的理论知识,同时也给学生提供了一次很好的锻炼机会。
为了使学生对基础课程的学习更符合学习的规律,提高教学效率,我们分析探讨物理化学实验和药剂学两门课程将其中有着广泛和密切联系的内容融合到一起,具体内容见表1。
(3)制定新的考核方案。原来的物理化学实验是物理化学理论课的一部分满分20分,整合后是一门独立的实验课,满分100分。考核分为两部分平时成绩和期末考试。分值分配如下:预习报告5分,课堂实验操作20分,实验报告20分,英语专业词汇考核5分(随堂考口试),每个实验都按照该标准进行,最后取平均分做为平时成绩;期末考核分两部分其一是操作,学生当场抽签确定自己的考核内容,40分,这样学生会把这门课程系统的复习,便于总体掌握两个学科的关联,其二写一个该课程的心得体会或者某一个实验的小论文或者PPT:10分(例如表面活性剂表面活性的测定实验做完以后,写一个关于表面活性剂的小论文或者将小论成PPT)。
3 整合后效果
整合后物理药剂学实验有助于培养学生分析解决实际问题的能力,能够使学生将物理化学知识与药剂学知识紧密联系到一起,使得物理化学课程真正的对药学专业学生起到指导作用,对于一些很多综合性问题,学生要课下查阅大量的文献资料,因此对学生的查阅文献及对有用资源分析整理的能力也有一定提高。经过两个学期教学方法改革,我发现学生学习兴趣浓厚,教改对于培养应用型人才有极大的促进作用。
总之,加强物理化学和药学融合的教学改革,不是一朝一夕就能完成的,它是物理化学教师与药剂学教师共同的教学宗旨,为达到这一目的,任课教师要花费更多的时间和精力备课,此外还应不断提高自身素质,多和研究所的药学研究人员及药厂工作人员交流,时刻关注药学和医学领域的发展前沿,为物理化学和药剂学两门学科能更好的融合,培养创新型人才尽一份力量。
参考文献
关键词:实验教学;物理化学;留白策略
化学是一门实验性学科,实验教学是培养学生动手能力、科学素养的重要环节[1]。物理化学实验除了巩固理论知识外,着重培养学生创新思维、数据处理、分析问题和解决问题的能力[2,3]。在实验教学中采用留白教学法,可以促使学生以探索的心对待实验,从实验中发现、分析、归纳和总结,实现在“做中学”。
1物理化学实验当前遇到的问题
1.1照方抓药
物理化学实验教学中,常常存在理论和实验脱节的现象。或者是由于物理化学实验装置台套购置原因,采用学生分组循环实验;或者是由于实验项目在课程中分布不均衡,造成与理论教学不同步。学生对原理不了解,实验中就会按照讲义照方抓药,潦草完成。
1.2猜测结果
当前物理化学实验内容多为验证性实验,实验有确定的结果。教学中学生按照操作流程完成,并采用各种方法猜测“正确”答案,使自己的测定数据“看起来正确”。这样的实验教学仅仅训练了学生的实验操作技能,背离了实验的初衷,学生的观察能力和发现问题的能力都得不到训练。
1.3工具落后
物理化学实验中涉及数据的处理和数学模型的建立,传统的计算器不能满足现代数据统计和处理的需要,现代的计算机软件丰富多样,这些软件在数据处理方面各有利弊。新编实验教材建议使用计算机软件进行数据处理,由于教材的更新速度落后于软件的更新速度,计算工具落后的情况会持续存在。
2物理化学实验中的留白策略
2.1实验原理留白
实验原理是实验要验证的基本规律,只有自己发现的,才会印象更深刻。在设计实验时,结合学生特点,把学生能力所及的规律,借由实验的设计,让学生自己去发现。以双液系气液平衡相图绘制的实验为例,其中用到沸点仪(如图1所示),实验中液相受热蒸发,冷凝后汇聚在冷凝管下端,其组分为气相组成。但实验中收集的气相组分是开始加热到沸腾过程的气相组分,不是沸点时的气相组分,这样就影响了实验结果的准确性。为此,教师们采用各种方法来改进实验,或者改进实验装置,或者修改实验操作。本着让学生自己发现的目的,微调实验内容,让学生收集两次气相和液相组成。学生发现两次收集的气相和液相组成不相同,进而开始思考为什么不相同?哪一次的实验数据更贴近实际情况?如何改实验装置可以使实验更便捷?双液系沸腾过程特点就可以经由学生实验自己发现。
2.2实验操作留白
实验操作是实验成功的保证,选择的试剂和取用的量都经过反复优化,这反而剥夺了学生思考的过程。因此,我们在一定范围内,鼓励学生尝试,允许学生试错。以萘的环己烷溶液凝固点降低实验为例,萘的加入量有一个建议范围,当学生对超出加入量范围感兴趣时,鼓励其尝试,提醒注意观察实验现象,比对实验结果。同一个实验中,不同学生关注的焦点不同,试错的方法也不同,在后续的实验讨论课,每组将分享自己进行的尝试和发现的规律,全班在此基础上进行改进和总结。
2.3实验结果留白
传统实验多为验证性实验,通常在实验原理讲解的过程中,学生就能猜到实验结果,学生会养成一种去印证而不是去发现的习惯。唯有不设答案才会有多种答案,不论教师知道实验的结果是什么,一定要把发现的权力留给学生。以恒温槽的使用实验为例,传统的实验目的是了解恒温槽和贝克曼温度计的使用方法,测定恒温槽的灵敏度曲线。物理化学实验有培养学生数据处理能力的任务,恒温槽实验考验了学生对数据的敏感程度和忠实于原数据的科学精神。对实验内容进行如下处理:测定两个温度下恒温槽的灵敏度,其中一个温度略高于室温,另一个在此基础上高20°C。学生需要对实验数据周期性,最大最小值进行判断,并对两组数据进行比较。低温组的数据由于温度变化较小,规律性的判断会带来很大干扰,这样的情况在科学实验中经常会遇到,如何面对困难并在困难中寻找方法,是对学生实验心理素养的培养,也是对学生忠实于原数据的科学精神训练。
2.4实验课后讨论留白
实验目标达成,仅仅通过实验过程是不够的,实验课后的讨论可以把学生对实验的理解深化,然后抽象为可供借鉴的方法。恒温槽实验,引导学生体会数据收集、整理、分析、对比的方法,以及如何进行数据挖掘,数据与实验的结合观察;双液系相图实验,可以引导学生关注实验中的现象观察、正误判断、仪器改进、方法修正;旋光法测定蔗糖转化反应速率常数实验,可以引导学生解构实验的设计方法和后续的数学处理方法。讨论课的顺利开展,离不开上述过程留白策略产生的疑问、思考、再实验和总结,由实验中产生的疑问开始,进行针对性的补充实验进行验证,最后总结讨论。讨论课的开展也要留白,针对大家讨论的方法,指出这只是解决这类问题的其中一个方法,可以给学生课后思考留下空间,勾起学生课下拓展学习的兴趣。
2.5数据处理工具留白
物理化学实验要培养学生数据处理的能力。现在计算机普及,软件丰富适用,软件的更新速度之快,让人应接不暇。原则是传授数据处理的方法,不统一数据处理的工具。在教学要求上,明确可接受的作图方法有:坐标纸作图、excel作图、origin作图;在教学方法上,以引导为主,在实验报告提交后,对每一种数据处理方法进行点评,使学生认识到origin软件的优势;在教学安排上,数据处理的难度先易后难,当学生用传统方法处理数据感到繁琐时,就开始根据网络教程自主学习origin作图方法。虽然每一个同学开始使用origin软件的时间点不同,期末大部分同学都能掌握or⁃igin作图方法。这样的留白设计,一方面尊重学生差异,遵循学生自身发展规律,符合启发式教学的原则;另一方面培养了学生的自学能力和自学信心,实现“为不教而教”[4]的教学目的。
2.6教师评价留白
教师评价在实验教学中有导向作用,传统实验的评价多以实验认真程度和实验结果与理论结果的吻合程度作为标准。我们则鼓励学生自主的思考和创新的想法,在教学中对学生的活跃的思维进行呼应,共同分析讨论其想法的可行性。在物理化学实验教学调查问卷中,多位学生表示,对物理化学实验的兴趣始于教师对其突发想法的肯定和鼓励。不以统一结果评价学生,因材施教是实验教学的方向。
3结语
实验教学中运用留白策略,在教学目的实现上,更有利于学生发现规律而不是验证规律;在教学设计方面,更有利于呈现问题而不是消弭问题;在实验操作上,允许学生合理试错并从错误中发现规律;在实验讨论上,提倡分享发现而不是统一答案;在实验期望上,以解决问题替代呈现结果。实验的留白策略回归实验的初衷,让学生在实验中体验发现的乐趣和探索的喜悦,同时提高解决问题的能力,形成严谨的科学精神。不是所有项目都留白,把任务交给学生自己完成,而是根据具体实验特点,有选择地,通过更高阶的设计,把要传递的信息通过实验结果呈现出来。通过留白促进学生思考,再辅以教师有技巧的引导,让学生对模糊的认识明晰化。因此,实验的设计很关键,需要教师谨慎把握,教师需要了解各种情况的实验结果,熟悉可以与实验关联的理论信息点,在实验教学中才能心中有数,引导学生指向目标而又不谈结论。
参考文献:
[1]张树永,张剑荣,陈六平.化学类专业实验教学改革的进展、趋势与重点[J].大学化学,2016,31(9):1-6.
[2]许新华,王晓刚,王国平.中美物理化学实验教材内容的比较研究[J].中国大学教学,2016(6):81-86.
[3]李馨,王海星,张胜红.科学思维导向的物理化学实验模式[J].化学教育(中英文),2020,41(14):37-41.