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[关键词] CDIO;化工实践教学;项目设计;实训改革
[中图分类号]G642.4[文献标识码]A[文章编号]10054634(2016)060097040引言
随着社会科技的飞速发展,化工行业对工程技术人才的要求越来越高。化学工程专业作为理工科专业之一,实施 CDIO 教育模式成为化工专业教学改革的重要方向之一[1]。化工实践教学是化工专业课程体系中的重要组成部分,其内容包含化工实训、化工仿真、化工认识实习、化工生产实习、本科生科研立项、专业课程设计、化学反应工程实验、化工原理实验及毕业设计等实践环节。进行化工专业实践教学的CDIO 模式改革,不仅可以提高教学质量,而且可以培养学生的工程素质、创新意识和团队意识,提高就业竞争力。
1基于CDIO教育理念构建化工专业实践教学体系按照 CDIO 工程教育模式要求,教学过程要以学生为主体,教学内容安排设计型及综合型内容,引导学生主动学习,提供更多的实践动手机会[2]。基于燕山大学省级化学实验教学示范中心的化工实践教学体系,是按照CDIO的工程理念对实践教学内容重新整合设计,构建了课程教学演示、化工仿真操作、实训综合、化工设计、科研创新5个层次的化工实践教学体系平台,兼顾基础性、综合性、研究性,如图1所示。1.1基础型
基础型包括教学演示和仿真操作。教学演示是使用化工设备多媒体素材库及化工原理实验仿真软件, 以真实直观的仿真界面和丰富的资料展示实际过程;仿真操作内容使用了“聚丙烯聚合工段仿真系统”和“苯胺生产3D虚拟仿真系统”等仿真系统[3],可以在计算机上真实地再现化工生产过程。仿真操作是学生在掌握化工产品的工艺流程及操作步骤的基础上,用计算机模拟化工产品生产过程中的开车、停车、正常运行及事故处理,弥补了传统实习学生无法亲自动手操作的不足。通过局域网互联的教师站,教师可以实时修改培训内容,汇总并分析学生成绩等。
1.2综合型
综合型内容由化工实训基地的多套化工实验装置组成,如图 1所示,这些实验装置的操作帮助学生树立工程实践概念,使其在完成化工产品的生产操作的同时在化工过程基本原理和化工实践之间建立起紧密联系。例如,在“化工生产工艺流程优化实验装置”的实训过程中,要求学生通过仿真DCS控制系统进行生产操作,由原料乙烯、氧气及冰醋酸经过换热器预热,在气固相管式反应器中反应生成产品醋酸乙烯酯,粗产品经过水洗釜、气液分离器分离后进入精馏塔进行精馏,得到的纯醋酸乙烯酯在聚合反应釜中发生聚合反应得到聚醋酸乙烯酯。该项目要求学生在掌握“三传一反”基本原理基础上,学会熟练操作并完成各项工艺参数的控制。该项目的实训操作不仅使学生理解了气固相催化反应器、气液分离器、醋酸乙烯酯精馏塔及聚合釜等化工单元设备的基本原理,而且可以培养学生的工程实践能力,实现基本理论与工程实践的结合。
科研创新型主要是在化工设计和科研方面。化工设计型按照CDIO的工程理念及教育模式要求,将本科生第6学期的化工原理课程设计、第7学期的专业课程设计及毕业设计环节整合到一起,由点到面,从局部到整体,对学生的分析和解决问题能力、创新意识和团队意识进一步训练。例如“丙烯腈合成工段设计”题目中,在化工原理课程设计中,要求学生在掌握化工过程基本原理后,根据老师给定的设计任务完成氨中和塔、空气饱和塔或反应器等某一化工单元的设计计算,而在专业课程设计中,要求学生在完成某一化工单元的设计任务基础上完成丙烯腈合成工段的初步设计与计算及工艺流程图的绘制,在毕业设计时候,则要求学生在专业课程设计基础上进行完整的工艺设计,包括主要设备的工艺计算、工艺设备、原料消耗、能耗表、排出物表及带控制点的工艺流程图等。
科研型是鼓励学生自主创新,积极参加创新与设计竞赛等。例如,学生在教师的指导与带领下,完成了“基于Aspen plus的聚醋酸乙烯酯生产工艺流程仿真及优化”和“平推流与全混流反应器系统仿真”等创新项目,并在由中国化工学会、中国化工教育协会、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会主办的第九届全国大学生化工设计竞赛中荣获全国二等奖、华北赛区一等奖的优异成绩。
2基于CDIO模式的化工实践教学体系改革与实践2.1改革实训内容,培养学生工程实践能力
1)课堂教学引入讨论环节,培养学生工程分析能力。 按照CDIO的教育理念,课程的教学过程应围绕着设计项目展开。在化学反应工程教学实践过程中,分别针对课程重点内容“均相反应过程”和“气固催化反应工程”烧掳才帕肆酱翁致劭危由教师指定两章的讨论选题内容。例如,针对“气固催化反应工程”中的难点“固定床反应器计算”,要求学生在拟均相模型求解算法和Aspen Plus反应器计算中选题,学生在讨论课前需进行相关文献资料的查阅整理,讨论完后由小组派出代表进行主题发言,其他同学讨论主题发言同学的意见,最后由教师进行总结。讨论课使学生的综合能力、创新能力及团结协作能力都得到了加强和锻炼。
2)采用3D虚拟现实仿真,提高学生学习兴趣。CDIO的教育理念倡导“做中学”的教学方法,让学生在知识的学习和应用之间形成良性互动。3D虚拟现实仿真技术[4]营造了“自主学习”的环境,学习者可以通过自身与信息环境的相互作用获得知识与技能。在化学反应工程教学实践中[5],使用了“苯胺生产3D虚拟仿真软件”等仿真系统。如图2所示,学生在掌握了苯胺生产的工艺流程及流化床反应器的内部结构基础上,在3D虚拟生产环境中贴近真实地体验实际操作的感受,在激发了浓厚学习兴趣的同时更深刻理解了所学的专业知识,提高了学生分析和解决生产操作中各种问题的能力。
2.2采用项目式教学,培养学生工程设计创新能力和团队协作能力CDIO倡导“基于项目的教育与学习”。在化学反应工程教学实践过程中引入了Aspen Plus工艺软件进行三级项目设计[5]。项目要求学生结合实际问题从Aspen Plus反应器模块中进行选题,学生要采用类似讨论课的方式分组完成反应器的选型及计算模块选择、物性方法及参数的设定、计算过程和结果输出、项目报告及答辩等工作,以答辩的形式进行验收。
三级项目的实施为后续的专业课程设计和毕业设计等实践环节打下了良好的基础,学生通过对反应器模块设计的熟练运用,掌握了分析和设计化工过程的基本技能,同时也加深了对反应器设计基础知识的理解。例如,在“乙烯法生产聚醋酸乙烯酯工艺设计”毕业设计题目中,学生按设计任务对气固相催化反应器、油水分离器、醋酸乙烯酯产品精馏塔、水洗釜及聚合釜等化工生产单元进行分析,在完成设计计算后通过操作“化工生产工艺流程优化实验装置”来验证计算结果。此类项目设计与实施是对学生的工程设计能力和团队协作能力的进一步提高。
2.3利用化工实践教学平台,培养学生工程实践能力CDIO的含义为构思―设计―实现―运作[6]。将这一理论应用到化工实践过程上,就是化工过程的合成、设计、分析、评估和实现。利用图 1所示的综合型化工实训装置,选择具有实际应用背景的产品开发项目,企业工程技术人员和校内教师作为指导教师相互协作,指导学生组成团队合作完成设计案例。例如,在“聚乙烯醇合成工段工艺”设计题目案例中,以“化工生产工艺流程优化实验装置”为基础进行二次开发,利用Aspen Plus工艺软件设计了以聚醋酸乙烯酯为原料合成聚乙烯醇的工艺方案,初步完成了聚乙烯醇合成工段工艺设计计算、主要设备计算选型及工艺流程优化等工作。
2.4成绩评价体系的改革
在化学反应工程教学实践中,按照CDIO的教育理念,建立了一套完整实践考核体系[5],依据全程监控的理念从7个方面进行考核,见表 1。其中,讨论课、仿真操作及项目设计是考核的主要内容,学生在巩固反应器基本知识的基础上,又熟悉了应用Aspen Plus软件进行反应器设计的基本内容,并通过平推流和全混流反应器的实验操作做到了理论和实践的结合,真正实现了“做中学”。期末的闭卷考试只占总成绩的50%,闭卷考试分值的弱化也避免了以往学生考试突击及作弊的现象。
2.5加强校企合作,突出教师工程素质培养
校企合作及企业的参与是真正实现CDIO 工程教育模式的关键途径。全方位的校企合作不仅可以实现化工专业实践与科学研究、工程实际及社会应用的有机结合,而且对教师的工程素质的提高有很大帮助。学校和秦皇岛华瀛磷酸有限公司及中国阿拉伯化肥有限公司建立了长期的合作关系,积极推进校企共建平台建设,利用学校现有的科研平台及信息资源等主动服务于企业,帮助企业解决实际问题,加大企业参c高校人才培养的步伐,并由企业工程技术人员和校内教师共同指导学生来完成项目案例,保障实践教学的实施。
表1化学反应工程教学实践成绩评价
序号内容比例%考核方式1出勤5签到2作业5作业内容及完成情况3讨论10分组答辩、报告及PPT4仿真操作10仿真在线测试5项目设计10分组答辩、报告及PPT6实验10分组操作表现及实验报告7期末考试50闭卷考试3结束语
基于CDIO教育理念的化工实践教学体系,在实践教学的过程中效果明显,提高了化工专业的教学质量,培养和锻炼了学生的工程创新能力和团队意识。结合学校的人才培养和教学理念,在化工实践教学体系构建与实践过程中,不断深化CDIO工程教育改革,继续构思与设计以构建实施新的人才培养方案。
参考文献
[1] 顾佩华,沈民奋,李升平,等.从CDIO到EIPCDIO汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究,2008 (1):1220.
[2] 申延明,刘东斌,樊丽辉.化学工程与工艺专业应用型人才培养体系的构建与实践[J].化工高等教育,2014(3):13.
[3] 宋建争,李建军,张永强.化工虚拟仿真实验教学探索与实践[J].教学研究,2014,3(37):107109.
[4] 夏迎春,吴重光,张贝克.现代化工仿真训练工厂[J].系统仿真学报,2010,22(2):370375.
[5] 李建军,宋建争.化学反应工程教学改革探索与实践[J].化学教育,2015(10):5961.
[6] 查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J].中国大学教学,2008(5):1619.
Construction and exploration of chemical engineering practice system
teaching based on the concept of CDIO education
Li Jianjun,Zhang Yongqiang
(College of Environmental and Chemical Engineering,Yanshan University, Qinhuangdao 066004,China)
关键词:化学教学;化学反应原理;教学思考
中图分类号:G633.8 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2016)03-0058
随着高中化学新课程改革的进一步深化,探究式教学正日益成为中学化学课堂教学的重要教学方式,特别是关于元素化合物知识的教学,实验探究法更是备受青睐。相比之下,对高中选修模块“化学反应原理”的部分,由于是学习较系统的无机化学反应的基本原理和规律,知识内容本身抽象复杂,知识要求高和理论性强等特点,历来是高中化学教学中的难点。在实际教学中,对这部分内容的处理方式,教师们更多的是掰开揉碎地讲,还唯恐学生不懂,陈述性教学和直接呈现结论的接受式教学模式仍较为常见。
运用实验探究的方法对理论课进行教学,即以一定的载体实施理论课的教学,其意义是深远的,体现在不仅能提高学生的学习能力,还能提高教师的教学素养,这种尝试也是本次课程改革大力倡导的学习方式。事实上,探究课型符合大多课型的教学,在化学反应原理知识的学习中,学生的理论知识如果是以建构的方式获得,是他们在主动参与探究、合作学习的过程中,通过假设、观察、实验、交流、推理、归纳等过程感悟和体验的结果,这样获得的知识更有价值,更能帮助学生在能力和素质方面得到提高。以下笔者结合自己在化学反应原理部分课堂教学实践中的体会,探讨开展与实验相结合的探究式教学的相关思考。
一、探究学习选题要恰当
仔细研究选修模块“化学反应原理”,不难发现,教材对知识呈现方式都做了较大的变革,在教学中可我们以直接感受到教材对探究活动的重视,其中有一些知识的结论没有直接说明,而要求学生通过实验和推理自己归纳总结,如“影响化学反应速率的因素”中浓度、温度、催化剂对反应速率的影响,“化学平衡”中浓度、温度对化学平衡移动的影响;有些部分以化学的基础知识为体系编写,知识的产生和联系运用了探究的方法,如“盐类水解”中探究盐溶液的酸碱性;探究促进或抑制FeCl3水解的条件等。对这些内容的教学,我们应该改变已往习惯的原有学科教学知识体系的教学方式,充分利用教材中这些最富个性和特点的探究活动栏目开展探究活动,指导学生通过探究活动对化学学科知识体系进行构建。
二、重视探究学习的预备环节,注意引导监督
完整的探究活动涉及提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素。而在实际的课堂教学中,由于受教学时间的限制,学生的基础及实验条件的不足等原因制约,要使探究实验顺利进行,保证师生集中精力解决核心问题,我们可以将探究活动的一些环节延伸至课外,在课前做充分的探究准备,提前安排学生准备开展实验探究的知识,保证在实验探究过程中,学生将主要精力集中于对核心问题的探求。
以人教版选修4化学反应原理 第二章第三节 化学平衡(第2课时)中“浓度、温度对化学平衡移动的影响”一节课为例,学生原有的知识基础是这样的:在本节课教学之前,或者在必修模块中,或者在选修模块中,学生已经建立了化学平衡的概念。知道了处于化学平衡时,正逆反应仍在进行,且正反应速率等于逆反应速率等。就这一节课而言,课堂教学中,学生要集中主要精力去探究浓度、温度对化学平衡移动的影响。他们需要有化学平衡的概念、浓度、温度、压强、催化剂等对化学反应速率的影响,化学反应的热效应等基础。
考虑到课堂教学时间有限,不能因为这些知识的欠缺而造成探究核心问题教学的障碍。因此,结合学情,可先将复习化学反应速率改变的影响条件(探究的预备)在课前完成,也就是将探究学习延伸至课外。在课外,组织学生自主完成本节课的一些准备工作(包括知识准备),课堂教学中,集中精力解决核心问题。
新课程倡导学生自主学习,需要我们为学生提供自主学习的时间与空间,并且加以督促指导,保证自主学习的效果;同时,在课堂教学中,的确用上了课前自主学习的基础,这对学生来讲,无疑是一种很好的引导,还可以缓解探究实验耗时与课时紧张的矛盾,从而提高学习活动的效率。
三、设置驱动性问题,激发学生的思考
在实验探究环节,需要教师精心设计问题,激发起学生对所解决问题的探究欲望,产生探究的动机,同时引导学生明确实验探究的目的,避免活动的盲目性。
仍以“浓度、温度对化学平衡移动的影响”一节课为例,学生通过必修的学习,已经建立了化学平衡的概念,知道条件改变,平衡会移动,但平衡怎样移动,学生是不清楚的。教师如果在教学引入环节利用以下演示实验,设计一个局部的探究性问题,会有较好的收效。教学程序如下:
1. 往5mL 0.01mol・L-1 的FeCl3溶液中滴入几滴0.03mol・L-1 的KSCN溶液。
2. 请学生说出在Fe3++3SCN-Fe (SCN)3中,当达到化学平衡时,有些什么特点?(实验现象,你想到了什么?得出了什么结论?这样可以激发起学生的已有认识,即对可逆反应和化学平衡知识的回忆)。
3. 提出问题:当向上述平衡混合物中,加入饱和FeCl3溶液时,可能会出现什么现象?
4. 假设与猜想:(可以追问,做出这样的假设的依据是什么?学生会有怎样的回答呢?学生能否想到加入饱和FeCl3溶液后,Fe3+浓度增大了,利用第2节所学知识,可知正反应速率增大了,此时,正反应速率与逆反应速率不再相等,反应已不再处于平衡状态。如果学生不能达到上述水平,我们应该提供适度的知识支持)
5. 实验验证
6. 获得结论:浓度的变化可能引起正逆反应速率不再相等,最终建立新的化学平衡。然后,教师和学生一起梳理认识,明确浓度改变,平衡移动规律。
7. 新的问题:还有哪些因素可能引起化学平衡的移动?(学生如果能够主动提出这些问题当然好,教师可以顺势组织下面的教学活动;如果不能提出问题,教师可以启发学生思考影响化学反应速率的因素有哪些,或以探究预备中的知识提供支持)。让学生自己设计并完成探究实验,在此基础上,教师带领学生研究温度改变,平衡的移动规律,得出相关的结论,并且明确研究的大体思路和实验证据。最后,让学生自己研究压强改变,平衡如何移动?让学生提出假设,说明假设的依据,并且让学生设计实验方案,寻找实验的证据。
这样三个条件对平衡影响的教学处理思路不同,逐渐加大开放度,逐渐培养学生的研究意识与思路。
以上设计,是在充分考虑学生的已有基础上,设置驱动性问题,不断地寻找新的知识生长点,而且实际上也是同时给学生搭了一个台阶,引领他们不得不认真思考为什么影响化学反应速率的因素也是影响化学平衡移动的因素,其本质原因是什么等有关问题,对于一般学生来说这样的做法比抛出一个大问题让学生自由分析更有效。这样更能体现教师的引导者的作用,并且可避免探究过程产生的学生不知道该做什么的问题。
只有让学生处于不断的思考与期待之中,才能使课堂具有内驱力,使课堂成为培养学生“乐于探究”的载体。
四、探究教学要做到收放自如
探究学习的开展,对教师提出了更高的教学要求,更要花费精力,统筹组织好各个教学环节,使之落到实处。在探究学习中开放度大,学生活动也多,需要教师有较强的调控课堂能力和功底,否则,只会看到表面热闹,实效却很低的结果。这就要求我们在探究学习中做好“收”的工作。比如在学生分组实验后的表达与交流阶段,较常见的一种场景:在其他小组代表发言交流时,某些学生仍然忙于自己的实验,思维的兴奋点还停留在实验上,不能及时转到下一环节,也就无法分享他人的经验和心得,既耽误了自己也会影响到其他同学。这时就需要教师有良好的调控能力,收拢学生,引导他们学会倾听与分享,保证各小组探究成果得到提升。
此外,学生的探究活动有别于科学研究,受基础知识的制约,学生在自主探究活动中会遇到不少困难,如果完全放手让学生做,时间难以控制,课堂秩序也难以控制,探究效果也会大打折扣,这时也需要教师做好“收”的工作,把学习活动的焦点重新聚集到正确的方向。当然,这种“收”不同于帮助学生设计好实验方案,限制学生的思维角度,而是帮助学生认识到如何进行探究实验才能更快、更好,如先设计好实验步骤再做、做实验时同伴互助等。
探究教学中组织活动应该做到能放能收、收放自如,而且收比放更重要,这是教师主导作用充分发挥的体现,更是关系到探究教学活动是否有效的问题。因此,教师关注学生学习活动的表现,及时做出指导,以及对学生经过学习活动后得到的结果进行及时评价和反馈,势必成为评价课堂教学好与坏、优与劣、成功与失败的关键要素。
关键词 高职 精细化工 项目化教学
中图分类号:G424 文献标识码:A
“精细化工生产”探讨的是精细化工产品生产技术,主要包括表面活性剂、日用化学品、合成材料、涂料和粘胶、食品添加剂、香料和香精等精细化工产品的生产技术和基本原理。①
本课程的教学设计思路是以化工生产技术人员的相关工作任务和职业能力分析为依据,以职业能力培养为重点,设计典型教学项目。使学生能够掌握精细化工生产的基本过程、基本操作,增强安全环保意识,提高分析问题和解决问题的能力,同时培养学生良好的职业道德和职业素质。
1 教学目标设计
1.1 知识目标
理解精细化工生产常见的合成单元反应的基本原理和基本规律;理解精细化工生产各种工艺因素对反应过程的影响;掌握检索相关文献资料的知识;掌握设备选用、原料选用、工艺流程组织相关知识;了解精细化工生产中常见问题及产生的原因。
1.2 能力目标
能通过文献、网络收集相关资料,制定精细化工生产方案;能用化学反应规律指导实际反应过程;在操作过程能及时发现问题,并能对问题进行独立判断,提出合理的解决方案;能正确收集、整理生产数据,对生产结果进行分析;能组织生产工艺流程、选用设备和编制操作规程。
1.3 素质目标
培养学生自主学习、自我学习的兴趣与能力;培养学生的团队合作精神;树立安全生产、清洁生产、经济生产的意识;树立规范操作意识。
2 教学项目设计
选择了典型精细化学品,②设计成六个教学项目,让学生在完成具体项目的过程中学会相关理论知识,发展职业能力,并为学生的可持续发展奠定良好的基础。
项目内容一般是以典型精细化学品为制备和生产为引导,涵盖相关的基本知识。每个项目包括收集产品资料、选择生产工艺、设计产品小试方案等子项目。收集的产品资料包括产品的物理化学性质、工业应用、目前的产量和需求量等信息。选择生产工艺包括原料选择、生产路线选择、生产设备选择、产品质量控制等方面。设计产品小试方案包括所需耗材和仪器设备、合成或提取原理、操作步骤等内容。
2.1 制备肥皂
以洗衣皂的生产为引导,引领学生学习表面活性剂和洗涤剂的相关知识。要求掌握表面活性剂的基础知识;掌握皂化反应的基本原理和影响因素;理解典型表面活性剂的结构、性质和用途;了解洗涤的基本过程;掌握洗衣皂的生产工艺。要求能选用合适的原料;能解说洗衣皂生产工艺;能实验制备洗衣皂。
2.2 制备洗洁精
以十二烷基硫酸钠的合成和洗洁精的生产为引导,要求理解硫酸化反应的基本原理和影响因素;掌握典型表面活性剂十二烷基硫酸钠的生产工艺方法及其操作技术;掌握洗洁精的主要组成、配方设计原理和生产技术。将洗发香波、洗衣粉的生产作为扩展知识。要求能选用合适的生产原料;能设计十二烷基硫酸钠合成路线;能解说十二烷基硫酸钠生产工艺;能实验合成十二烷基硫酸钠;能设计洗洁精配方,实验配制洗洁精。
2.3 制备雪花膏
以雪花膏的生产为引导,学习化妆品相关知识。要求了解化妆品的类别;掌握典型品种的配方原理和生产工艺;掌握化妆品的乳化操作技术。要求能设计雪花膏配方;能实验制备雪花膏。
2.4 合成增塑剂邻苯二甲酸二辛酯
以邻苯二甲酸二辛酯的生产为引导,学习合成材料加工用化学品相关知识。要求理解合成材料加工用化学品的定义、类别和作用;理解酯化反应、卤化反应等单元反应的基本原理和影响因素;掌握典型增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的合成原理和生产技术要点。要求能熟练利用工具书、网络资源查询化工产品信息;能选用合适的原料;能选用邻苯二甲酸二辛酯生产设备;能读懂邻苯二甲酸二辛酯生产工艺流程图;能实验合成邻苯二甲酸二辛酯。
2.5 制备聚乙烯缩甲醛胶水
以聚乙烯缩甲醛胶水的生产为引导,学习胶黏剂相关知识。要求理解胶黏剂基本概念、粘接的基本原理,了解典型胶黏剂特点;掌握典型产品聚乙烯缩甲醛胶水的合成方法和生产工艺。要求能选用合适的生产原料;能设计聚乙烯醇缩甲醛合成路线;能实验合成聚乙烯醇缩甲醛胶水。将固体胶棒的制备作为扩展知识。
2.6 提取茶叶中咖啡因
以咖啡因的生产为引导,学习食品添加剂相关知识。要求了解食品添加剂的分类及代表产品;了解防腐剂、抗氧化剂、乳化剂等的用途和发展趋势;掌握咖啡因的合成方法和生产工艺。要求能设计咖啡因提取路线;能实验提取茶叶中的咖啡因。
3 教学实践过程
3.1 课前准备
实施项目化教学,需要教师收集资料,充分备课。不仅要设计好项目的具体实施要求和评价方法,还要根据学生的情况实时调整教学的具体内容,控制项目实施过程走在正确的轨道上。同时需要学生根据项目实施要求,查找资料,做好课堂汇报的准备。
3.2 课堂教学
3.2.1 项目汇报
学生以组为单位,提交汇报PPT文稿。每组可选择一名同学作发言人主持汇报,其他组员可以补充。然后其余组和老师向该组提问,组员回答问题。在各组汇报、回答问题之后,老师进行总结,并讲解相关知识,点评各组的汇报。各组根据汇报情况,讨论之后,修改完善产品小试方案并再次提交给老师审核。
3.2.2 实践操作
各组在实训室里,按产品小试方案制备精细化学品,老师记录好学生表现,对各组的操作过程和最终产品进行评比评价。
3.2.3 项目总结
操作结束后,学生提交产品小试报告,经过讨论后各组派代表发言,进行项目总结。之后老师再对整个项目实施过程进行总结。
4 教学效果
项目化教学提高了学生的学习积极性、主动性,锻炼了学生的独立性。传统教学中教师安排好实验内容,准备好实验仪器,学生只需按部就班,依赖性强,缺乏独立思考解决问题的能力。在项目化教学过程中,学生更加自由,面对问题的机会更多。例如在合成十二烷基硫酸钠时,需要氯化氢气体吸收装置,临时找不到合适的玻璃弯管,学生很快想到办法,利用铁架台、胶管和玻璃漏斗搭建吸收装置。在讨论胶管的耐腐蚀性能后,得出结论,氯化氢虽然会缩短胶管的使用寿命,但短期使用没有问题,且胶管的成本低,所以决定采用这个方法,实践证明他们的方法是可行的。在解决问题的过程中不仅锻炼了学生的能力,也增强了他们的信心。
5 需注意的问题
5.1 合理选取内容
在选择教学内容时需考虑与其它课程的关系,避免重复。例如我们应用化工技术专业开设了“化学涂料生产技术”课程,在“精细化工生产”中就不再选择涂料生产的内容。
5.2 提前布置任务
为使学生有充分的时间查阅资料,整理信息,形成文稿,做好准备,在下个项目开始前至少一周的时候就要布置任务。
5.3 给予过程指导
在课前准备阶段,与学生进行交流沟通,检查学生的准备进度,指导学生顺利完成项目汇报的准备工作。指导的过程是很好的与学生交流的过程,是教学的一个重要部分。
5.4 做好耗材准备
实验实训耗材计划一般在开学前制订,以便保障教学正常开展。但在产品小试方案中,学生所选原料可能在耗材库中没有,需要临时准备。
项目化教学的效果是有目共睹的,但是具体的实施方法还需要我们不断地探索,在实践中进行改进和完善。
注释
关键词:化学教学;迁移能力;教学策略
中图分类号:G633.8 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)07-0105-03
一、迁移能力概述
(一)迁移能力的界定
本研究将迁移能力定义为:迁移能力是直接影响已经获得的知识、技能、以至方法、情感和态度与学习新知识、新技能之间所发生的相互影响的效率,使该活动得以顺利完成的个性心理特征。
(二)迁移的分类
迁移的类型可以从许多不同的角度来进行划分,常见的有以下几种划分角度:
1.从迁移的影响及结果方面来看,可将迁移分为正迁移和负迁移。一种学习对另一种学习起促进作用,产生积极影响的迁移叫正迁移。例如:学习了氧气的制取及性质的基本原理,就会影响到后面学习氢气的制取及性质。一种学习对另一种学习起干扰或抑制作用,产生消极影响的迁移叫负迁移。常表现为歪曲了原有的概念,对后续的学习产生不利的影响。
2.从迁移产生的情景来看,可将迁移分为横向迁移与纵向迁移。横向迁移是指在内容及难度上相似或相差不大的两种学习之间的迁移。例如:化学中学习的化学反应等知识可以迁移到生物中表示光合作用的过程等。纵向迁移是指在不同难度、不同概括程度的两种学习之间的相互影响而发生的迁移。例如:复分解反应与酸碱中和反应就存在着纵向迁移。
3.从迁移产生的方向来看,可将迁移分为顺向迁移和逆向迁移。顺向迁移,即先前学习对后续学习的影响,当学习者面临新的学习情境和新的问题情境时,学习者如果利用已学的知识、技能获得了新知识并解决了新问题。例如:在学习氢气的制取与收集时,之前学过的氧气的制取与收集就起到了重要的作用等。逆向迁移是指后续学习对先前学习的影响,当学习者原有的知识、技能不足以使其学习新知识,掌握新的技能,而是通过后续的学习对原有的知识进行补充或修正。例如:金属与酸的反应以及金属活动性顺序表对酸的性质起到了补充的作用等。
4.从迁移的内容上,可将迁移分为一般迁移与特殊迁移。特殊迁移是指某一领域的学习对另一种学习有直接的特殊的适应性,将获得的经验重新组合并直接应用。例如:学习了化学反应方程式的书写后,直接让学生写出之前学过的化学反应的方程式等。一般迁移是指获得的一般原理、态度等后,内化成自己的经验并运用到具体实例中。例如:学习了质量守恒定律后,利用质量守恒定律解决相关的问题。
(三)迁移能力的特征
迁移能力在化学学习的迁移活动中主要表现为以下特征:
1.能动性。学生在迁移活动中能够表现出努力、自觉、积极的特点。例如:学生在学习了元素符号、化学式之后,看见一种物质的名称,便会主动尝试写出该物质的化学式。
2.应变性。是指在学生在具体的化学迁移活动过程中,能够针对具体的情况,将原来所学的知识、方法等进行调整,创造性地解决新的问题。
3.稳定性。学生在具体的与化学相关的活动中,能够在较长时间内顺利地运用所学知识及现有能力进行分析问题和解决问题。
二、学生迁移能力培养的影响因素
(一)学生的认知结构
研究者认为学生认知结构的发展在化学学习中可表现为以下几个阶段:
1.感知知识。学生对知识的感知是形成认知结构的基础,学生在化学学习过程中,必须借助一定的化学知识,才能形成良好的化学认知结构。例如:在鲁教版化学教材第一单元第一节《奇妙的化学》中,演示实验镁条的燃烧可以让学生通过观察实验现象来感知化学知识。
2.建立概念。透过现象看本质使人们认识事物的规律之一,学生学习化学就要透过化学反应现象,认识化学实质。化学概念反映了化学的实质,学生认识化学实质就是在自己的认知结构中建立起相应的化学概念。
3.把握原理。原理是教材知识体系的核心,在中学化学学习中,学生只有把握住化学原理,才能真正实现主动学习、主动迁移,例如:通过学习物质的组成,能够使学生在学习化学的过程中从宏观世界走进微观世界,并对以后的学习起到了积极的作用。
(二)学生的概括能力
针对化学学科,概括能力从以下几个方面对化学的学习产生影响:
1.性质概括。性质是化学研究的重要组成部分。在化学学习中,不可能把每一种物质的性质都列举出来,学生应对物质的性质进行归类概括。例如:通过对氧气与铁的反应,酸与镁的反应总结金属的性质等。
2.原理概括。化学学科的各种基本原理、规律等都具有比较高的概括性,学生只有真正理解这些原理的本质,才能将其应用到实际问题中,才能实现积极的迁移。例如:学生学习质量守恒定律,只有真正理解了质量守恒定律内在含义,理解了定律中三个层面的本质才能利用质量守恒定律来解决相关的实际问题。
3.关系概括。有些学生认为化学学起来很困难,主要原因是因为初中化学中涉及的物质的性质、概念以及反应的现象等都比较分散,学生很难对其内在的联系进行概括,学生只有对其从内在联系上进行概括,才能产生积极地迁移,进而学好化学。例如:通过对氧气与铁、镁的反应,酸与镁、铁的反应总结金属的性质将分散的知识整合成一个整体。
4.方法概括。只有掌握好的方法才能更好地分析问题、解决问题,在中学化学学习中,学生要想建立清晰、有序的认知结构,就要对方法进行概括,进而对思路进行概括。例如:通过粗盐的提纯学习了出去可溶性杂质的方法,从而引导学生对物质的分离与提纯进行方法及思路上的概括,以提高学生的概括能力。
(三)定式干扰
一般情况下,定式干扰主要表现在以下几个方面:
1.记忆定式。主要表现为认知结构中原有的旧知识对新知识产生干扰,导致在学习新知识时产生困难。例如:在将氧气的性质时,化合反应与氧化反应是从两种不同的角度对化学反应进行分类,但因两者同时出现,又都是对化学反应分类,相互之间会产生干扰。
2.理解定式。学生在学习过程中,由于种种原因,对概念、原理等的理解有所偏差,导致在学生应用该原理解决实际问题时,会遇到困难。例如:学生在学习分子、原子等概念时,学生认为分子是由原子构成的,所以认为分子的体积比原子大而忽略了构成分子的原子的种类问题。
3.类比定式。类比作为一种常见的思维模式,学生在学习中常常会以偏概全,缺少理性的思考。例如:学习复分解反应时,学生通常忽略复分解反应发生的条件,认为酸、碱、盐之间一定会发生复分解反应等。
参考文献:
【关键词】命题 化学复习 实验 策略
在高考化学中,对实验能力的考查是重点,它的导向功能在这里的到了很好的表现。笔者结合近几年高考实验试题分析,针对考察内容的特点和命题走向,在化学实验复习备考中提几点建议:
1 归纳总结、对比分析,掌握常见仪器装置的用途
根据实验目的要求合理选择实验用品(仪器和药品)是进行化学实验的前提。要正确选择实验用品,首先必须明确实验仪器等的用途。因此在实验复习的过程中必须重视仪器装置的用途复习。
在中学化学实验中,有不少实验都会使用到同一仪器。复习时,必须把使用同一仪器的多过实验放在一起,通过对比复习分析,理解其中的道理,就能够较好的掌握该种仪器的用途。例如,在测定硝酸钾在水中的溶解度实验、制取乙烯的实验、制取硝基苯的实验、石油分馏实验等都要用到温度计,但由于要测定温度的物质或环境不同,因此温度计水银球的位置也不同。把它们放在一起比较,可以提高复习效率。
2 深入挖掘、分析研究。科学规范地进行实验操作
有些科学规范的实验操作是顺利进行化学实验的可靠保证,在复习过程中必须充分重视。对实验操作的复习,必须结合具体的实验,努力从以下四个角度去认识:(1)对操作原理的认识(解决实验操作理论依据的问题);(2)对操作方法的认识(解决如何操作的问题);(3)对操作目的认识(解决为何要安排这样的操作);(4)对错误操作造成后果的认识(解决为何要这样操作的问题)。只有按照四个角度对实验操作进行挖掘和研究,才能深刻领会实验操作的实质与内涵。
有些实验操作的方法会因实验仪器装置等的不同而存在差异,这就必须抓住实验操作原理、结合具体实验来确定操作方法。例如,装置气密性检查操作,凡涉及气体制备、收集和气体反应的仪器装置,都要进行这一操作。操作检验所依据的原理为:通过气体发生器和附设的液体构成密封体系,依据改版体系压强时产生的现象(如气泡的产生、页面的升降等)来判断仪器装置是否密封。但由于不同实验仪器装置的差异,检验所采用的操作与方法也有所区别,有的采用微热(加热)法,操作程序为:利用热源(手或酒精灯等)对仪器装置微热——观察是否有气泡——移开热源——观察是否形成水柱。
3 重视仪器装置功能的开发,培养创新能力
在化学实验过程中,对于同一仪器和装置,通过不同的操作或一定的组合、改进,就可以实现仪器装置功能的拓展,例如,洗气瓶装置,采用不同的操作,可开发出不同的用途:(1)用作排气集气装置;(2)用作排水集气装置;(3)可用于测量化学反应中产生气体的体积;(4)可用作安全装置;(5)可用作尾气吸收装置;(6)可用作观察气体排放快慢的装置,(7)可用作净化和干燥装置;(8)可用作反应器,等等。
4 全面分析课本实验,挖掘内涵。提高应试迁移能力
高考试题具有“回归基础,在教材中实验或演示实验的基础上进行改进,创设新情景,提出性问题,考查学生的创新意识”的特点,这为复习指明了方向和方法。在复习过程中,必须重做中学阶段重要的、有代表性的几个课本实验:
(1)粗盐提纯、荦取与分液、中和滴定(含标准液配制)、蒸馏石油等操作实验
(2)氨气、氢气、氯气、乙酸乙酯的制取实验
(3)化学反应速率与化学平衡、同周期,同主族元素性质递变的理论实验
(4)氯气、硫酸、硝酸、铝和铁及其化合物、乙醛等物质的性质实验
通过重做以上实验,进一步巩固实验基本操作以及掌握物质制备、物质性质和化学理论研究(探究)等实验的实验技术和要领,建立稳定的迁移信息资源库。具体地说,就是在重做这些实验时,要求对每个重做的实验做到“一个了解、五个会”。即了解实验目的、步骤和原理;学会控制条件、学会使用仪器、学会观察分析、学会解释结果得出相应结论以及学会设计简单的实验方案。
5 强化习题选编、训练和讲评
综合实验题属于能力考查题,能有效地考查学生的观察能力、思维能力、实验能力。其命题思路是依据化学实验本身具有很强的包容性和兼容性的特点,将化学实验的考查与化学其他板块的知识甚至是其他学科的知识、方法等有机地结合,实现学科知识的综合考查,考查的内容可以是元素及其化合物的有关知识,也可以是化学基本原理的有关知识,同时包括实验基本原理和基本技能。在复习过程中,教师要通过精心研究、分析、比较、筛选,把一些有针对性和代表性的典型习题进行整理,有计划、分阶段地进行训练。让学生了解这些试题的主要类型、功能和特点,掌握典型题目的解题思路、方法、技巧、步骤及注意事项,进行强化训练,增强他们的题型意识。要学生明白高考实验考什么、怎样考、只有学生对实验题的功能,考查范围、考查特点弄清楚、才能理顺解答实验题的思路。引导学生在分析典型综合实验题的过程中积累经验,达到知识与能力相结合,真正提高实战能力。
6 训练文字表达能力,答题要明确,简练
关键词:化学反应工程;教学改革;实践
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.200
化学反应工程是化工类专业的一门核心课程。该课程以物理化学、化工原理、化工热力学等化工专业基础课为先修课程,其主要研究物料从进入反应器到离开为止的全过程,主要解决过程中的反应动力学和反应器分析与设计两个基本问题。化学反应工程内容涉及多学科,理论较抽象,数学模型多,计算复杂繁琐,有些方程只能通过数值计算求解。因此有不少学生把化学反应工程认为是大学中最难学的课程之一[1-3]。
重庆三峡学院是一所普通本科院校,学校人才培养目标是培养应用型技术人才。在化学反应工程的教学中,结合学生的实际情况,让学生能系统掌握本课程的内容,使教学内容达到较为合理的程度,力求把化学反应工程基本观点与相关基础知识紧密联系起来,着重培养宽口径、厚基础、应用型化工高级人才。为此,以培养学生综合运用基础知识分析、解决实际问题的能力为目标,把课程的理论研究与教学方法、手段等方面研究相结合,积极地进行教学改革探索与实践[4-6]。
1 教材的选择和教学内容的精选
优秀的教材是课程教学的基本保证。有关化学反应工程的教材版本很多,体系编排差别较大,所涉及到的内容大都符合教学大纲的规定,因此合理选择教材对于教学和学习非常重要。根据我校的实际情况,在研究多个版本教材的基础上,认为普通高等教育“十一五”国家级规划教材、由陈甘棠教授主编的《化学反应工程》(第三版)符合教学内容及授课体系,该书定为我校化学反应工程课程教材。该书内容经典系统,覆盖面大,循序渐进,篇幅较短,易于学生掌握。其它版本的教材当中,朱炳辰教授主编的《化学反应工程》更注重反应工程研究方法介绍,并在相应章节中论述了反应工程学科的新进展,便于读者深入钻研。两本教材各有特色,可互为补充。另外选取优秀的外文版教材译本作为学生的参考书,让学生涉猎到化学反应工程学科的前沿知识,开拓视野。
课程教学内容要力求体现本学科的科学性、先进性和适用性。教师只有掌握了该课程的知识结构特点,才能够抓住教学重、难点,精心选择教学内容。化学反应工程课程的基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两个方面,依据化工过程中的化学反应与反应过程中的动量、热量和质量传递关系来讲解,并对反应器进行设计与分析,阐明反应动力学基本原理。在实际的教学中,教师应清楚课程各部分知识的结构层次与相互关系,紧紧围绕反应工程学科的两个基本问题,把基本观点与基础知识联系起来,从工程分析的角度讨论化学反应工程中的重要概念。因此任课教师备课时必须认真钻研教材,了解本学科发展动态及前沿,精心组织讲课内容,合理安排,突出重难点,内容详实。重点讲授气-固相催化反应本征动力学与宏观动力学、理想流动反应器、反应器中的混合及对反应的影响等章节,突出工程意识,增强学生分析问题和解决问题的能力。对于气-液反应及反应器、气-液-固三相反应工程和多流体相的反应过程等内容,进行适当讲解。同时努力拓宽教学内容信息,把学科研究的最新工业化成果向学生介绍,激发他们的创新意识和工程意识。对于本课程与其他学科领域交叉形成的一些新的分支,如聚合反应过程、生物反应工程、电化学等,以学生自学为主,达到开拓学生的视野和培养学生创造力的目的。
2 采用灵活多样化的课堂教学模式
课堂教学是化学反应工程理论教学的主要环节。本课程涉及较多工程数学知识,且要求有一定的逻辑思维能力,由于学生的数学基础比较薄弱,专业基础知识面也不宽,课堂讲授的内容和方法必须适当,才能收到较好的教学效果。在化学反应工程课程的教学过程中,采用多种多样的n堂教学方法,改变完全以教师为中心的讲授式教学为多种教学方法并用, 以达到提高学生学习的主动性,提高课堂教学效果。下面介绍主要采用的几种教学方法。
2.1 讲授式教学
教师系统地向学生传授学科知识。教师在讲授每一章时都可先用几分钟的时间,采用图示的方法,概括本章主要内容和基本理论结构框架,让学生领会教学目标,明确教学思路和重、难点以及具体应用实例,特别要联系实际和知道如何应用到相应的具体计算当中。在每一堂课开始时,都应该有承上启下的对上一节课的内容相应的总结,使学生能够将知识有机地结合起来。教师在讲授过程中要详细讲解典型内容,并要突出重、难点。如气-固催化反应和气-液反应过程,可以根据反应物分子必须接触碰撞才能进行反应的共同特点入手,讲解其最基本的反应步骤。让学生了解其共性后,能够举一反三,推导出相应的液-液、液-固反应过程,既调动了学生学习的积极性,又能使学生牢固掌握基本理论。
2.2 互动式教学
即授课过程中教学双方经常进行交流互动。教师可以选出教材中较为典型的章节或例题,首先提出问题,由学生自行阅读课本,让学生带着问题自主学习,以学习课程知识为重点,让学生自行讨论阅读的内容后,全班讨论或小组讨论,最后教师强调并总结该部分内容中的关键概念和原理等。每次课程结束时,教师可以给学生布置总结本次课程内容的任务,下次课上随机抽出几位学生对前一次课的内容进行提纲挈领式的回顾,由此达到督促学生课后自主复习,及时消化,保证知识的连贯性,达到温故而知新的目的。互动式教学方法能够促使学生自主学习,新问题的提出,又能刺激学生主动想法获取问题答案,学生上课的积极性很快提高,取得了良好的教学效果。
2.3 归纳对比法教学
化学反应工程教材中的概念抽象,公式繁多,教学推导过程复杂。归纳对比法在化学反应工程的教学过程和指导学生复习巩固知识过程中起着重要的作用,可以把零散的、不成系统的基本概念知识系统化、理论化。例如,将理想反应器和非理想反应器,连续反应器和间歇反应器,平推流反应器和全混流反应器,等温恒容反应与等温变容反应,流化床反应器和固定床反应器等基本概念进行对比。通过比较,找出概念的相同点和不同点,把相近的概念区别开来,从而达到简化、概括和记忆的目的。除了本学科之内的概念比较外,也可以不同学科进行比较。如把反应器中三传问题与化工原理中的单元操作相比较,把宏观动力学与物理化学课程的本征动力学相比较,有意将化学反应工程和已经学过的课程进行联系,以加深学生对该课程学习的兴趣。将复杂的概念用列表、提纲等简单明了的形式表达出来,使学生在“识同辨异”中增进学习兴趣,在“归纳”中渗透,在“对比”中巩固,最终达到提高学习效率的目的。
2.4 案例教学法[7]
化学反应工程教材中的很多化工案例,内容过于简略,学生很难从中真正领会到案例的作用。对于教学过程中选用的一些能够反映技术发展前沿和创新科研的工业实例,可采用案例教学法。从化工实践中选取合适的案例,进行专题讨论,充分调动学生学习的积极性,发挥学生在学习中的主体作用,使他们通过积极的思维后主动获取知识。在案例教学的讨论中要注意教材中前后章节内容的连贯性,不孤立分割每一章节内容,要让同学意识到,所学的知识不是独力的而是共同为解决实际问题服务的。例如在讲授固定床气-固相催化反应时,选择学校实习基地宜化化工集团公司合成氨多段绝热固定床反应器的案例,结合生产实习认识,对固体催化剂的装载具体要求,反应器的具体实际类型和操作条件、操作方式等进行详细讲解和讨论,让学生深刻体会气-固相反应的过程、固定床催化器的特点、使用情况和选型原则等,初步掌握化工生产过程分析问题和解决问题的方法,培养学生理论联系实际能力。案例教学可以给学生留下深刻的印象,从而激发他们的创造欲,使他们成为推动学科发展与技术进步的新生力量。
3 理论教学与实践教学充分融合
在教学过程中,化学反应工程课程组教师充分认识到理论教学与化工专业实验和化工设计的统一性,理论知识能指导实践,科学实践又能帮助将感性认识上升为理性认识后,再应用到实践中去。抓住各实践教学环节的机会,将本课程中的理论融入实践教学之中。
由于校院两级投入的加大,实验条件和实践教学条件有了较大的发展。针对本课程所设置的教学实验有多釜串联反应器停留时间分布测定实验、管式反应器烃类裂解反应实验、苯酐合成实验、固定床与流化床的流动特性测定实验和乙苯脱氢制苯乙烯实验。现在开设的化工专业实验中,有很多实验是和理论课程紧密相连的,只要科学合理安排理论教学和实验教学,就能使二者有机结合,为本课程的实践教学提供良好的支撑。进行相关实验能够进一步强化学生所学的理论知识,让学生在实验过程中认识真正的反应器,并将所学理论知识运用到反应器的操控和数据的处理。改变那种老师“抱着走”的单一教学方法,提高学生学习的积极性和主观能动性。
课程设计是完成课程教学后对该课程基本知识和技能进行综合应用的一个教学环节,通过课程设计培养学生解决生产实际问题的能力和知识的综合应用能力。为了进一步深化学生对化工反应器的认识,建成了仿真计算实验室,仿真实验室安装有化工设计模拟软件,为学生化工设计实践提供了良好条件。化学反应工程课程的主讲教师也是化工设计指导老师,学生以小组为单位,教师提出设计课题,学生查阅工程手册等资料,采用CAD 绘制设计图纸,并通过答辩完成课题设计。通过反应工程的课程设计,初步培养学生的工程理念。
化学工程与工艺专业的学生都必须要经历认识实习和生产实习等实践环节。化学反应工程课程组教师充分利用这些实践教学环节,引导学生把课程理论知识与现场生产实践相结合。例如在实习中,给学生下达任务,了解相关工业反应器的形式和特点,其中所发生反应的类型和特点,记录反应器进出物料组成和流量等数据,利用该数据进行物料衡算,计算主产物的收率、选择性等,使学生利用所学知识,体会到所学知识在实际工作中的作用,激发学生学习兴趣,实现理论与工程实际的紧密结合。
4 改革考核方式
考试具有测评教师教学水平和学生学习效果的功能,还有引导学生积极学习的“无形指挥棒”作用。考试制度的改革可以同时有效促进教学内容、方法和手段的改革。考试通常有开卷和闭卷两种,各有特点。本课程采用平时成绩(占20 %)和期末考试成绩(占80 %)相结合的考核方法。化学反应工程课程试题多年来一直坚持教考分离,每次考试试卷由其他教师按基本要求从试题库出70%的考题,主讲教师根据各自的讲课特点出30%的考题组合而成。这种命题方式既考虑了课程的基本要求,实施教考分离,又能充分发挥各主讲教师自己的讲课特色,要求学生体会课堂教学的内容。
平时成绩按照学生平时出勤、作业、课堂回答问题及课堂练习考核、写小论文、写专题报告等情况综合评定给出。平时学生可以上学校化学反应工程精品课程网站,自主学习,使学生的综合素质得以提高。
期末笔试考核学生必须掌握和熟记的基本理论、数学模型与计算方法等,按照期末笔试答题情况给出期末成绩。这种综合评定成绩方式督促学生注重综合素质的提高,对学生良好的学风建设起到了促进作用。任课教师在每次考试后,要求必须对试卷进行详细分析和课程总结,找出试卷中学生存在的共性问题和薄弱环节,为下一轮教学起到借鉴和促进作用,并注意在教学过程中不断改进和完善,实现教与学两方面共同提高。
5 结束语
在当今实施素质教育、培养创新型人才的社会大背景下,化学反应工程作为一门工程学科,要求学生系统掌握反应工程课程的内容,能够把反应工程基本观点与工程知识紧密联系起来,从工程应用分析的角度来讨论重要的工程概念。通过课堂教学与专业实验、生产实习相结合以及创建课外实践教学活动平台和考试形式等多方面的教学改革,并比较了改进前后的教学方法对教学效果的影响进行,发现不同的内容采取相应的教学方法,学生更便于理解掌握教学内容,收到了良好的教学效果。化学反应工程的教学改革还只做了初步的改革探索与实践,每个学校具体情况都不一样,应根据自己的专业方向和办学特色做进一步的探讨。
参考文献:
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[2]丁刚,吴元欣,程健等.化学反应工程课程体系与实践教学模式的探讨[J].化工高等教育,2008,103(5):49-52,79.
[3]傅杨武,祁俊生,梁克中.论《化学反应工程》教学改革与实践-从“3T”人才培养模式视角[J].重庆三峡学院学报,2011,27(3):131-134.
[4]李望,朱晓波.《化学反应工程》课程教学方法初探[J].教育教学论坛,2015,43(10):156-157.
[5]王琳琳,陈小鹏,梁杰珍等.改革地方院校课程教学模式和内容,培养学生工程与创新能力-以广西大学化学反应工程教学为例 [J].实验技术与管理,2012,29(8):10-14.
【关键词】初中化学;分层教学模式;施教
一、前言
随着我国中小学布局的调整与学校本身的发展,一些学校的办学规模发生一定的改变,学生的人数也呈现增长的趋势。因而,在课堂教学过程中,教师所面对的学生其学习水平必定是不一样的,初中化学课堂教学同样是如此。针对这种情况,为了促进化学学科的快速发展,且在实践教学中贯彻新课程改革的教育理念,对新型的教学模式进行研究与探讨,具有极为重大的现实意义。
二、分成教学模式概述
分层教学模式指的就是在班级教学过程中,根据教学大纲中的有关规定,从不同类别的学生实际情况下手,规定不同层次的要求,展开不同层次的教学活动,进行不同层次的辅导行为,开展层次不同的测验,以便有效激发不同层次学生的学习热情与兴趣,并且在各自的“最近发展区域内”获得最大限度的成长,充分的实现自身的学习任务,从而实现全体学生整体素质的有效提升。
三、初中化学课堂分层教学模式的具体应用
1.对学生进行分层
教师在教学过程中,依据全班学生的化学水平、化学成绩、智力水平以及自主学习水平等情况,并且联系学生自愿报名的情况,将全班学生分成三个层次,即甲是优秀生,乙是中等生,丙是差等生。
2.分层教学目标的合理设置
有研究指出,在化学学科教学过程中,“一刀切”的现象极为普遍,无法充分满足不同层次、不同水平学生的化学学习需求,进而出现优秀生“吃不饱”,一般生“吃不消”,而学困生“吃不了”的情况。针对上述中所提及的状况,化学教师在课堂教学过程中,应当对教学目标进行科学合理的分层,即对不同层次的学生设置不同水平的教学目标,并且在化学课堂中将所制定的教学目标告诉学生,让各个层次的学生清楚了解自身所要达到的教学目标;不同层次教学目标的实行,必须在课堂教学开展之前予以确定,进而最大限度的展现教学目标的导向作用与强化功能,从而获得事半功倍的课堂教学效果。例如在对“制取氧气”一节进行讲解时,对甲、乙、丙三个层次的学生设定不同的目标,对甲层次的学生设定较高的目标,即对选择发生装置的规律进行归纳总结,初步构建“论述分析、设计实验、开展实验”的教学思路;对于乙层次的学生,制定提升层的教学目标,即初步掌握化学实验制取新物质的基本原理,了解在化学反应中催化剂参与与否等等;对于丙层次的学生,制定较为基础的教学目标,即认识实验室制取氧气的基本原理,掌握化学的分解反应,并且区分分解反应与化合反应之间的不同。
3.分层施教
(1)分层施教是关键。在分层教学模式当中,分层施教是最为重要的一个环节。在课堂教学过程中,教师一方面要依据课程标准中的要求,教材中的相同内容,在一定的时间与进度中,对全班学生展开同步教学,对学生讲解最为基础的教学内容,进而达到最为基础的教学目的。另一方面,教师必须因材施教,依据每个学生的不同情况,展开异步教学,使各个层次学生的心理活动面向不一样的教学目标,展开层次不同的提问,以便实现分层教学与群体教学和谐一致。
(2)分层提问。在课堂教学过程中,为了使各个层次的学生都可以发散思维、获得知识,教师应当有层次的展开提问,并且在学生讨论之后自由发表各自不同的见解与意见,使学生的思维能够获得有效的培养。例如在讲解“硫酸”一节时,教师在对 的检验方式进行讲解之后,对不同层次的学生提问:甲层次的学生:为何要添加稀硝酸?假使硝酸将部分白色沉淀溶解,这意味着沉淀内存在什么离子?乙层次的学生:发生怎样的化学反应?化学反应的方程式是什么?可以使用其他的试剂来替代吗?丙层次的学生:在对 进行检验时,需要添加的化学试剂是什么?
教师在课堂教学过程中,应当注意一定的策略,以便时各个层次的学生都有机会来提问、回答问题,教师通过以上提问,让各个层次的学生都了解检验 的具体方法。教师在课堂教学过程中,应当适度的提问差等生、学困生,从而有效激发起学习的欲望;在讲解新知识的过程中,应当积极提问中等生;在对重、难点问题进行分析的过程中,应当对优等生进行提问,进而实现同步进步的目标。
四、结束语
综上所述,在初中化学课堂中采取分层教学的模式展开教学,能够有效地的调动学生学习化学知识的热情与兴趣,使各个层次水平的学生都能够在自身原本的基础之上,获得一定水平的提高,另外,在实行分层教学的过程中,也推动了化学教师全方位教学水平的提高。
参考文献:
关键词:比较法;初中化学
中图分类号:G633.8 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2013)09-0137-02
比较法是认识世界、学习化学的重要方法,通过比较法,我们可以更好地区分相同的事物和不同的事物,可以从不同的视角认识同一个事物,既能丰富我们的生活,又能帮助我们更好地学习。
一、初中化学中比较法的基本概况
很多学者认为“比较是一切理解思维的基础,我们正是通过比较来了解世界的一切。”广泛运用比较法能够帮助我们更好、更清晰地认识世界。
比较法是化学教学中常用的一种思维方法。所谓比较,就是通过对事物进行对比、比较,排除视角和主观因素,得出客观事物的共同点与不同点。比较法是认识事物本质的基础,是学生学习与教师教学的重要方法。初中化学是一门基础性的科学入门知识,恰当地运用比较法教学,可以帮助学生在比较中了解、辨析事物,进而加深对事物本质的理解与认识。
二、初中化学中比较法的常见类型
1.列表比较法。列表比较法是指教师在讲授化学概念或原理时,根据事物的内部联系,总结出事物的共性与个性,并以表格形式表达出来,直观而又方便。比如,“人类自身保护”这一话题,教材上的解释很繁琐,学生也不一定能完全理解,这个时候,表格就直观地表达出来,学生也就一目了然了。
2.实验比较法。化学离不开实验,学生通过实验可以比较出不同物质的各方面差别,便于学生加深理解。教师可以引导学生通过化学实验,直观地洞察事务的本质。
3.分析比较法。由于受年龄、阅历的影响,初中生在认识事物时存在着很大的局限性,很难把相似的两个事物透彻地区分开来。为此,教师可以引导学生通过分析比较来区分事物,从而加强对事物本质的理解。
三、初中化学中比较法的应用
比较法在化学教学中得到了广泛应用,它既可以比较同类事物,又可以比较异类事物,还可以比较同一事物的不同方面,不同事物的不同方面,可以是定义、概念的比较,也可以是状态、性能的比较。
1.基本概念比较。比较法广泛应用于初中化学中。人教版初级中学化学课本中许多抽象的、易混淆的、不容易理解的概念,就需要用比较法来区分。通过比较,可以区分这些事物之间的隶属关系、相似关系、并列关系以及对立关系等。比如,元素与原子的比较。
通过对它们各方面的具体比较,可以更好地区分元素与原子这两种不同物质。可以明白:原子是化学变化的最小粒子,而元素是一类原子的总称。例如,氧气分子与水分子都有氧原子,核电荷数为8,也就是盒内有8个质子,那么它们就被统称为氧元素。原子可以相互结合成分子。教师在概念教学中可以广泛采用比较法。
通过概念比较,可以对四种化学反应进行分析比较,直观而又清晰,从而得出更系统、清晰的认识。
2.基本原理比较。化学基本原理在化学课本中占有很大比重,原理反应也是比较复杂的。如果对这些原理进行比较分析,就方便了学生的记忆与理解,便于学生化学体系的构建。
例如,氧化反应与还原反应比较。反应前后,有元素化合价发生变化的,那么这个反应就是氧化还原反应,没有发生变化的就是非氧化还原反应。化合价高,也被氧化发生氧化反应;化合价低,则被还原发生还原反应。
又如,不同物质与同一物质的反应,可以比较出不同物质的相似之处。例如,CaO(白色或淡黄色;熔点2572°C;PH值为12;可与酸反应,不可与碱反应);K20(淡黄色;熔点为350°C;PH值为14;可与酸反应;不可与碱反应)。由此可以得出CaO与K2O化学性质相似,PH值相近,与酸与碱反应也极为相似,两个都是碱金属的氧化物,在周期表中排列相邻,化学性质也相似。
3.实验比较。化学离不开实验,化学实验教学是充满趣味的。在实验中通过比较法可以更直观地认识事物的不同本质。通过实验过程中产生物体颜色的不同,可以区分各类物质。如果产生固体的颜色是红色,那可能是铜、氧化铁。是绿色可能是:碱式碳酸铜。如果产生液体的颜色是无色的,可能是水或双氧水。如果是蓝色溶液,可能是硫酸铜溶液、氯化铜溶液或者硝酸铜溶液等。
4.物质的性质比较。
碳与一氧化碳性质比较:
通过比较对碳与一氧化碳物质有了系统了解,可以更好地指导今后的学习。对铁离子、铝离子与钠离子氧化性的比较,则可以依据气态氢化物稳定性随非金属性减弱而减弱,金属性则依钠,铝,铁的顺序减弱,从而得出氧化性铁离子大于铝离子,大于钠离子。通过此类比较,可以把握物质的不同性质。
四、结语
比较法在初中化学教学中的应用是非常广泛的,是一种非常好的学生学习方法与教师教学方式。比较法的采用可以更好地区分抽象的、易混淆的事物,因此,我们应该加强比较法在化学教学中的应用。
参考文献:
[1]徐柱荣.浅谈“教、学、练”在初中化学中的应用[J].家教世界,2012,(02)29.
根据国家环保局统计,我国主要河流普遍存在有机污染,湖泊的水体富营养化严重,饮用水安全程度急速下降,而工业废水是水源污染的主要来源之一。目前被广泛运用的废水处理方法有化学法、物理法、生物法,以及这些方法的综合利用。电吸附技术用于废水处理具有安全、能耗低、无二次污染等优点,业界对其的关注度日益增长。
在电吸附过程中,具有吸附作用的电极材料起着非常重要的作用。与金属电极材料相比,新型炭材料具有更大的比表面积,良好的孔结构,化学惰性表面,一直是电吸附电极的首选材料。近几年,国内外主要研究包括以活性炭、活性炭纤维作为电极的电吸附技术。普通的活性炭在作电极的时候,往往需辅以高分子粘合剂成型,使得电阻增大。而活性炭纤维不仅具有丰富且分布窄的1~3 nm的微孔,使其具有1 000~3 000 m2/g的高比表面积,而且纤维直径一般在10~13μm之间,外表面积可达1.5~2m2/g,另外,还含有一定量的以羧基、羟基、羰基为主的含氧基团,容易与吸附质接触,扩散阻力小;且相对于粉末活性炭和粒状活性炭,其吸附和脱附速度更快,有利于吸附分离,所以被广泛应用于废水处理中。
1、电吸附处理废水的基本原理
1.1 电吸附理论及双电层模型
在电吸附体系中,由于电极与溶液的分界面上存在一个具有电容特性的,可以进行充电放电的双电层,使得电极提供电子或正电荷充当充电电荷,而溶液提供阳离子或阴离子用以充当放电电荷。在这个体系上施加不发生化学反应的电压的情况下’电极充电时水中的离子将会富集在电极上(见图1)。这样,如果电极具有一定的吸附作用,水中这部分富集离子将会被吸附。
Zou等人使用x射线衍射和N2吸附技术测试了活性炭(AC)以及中孔炭材料(OMC)表面的孔径大小和分布。发现AC中含有大量的微孔和一定量的中孔,而OMC中则主要是有序的中孔。他们利用循环伏安法测试表明:当OMC和AC分别作吸附工作电极时,其吸附的离子数量分别是11.6、4.3 μmol/g。根据这一结果,中孔比微孔在决定炭材料电吸附能力上更重要,提高中孔结构控制微孔结构是提升电吸附材料的两个重要策略。
此外,Han等人对电吸附前后ACF的表面结构进行了分析对比,结果表明ACF的比表面积大小和中孔(2~50 nm)容积随着电压增加而增大。该作者认为活性炭纤维在电极辅助下吸附能力的提升是因为在电压作用下ACF的比表面积和平均空洞尺寸大小增加了。
1.3 电吸附过程中的化学反应
很多研究表明在活性炭纤维电吸附处理废水的过程中,ACF所起的作用不仅仅是吸附作用。Fan等人在使用活性炭纤维对苋菜红偶氮染料进行电吸附研究中发现,当电压高于0.6 V时其阳极极化曲线上出现明显的氧化峰,说明在该体系里较高的电位会导致染料的氧化和降解。易芬云研究证实了ACF表面的羟基、酚羟基以及碱性基团能起到催化作用。陈水挟通过实验也发现某些有机物在吸附过程中可以使ACF发生氧化还原过程。
2、活性炭纤维电吸附处理废水的影响因素
2.1 活性炭纤维电吸附动力学
Han通过实验证实了活性炭纤维电吸附过程能更好地与Langmuir曲线拟合。从大量文献中发现,随着时间的增加,溶液中的吸附质浓度减小,而当溶液中的吸附质浓度减小到一定程度,或该吸附反应进行到一定时间,吸附质浓度保持稳定。Conway的实验也表明:在其他条件不变的情况下,ACF对NaSCN的吸附曲线也符合第一吸附理论。
2.2 pH值的影响
在利用电吸附方法处理含NaCl结晶紫染料废水的实验中,当pH值分别为3.0、5.5、7.0、9.1时,观察脱色率与时间的变化图线发现,在pH值为7.0时脱色效果最佳;当pH值为3.0时,脱色效果最差。研究人员认为这是因为当废水中存在C1—时,C1—会在活性炭纤维电极上被氧化生成C1O—进而氯氧化溶液中的有机物。此时,溶液的pH值直接影响了C1O—的多少,从而影响活性炭纤维电吸附水处理的效果。
另外,在Huang等人研究了用硝酸和壳聚糖溶液分别改性ACF,然后调控ACF表面使其Zeta电位为0 mV,再测溶液的pH值分别为8.2、2.2。这表明了pH值会影响ACF表面的Zeta电位。
2.3 电压的影响
探索电压对活性炭纤维电吸附过程的影响的研究工作有很多。在处理酸性橙7号(A07)的实验中发现当电压在0.8V后,溶液发生化学反应,此时该过程已不属于单纯的电吸附过程;在0~600 mV的电压范围,电吸附对染料的去除率最高的电压是600 mVo在600 mV电压下,ACF对A07的吸附率和吸附容量分别比不施加电压增加120%和115%。
Conway等人通过在实验过程中改变通入电流的正负性发现电吸附的微观过程:在炭毡电极电吸附过程中,改变通入电压的正负在刚开始的一段时间里会发现解吸附,但是随着时间的延长又会出现再吸附现象。解吸附的原因是通入的反向电压在炭毡电极上中和了最初已存在的电荷,产生对被吸附物质的电荷排斥;而再吸附现象出现的原因是在工作电极带上反向电荷的同时,对电极也带上了相应的反向电荷,这样炭毡电极上就产生了对溶液中相反离子再吸附。