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冶金工程是一门研究从矿石(或其他金属资源)中提取钢铁或有色金属材料并进行加工的应用学科,可以分为化学冶金学(Chemicalmetallurgy)和物理冶金学(Physicalmetallurgy),如图1所示。从矿石提取金属的生产过程称为化学冶金学;通过成型加工,制备有一定性能的金属或合金材料的学科称为物理冶金学。目前,冶金工程专业的课程设置以化学冶金学为主,包括钢铁冶金、冶金物理化学、冶金传输原理、有色金属冶金等课程。尽管也开设金属学,材料加工技术等课程,但内容较为宽泛,针对性不强。2007年,本文开始承担江苏大学冶金工程专业材料加工技术课程的教学任务,结合多年从事钢铁生产、科研的经历,根据自己对物理冶金和化学冶金的理解,以拓宽毕业生专业口径、提高学生的综合素质为目的,将教学重点调整为“塑性加工及物理冶金理论”,取得了良好的效果。
一、增加物理冶金教学内容的思路
为适应社会发展和需求,拓宽专业、宽口径专业教育已成为冶金领域培养人才的重要模式。目前,冶金工程专业设置涵盖了钢铁冶金专业、有色冶金专业和冶金物理化学专业,改变了过去专业划分过细的弊端,增强了学生的适应性,提高了学生独立工作的能力。这体现了教育思想观念由“对口”向“适应”转变的进程。但是,也应认识到,随着冶金技术的进步,物理过程在冶金中的重要性日显突出,物理冶金和化学冶金(传统冶金)同等重要。冶金工程专业的教学重点以化学冶金学为主是毋庸置疑的,但适当增加、补充和生产密切相关的物理冶金学的教学内容也是大有裨益的。首先,物理冶金学和化学冶金学是冶金工程学科不可分割的组成部分。例如钢铁生产是从铁矿石中提取钢铁并加工成钢材的过程,包括炼铁(焦化、烧结)、炼钢、精炼、连铸、轧钢、热处理等工艺环节。钢铁生产的集成技术已经打破了冶金、轧钢和热处理的明确分工,尤其是薄板坯连铸连轧技术的兴起,更是将炼钢、连铸、轧钢等工艺环节有效地联系在一起。为了得到性能合格的钢材,需要控制钢材的化学成分和组织结构,化学冶金学可以解决化学成分控制的问题,在钢铁生产中由连铸之前的工艺环节完成,最终的组织状态则通过后续的成型加工和热处理实现。可见,钢铁生产需要化学冶金学和物理冶金学的综合知识,只有把两者结合才能解释并解决钢铁生产中出现的问题。目前,冶金工程专业的主要教学内容为化学冶金,尽管也开设了金属学等课程,但内容宽泛,针对性不强,学生对钢材加工和热处理过程中组织、结构和性能的变化不甚了了,无法对钢铁生产建立起系统、全面的认识。其次,物理冶金学和化学冶金学的内容是互相联系的,通过物理冶金学的学习,能够促进对化学冶金学的深入理解。例如:冶金过程热力学中自由能的计算,是判别、变更或控制化学反应发生的趋势、方向和达到平衡态的手段,运用热力学计算可以分析钢中元素的氧化还原问题。由于Cu氧化的标准自由能和铁相比更高,在炼钢吹氧过程中,将被铁保护而不被氧化。而铜是钢材热加工产生热脆的有害元素,这是由于加热过程中铁被氧化,铜在轧件表面富集,成为液相后沿奥氏体晶界渗透,弱化晶界而造成热塑性降低。所以,只有通过配料降低钢中的Cu含量。这样,就会对Cu在钢中的危害、控制及氧化还原的热力学条件有了系统的认识。可见,通过物理冶金的学习,冶金工程专业的学生可以更加深刻地理解冶金过程热力学中元素氧化还原的规律性,认识到合理控制化学成分的必要性。另外,物理冶金课程在冶金工程专业的引入能够拓宽学生的知识面,增加毕业生的适应性,促进将来工作和事业的发展。钢铁生产中需要专才,更需要通才。钢铁生产的集成技术已经打破了冶金、轧钢和热处理的明确分工,化学冶金学和物理冶金学的知识相互联系、相互融合。只有具备了化学冶金学和物理冶金学的综合知识,才能使毕业生对操作岗位的工艺特点和目的要求有更深刻的认识;在产品出现质量问题时,才能对复杂工艺环节的影响因素做出准确判断,并制定出切实可行的解决方案。市场疲软和原材料涨价的双重影响,压缩了钢铁行业的利润率空间,而且产品的同质化竞争日趋激烈,产品开发日益受到重视,新产品开发更需要具备化学冶金学和物理冶金学的综合知识,对冶金工程专业的毕业生在知识面和综合能力上提出了更高的要求。例如,Ti微合金化高强钢的开发主要是利用了纳米尺寸TiC的沉淀强化作用,需要通过控制轧制和控制冷却来实现,但由于钛容易氧化的特点,必须在精炼后期用铝充分脱氧后加入钛才能提高其收得率。通过类似产品开发的实例,将枯燥的书本知识和生产实际结合,使学生加深对物理冶金学和化学冶金学的理解,提高综合运用知识的能力。
二、增加物理冶金教学内容的实践
依据冶金工程的专业特点,结合多年现场生产和科学研究的经历,本文自2007年起在冶金工程专业开设了“塑性加工及物理冶金理论“课程。由于江苏大学冶金工程专业毕业生的分配去向主要是武钢、沙钢、兴澄等钢铁企业,课程重点针对钢材塑性加工过程中的物理冶金问题,讲解塑性加工的原理、工艺以及物理冶金学理论,包括化学冶金的产品再加工和热处理产生的金属及合金组织、结构的变化,以及由此造成的金属材料的机械、物理、化学、工艺性能的变化。课程设置在大四上学期,此时钢铁冶金、冶金物化和金属学等相关教学已经结束,学生具备了化学冶金的基础知识,通过认识实习和生产实习,对钢铁生产流程和工艺环节有了一定的了解。课程设置为30学时,教学内容包括以下5个部分:(A)介绍大型钢铁企业的生产流程,及物理冶金在其中的地位和作用;(B)介绍钢材的分类,重点使学生认识钢材的用途,以及由此带来的对成分、组织和性能的要求;(C)轧制工艺学,包括轧钢生产基本工序、轧机分类、组成和布置形式、厚度和板型控制等;(D)轧制原理介绍,包括塑形加工基本概念、轧制过程基本概念、实现轧制过程的条件、延伸和宽展等;(E)物理冶金概论,强韧化机制,热变形和冷却过程中的组织变化,控制轧制和控制冷却,微合金化元素的作用,等。采用计算机多媒体教学方式授课,大大提高了教学的效率。由于教学内容是本文多年学习和科研工作的总结,并加入许多最新成果和图片,知识贴近实际而新鲜;注意收集国内外文献、会议资料和各大钢厂的生产实例,内容生动直观,激发起学生强烈的学习兴趣。例如,关于钢材按用途分类,结合西气东输的工程建设讲述管线钢的强度级别和性能要求;建筑用钢的讲解则展示了鸟巢、水立方美仑美奂的图片及其中钢材的使用情况。授课过程中摈弃了按部就班、照本宣科的填鸭式教学,采用融会贯通、举一反三的教学方法。以不锈钢为例,先介绍不锈钢的相关知识,由不锈钢的金属学问题、耐蚀原理讲述配料熔炼法、返回吹氧法和高碳真空吹炼法3个阶段的发展历史。最后,重点讲述碳的选择性氧化———奥氏体不锈钢冶炼的去碳保铬问题。这样就会使学生对不锈钢的生产工艺以及化学冶金学和物理冶金学在生产中的应用有了深入的理解。在课堂教学外,注重生产实习和实践环节中物理冶金的教学。在钢铁企业的认识实习和生产实习期间,结合对中厚板、热轧带钢和棒线材生产线的参观,在介绍生产工艺和生产设备的基础上,为学生重点讲解轧制和冷却过程中的组织、性能变化及微合金化元素的固溶和析出规律。使学生认识到轧制和冷却中组织复杂的演变过程,其中加工硬化、回复、再结晶、相变和第二相粒子的析出过程交织在一起。在为大三学生开设的专业讲座中,也注意把物理冶金学的知识贯穿其中:以瑞典SSAB公司为例,用英文幻灯片讲述钢铁的生产流程;结合最新资料介绍国际和国内钢铁生产的历史、现状和发展趋势;运用物理冶金和化学冶金的综合知识介绍管线钢、汽车板等专用钢种的产品开发实践。在指导本科生的毕业设计时,依据自己的科研方向,确定产品开发、组织性能分析、强韧化机理等紧密联系生产实际的题目,加深毕业生对物理冶金学的认识并掌握物理冶金的研究方法,注重培养他们综合运用知识分析问题和解决问题的能力,为踏入工作岗位或继续深造做好准备。
参照国内各级各类院校环境科学专业的基础化学课程内容体系及多所院校的教学计划,考虑环境科学专业后续环境化学、环境监测、环境工程学等专业课程的内容,结合我校实际情况,我们将环境科学专业的基础化学类课程分设为现代化学基础及分析化学两门课程。现代化学基础分两个学期完成,理论课时共计136学时。课程的学科内容包括现代无机化学、物理化学、有机化学等。通过对化学热力学、化学动力学、化学平衡、化学反应的基本规律、物质结构理论、胶体和表面化学、环境科学相关的重要元素及其化合物、有机化合物等基础知识的学习,学生可以了解现代化学的基本概念、基本原理、基本技能;学生学习后能以化学的观点、思维方法和研究方法,激发创新意识,在未来实际工作中以化学观点观察物质变化的现象,对一些涉及环境科学及生活、社会实际的化学问题,具有一定的分析、解决和创新的能力。
分析化学单独设课,其一,是因为分析化学素有“科学的眼睛”之称,是环境科学甚至其他任何与化学相关的学科进行科学研究的基础,学生打下扎实牢固的分析化学基础是非常重要而必需的。其二,分析化学的课程特色主要是“量”,与其他基础化学相比较,更强调“量”的概念,以及相应的思维方式和理念。系统学习这门课程可促使学生掌握分析化学的基础知识和基本理论,结合实验牢固树立准确“量”的理念,并掌握获得准确“量”的正确操作技术。这是环境科学专业的学生进行专业科学研究以及未来的工作中必不可少的基础。其三,分析化学也是学生学习后续的专业课程环境化学、环境监测的重要基础。
采用上述课程结构体系,避免了教学内容的无谓重复,节约了大量的教学课时。同时也使一些环境科学专业非常需要的化学知识如胶体化学、表面化学、电化学、分析化学等得到了加强。
二、教材改革
教材是教学内容的载体,一本好的教材能使学生提高学习的兴趣,便于理解和掌握知识。但目前国内还没有完全与我们的现代化学基础课程教学体系相配套的教材。针对上述情况,在教学过程中,根据环境科学专业的人才培养目标及特点,结合本校的课程结构体系,我们对选用的教材内容进行了适当地删减和补充,采取了教材为主,补充讲义为辅的使用方式。目前选用胡忠鲠主编的《现代化学基础》作为主教材。但其中元素化学,有机化学两部分教学内容则结合环境科学专业的特点,编写补充讲义。元素化学部分侧重于讲授常见重要元素、重要污染元素及其化合物的性质,有机化学部分则系统地介绍各类有机化合物的物理性质及化学性质。对于有机合成则不作要求。通过上述调整后,课程教学内容的针对性和实用性得到了提高。考虑到现代环境监测方法中经常需要使用仪器分析和检测的特点,我们选用了华东理工大学及四川大学化工学院编写的《分析化学》(第五版)作为教材。这本教材具有如下特点:一是教学内容包括了化学分析和仪器分析两部分,与我们的课程结构体系相吻合;二是该课程教学内容的编写注重应用,简化了某些公式的推导,加强了数据处理和仪器分析的内容,能满足环境科学专业的需要。
三、教学内容改革
目前,国内一些非化学化工专业的基础化学课程虽然在结构体系方面与化学专业相比具有自己的特点,但由于教材编写者基本都是纯化学专业出身,缺乏对相应学科的专业知识与背景的深入认识和了解,因此教学内容的设置基本沿用化学专业的内容,只是在深度和难度上作些调整,没有结合专业特点,脱离生产实际,学生认识不到化学知识在本专业中的应用前景与重要性,难以激发学习兴趣。针对上述情况,我们对环境科学专业的基础化学课程在教学内容方面进行了如下的改革:
(一)夯实基础,注重“双基”扎实牢固的化学基础知识是与化学相关专业的学生学习化学知识进而将其应用于认识解决本专业问题的重要基础。因此,我们在教学中始终不渝地坚持为学生打下牢固的化学基础,注重基础知识、基本概念和基本原理的教学和应用。为达到此目的,我们有针对性地精选了近1500道与课程内容相关的习题,编写成课后练习集,让学生通过习题练习来巩固所学知识。
(二)结合专业,偏重应用在重视基础知识、基本概念、基本原理的同时,我们注重选用大量环境科学中的实例来作为知识应用的案例,培养学生用化学原理和知识解决环境问题的能力。如表面化学、氧化还原与电化学、电解质溶液、化学动力学等章节的教学案例都选用了大量环境科学中的例子。又如元素化学部分,重点讲述若干和环境科学密切相关的元素,P区元素主要讲了Al,Si,Pb,N,P,As,O,S等常见或与环境科学密切联系的元素及其化合物的性质;过渡元素部分则着重介绍了Cd,Hg,Cr等污染元素,以及Fe,Mn等常见元素及其化合物的性质。再如,有机化学部分讲到苯基型卤代烃的性质时,以多氯联苯、二噁英等持久性有机污染物为例来讲,使教学内容变得结合实际、生动有趣。又如分析化学中的应用实例也都选用环境科学中的应用来讲,如高锰酸盐指数、溶解氧的测定、COD的测定、总磷的测定等。
随着科技的发展与进步,人们更加善于利用大自然赋予的资源和能源,但在利用自然的同时,也使自然发生了无法逆转的改变。废弃物品的增多与能源的过度利用使自然环境已经遭到了大规模的破坏,这对人类的未来生活带来很大的影响。为了解决环境污染问题,不少院校专门开设了环境科学专业,并设置系统的环境知识课程。环境基础化学课程就是环境科学专业众多课程当中最重要的专业基础课,化学课程的存在使学生们懂得了更多处理环境污染的方法。然而,由于师资力量以及教学思想等各方面问题,该课程内容和教学方法需要进一步完善和改革,否则学生无法从该课程当中真正获得专业相关的实践知识。因此,为了改变环境基础化学课程的教学现状,立足基础知识,适应专业需要,对该课程的教学方法做出一系列的改革。
一、环境科学释义
环境科学是一门研究人类社会活动与环境演化规律之间的相互关系,寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径的科学。在宏观上,环境科学要研究人与环境之间的相互作用、相互制约的关系,要力图发现社会经济发展和环境保护之间协调的规律;在微观上,要研究环境中的物质在有机体内迁移、转化、蓄积的过程,以及其运动规律对生命的影响和作用机理,尤其是人类活动排放出来的污染物质。为了解决环境问题,实现人类与环境的和谐发展,需要人们学习更多的化学知识,因此环境专业的学生需要开设化学类相关课程[1]。 《环境基础化学》是环境科学专业的学生首先要学习的一门重要的专业基础课。
二、现有环境科学专业课程模式的弊端
在环境专业类的院校当中,学生需要涉及的知识面很广,课程构架比较复杂[2]。 学生们不但要掌握化学基本知识、生物及生态学、环境可持续发展、工程制图、污染控制工程、环境评价、土壤学、大气学、海洋学等,还需要参与很多社会实践、实习活动。由于专业特点,环境科学专业的化学类课程比较少,通常包括《环境基础化学》、《环境化学》、《环境监测》以及《化工原理》等课程。 因为课时关系,现今状态下的环境基础化学在教学过程中由于教学系统的不完整,致使教师们只能按照课时来选择其中比较重要的知识进行讲解,由于讲解内容比较随意,因此学生们学习环境基础化学时缺乏关联性,很多时候无法将已经学习的知识运用到实践当中。而且环境科学当中的化学课程无论是开课较多还是课程种类较少,都避免不了教学内容的重复,该种重复不仅不能使教学效率提高,反而打消了学生的学习积极性。
三、《环境基础化学》课程教学改革
(一)注重教学内容与实践相结合
要想改善现在的教学现状,需要充分认识到环境基础化学的重要性,尤其是教学过程中对于教学内容的选择。高等院校的教学目标就是培养实用型人才和技能型人才,但在真正开展课程时往往注重理论知识的培养,反而忽略了实践知识的教授。因此教师要根据环境专业的特征,以及该专业日后的工作岗位类型来选择教学内容。因为环境科学专业的学生所学习的课程的大多数都与环境有关,因此在学习化学时,教师可以专门挑选跟环境有关的内容来加强学生的学习和实践[3,4]。使学生们掌握的知识都能在日后工作当中用到,增加就业机会,成功地成为应用型人才。
(二)基础化学教学中渗透环境教育理念
随着化学的不断发展,虽然丰富了人们的物质生活,但也带来了环境问题,所以在化学教学中渗透环境教育理念有着非常重要的意义。对于环境科学专业来说,所有的教学工作应该围绕对环境知识的教授[5]。学校在改革课程教学方法时,要注重化学课程内容与环境方面的关联,教师所讲解的案例也尽量与环境知识有关。所有的教学活动都围绕环境专业的特征展开,可以使学生更加了解相关环境问题应该如何处理。
但是在基础化学教学的实践中,不能脱离教材随心所欲地进行环境教育,否则影响教学效果。例如在 “物质的聚集状态”一章涉及到溶液的内容时候,可增加有关水的环境污染问题,通过了解重大水污染事件,使学生加深学科认识。教师通过案例分析,并结合化学原理来引导学生思索相应的污染治理方案。在讲解“渗透压”以及“反渗透原理”时,可结合医学以及一些生理现象,帮助学生理解抽象的概念,并结合实际废水处理,以及海水淡化等案例,引导学生灵活地学以致用;另如在“沉淀溶液平衡及沉淀滴定”章节的学习时,可结合溶度积、同离子效应、沉淀平衡以及分步沉淀等规则,引导学生计算实际污染废水或矿山废水中有害金属离子或贵金属的最低含量,同时引导学生设计可行方案,净化废水, 回收提取金属,“变废为宝”,或“以废治废”,培养学生综合利用能源的观念。在教授基础化学知识的同时,兼顾学生认知水平、生活经验、教学实际等因素,对环境知识进行组织、加工,并以恰当的方式呈现, 从而使学生在不知不觉中接受环境教育,增强环保意识。总之,教师在进行化学教学的过程中加强环境知识的教育,能够使学生在以后的工作和生活中具备环境保护意识,并通过课程的学习提高学生的环境保护能力。
(三)教学手段多元化
新型的教学模式要依托现代社会的网络教学形式,高校在对环境基础化学的教学改革时也要充分利用多媒体教学的优势[6]。如果教师只是大量介绍化学原理,会显得抽象枯燥无味,不但不能引起学生学习兴趣,并弱化了环境教育的效果。为了帮助学生更容易地理解复杂的化学反应机理, 对物质结构产生直观的认识,并同时形成环境意识,在教学中必须要形象化、生动化。那么在进行课程教育时,要用多媒体手段,把图表、照片、录像资料等展现出来,以生动和真实的案例,向学生展示微妙的微观物质世界、化学反应过程,并直观地与环境现象和环境问题相连接。譬如展示电泳过程、吸附溶胶团的形成过程以及大气污染造成的雾霾、臭氧空洞的图片,酸雨造成破坏的视频资料,沙尘暴的图片等等。利用多媒体演示对环境有毒有害的生产工艺及其造成的危害,这样使学生感同身受,印象深刻。通过多媒体教学平台上课件的趣味性,为学生们打造生动活泼的课堂气氛,使原本枯燥深奥的化学公式变得更加具体简单,且带有图文和动画,学生们的思维将伴随着多媒体课件的使用变得更加开放。借助多媒体,抽象的理论公式等将不再成为学生们学习化学知识的阻碍,并利于环境教育理念与环境基础化学知识的融合。
除了课堂教学外,在实际教学中,还要经常利用生产实习的机会,带学生去参观附近的生产车间,用已有的知识去分析某些零件电镀的生产流程,废水、废渣、废气的处理。通过学生自己亲眼所见所闻,提高学生环境保护的意识。此外,教师要结合目前国内外形势和环境科学的热点问题,根据学生的知识基础,定期给学生举办环境知识专题讲座,例如,世界著名的公害事件、吸烟与健康、温室效应、酸雨的形成与危害等。不仅开阔学生的视野,同时也使学生受到良好的环境教育。
(四)突出实践教学方式与参与性原则
在对环境基础化学改革的方案当中,应该注重突出实践教学,将实践性的教学模式贯彻到专业课程的学习当中,使理论与实践互补,形成教学内容和职业特色相结合的教学特色[7]。环境基础化学理论课与实验课相互补充,为学生开放化学实验室,通过实验教学和实际操作,加深学生对抽象知识的理解,激发学生的求知欲望。鼓励学生在实践过程中根据自己的疑惑提出问题,经过教师的指导,自己动手得出最终答案。为了充分发挥学生的主体作用,鼓励学生对现实中环境问题进行探究。教师可以根据专业特点以及环境污染问题,提炼出综合性实验题目,鼓励并引导学生设计出合理方案,利用实验室条件进行实际样品的分析测试、和资源的再回收利用等。并在化学实验教学中,鼓励学生探究如何用最少的药品,获得最佳的效果,改善实验环境,减少化学废弃物污染。如果实验教材没有考虑到毒气体的污染、废液的污染情况,教师这时要引导学生对这个问题讨论,找出可能产生的危害,通过共同讨论,优化实验步骤,减少实验药品的用量,最后再根据实验改进方案重新进行实验。学生经过这样多次的体验就会逐渐培养他们的环境意识和技能。这种教学方法的改变,能够充分锻炼学生的思考能力和动手能力。当学生就业以后,在工厂或者公司里就可以凭借着已经掌握的实验技能和知识解决解决环境问题以及其他相关工作问题。
(五)实行综合考核形式
一般情况下的教学考核通常都只注重对学生课程知识考核,经常会在期末的时间段里出一套关于专业知识的试卷,仅凭着学生对试卷的作答来考核和评定学生的能力。该种考核方法比较片面,不能使学校和教师完全了解学生的掌握知识的程度,也不能代表学生的实际能力[5]。在工作岗位当中,需要学生拥有良好的实践能力和对待工作的责任心。实践能力不是凭借试卷就能考核出来的,因此学校应该改变考核形式,使考核变得更加多样化。新型的环境化学基础考核可以包含卷面成绩、日常表现成绩以及综合实验设计及分析成绩。卷面成绩所考核的自然是关于环境基础化学方面的理论知识,而日常表现成绩就能评定出学生的责任心以及个人素质问题。综合性设计实验成绩代表的是学生的动手能力和总结能力。该种考核形式能够综合且全面的掌握到学生的实践能力,也能充分体现改革后环境基础化学课程的教学效果。
四、结论
在环境科学专业的《环境基础化学》课程的教学中,注意教学内容与实践相结合,基础化学教学中渗透环境教育理念,教学手段多元化,突出实践教学方式与参与性原则,并实施综合考核形式,将有利于提高学生的学习积极性和主动性,实现自身实践技能的突破,提高学生学以致用、解决实际问题的能力。高等院校也需要对新的教学模式和教学理念形成一定的管理体系,确保新的教学方式行之有效地开展,并为学生提供更多的职业实践机会,实现环境科学专业的人才培养目标。
关键词:天然产物化学 教学内容 教学方式 改革探讨
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)05(a)-0017-02
天然产物化学是运用现代科学理论与方法研究各类生物中化学成分的一门重要分支学科,内容包括各类天然产物的化学成分的结构类型,物理化学性质、提取分离方法,以及主要类型化学成分的鉴定和生物合成途径等,涉及有机化学、分析化学、生物化学、仪器分析、波谱解析等课程知识的综合应用。因此,如何利用科学的教育方法,采取先进的教学手段,加强天然产物化学教学, 使学生在有限的时间内对这门学科有一个较为清晰的理解和把握,是我们亟待解决的问题。在培养创新人才的思想指导下,结合自身教学工作实践,我们进行了一系列课程教学改革的探索,在教学内容和教学方式上做了一些新的尝试,在此讲讲自己的一些体会和心得,欢迎广大同行共同探讨。
1 天然产物化学的教学内容
1.1 适合施教专业的教材选择
教材的选择,我认为其中很重要的一方面是指针对哪个专业的学生进行天然产物化学教学。我浏览和比较了几种目前各大高校使用的相关教材,例如天然产物化学家徐任生结合自己的科研与教学经验,根据国内外有关资料,收纳我国科学家自己的研究成果,主编的《天然产物化学》(第二版),在出版后深受教学人员欢迎,这本教材一千多页,一般需要128学时,而我所教的化学工程与工艺专业天然产物化学学时数才32学时,因此,这种类型的教材对于学生的精力以及现有的学时数显然是不适合的;另外,沈阳药科大学吴立军主编《天然药物化学》(第五版),是针对医药院校学生学习好天然药物化学这门必修课而编写的,但没有天然产物的工艺研发,适合高等医药院校专业基础课的教学;刘湘所编的《天然产物化学》(第二版),215页,章节编排基本与徐任生所编的《天然产物化学》(第二版)接近,教材语言简练,每小节后有相应的练习,方便学生复习,并且配有每章的习题。该书是目前高校工科专业天然产物化学课程采用比较多的教材。为了培养适合化工行业需要的应用型人才,我决定采用化学工业出版社刘湘所编的《天然产物化学》作为化工专业本科生教材。
1.2 整体规划教学内容
专业的培养方案和教学计划是任课教师经过详细研讨才能最终下来的,如何在有限的学时里取得良好的教学效果,通常需要针对授课专业,明确课程整个专业构架中的位置及作用,在教学内容的选择上进行适当的取舍和必要的补充,在讲授过程中有所侧重。天然产物化学的教学主线应围绕“提取―分离―鉴定―结构―性质”,针对化工专业的教学内容包括天然产物的提取分离与结构鉴定的一般方法,对糖和苷、苯丙素类、醌类化合物、黄酮类化合物、萜类和挥发油、三萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱类天然产物的结构特征、理化性质、提取分离、结构鉴定以及生理活性的系统讨论,结合实例讲解生物转化和全合成在天然产物研究中的应用,我们对波谱解析部分内容进行了删减,简要介绍各类化合物的典型波谱共性及重要天然产物的波谱特征,核磁共振、质谱等波谱解析放在有机波谱解析课程中进一步详细讲解,为切合化工专业的培养目标,还应注重学生工程和工艺观念的培养。为了解决这个问题,我采用了折衷的方法,上课的多媒体课件涵括了现行天然产物化学教学大纲的所有内容和知识点,讲授的内容除经典的天然产物化学中各类天然产物,如果出现了一些代表性的天然产物化工产品的工艺设计和新技术,如在天然产物化工过程中常用的水蒸气蒸馏技术、超临界CO2流体技术、超声波提取技术、固相萃取技术、微波萃取技术、仿生和半仿生提取技术、高压液相色谱及高速逆流色谱技术、液相色谱-质谱联用技术、分子印迹技术、膜分离技术等,及时将这些信息以实例的形式在讲课的过程中向学生简单介绍,使学生对这些技术的分离原理,应用范围,使用条件有初步了解,但不出现在期末考试卷上。这样一方面学生们可以开阔视野,但是又没有增加学习负担,日后他们如果到与天然产物相关的化工企业工作,也会对生产和研发中使用的仪器设备有基本的认识。
2 天然产物化学的教学方式
2.1 激发学生的学习兴趣
兴趣出勤奋。为了调动学生的学习积极性,笔者以由历年来在天然产物化学领域做出过杰出贡献而荣获诺贝尔化学奖的13位化学家的故事开始本课程内容的讲授;授课过程中穿国科学家的研究成果与研究实例,如我国科学工作者70年代首次从中分离出一个含过氧基团的新型倍半萜内酯,并命名为青蒿素(Artemisinin),国内外大量理化实验,药理研究及临床应用表明,青蒿素是抗疟的有效成分,其结构独特,抗疟机制特别,对抗氯喹的恶性疟和脑性疟有特效,正因为它具有结构上的新颖性和药理作用中高效低毒等特点,国际上有关方面认为青蒿素的发现是抗疟研究史上的重大突破,并已成为世界卫生组织推荐的抗疟药品,挽救了80个国家100多万人的生命,因在发现青蒿素过程中的关键作用,屠呦呦院士2011年度被授予誉为诺贝尔奖“风向标”的拉斯克临床医学研究奖。通过呈现学识渊博大师级人物的研究经历,唤起学生的求知欲,激发学生的专业热情,使学生从课程授课之初就把学习和专业理想结合起来,学生们对于天然产物的学习兴趣普遍高涨,学习的热情也随之提高。
2.2 深入浅出的教学方法
从教学法来讲,教师讲述一个新概念和新原理时,应力求符合初学者的认识过程,不管它多困难和多抽象,总有办法深入浅出地讲清楚。做不到这一点,常常是由于教师自己对问题的理解太肤浅。在讲述一个规律或原理时,注意剖析人们怎样从不了解到了解它的过程,而不是把它看成一堆死板的知识去灌输给学生。比如,生物碱的提取方法,可以分为传统的溶剂提取法和现代化技术的提取方法,溶剂提取法可围绕“结构决定性质、相似相溶”的原理进行讲解,即生物碱的存在形式(胺型、季铵型、苷型、酯型)和状态(游离型、解离型)决定其在溶剂中的溶解性,进而决定了应当使用哪种溶剂进行提取,据此将溶剂提取法分为酸水提取法和有机溶剂(亲水性有机溶剂、亲脂性有机溶剂)提取法;或者与学生学过的知识或熟悉的东西联系起来讲、进行类比,则学习的难度往往会大为减轻,而且学生对新东西的理解也会更深刻。比如活性天然产物衍生物的制备,由感冒药白加黑中麻黄天然来源成分麻黄碱制备冰毒(脱氧麻黄碱)的反应机理来讲解就比较容易理解。所以,高校教师除教学之外,还很有必要在所教授课程的相关领域进行科学研究,我自己有过多次这样的体会,即当讲述一个问题时,如果自己在该问题有关领域做过一定深度的工作,讲起来就游刃有余,很有精神,易于循序渐进、融会贯通为一体。
2.3 Chemdraw辅助多媒体课件教学
对于天然产物化学课程来说,所教授的内容涉及复杂的有机化合物结构、三维立体模型以及图谱的解析,化合物类型很多,结构式多且复杂,若采用手写化合物的立体结构式既费时又不美观,而且有些地方还不能充分表达清楚。学生在学习中容易感到天然产物化学内容复杂枯燥、理解、记忆困难。ChemDraw自10.0版以来将公司旗下的BioDraw模块整合进来,形成ChemBioDraw,可以绘制更为复杂、多彩甚至是有趣的图形,而且内置的图形模板和色彩丰富,最适合不同风格幻灯片制作的需要[1],将化合物结构清晰、美观、生动地展现给学生,不仅可以使学生不仅对复杂化合物的结构可以有较为深刻的认识,而且更易于引导学生掌握重点内容,提高教学效果。
2.4 学生为主体的互动式教学
在当前的人才培养模式中,我认为一个好的高校教师,不应只满足于传授知识,而应与时俱进,着重培养学生如何思考问题、提出问题和解决问题的能力,实现“教师为主导、学生为主体”的教学模式。具体做法是在开学10周左右,在学生对天然产物化学研究内容有了初步认识后,根据选课人数,把学生分组,每组4~5人,选取与天然产物研究相关的新的研究技术和产品,充分调动学生的主观能动性让学生自主选题,查阅在Journal of Natural Products/Phytochemistry等著名天然产物期刊近五年内使用新技术分离天然成分的文献,然后在一起积极运用所学的知识积极思考、讨论、总结,经过6周左右的准备,完成文献查阅与PPT制作,每组派一个同学上台讲演,限定讲授时间在5~8 min,同时各组派出1名代表作为评委组成员,和教师一同评定演讲效果。课堂上获得的知识毕竟有限,这种方式不仅可以活跃课堂教学、锻炼了学生收集信息、分析提炼及综合应用的能力,还可以引导学生了解多种学术观点并开展讨论、追踪本学科领域国内外最新研究进展。
2.5 理论与实践合二为一
天然产物化学是一门专业知识和技能相结合、实践性很强的学科,为了强化技能训练和培养创新思维,开设配套实验课程对于培养有创造性的人才至关紧要,继往开来才能真正达到天然产物化学教学的目的。很多学生不止一次很诚恳地向我表示很想亲自动手操作相关的实验,加深对书本知识的认识与理解,但由于课时限制学校没有开设相关的实验课程,虽然任课教师可以通过课外时间组织学生到天然产物实验室观摩学习,但始终没有动手操作、效果有所局限,如果可以在有机化学实验中补充天然产物实验的内容,能较好的培养学生研究性学习的能力,培养学生实际动手能力和创新思维,这样的整体规划将有利于促进天然产物化学教学的发展。
通过三年来的教学实践探索,我们将优化教学内容、改进教学方法有机结合起来,激发了学生学习兴趣,增强了学生分析问题、解决问题的能力,课堂教学效果得到了一定改善,为进一步深入开展教学改革积累了经验。
一、合理安排课程教学内容
卓越计划分校内学习和企业学习两个培养阶段。四年制本科采用3+1校企联合培养模式,即3年在校内学习,累计1年在企业学习、实践和毕业设计。因此,卓越工程师班的学生在学校学习时间比其他专业少。我校轻化工程专业的物理化学课程课时为80,所学内容中,化学热力学、化学平衡、化学动力学和电化学等章节知识与学生在大一阶段学习的无机化学课程中的内容有所重复。因此有的教学内容应以复习为主,不宜讲解得面面俱到。如在讲授热力学第一、第二定律章节时,可以把这两章的知识框架结构介绍给学生,包括理论的提出、理论的延伸及理论的应用。其中理论的提出属于难点,特别是热力学第二定律;理论的延伸主要体现在热力学定律在实际条件(如恒容、恒压等)下的进一步具体化,此过程涉及大量计算公式及结论;理论的应用是对热力学定律在实际过程(主要为单纯PVT变化、相变化以及化学变化)中的计算。从而使学生对热力学第一、第二定律的知识既有宏观的印象,又认识到物理化学课程中遵循的实践理论实践认识过程,这样可为以后章节的学习奠定基础。而对于以前没有学习过的章节,则应强调基础知识和理论产生的意义,简化理论的推导过程,注重理论的适用条件,加强理论知识的应用实例。这样的安排有利于学生把握知识的重点和难点,提高学习兴趣,充分发挥其主观能动性。
二、紧密联系专业的教学
物理化学课程的学习为以后专业课程的学习打下理论基础。但单纯地讲授物理化学课程知识而不与专业相联系,就会让学生觉得学习这门课程没有意义。因此应将轻化工程专业的专业课程知识渗透到物理化学课程的教学过程中,让学生意识到物理化学课程对以后专业课程学习的重要性。所以,物理化学课教师应了解轻化工程专业的相关专业课程,与专业课程教师沟通交流,把一些专业知识与物理化学课程知识相结合。我校轻化工程专业卓越工程师培养的专业课程中,染整工艺原理助剂化学染料化学等课程与物理化学课程中的化学动力学、表面活性剂、胶体与界面化学等章节内容相互联系。教师在讲授时就可以把这些专业课程中的典型实例与物理化学课的基础知识点相结合,让学生明白只有掌握物理化学的基础知识后才能将专业课程学好。如在讲授化学动力学章节时,可以联系染整工艺原理课程中棉织物的染色工艺过程的实例,简单介绍棉织物的染色包括练漂、烧毛、退浆、煮练及染色工艺过程。其中染色过程包含对温度、pH值、反应时间、染料浓度、助剂等工艺参数的控制,而这些工艺过程的控制其实是染料分子与棉纤维化学反应动力学的控制,教师就可以引出反应动力学速率方程、影响化学反应动力学的因素等知识。
三、与工程人才培养目标相结合
物理化学课程一直以来被称为理论化学,以抽象的理论、复杂的推导和繁琐的计算为特点,是一门既难教又难学的课程。如果在讲授中从理论到理论,只注意基本概念的讲解、数学推导及计算,这就完全脱离了卓越工程师的培养目标。因此,为了把学生培养成具有工程意识、工程素质和工程实践能力的应用型人才,教师在讲授时,应根据理论的逻辑性和内容的关联性,恰当地引入科研项目、企业生产工艺与过程以及实验教学等实践性环节相关内容,以激发学生的学习热情,培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。如在讲授表面现象章节中的接触角知识时,可以根据杨氏方程得到:cos=s-g-s-ll-g。式中:为接触角;s-g为固气界面张力,s-l为固液界面张力;l-g为液气表面张力。当s-gs-l、90时,固体表面润湿,为亲水特性;当s-gs-l、90时,固体表面不润湿,为疏水特性。教师可以通过如何将棉织物整理成拒水面料课题进行工程实例讲解。由于棉纤维表面大量的羟基基团使s-gs-l,因此90,棉布具有亲水特性。在棉织物的拒水整理课题中,可以通过在整理液中加入有机硅类WP-107A和有机氟类AG-480整理剂,使棉织物的表面形成有机硅和有机氟类的物质,从而使s-gs-l、90,这样就使棉织物具有拒水性能。这样的教学加强了学生对工程实践的理解,同时也使学生学会了如何将物理化学知识运用到实践中去。
四、设计具有工程实践特色的综合实验
轻化工程专业卓越工程师强调学生工程实践能力的培养,而物理化学课程属于基础化学课程,更多的是注重基础理论的学习。如何在基础化学课程实践教学中培养学生的工程实践能力?笔者认为,在物理化学课程的实验中开展具有工程实践特色的综合实验项目,一方面,可以将理论联系实践,加强学生对基础理论知识的理解和认识;另一方面,可以培养学生的工程能力和素养。例如,我们设计了改性活性炭材料的制备及对染料分子的吸附动力学研究综合实验。该实验项目包含材料的制备及改性研究、染料分子的吸附动力学研究、数据的处理及分析等过程。通过该实验项目的实施,让学生将所学的物理化学知识运用到实践中,锻炼了学生的材料合成能力以及仪器操作与测试分析能力;同时也使学生学习到染料废水的处理方法,为今后在企业工作建立清洁生产的理念。
关键词:信管专业;数字化学习;能力培养
1信管专业的特点和能力要求
1.1信管专业的培养目标
信息管理与信息系统专业培养的本科学生要具备现代经济学、管理学、计算机科学等专业的理论知识和基本技能,能在国家行政部门、工商企业、金融机构、IT产业和相关科研教学等部门承担信息管理工作和从事信息系统的分析、设计、实施和管理以及电子商务等方面的应用型高级复合型专门人才。
1.2信管专业的特点
信管专业的特点是综合性、实践性和先进性。信管专业的主干课程是管理学、计算机科学与技术、经济学。培养复合型人才是本专业最大的特点。目前,管理学、计算机科学与技术、经济学学科的交叉不但有利于学生的知识拓展,更重要的是,随着信息社会的来临,相关学科的交叉与拓展已经成为各学科发展的新的生长点,而社会发展的现实,也大量需求相关专业的复合型人才。在教育部学科目录中信管专业隶属于管理科学与工程。本专业在管理方面更加注重以管理的基本原理作指导,大量应用现代信息技术,由于学科就业和应用的多行业性,本专业更应注重培养学生的综合能力。计算机科学知识无疑在信管专业中处于关键地位。但信管专业毕竟不等同计算机专业,它们在共同的计算机技术的基础上信管专业偏向计算机软件和管理。从经济学的角度来看,信息等同于资本、原材料、人才等方面的资源,借助于经济学基本原理、基本方法,研究如何高效地搜集、处理、传递和利用信息,也是本专业学生必修掌握的。
1.3信管专业的能力要求
信管专业的学生除了应具备大学生的综合素质和业务能力外,特别强调应具有查阅文献获取信息,了解本专业相关技术动态,不断提高自己的知识的自学能力,同时,应具备掌握信息管理系统的开发、管理和维护技能、掌握电子商务网站建设及网页制作等实践技能。
2数字化学习及其特点
2.1数字化学习的含义
数字化学习是指通过因特网或其他数字化内容进行学习与教学的活动,它充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境,实现一种全新的学习方式;这种学习方式将改变传统教学中教师的作用和师生之间的关系,从而根本改变教学结构和教育本质,它包含三个基本要素:数字化学习环境、数字化学习资源和数字化学习方式。
美国教育技术CEO论坛第4年度报告则明确指出,“21世纪的能力素质”应包括以下5个方面:基本学习技能,信息素养,创新思维能力,人际交往与合作精神,实践能力。数字化学习的目标就是要通过现代信息技术所提供的理想学习环境,实现一种全新的学习方式,彻底改革传统的教学结构与教育本质,从而培养出21世纪所需的创新人才。
2.2数字化学习的特点
数字化学习使课程学习的内容具有先进性。通过数字化的学习环境,教师和学生通过互联网能够充分利用当前国内、国际现实世界中的信息作为教学资源,并融入课程之中,让学生进行讨论和利用。这种以现实和实际应用为基础的学习,有助于学生应用知识加深对现实世界的理解。
数字化学习使课程学习的内容具有多层次性。数字化资源具有高度的多样性和共享性,把数字化资源作为课程内容的补充,相对于课本内容,教师和学生可以根据自己的需要、能力和兴趣选择不同难度水平的内容进行探索和继续学习。在传统的教学中,教师要做到完全尊重学生的差异,因材施教,不是很容易实现的。而事实上每个学生的原认知程度不同,感兴趣的内容也不尽相同,我们应尊重学生的差异性,给每个学生提供宽松的学习氛围。在数字化学习环境中,学生在自主探索的过程中,网络可以完全尊重学生的差异。学生通过数字化学习可以进一步开阔学生的视野,加深对专业知识的理解,为有能力的同学继续深入学习提供可行的途径。
数字化学习强化了学生学习的主动性。目前,互联网已十分普及,教师和学生都能很方便地在网上获得所需学习的课程内容和学习资源。学生可以不受时空限制,通过电脑使用各种学习平台,获得高质量的相关课程信息,同时,也可以实现信息的任意传送、接收、共享、组织和储存。
数字化学习使课程学习的内容具有可再生性。尤其是网上大量的经过数字化处理的课程,这些课程的学习内容能够激发学生主动地参与到学习过程中,学生不再是被动地接受信息,而是采用新颖熟练的数字化加工方法,进行知识的整合和再创造。数字化学习的可再生性,不仅能激发学生的创造力,而且为学生创造力的发挥提供了展示才华的平台。
3信管专业的能力培养离不开数字化学习
3.1数字化学习可以提高信管专业学生的学习能力
信管专业的综合性、实践性和先进性特点,都要求学生具有很强的自学能力。比如,《信息系统的分析和设计》,课本只是介绍基本理论和基本知识,要想完整做一个信息系统,只看课本是不可能完成的,而在互联网上就有很多网站,教你做具体的信息系统,甚至是网络版的信息系统。再如,《计算机组装与维护》,计算机硬件设备更新很快,学生在学课本的时候课本上的内容就不可能是现实中最新的硬件配置介绍,只有通过互联网才能保证学习内容的先进性和现实性,通过互联网学习计算机维护经验和案例,更是可以利用别人的经验提高自己实践性的好的途径。
3.2数字化学习可以提高信管专业学生的信息能力
信管专业的学生要求能利用现代信息技术进行信息收集、加工、处理、控制和利用。这些能力的学习和实践离不开数字化学习,比如,信息检索,互联网不仅是信息的海洋,更是练习检索实践的开放式平台,在公平开放的互联网面前,信息对每个人都是平等的和充分的,但信息能力就会千差万别,信管专业的学生要求比其他专业的学生要有更高的信息能力,互联网不仅有大量的统计数据,也有大量的统计报告,通过学习借鉴,可以快速提高学生的信息加工和处理能力。而真实的数据和报告不仅可以增强学生对社会实际的认识,更可以调动学生学习的积极性和主动性。
3.3数字化学习的形式
协作式学习,是指利用计算机网络及多媒体技术,由多个学习者针对同一学习内容彼此交流与合作,结成若干个协作学习小组,以达到对教学内容更深的理解与掌握的过程。与个别化学习相比,协作学习有利于促进学生认知能力的发展,有利于学生健康情感的形成。和以课程为基础的价值教育是通过科目内容来完成教学不一样,协作式教学则是通过“教学的过程”来实现。也就是说,如果我们在一天的教学中,当把正常应当讲授的课程内容用协作式学习方法讲授,在讲授理论知识的同时也传授了价值观。协作学习模式有两种形式:一是以协作、互助学习小组身份登录网络,参与协作学习;二是以个体身份登录网络,参与协作式学习。协作式学习,要求为多个学习者提供对同一问题用多种不同观点进行观察比较和分析综合的机会,以便集思广益。这不仅对问题的深化理解和对知识与技能的掌握大有裨益,而且对高级认知能力的发展、合作精神的培养和良好人际关系的形成也有明显的促进作用。
探究性学习,美国国家科学教育标准中对探究的定义是:“探究是多层面的活动,包括观察;提出问题;通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论,制定调查研究计划;根据实验证据对已有的结论作出评价;用工具收集、分析、解释数据;提出解答,解释和预测;以及交流结果。探究要求确定假设,进行批判的和逻辑的思考,并且考虑其他可以替代的解释。”可以看出,探究性学习是学生在学科领域内选取某个问题作为实破点,通过质疑、发现问题;调查研究、分析研讨,解决问题;表达与交流等探究学习活动,获得知识,激趣,以问题为中心,自主收集信息、处理信息和应用信息去解决问题的学习方式。创新能力和信息技能是信管专业学生必需具备的两种重要的能力素质。这两种能力素质的培养需要特定的、有较高要求的教学环境的支持,多媒体的超文本特性与网络特性的结合,正好可以为这两种能力素质的培养营造最理想的环境。互联网是世界上最大的知识库、资源库,它拥有最丰富的信息资源,而且这些知识库和资源库的数据都是按照符合人类联想思维特点的超文本结构组织起来的,因而,特别适合于学生进行基于自主发现、自主探索的探究性学习。这种探究性学习是最能体现网络特性和最有利于信管专业学生能力素质培养的重要教学模式。
参考文献:
关键词 分析化学;实验;食品专业;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2013)12-0086-02
食品安全关系到公众的生命健康和社会稳定,是一个重大的公共卫生问题。近年来,苏丹红、塑化剂、地沟油等食品安全重大事故频频发生,食品安全形势日益严峻,已威胁到我国食品行业的竞争秩序和良性发展,并成为阻碍我国食品出口业发展的桎梏[1]。在这一形势下,如何培养职业道德高、综合素质强的食品安全人才成为各大高校急需解决的问题。根据各高校食品类专业十几年建设经验,如何将化学类基础课程与食品类专业课程体系进行完美融合,并在化学类基础课程教学中凸显食品类专业特色已成为完善教学体系、提高教学质量的一种重要途径。近几年来,北京工业大学生命科学与生物工程学院灵活运用多种教学方法组织教学,在课堂上取得很好的反响。现将经验进行总结,希望能为其他院校此课程的建设提供参考。
1 分析化学教学现状
分析化学是食品类专业的基础课,旨在通过阐述分析化学基本知识,为食品类专业提供研究食品营养与功能成分以及食品添加剂的理化检验原理、技术和方法,同时也为提高学生的科学素养打下坚实的基础[2]。作为一门理论与实践相结合的学科,大多数初学者并不清楚教学实践对于分析化学的重要性;另外大部分高校食品专业的分析化学课程都由化学专业教师担任,他们往往容易忽视此课程与食品类专业的联系,授课重点、实验内容设计与食品专业脱钩,导致理论与实际需求错位;而且教材中抽象理论多,内容枯燥难以理解,难以调动学生的学习积极性。
2 分析化学教学改革与探索
2.1 根据专业特点整合教学内容,突出教学重点
根据北京工业大学的学科发展情况,在认真学习分析化学教学大纲,研究其在整个专业课程体系中的地位和作用以及课程内容的深度、广度、要点、重点后,在原有化学分析基础上将仪器分析定量部分加入到教学中[3],同时加强分析化学与食品学科的联系。具体教学内容做如下调整:将四大平衡(酸碱滴定、配位滴定、氧化还原滴定和沉淀滴定)的内容精选讲解,避免重复,减少繁琐计算,增加色谱分析、光谱分析等食品检验运用较多的仪器分析技术。此外,将10余年来的国内外相关科研积累融入教学内容中。教学内容注重与食品专业学科发展相结合,与本专业后续课程相衔接。分析化学为食品专业领域的前沿课题提供方法和技术支持,如食品农药残留的检验、食品添加剂的鉴定等[4]。同时也为本专业后续开设的课程如食品化学、食品分析奠定基础。整合后的教学内容既使学生更系统地学习分析化学知识,更好地培养学生准确的“量”的概念,又了解该课程在食品专业中的重要地位,让学生感受到学有所用。
2.2 结合专业特点,注重专业思维塑造
作为食品质量检测手段,分析化学对于数据的记录及处理有着相当严格的要求。在进行理论课讲授时,特别强调学生对数据记录的规范性,同时辅以实用的数理统计以及生物统计知识和技巧,教会学生如何记录数据和分析处理数据,培养他们求实严谨的科研作风。在平时的教学活动中,不仅要教授给学生严谨完备的理论知识,同时要传授给他们严格规范的实验技术技巧,在授课过程中还给学生介绍开放性题目、让学生撰写小论文、开发学生思维、鼓励小组讨论。每个学生定期独立制作一个课件,优秀课件在教师指导下进行5~10分钟课堂演示。通过学生参与教学过程,培养学生的自学能力、科学精神和创新能力。
2.3 结合教学大纲,利用多种媒介创新教学方法
传统的教学模式是“一言堂”,教师为教而教,学生为学而学,很难发挥自身的主体作用[5]。分析化学中充满繁琐的公式以及数学推导和论证,如多元酸碱反应和电化学平衡,学生普遍反应难以掌握。这就使得直观的化学反应变成枯燥的数学计算,加之实验内容设计与食品专业脱钩,学生体会不到分析化学与自己专业的联系,导致学习兴趣和热情减退。因此在理论授课时,为了增加学生对于定量分析的感性认识和理解,在每一个专题的课程中都配合有教师示范实验操作的录像以及现场讲解,这样不仅让学生对接下来的实验课程有了初步认知,同时加强了他们对基本理论和概念的理解。在讲课过程中采取灵活多样的教学方法,注重采用启发式、研究式教学,确保教学质量。课下学生还可以在校园网内的课后教学辅导网站下载教学课件,教师通过网站、邮件对学生提出的问题进行回答,将典型的问题反馈到课堂教学中。
针对食品专业的学生,为了突出分析化学在食品领域中的应用,在课堂讲述中引入案例教学元素,在每个专题的理论讲述之后都会向学生展示大量分析化学在食品检验中的应用实例,使他们在学习专业知识的同时完备自己的专业认知体系。如在酸碱中和滴定的课时中,向学生展示食品中有机酸的测定方法;在氧化还原滴定课时中,向学生展示碘量法测定食品中的维生素C、葡萄糖的方法。
2.4 充分发挥实验教学联系化学和其他专业课程的枢纽作用
作为一门实用性很强的学科,分析化学的实验课显得尤为重要。以往实验课多是验证性和纯化学的实验,降低了学生的兴趣。因此,在分析化学理论内容改革的同时,对实验内容相应调整。在分析化学的实验课程中,首先根据教学内容安排基础实验,让学生将先前在课堂上学到的理论知识加以实践应用,加深记忆和理解,使其在掌握基本实验操作和方法的同时培养严谨的科学态度和处理解决问题的能力[6],从而提升实验结果的准确度,同时强化学生的基本实验规范和专业意识。然后开设与食品专业息息相关的代表性实验,增加综合性实验。经过实验内容的改变,分析实验不再是单纯的验证,如茶叶中铜含量的测定实验就涉及茶样的采集、保存、前处理和各项指标测定方法的确定等。实验与食品专业以及日常生活的紧密结合,大大地提高学生的参与热情,教学质量与学生的操作技能都会明显提高。
2.5 注重理论教学与实际应用的协调统一
近年来全球屡次发生大规模食品安全事件,如国外二英、苏丹红事件,我国的三聚氰胺奶粉以及席卷全国的地沟油事件。食品安全与人们的日常生活息息相关,是热点问题,也是最能吸引食品专业学生学习兴趣的问题。在基础实验之后,安排分析化学综合实验――食用油脂品质检验。通过氧化还原滴定、酸碱滴定及分光光度法等实验综合检验食用油,以日常生活中必不可少的食用油为分析样品,让学生对教师发放的盲样以及学生自带食用油进行测定,激发学生对分析实验的浓厚兴趣,大大提高学生的积极性。学生自主完成查阅资料、实验设计、实验准备、实验主体、结果记录等整个实验研究过程,综合提高学生的分析实验技能。
实验以食品质量监督检验站原始数据的记录要求,严格规范学生的实验原始记录和有效数字填写与更改,并根据实验结果对样品进行品质评价,出具符合质检站要求的品质评价报告,使学生具备在质检站工作的基本技能。实验测定结束后,对学生的实验结果进行统计分析,做出测定结果的正态分析图,进行综合评价,并由学生对自己的测定结果进行自我剖析,分享实验成败经验,从总结中巩固实验成果。
3 结语
通过教学实践发现,就教学方法而言,在遵循教学基本规律的前提下,必须因生、因课、因时而异,才能取得好的教学效果。总之,作为一门实用性很强的学科,在对食品专业学生的分析化学授课中不仅要强调理论知识的记忆和理解,同时要特别重视学生对于这门学科的感性认识以及实验动手能力。通过学生在之后课程学习中的反馈效果来看,这样的教学方法是相当成功的。笔者相信,学生通过对分析化学理论课和实验课的学习,不仅能够掌握到系统扎实的化学分析知识和专业规范的分析化学实验操作技能,同时能够收获求是严谨的科研工作作风以及不惧困难挫折、勇攀高峰的优秀个人品格。
参考文献
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[2]张福兰.《无机及分析化学》教学改革探讨[J].中国西部科技,2010(3):94-95.
[3]罗云敬,张淑芬,方方,等.生命科学专业医用分析化学课程教学改革的实践与探索[J].中国教育技术装备,2010(3):26-27.
[4]王力,黄高凌,陈庆绸.“无机与分析化学”课程体系的构建与优化[J].集美大学学报,2010,11(1):95-97.
关键词:高中化学 教学研究
中图分类号:G633.8 文献标识码: C 文章编号:1672-1578(2013)06-0164-01
众所周知,随着时代的发展,教育的改革。虽然,目前中学化学教师对高中化学新课程的课程内容已有了丰富的认识,但在如何认识课程内容的系统性、基础性、深广度和大学内容下放等问题上存在着分歧。分歧的出现必然有其存在的问题,而打破分歧,打成统一是目前所要急迫完成的。作为一名高中化学教师,经过多年的教学,对于新时期高中化学教育有着深刻的体会,在此表述,供同仁参考指正,
1 明确新时期高中化学知识的基础性
新时期的高中化学和原来相比存在很大的不同。新时期高中化学削弱了基础性,会导致全体学生化学水平降低。有些模块的课程内容属于基础性的,但肯定不是基础性的全部,也未必是基础性的保证。而有些模块的内容难度降低、广度增大,好像什么都说到,什么都不落实,学生把握不住,教师心中没有底。关于高中化学新课程的课程内容的基础性问题,我们要从几个方面来看。(1)新时期注重选择性,选择结果对有些学生来说要求降低了,对有些学生来说要求提高了。以往,化学学习水平是没有层次的,新时期分为必修和选修,使化学学习水平有了层次。对于将来要学习化学专业或者从事相关专业的学生来说,如果仅仅学习必修模块内容,要求是低了;对于将来不学习化学专业或者从事相关专业的学生来说,只是提高科学素养,要求必然跟过去不一样。所以,对于学生化学水平高低的判断,不能用原来的统一标准来衡量。(2)教师常常将原来的知识体系作为基础性的参照系。例如,元素化合物内容,教师认为要求的具体物质数量减少了,基础性就降低了,其实这不是因果关系。从认知角度看,教师不应该关注知识点是多了还是少了,而应该关注学生的化学认识是否发展了,并不是知识点少了,学生的化学认识和化学素养水平就降低了。课程标准更凸显元素,要求学生学习的典型元素都是非常有实用价值的。也就是说,对于对学生的学习有价值的元素课程标准都提出了学习要求,基础性不仅没有被削弱, 实际上更加突出和加强了。(3)基础是需要过程的,冰冻三尺非一日之寒。凡是称为基础的内容都应该是核心的,都需要螺旋上升、逐步建构。实际上,新课程是非常重视基础的,是从人的全面发展的角度来看待基础性的。此外,螺旋上升的这种课程结构本身也是有利于基础的,因为核心知识需要不断提升与发展。新时期赋予我们新责任,我们教师要充分理解新时期赋予我们的要求,提高自己,提高教学效率。
2 重视新时期高中化学教学标准
教学标准,是对教学的要求,在传授知识的同时一定要仔细阅读教学标准,充分理解教学标准,方能有目的的进行教学。教师在阅读普通高中化学课程标准中的内容标准时,他们关注什么?我们的调查研究发现,一线教师更加关注具体知识点的多与少,知识点要求的深与浅。以下是教师对内容标准的一些典型认识。从内容的深广度看,必修模块的课程内容相对宽广、浅显,目的是提高全民的基本化学素养;选修模块的课程内容更具有专题性,有一定的深度,符合学生化学专业发展的需求,也符合知识体系的完整性。内容标准主要从正面介绍化学。同时很现实的问题就是以往很多教师在授课时,常常用负面的例子去介绍化学,使学生感到化学有毒污染环境。内容标准介绍了化学的实用性,使学生认识到化学有很多重要的作用。此外,课程标准中很多内容条目都与生产、生活实际相联系,使学生认识到化学在生产、生活中有重要的作用。内容标准注重学生的认识发展。教师从各自的视角关注了内容标准的不同方面。那么,教师应该如何看内容标准,应该从怎样重视呢?普通高中化学课程标准中的内容标准是面向全国范围,对化学科目教育中某个学段或某个具体模块中学生应该学习哪些内容提出一些基本的要求,带有一种规划性质。课程标准界定的内容条目,是由模块中的主题来阐释的。课程标准中课程内容的这种组织和呈现方式,最突出的功能在于规定了具体化学知识的价值取向。课程标准中的内容标准表明了为什么要教这个内容,具体知识点的学习价值是什么。每个具体知识是为了促进学生对内容主题的认识发展,而主题的认识构建又是为了体现课程模块的核心功能。课程标准中的内容标准已不再仅仅是狭义的知识点,有很多联系实际生产、生活的内容,还有很多涉及实验方法技术、化学学科思想的内容。因此我们要重视高中化学的教学标准,才能不像无头苍蝇那样,不知所措。
3 充分认识新时期高中化学的广度
关键词:土壤化学分析课程;实验教学;教学改革
土壤农业化学分析课程是资源环境科学相关专业的基础性课程。鉴于该课程的教学内容的特殊性,历来以实验教学为主要的教学手段和内容。同时,实验教学也是培养学生分析问题和解决问题能力的主要手段。在以往的教学过程中,实验教学往往是在教师的管理下,学生按照教材上的内容和步骤被动进行实验操作。上述教学模式显然没有体现出学生的主动性和学习的主动权,面对实验过程中出现的种种问题,学生首先想到的是寻求教师的解答和帮助,而不是通过独立探究和思考来加以解决。因此,上述教学模式不利于学生创新能力和职业能力的培养,有必要进行广泛而深入的改革。
一、土壤农业化学分析课程实验教学的目的和作用
首先,土壤农业化学分析课程属于分析化学的范畴,是研究物质的鉴定、分离以及相关成分测定原理与操作的科学,具有极强的实践性特点。土壤农业化学分析课程的学习以及学生遇到的种种问题的解决都依赖于实验,需要以大量的实验为基础,通过实验来验证相关的知识和结论。因此,土壤农业化学分析课程不同于其他的理论性课程,能够通过让学生自主学习,获得相关原理,而必须采用实验教学加强学生对知识、原理和方法的理解和巩固,并形成谨慎严密的科学精神。总之,做好实验教学对土壤农业化学分析课程学习而言,可以起到事半功倍的效果。此外,很多学生认为分析化学很简单,只要掌握相关的原理即可,但在遇到实际问题时往往会束手无策。因此,加强土壤农业化学分析课程实验教学,遵循少讲多练的原则进行教学活动,有助于学生更深层次地理解和运用理论知识,提高学生分析问题和解决问题的能力。土壤农业化学分析课程是一门实践性极强的学科,实验教学在该课程的学习中具有异乎寻常的重要。具体而言,实验教学对土壤农业化学分析课程学习具有如下功能:一是有助于学生对该课程中的基本概念和相关的原理的理解,如该课程的教学内容中有部分难以理解的知识点,而充分利用实验教学则可以降低学习难度,加深学生对这些知识点的理解;二是实验教学不仅可以为学生学习土壤农业化学分析课程提供丰富的学习材料,而且能够通过实验过程发挥学生的主观能动性,提高学生的动手操作能力和基本实验技能;三是土壤农业化学分析课程的实验教学具有明显的探究性学习特点,可以不断培养学生的创新思维能力,提高学生的自主探究意识;四是实验现象和结论是不能随意编造和修改的,土壤农业化学分析课程实验教学有助于培养学生严谨认真的科学精神,这对于学生将来的职场发展是一笔极为宝贵的精神财富。
二、我国土壤农业化学分析课程实验教学面临的问题
在国家大力支持高等教育特别是职业教育的背景下,广大农林院校的招生规模不断扩大,学生在知识储备、结构方面以及高校的人才培养与办学形式方面都发生了广泛而深刻的变化。目前的实验教学模式已经不能适应土壤农业化学分析课程教学的实际需要,特别是毕业生和用人单位的反馈情况均说明实验教学在内容、形式和评价方面均存在一定的问题。
(一)实验内容比较陈旧,不能适应课程发展的实际需求
当前,土壤农业化学分析课程的实验教学内容较少进行更新,一般是教材内容和原理的简单验证,具有探索性和创造性的内容较少,部分实验内容属于纯化学分析的东西,很难调动学生的学习兴趣,这种陈旧的实验内容必然会限制学生独立思考和动手操作能力的发展,以及自主探究和发散思维能力的训练,最终导致实验教学不能达到其应有的实际作用。
(二)实验内容缺乏对现代实验技术的反映
由于高校的连年扩招,实验设备与数量不足情况比较严重,部分实验设备已经十分陈旧,但是受经费限制一直得不到更新。受以上种种原因的影响,目前各高校农林园艺专业的实验室,很少有能够反映现代化科学技术的内容和实验设备,而土壤农业化学分析课程实验教学中经常使用的各种仪器和技术训练就更为缺乏。上述问题直接导致了学生的探索意识不足,限制了学生动手能力的培养。
(三)土壤农业化学分析课程实验
教学中的综合实用性实验缺乏部分土壤农业化学分析课程实验内容仅仅局限于对实验项目的盲目追求上,而教师也缺乏设计综合性、应用性实验内容的意识。调查显示,很多学生在实验结束后,由于没有进行过综合性、应用性和实用性的实验技能训练,影响他们将学校学到的知识和技能应用于职业行动的能力,影响其职业能力的提升和未来的职业发展。
(四)实验教学的方法和手段相对落后
由于部分农林高校对实验教学的重视不足,土壤农业化学分析课程实验教学方法相对落后。部分高校只重视保留生源的问题,却不理解分析化学对诸多专业的重要意义。在这种大环境下,实验教学基本停留于大班教学,难以照顾学生的个体差异,难以调动学生的主观能动性,影响了实验教学的效果。
三、土壤农业化学分析实验教学的改革措施
土壤农业化学分析是重要的基础性课程,实验教学对该课程具有异乎寻常的重要意义。为了培养学生的创新能力,全面提升学生的综合素质和职业素养,有必要对现有的实验教学模式进行改革,通过调动学生的积极性和主观能动性,提高实验教学的教学效果。
(一)确立实验教学的指导思想和目标定位
土壤农业化学分析课程学习可以为后续的其他专业课程学习奠定基础,同时培养学生的学习能力和学习兴趣,培养运用化学分析手段解决专业能力的意识和能力。但是,近年来的教学现状显示,该课程的教学存在诸多问题,针对这些问题建议将该课程的指导思想定位为:构建具有自身特色的实验课程体系,在理论教学中突出实用性,掌握“必须、够用”的内容选择原则,在教学中将学生的能力培养置于突出地位,强化实验教学的力度。该课程的目标应设定为:通过课程学习和实验教学培养学生的科学精神和科学素养,掌握土壤农业化学分析领域的基本知识和基本技能,为后续其他专业课程的学习打下良好的基础,能够用化学分析的观点和方法解决本专业的实际问题。
(二)构建科学合理的实验教学内容体系
首先,土壤农业化学分析课程实验教学要注重理论和实践相结合的教育思想,要不断加入当今农林园艺方面土壤检测迫切需要的实验内容。学生面对的分析化学实验并不需要那些纯化学分析的东西,反而是学生在实际工作和生活中经常遇到的东西更为有用。只有这样,学生才会认为学过的知识可以用于职业实践,才会积极主动地运用这些知识去分析和解决遇到的种种问题。其次,土壤农业化学分析实验教学要做到与时俱进,不断更新教学内容。土壤农业化学分析是一门实践性极强的学科。目前,土壤化学分析已经渗透到农林、园艺的科研与生产领域,成为衡量一个国家农林、园艺科技水平的重要标志。面对土壤农业化学分析领域现代技术的发展趋势,要改变原有的低水平、低层次的实验教学状况,不断增加该领域的前沿性内容,增加实际应用能力,不断拓宽学生的理论和实践视野。
(三)改革实验教学方法,提高教学质量
为了培养学生的创新意识和在实践中应用所学知识的能力,教师应当在土壤农业化学分析实验教学中采取不同的思路和方法,以提升该课程的教学质量。具体应做好以下几个方面:首先,学生的学习态度是决定土壤农业化学分析课程实验教学质量的重要因素,因此必须要提高学生对土壤农业化学分析课程的认识,进一步端正学习态度;其次,要不断优化土壤农业化学分析实验教学的内容结构,通过选择和设计具有趣味性和实用性的实验教学内容,培养学生的创新意识和创新能力;最后,土壤农业化学分析实验教学还在大量使用传统的教学模式,学生对教师的依赖性强,缺乏探究精神和学习的积极性和主动性,因此应不断改进教学方法,减少学生对教师的依赖,提升学生的综合素养。
(四)将实验教学与农业生产实际紧密结合
《高等教育法》明确规定:“高等教育培养具有壮心意识和实践能力的高等级专门人才”。因此,作为培养社会主义建设所需要的高素质创新型人才的基地,实验教学是高等教育课程教学的重要组成部分。教师在实验教学中必须要突出学生的主体作用,充分调动学生的积极性和主动性,培养学生的创新意识和创新能力。土壤化学分析课程的主要目的是通过分析土壤标本的手段,达到掌握实验技能的目的。面对学生对实验活动重要性认识不足,在遇到实际问题时很难运用所学知识进行分析和解决的实际情况,可以鼓励学生和农户联系,深入田间地头进行采样,然后在实验课上对样本的养分含量和理化性能进行分析。此外,学生可以通过对农田地块的实际调查,获得施肥、土壤营养和农作物产量等一手资料。通过将书本上的知识应用于实际,调动学生做实验的主动性和积极性,而且这个过程也是培养学生创新意识的过程。四、结语该文对土壤农业化学分析课程实验教学改革问题进行了深入研究,获得了一系列有益的结论。但是,提高我国土壤农业化学分析实验教学水平并不是一蹴而就的任务,还需要进行大量的理论研究和教学实验,这不仅需要土壤农业化学分析课程教师和学生的共同努力,还需要高校、教育主管部门乃至社会的大力支持。
参考文献:
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