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关键词:实验改进; 钠燃烧产物; 次氯酸的光解实验
文章编号:1008-0546(2014)12-0093-01 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.036
实验是化学的灵魂,演示实验在化学教学中的地位举重若轻,它使枯燥的课堂多了趣味性,使学生的求知欲有了主动性,为此通常要求课堂演示实验现象明显、操作简单,但书本上有些实验却现象并不明显、操作比较困难,这给课堂演示带来了难度。为此,笔者查阅了相关资料,进行了总结整理,在教学实践过程中取得了不错的效果。
一、检验钠燃烧产物的小实验
现行的三套高中化学教材(苏教版、鲁科版、人教版),都设有钠在空气中燃烧这一实验。其中,苏教版高中《化学1(必修)》(2014年6月第6版)第49页观察与思考叙述为“[实验2]将一小块金属钠放在石棉网上加热,观察现象。”在课上教师按书本做演示实验时,实验中却发现只有黑色的固体生成,如图1所示。为此查阅相关资料,在蒸发皿和不锈钢勺中做了钠燃烧实验,发现在实验过程中蒸发皿容易炸裂,如图2所示;在不锈钢勺中依然有大量黑色物质出现,如图3所示。
笔者选择了易拉罐底部的凹槽代替石棉网、蒸发皿和不锈钢勺,起到了意想不到的效果。
实验器材:钠、镊子、易拉罐、酒精灯、坩埚钳、火柴
实验过程:用剪刀将易拉罐剪开,留下底部的凹槽。取钠块放在凹槽内,用坩埚钳夹住易拉罐底,放在酒精灯上加热。
实验现象:钠块先熔化,然后燃烧生成淡黄色的固体。如图4所示。
二、次氯酸光解的小实验
光照氯水实验是中学化学较难完成的实验之一。人民教育出版社化学教研室编著高中化学《必修1》教材及较早的中学教材中使用了图5装置进行实验,因其不环保、反应慢、耗时长(日光直射4小时以上才有明显现象)、气体难收集等原因,致使该实验长时间不能进入课堂用作演示。
笔者简化了实验,选择了日常生活常见的废弃物代替了实验室仪器,起到了很好的效果。
实验器材:氯水、小药瓶(带吸管)、红笔芯
实验过程:将氯水放入小药瓶中,将吸管与红笔芯下端相连,如图6连接好(注意一定要密封),然后放在阳光下直射5分钟。
实验现象:阳光直射5分钟后的红笔芯中红墨水明显向上移动,如图7所示。
两个实验反思:(1)取材简单:易拉罐、小药瓶、红笔芯等在日常生活中非常常见、易得;(2)现象明显:淡黄色的过氧化钠清晰可见,排除了黑色物质对实验现象的干扰;红笔芯中红墨水的移动充分说明了有氧气生成;(3)意义深远:给学生渗透了生活无处不化学的观点,取材于日常生活,让化学走进家庭生活,变废为宝,突出了化学的生活化信息,只要认真思考,理论联系实际,就可以做一些力所能及的化学实验研究。让学生充分体会到化学与生活的密切联系,增强其学习兴趣以及深入探究问题的热情。
参考文献
关键词:必修模块;课程内容;教学策略;评价建议
文章编号:1005-6629(2007)02-0029-03
中图分类号:C633.8
文献标识码:B
高中化学新课程进入实验区已经两年时间了。由于新课程与现行课程在课程理念与目标、课程结构、课程内容、教材体系、教学方式,以及评价和管理方面都有较大的差异,教师在实施化学新课程中遇到了一些问题和迷惑,尤其是刚开始进入高中化学新课程,实施必修模块的过程中,对必修模块课程内容及其组织,教学策略与评价问题都存在一些困惑。本文针对教师在实施高中化学必修模块过程中遇到的问题,从主要教学策略方面进行了分析和探讨。
1 在真实的情景中进行具体化学知识的教学
常规物质性质的教学是去情景化的,直接介绍物质的性质,顺带物质的用途。一些学生反映化学学习很枯燥,需要记忆大量化学方程式。由于新课程的目标包括态度情感价值观,必然要求将去情景的知识情景化,从生活到化学,从化学到社会;从自然界到实验室,从实验室到实际应用,提供培养学生情感态度价值观的有效途径和生动载体。此外,将元素化合物知识置于真实的情景中,强调化学在生产、生活和社会可持续发展中的重大作用,能够培养学生学以致用的意识和能力,养成学生关心社会和生活实际的积极态度,增强学生的社会责任感,发展学生的创新精神和实践能力。还有利于学生从更加开阔的视野、更加综合的视角,更加深刻地理解科学的价值、科学的局限和科学与社会、技术的相互关系。对于学生认识和理解化学科学具有重要意义,对于发展学生分析和解决实际问题的能力也是必需的。
例如山东科技版化学1教材中,硫及其化合物性质的学习,首先通过硫元素在自然界中的存在和转化,让学生接触含硫元素的物质。通过火山喷发自然现象创设教学情景,关于硫单质的性质学习,抓住学习物质性质的思路,从非金属单质的通性和元素化合价预测硫单质的性质,通过观察法和实验法验证预测。
2 抓住核心内容进行整合教学。缓解教学时间压力
高中化学新课程目标由原来的一维(知识)变成了三维(知识与技能,过程与方法,情感态度与价值观),再加上教学时间有限,必然要求教师能够进行整合教学,发挥一种教学素材的多种教学功能,实施以探究为核心的多样化教学方式,即让学生通过探究活动获得物质性质的知识,培养探究能力,建立相关的科学方法,形成必要的态度情感与价值观。事实证明,过程与方法教学目标的实现,不可能仅仅通过讲授达到,也不可能脱离具体化学知识的学习。情感态度与价值观教学目标的实现,也是一样的。让学生在具体的学习活动中形成的情感与态度才是内化了的。
在化学1元素化合物知识的教学中。有些教师反映教学时间紧张,甚至认为新课程将原来两年的教学内容放在36学时内,这是根本不可能的事情。对于这个问题要从两个方面进行分析。首先,化学1中的元素化合物知识从覆盖面上看,几乎涵盖了原来高中化学I中的物质。但是相关物质知识内容的深度与难度降低了,而且过于细节性的知识不作基本要求,即知识面广、要求降低了,突出了核心内容,对主要物质性质和观念性知识(如元素观、分类观、比较观)的要求提高了。由于教师对这种变化不能适应,导致教学时间紧张。因为,在原来的教学中,一些教师擅长讲解细节知识,关注枝节内容,忽视了核心知识的内在联系,忽略了核心知识的迁移价值。因此,在必修模块的教学中,教师要避免将某个知识点内容挖掘得过于细致,要由原来关注细节的教学转变成关注核心知识的教学,让学生建构核心认识。形成知识结构。
例如,铁及其化合物内容是高中物质性质内容的重要组成部分,原来的教学一般需要三课时完成。在必修课程中,教师能够在1课时完成教学任务吗?怎样才能完成呢?解决该问题的主要思路是:教师要抓住教学内容的核心――铁及其化合物的氧化性与还原性,在相互转化中学习即0价铁、二价铁和三价铁的氧化性与还原性,避免将单质铁、氯化铁、氯化亚铁、氢氧化铁、氢氧化亚铁等,一个一个物质的系统讲解。这样的处理实现了整合教学,发挥了单一教学内容的多种教育功能――既是学习铁及其化合物的性质,也是巩固与深化氧化还原反应的认识;不但学习了新的化学知识,也获得了新的研究物质性质的思路(过程与方法)――从物质所含元素化合价角度分析物质是否具有氧化性或还原性。通过实验进行检验。
3 为学生创设以探究为核心的多样化活动
新课程要求改变学生听着学科学、坐着学科学,被动消极、冷漠无奈地学科学的状况,改变教师过分依赖系统讲授和题海训练,学生过分依赖死记硬背和信息的简单接受的教学方式和学习方式。让学生进行合作、交流、自主探究等多种学习活动,在活动中落实三维教学目标。教师的教学方式要灵活多样,真正实现以探究为核心的多样化教学方式。在教学过程中,教师要根据实际情况,针对核心的教学内容,开展不同的探究活动,培养学生的探究技能和问题解决能力。
讨论活动在化学教学中具有非常重要的作用。让学生参与对观念意义的交流,其中包括对疑点、假设以及论点的提出与评价,可以增进学生原先的观念理解。同伴间的交流能够帮助学生对概念的理解与建构,能够使学生进入高水平思维,使他们形成和发展关于科学现象的有意义的认识。教师应根据教材中的交流研讨栏目开展多种讨论活动。
问题策略和活动策略在化学教学中也非常重要。化学概念理论比较抽象,设置什么样的问题或活动能驱动学生思考?问题应该是学生感兴趣的社会问题或与学生的日常生活比较接近或者学生对其具有一定的模糊认识,涉及到学生的已有经验的问题。比如在学习“物质的量”的时候,利用曹冲称象的故事设置问题情境,如何利用宏观物质的质量确定微观粒子的质量,从而使学生明白引入“物质的量”的重要意义。运用活动把对概念或理论的认识外显。如用最大的放大镜观察到的水的内部情况……这些都可以大大降低抽象程度,使理论结果形象化。下面应用问题策略的具体案例。
化学反应限度教学设计:
化学反应限度是个抽象难懂的概念,也是学生学习过程中的难点,怎样让学生在这个概念的学习活动中积极思考呢?下面这个片断教师主要应用了问题策略,在分析教学的知识线索,确定教学内容的知识脉络和学生的认知脉络基础上构建了这个教学内容的问题线索(见下图)。
4 准确把握内容深广度,避免随意扩展内容
在必修化学课程中的概念原理知识同以往的较大变化在于知识的深广度不同。由于高中化学课程由必修和选修构成,大部分课程内容必然设计为螺
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旋上升的两个阶段。同样,必修课程中物质性质知识的要求水平与传统的课程相比都有了较大的变化,教师要深刻理解课程标准和教材对内容的深广度要求。
在教学实施中,有的老师仍然用原来的高考标准和原来的课程要求处理必修教材中出现的知识内容,随意扩展教学内容和提高教学要求的现象时有发生,给学生的学习带来了额外负担。例如。次氯酸、硫化氢和偏氯酸钠等物质的性质,是原课程中的考点,但在新课程必修阶段是不作基本要求的,一些实验区的老师仍把它们作为重点进行详细讲解。
此外,对于STS知识也不能随意扩展或者“一步到位”。例如硫酸的工业生产,在化学1中是拓展资源,不作为全体学生的基本要求。但是,有的教师将这样的STS知识处理得很细致,给学生全面介绍工业生产硫酸的原料、原理、设备、材料的循环利用和尾气处理等问题。实际上,硫酸生产的具体技术问题是在《化学与技术》选修模块中才作基本要求的。类似的内容还有硝酸的工业生产、炼铁等。因此,教师在处理这些STS知识时也要注意深广度问题,不能“一步到位”。
案例:乙醇性质的教学片断
提出问题:观察乙醇的物理性质回忆乙醇的组成一讨论乙醇分子中原子的连接情况,提出假设①CH3OCH3;假设②CH3CH2OH讨论两种假设结构的相同点和不同点(必要时教师从键的类型和连接情况点拨)一实验验证:乙醇与金属钠的反应进一步假设乙醇发生氧化反应时的断键方式实验验证:乙醇的氧化反应总结乙醇的结构和性质提出羟基官能团。得出醇类物质的性质,介绍甲醇课后活动①小论文:调查酗酒造成的社会不安定因素,你的建议,课后活动;②课本剧,酒后驾车,课后活动;③辩论赛,公款消费与中国酒文化。
这是典型随意拓展内容的案例,教师仍然按照原来的课程计划实施新课程必修模块的教学。首先.必修中的有机化合物基本要求只涉及到具体的有机化合物,不上升到类别,官能团与物质类别的层次和水平是《有机化学基础》选修模块中要求的。因此,在这里,只涉及到乙醇的主要性质。其次,在必修中的有机化合物性质的学习,主要是通过实验事实总结归纳得出物质的性质,不要过多涉及到有机化合物的结构与官能团、成键与断键方式等。因为在必修阶段,这些内容不作基本要求。因此,关于乙醇性质的处理,应该主要结合学生的日常经验和已有认识,通过实验得出乙醇能够与哪些物质发生反应,产物是什么。不要再像原来的处理一样,分析乙醇分子中的成键方式,预测乙醇发生化学反应时的断键位置等。
5 改进并优化习题教学
教师在实施必修化学的教学中,遇到了关于习题的问题。由于教师习惯于采用传统的习题教学和训练模式,加之教材中个别习题的表述和问点与教材正文内容之间的跨度偏大,市场上的习题教辅资源往往偏难、偏繁、偏旧,所以出现了学生“学得高兴,做题痛苦”的现象。面对这种情形,教师要改变原来的习题处理方式。
首先要关注习题教学,不能将习题课简单处理成练习课,要将典型的习题进行全面剖析,带领学生一起分析,培养学生将新知识运用到习题的分析和解答中的迁移能力,以及用已有的知识分析解决问题的能力。这是新课程评价所倡导的,也是中学化学教育评价的趋势。
其次。教师要将习题的处理和新知识的学习结合起来。尤其是,要将运用新知识的重要习题,在课堂新知识教学后进行处理。作为新知识的应用巩固,及时培养学生将新知识运用于分析问题和解决问题的能力。
再者,教师要对习题教辅资源进行筛选,选择难度适合、考查点适合的题目,不要让习题牵绊教师的教学。有的教辅习题质量较差,挂着新课程配套资源的字样。内容却是原来教辅资料的简单重组。在新课程实验区,教师按照新课程进行教学后,学生不会做教辅中的习题,教师不是对习题进行筛选,而是将习题中涉及到的内容(新课程中不作基本要求的内容),在课堂上进行大量补充。这是不倡导的错误做法。
最后,教师要注意,习题的处理也要分出层次水平。例如,关于物质的量的计算,有的教师仍然按照原来的经验,从学生接触到相关计算的时候,就让学生达到高考的水平。新课程的教学进度较快,在较短的时间内,很难达到原来要用一个月的教学时间达到的水平和难度。如果仍按照原来的处理,实验区的事实证明,会导致学生连基本的计算都未能掌握。因此,关于物质的量计算的习题要分出阶段,在开始只要求学生掌握最基本的计算,即简单的公式换算,在后面的学习中,逐渐加大难度和复杂程度。
关键词:环保教育;高中化学;渗透;重要作用;具体措施
当前,日益严重的环境问题对我们人类的居住环境与生活质量造成了极为严重的影响。化学污染可以说是所有环境污染源中一个最不可忽视的因素,化学元素的排放对环境造成了及其严重的污染,这除了不可避免的工业发展原因外,还有一个很重要的原因就是人们欠缺环保意识。由此不难推断出,环保意识的培养应该要从学生时代抓起,不能等到环境已经被污染了,人们的各种行为意识已经固定了才开始想到要做这件事情。因此,作为高中教师,更应该肩负起培养学生环保意识的重任,将环保教育思想渗透于教学活动当中,让学生在潜移默化中形成环保意识。
一、将环保教育渗透于高中化学课堂的重要作用
(一)促进学生环保意识的提高
在高中的化学课堂教学中渗透环保教育这一思想,能够积极地推进我国的环保教育事业。比如,教师在对“硅酸制取”这一实验内容进行教学时,首先会将大量饱和的硅酸钠溶液加入试管当中,然后再滴入一定量的酚酞溶液,接着又会用胶头滴管来滴入一定量的稀盐酸。通过实验结果可以看出,如果饱和硅酸钠溶液过量,就会对环境造成污染,那么教师就应该要把教学重点放在对实验错误的总结以及对错误所导致的结果的分析上,在学生的实验过程中随时提醒他们相关的注意事项,以避免造成环境污染,通过这样一种切身体验的方式让学生自己去体会环保的重要性,以增强学生环保意识,促进其环保意识的提高。
(二)培养学生对自然和对社会的责任感
高中阶段的化学教学是我国教育的一个重要组成部分,对我国整体教育质量和水平有着非常直接的影响。在化学课堂教学中渗透环保教育,除了能够提高学生的环保意识之外,还能够在一定程度上培养和增强学生对自然和对社会的一种责任感。比如,教师在对“化学物质及其变化”这一章节的知识内容进行讲解时,同样也需要让学生走进实验室,开展化学实验。首先,教师要教会学生增氧来进行物质分类,再以诸如二氧化硫、二氧化碳等非金属氧化物的电解或者诸如乙醇等有机物的电解为例,让学生通过对实验过程的参与,直观地感受到这些在实验中所产生的化学废气为环境所带来的破坏,并告诉学生,当将一些易电解金属投入水中时,也会产生同样的效果,这些都将会给人们的生活带来非常多的负面影响,作为社会的一份子,应该要时刻铭记自己的社会责任,严格规范自己的行为,为我们赖以生存的自然和社会贡献出自己的一份力量。
二、将环保教育渗透于高中化学课堂的具体措施
(一)增加与环保教育相关的内容和实践
在当前的高中教材中,其实有很多教学内容都与环保这一话题密切相关,并且其中还有一部分是高考所重点考察的内容,所以作为化学教师,有必要加强对其的重视和增加对其的关注。例如,在讲授高中化学必修1(人教版)中《电解》这一章的知识时,教师就可适当在其中增加一些和环保教育相关的内容与实践。具体可分为如下几个步骤:首先,根据教材教学内容来拟定教学计划,重点讲解电解这一化学反应的原理;其次,在对电解化学反应原理及其反应过程进行讲解时,就可以适当地增加一些与“有害化学污染物的产生”相关的内容,对教学内容进行一个有效的拓展。最后,当学生对相关知识点有了一个初步认识,并且掌握了之后,教师便可继续为其讲解“电解工业污染物的处理”以及“有害化合物的产生”等知识点,将生活中的环保问题融入到课堂教学当中,以增强学生的环保意识,达到环保教育这样一目的。
(二)将环保教育渗透在化学实验的教学当中
化学污染是当前环境污染的最主要污染源之一,正是由于化学污染物没能够得到有效治理,所以才使得我们的环境保护面临了前所未有的巨大压力。而掌握整个化学变化的过程,对实验效果进行优化又对我们的环境保护有着非常重要的积极作用。化学实验教学知识化学教学的一个手段,能够有效地增强学生的实践能力,因此,可以将环保理念渗透到化学实验教学当中,由此来进行环保教育。例如,我们都知道,用传统的办法来进行氧气制取实验必然会产生污染废弃物,这既不利于我们现在所极力推崇的环保。所以,教师便可用“电解水”这一实验教学作为契机,将这一实验和传统实验进行对比探究,让学生通过直观的观察,对比发现“电解水”实验的环保性。通过这样的一个对比,学生对“电解水”这一实验的认识也更加深刻,同时,学生的环保意识也在这一过程中得到了有效提升,相信在下一次制氧实验选择的时候,学生一定会毫不犹豫地选择电解水制氧这一方式。
(三)在课堂教学中不断延伸拓展环保内容
为了使环保教育与化学教学能够更好融合在一起,有必要对其进行内容延伸。教师可以通过组建兴趣小组或者成立环保实践活动小组的形式来开展环保主题活动,以延伸环保和教学内容。例如,教师可根据教材内容要求,组织全体学生开展诸如“家庭洗化用品的含磷调查”“区域内电镀行业的污染现状调查”,以及“高中化学实验室的污染物处理调查”等课题实践活动,将学生在课堂上所学到的理论知识应用到实践中去,以不断开阔学生的视野和增强其实践能力等。当然,教师还可以定期组织学生开展一些有意义的环保活动,用这样的方式来提高学生的环保意识。
三、结语
课堂教学是整个教学过程的重要组成部分,同时也是知识教授与教学互动最为集中的一个场所,因此它也就当之无愧地成为了环保教育的最主要平台。教师可以在日常教学中对教学素材中所潜藏的环保知识进行挖掘,再在其基础上适当地增加一些和教材教学内容相关的环保知识,融合起来进行教育,让学生对教材内容以及相应的环保知识有一个更加深入的理解。其实质就是将环保意识作为其教学的一个辅助,让课程教学与环保教育这二者相辅相成,相互促进,最终促进学生的全面发展。
【参考文献】
[1]宋康康.高中化学教学中渗透环境教育的研究[D].山东师范大学,2014.
[2]姚敏.高中化学教学中渗透环境教育的研究[J].考试周刊,2016(78):134-135.
【关键词】高中生物;“问题”设计;优化
传统教学方式是教师讲课,学生记笔记。高中生物课堂教学应改变这样的教学方式,采取提问式教学方法,而不是向学生一味地灌输知识点,让他们被动地接受知识。提问式教学方法可以促进学生自主学习能力的培养,引导学生去进一步探索、发现。在生物课堂教学中,教师可以采取以下措施优化“问题”,真正激活生物课堂。
一、设计兴趣性问题,吸引学生的注意力
有趣味的问题可以激发学生的学习兴趣,使课堂教学效果明显地提高。如在教学新课时教师适当地引入直观性的材料,或通过一段轶闻趣事来导入新课,让有趣的问题激发学生,让学生的思维处在一种积极兴奋的状态,这样就能很快地调动学生的思维,从而进一步激起学生主动探讨知识。例如,在学习“性别决定”这一内容时,给学生讲述一则新闻报道:“为什么中国年轻的女性容易产生自杀行为?”农村女性自杀人数高于城市,有一个山区妇女一连生了4个女孩,村里的人都看不起她,婆家人更是不高兴,这样就连她自己的丈夫也看不起她了,说她没本事不能生男孩,于是她就自杀了。然后教师设计这样的问题:生女孩是女人的过错吗?这个问题引起了学生的讨论。但笔者没有急于给这个问题下结论,而是继续设问:生男生女是由什么因素来决定的呢?这样,学生的注意力集中起来了,自然而然地进入新课学习中。
二、设计启发性问题,发展学生创新思维
教师在教学中,为了尽快让学生掌握新知识和学习知识的新方法,要引导学生发现新旧知识之间的衔接性,拓展学生的思维。在课堂中,教师引导学生发现新旧知识点之间的衔接点之后,设计一些启发性的问题,难度从易到难,一步步开启学生的思维,同时也让学生感觉到课堂气氛相对轻松,能够主动学习。例如,在苏教版必修3第二章第一节中谈到抗原这一概念时,为了让学生更易理解这一知识点,教师不妨设计以下几个启发性的问题给学生思考:(1)根据学过的抗原概念分析其有哪两种性能?(2)人体内外部环境中各种物质是否都是抗原?(3)抗原有哪些性质?(4)人体的免疫系统和自身成分会有免疫反应吗?这几个问题提出,给学生指明了学习和思考方向,明确了学习目的。所以在课堂中老师有必要精心设计一些启发性问题,让学生更易理解和吸收知识点,从而发展他们的创新思维。
三、设计探究式问题 ,提高学生探究能力
高中生物新课程中,有很多知识点不是靠老师讲解的,而是需要学生自主探究学习获取,因此,教师设计探究式问题,引导学生学习尤为重要。例如,在“酶的发现”的教学过程中,关于斯帕兰扎尼的实验,将一块肉放在小巧的金属笼里让鹰吞下,隔一段时间后将笼子取出,肉块不见了。教师可以提出相关下列问题:科学家斯帕兰扎尼是在什么样前提下提出这样的实验假设?实验的目的何在?实验设计的巧妙之处是什么?如果换一种环境是否能得到一样的实验结果?这些问题都是值得学生自己去思考、探究的。让学生在学习了这一实验之后进一步探究,再次向他们提问:“如何证明斯帕兰扎尼的实验?”“具体的证明方法都有哪些?”“如果把实验中的金属笼子换了是否会有不同的结果?”这样一来鼓励学生通过更换实验道具来验证实验的真实性,也就熟悉了这一实验的一般过程和方法。可见,通过设置探究问题来提高学生探究问题的能力,可以强化学生的探究意识,为他们形成良好的科学素养打下基础。
四、设计实验问题 ,加深对知识理解
实验是高中生物教学的重要环节,不仅可以强化学生的动手能力,也可以加深学生对课本知识的理解与记忆。实验课的主要步骤是:探究目的、科学原理、仪器使用方法、实验步骤,等等。在不同的环节要注意准备好不同的授课方法,多提问、多引导,通过对实验过程的总结和对实验结果的反思,强化学生对于知识的理解与记忆。如“蛋白质的检测”实验,提问:“常见还原性糖与非还原性糖有哪些?”根据实验所用的材料可以设问:“研磨中为何要加石英砂?不加石英砂对实验有何影响?”回顾实验过程时可以设问:“斐林试剂甲、乙两液的使用方法是什么?混合的目的又是什么?为何要现混现用呢?”为了提高学生的观察力,可以设问:“还原性糖中加入斐林试剂后,溶液颜色变化的顺序是什么?”为了让学生了解到实验材料对实验结果的影响,可以设问:“转动细准焦螺旋时,若花生切片的细胞总有一部分清晰,另一部分模糊,其原因一般是什么?”每个环节都设置相对应的问题,环环相扣,让学生通过实验对生物知识的学习层层递进。
五、设计生成性问题,给课堂带来新问题
关键词 基于问题 食品化学实验 教学设计 实验探究
中图分类号:G424 文献标识码:A
食品化学实验是我系食品营养与检测、食品加工技术专业开设的一门实验类专业必修课,是食品专业教学计划中第一门食品类专业实验课。本实验课程是食品化学理论课程的配套课程,是食品化学理论知识的应用和实践,是食品化学课程体系的重要组成部分。传统的食品化学实验课教学内容以验证性实验为主,教师在实验前通常讲解实验目的、实验原理、实验步骤和操作要领,甚至连实验中的注意事项也一一交代,学生只要按食品化学实验书或讲义上的步骤做实验。这种教学模式不利于激发学生实验学习的主动性和兴趣,不利于培养学生实验探究、创新精神和合作实验的能力。为了打破传统的实验教学现状,笔者在食品化学实验课中应用基于问题的教学模式组织教学,取得了良好的教学效果。
1 食品化学实验中基于问题的教学模式
食品化学实验中基于问题的教学模式主要包括几个环节:
(1)实验教学目标的设计, 根据实验大纲制定实验教学目标。参考新课程标准中的化学教学目标,确定了三个维度的教学目标:实验技能与知识目标、实验过程与方法目标、实验情感与态度目标,通过三个维度的教学目标确保实现培养学生食品化学科学素养的总体目标。
(2)实验讨论问题的提出,围绕教学目标确定本次实验要完成的任务,提出讨论问题。
(3)实验活动实施,学生围绕提出的问题开展实验活动,观察记录实验现象,分析实验中出现的问题,找出解决办法,得出结论。教师在实验活动中引导学生讨论问题,对讨论过程中的疑难问题针对性地进行讲解,以保证实验的顺利进行。
(4)实验总结评价,教师总结学生实验探究活动中的重点内容,对难点问题集中分析讲解,加强学生对难点内容的理解。
基于问题的食品化学实验教学包括了实验教学目标的设计、实验讨论问题的提出、实验活动实施、实验总结评价等几个环节。由于“问题”是实验教学内容的载体,它贯穿于整个实验教学活动的始终,所以确定实验教学目标和讨论问题的提出是教学设计中要重点考虑的方面。本文将以淀粉性质实验为例说明教学活动的具体过程。
2 以淀粉性质实验为例的教学活动过程
本实验教学的内容选自程云燕等主编的《食品化学》教材第九章实验实训部分的实验三——淀粉实验。
2.1 实验教学目标的设计
淀粉性质实验是在学生学习了糖类这一章节中关于淀粉的理论部分后开设的。通过理论的学习,对于淀粉性质有了系统全面的认识,如学习了淀粉的种类和结构性质的差异、淀粉水解是分步骤进行的等内容。在这些学习的基础上通过淀粉性质实验,将理论课学习的知识应用到具体的食品化学实验中去。因此,我们确定了实验技能与知识目标:掌握淀粉检验的方法,通过一系列实验理解淀粉遇碘变蓝的实质;通过实验掌握淀粉分步水解的检验方法。
淀粉性质实验内容属于验证性的实验,传统的实验教学中只注重实验验证内容的现象观察和结果记录而忽视实验学习过程中学生的体会和收获。在本实验教学设计中,我们确定了实验过程与方法目标:通过对淀粉与碘的几个实验,探究不同的实验方法,讨论实验现象分析其原因,给出合理的解释。在实验过程中学会不同实验方法合理控制实验条件,通过实验反思,提高分析能力,学会与组员合作进行实验的协作能力。
在实验探究活动过程中,教师在实验过程中起引导的作用,学生自主开展实验活动,完成实验记录。在淀粉水解实验中要求学生每隔2分钟做一次检验,直到水解完成。这个过程需要较长的时间,需要学生足够的耐心和严谨的实验态度。根据实验内容,我们确定了实验情感与态度目标:培养学生实事求是、严谨认真的实验态度;提高对淀粉理论部分学习的兴趣。
2.2 实验讨论问题的提出
传统的实验教学中让学生按照实验内容完成实验并记录实验现象,并由教师在实验前讲解实验的注意事项和实验原理。基于问题的教学模式教学设计中,教师应根据淀粉性质实验内容,提出了相应的讨论问题。学生实验活动不再是单纯地验证实验现象,而是围绕实验讨论问题自主探究实验的过程。
这个实验分成两个部分:淀粉与碘的反应、淀粉水解实验。教师在实验活动开始前,根据淀粉性质实验内容,结合理论课上的学习内容简单介绍了本实验的要求,提出要讨论的问题。在淀粉与碘的反应中,提出几个讨论问题:(1)1号试管中酒精灯上加热后颜色怎样变化?冷却后颜色又怎样变化?如果颜色冷却后没变化,请分析原因,找到解决的办法。(2)仔细观察加入氢氧化钠溶液的试管的颜色变化,并与3号试管对比观察实验现象有什么不同?(3)3号试管加入乙醇后颜色有什么变化?如果颜色没有明显变化,请分析原因,找到解决的办法。(4)通过这三个实验,分析推测淀粉与碘以什么形式结合?结出合理的解释。在淀粉水解实验中,提出几个讨论问题:(1)怎样判断淀粉水解完全?(2)最后一个步骤中用班氏试剂进行实验的作用是什么?利用的是糖的什么性质?(3)最后一个步骤怎样保证实验成功?
2.3 实验活动实施
围绕教师提出的关于淀粉与碘的反应、淀粉水解实验的讨论问题,学生自主开展实验活动。教师尽量不参与实验活动过程,让学生自主完成实验活动。
传统的教学中教师在实验前就把实验的注意事项交代了,学生只要验证即可。但基于问题的教学模式中,教师对实验操作中的注意事项没有讲解,让学生自主探究,发现问题、解决问题,在实验过程中学习科学实验的方法。看似简单的实验,不同组的学生得出了不同的实验现象,学生们围绕教师提出的问题展开了激烈的讨论,通过学生组内、组间、师生之间的交流,找出原因,找到了解决办法。比如,在淀粉与碘的反应部分问题1中,有的组冷却后颜色又恢复为蓝色,有的组却没有变化,仍然为无色。教师适时地引导学生进行分析,找出原因。通过学生们自主讨论,他们提出恢复为蓝色表示淀粉与碘结合了,没有变化表示淀粉与碘没有结合。为什么会有不同的现象?实验不同组组员进行了交流,发现冷却没有变化的组加热时间较长。学生们推测,加热时间过长,试管中的碘不见了。再结合中学学习过的碘易升华的性质,正确地解释了实验现象。没有变化的组重新做了实验,证实了自己的猜想。再如,淀粉与碘的反应部分问题3中,有的组颜色没有变化,有的组颜色退去,有的组变浑浊。有了前一实验的经验,他们组间组员进行了交流,发现跟淀粉浓度和酒精加的量有关系。
通过基于问题的实验活动,看似简单的实验出现了意想不到的问题,通过实验中一个又一个问题的解决,学生们体会到成功的喜悦和实验探究的乐趣。
2.4 实验总结评价
教师根据学生在淀粉与碘的反应、淀粉水解等实验活动实施过程中的情况,总结实验中普遍存在的问题和本实验的重难点内容。
淀粉与碘的反应的三个实验中,问题1酒精灯加热时间过长,使得溶液中的碘升华,所以有些组开始的实验冷却后没有变化。这也证明了淀粉与碘反应,碘仍然是以分子形式存在;问题2和问题3的讨论结果,氢氧化钠与碘发生化学反应,对比3号试管,2号试管为无色透明,而3号试管却呈碘液的淡黄色。这也证明了3号试管的碘还是以分子形式存在,只是溶解到酒精中去了,没有跟淀粉结合。当淀粉浓度过大时,3号试管中的淀粉溶液变浑浊,证明了淀粉的溶解度小,酒精的溶解度大,水被酒精夺去;问题4的讨论结果也就水到渠成了,淀粉与碘反应,碘仍以碘分子的形式存在。
淀粉水解反应中,问题1很容易回答,学生们都能给出答案,水解后的反应液不变色就表示淀粉水解完全了。通过实验,有些组水解的速度更快,有些组水解速度更慢。通过交流讨论,学生们发现跟加酸的量有关系。问题2教师提示学生根据实验书上班氏试剂的配制方法,了解班氏试剂的成分,推测它的作用。学生们对班氏试剂不了解,针对这个问题,教师讲解了班氏试剂的性质和作用,书写了方程式。问题3,根据问题2,学生们分析讨论最后一步骤的关键是要加足量的碱中和酸。这个部分实验中,要注意加酸的量适当,酸过少水解速度很慢,二十分钟都不能水解完全。酸过多水解速度过快,没办法观察到分步水解的中间过程。
通过实验总结评价,教师对学生们在实验过程中的表现突出的组员给予中肯的评价和表扬,结合实验活动实施过程中的表现给各组按A、B、C等级打分,以此激励各组学生,也做为实验期末成绩评价的依据。
3 结语
我系食品化学实验教学是分小组教学,每组最多20人,为基于问题的教学模式实施提供了有利的条件。实践证明,这一教学模式能够大大提高学生实验学习兴趣,培养自主探索、不断进取的实验精神,培养学生创新、合作与勇于探究的科学精神。这一教学模式变传统呆板的实验教学方式为学生围绕问题积极主动开展实验探究活动的教学方式,这一教学模式下的教学活动不再只是只重结果的验证式实验教学方式,而是以实验技能与知识、实验过程与方法、实验情感与态度等多维度的教学目标为指导的重过程的探究式实验教学方式。可见,基于问题的教学模式是食品化学实验教学有效的教学方式。
参考文献
[1] 孔爱华,何占魁.例谈“基于问题的二次实验”的教学设计.生物学通报,2012(8).
[2] 孙长艳,李文军,董彬,陆慧丽.“PBL”教学模式在无机化学实验课程中的应用.实验室研究与探索,2012(5).
关键词:实验教学;直觉感知;思索探求;动手操作;串联总结;创造设计
文章编号:1005-6629(2009)12-0024-03
中图分类号:G633.8
文献标识码:B
分析学生对实验认识过程的心理活动特征,可以把学生对实验认识的发展过程划分为五个阶段:直觉感知阶段、思索探求阶段、动手操作阶段、串联总阶段、创造设计阶段。
现以人教版普通高中课程标准实验教科书《化学》必修2第二章第二节“化学能与电能”的教学为例,把五个阶段中学生的心理活动特征及每一阶段的具体做法、目的综述如下:
第一阶段:直觉与启示――直觉感知阶段(启发实验)
教学开始时,学生的心理活动特征是:急于想了解本节知识的大概内容,特别想知道本节有哪些有趣的实验,表现出对各种实验有浓厚的兴趣,喜欢观察鲜明、生动、不平常的现象,在观察实验过程中,他们的心理活动特征是好奇,乐看,急于想了解实验中出现各种现象变化的原因,要求解惑的心理极为迫切。根据这一特征设计第一阶段的具体做法:
在学习这一节的开始,由老师指导学生演示一系列实验:铜片与稀硫酸、锌片与稀硫酸等;这两个实验是从过去的已知实验入手,逐步向本章所涉及的未知实验过渡,把所要演示的实验分成若干组,同组实验相似,组与组间注意层次发展。演示实验的同时,根据学生想知道实验现象的原因,急于盼解惑的心情,及时提出若干思考题:哪个实验有明显的现象?有现象的实验,除了生成新物质外有无能量变化?……在一系列的为什么、是什么的问题敦促下,促使学生有条理的思索问题。
本阶段的目的:
通过已经学习过的旧知识及生活、生产中与本章有联系的知识,挖掘富有启发性的实验,通过大量的声、光、色、电、嗅等的感性刺激,使学生在每章知识的学习开始时,在感官上承受大量感性刺激,获得大量感性信息。在大量感性信息的刺激下,促使大脑进行积极的思索,产生形象思维。同时,引起学生的好奇、怀疑、困惑和矛盾,创设研究问题的情景,巧疑布阵,设置悬念,使学生在每一章的学习开始时,处于想知道、又不知道;想弄明白又糊涂的状态。学生为寻求解决悬而未决的实验带的疑问及若干思考题的答案,产生学习本章知识的强烈要求。
第二阶段:读书与思考―思索探求阶段(准备实验)
此时学生的心理活动特征是:在第一程序中,通过观察实验,产生要求解惑的心理活动没有得到满足,他们如饥似渴地迫切要求解决悬而未决的问题,他们急切盼望老师能把有关实验加以解释而获得解疑,学生的求知欲望不断增强。根据此阶段特征,设计了第二阶段的具体做法:
在学生处于愤悱状态中,老师应明确告诉学生,第一阶段所产生的疑问,在课本中均有解释,要求学生带着悬而未决的问题,仔细阅读课本。根据予先发放老师设计的提纲,由学生通读全章。在读书过程中,要求学生对全节内容进行三读:一粗读(粗略了解全节主要内容)、二细读(细致地阅读本节内容,在细读中做到点、画、勾、批、摘、问、结,深入地学习钻研课本知识,仔细阅读课本中出现的有关实验,了解实验目、操作、现象、结论)、三精读(摘录重点、填写提纲、提出问题、文字积累)。在学生三读过程中,老师巡回指导、检查、搜集问题。
本阶段的目的:
通过粗读细读精读,开阔学生的视野,考虑问题有新的角度和思路、培养学生的自学能力。通过预习、学生总结、及时发现问题,提高对问题的辩析能力,起到“启其思、广其视”的作用。
第三阶段:讨论与实验――动手操作阶段(操作实验)
此阶段学生的心理活动是,想了解一下自己掌握的知识如何?理解的问题是否正确?在自学中又有许多新的疑问,为此,需要一种场合、创造一定条件,同学之间、师生之间相互研究、共同探讨一些问题。在启发实验的诱导、准备实验的激发下。学生已不满足去观察各种现象,他们企图通过自己的活动,对各个实验施加影响,希望能自己独立操作,按照一定的实验程序把课本规定的实验演示出来。
具体做法:
教师先设置实验程序提纲:①锌片与稀硫酸反应属于何种类型反应?这类反应的本质是什么?②如何证明锌片与稀硫酸反应过程中有电子的转移?③将铜片和锌片不连接,同时放人盛有稀硫酸溶液的烧杯有何现象?④将铜片与锌片相连接后同时放入盛有稀硫酸溶液的烧杯中,与前一实验有无明显区别?⑤将铜片与锌片用电流计相连接后,同时放入盛有稀硫酸溶液的烧杯中有何现象?……然后分别由不同的同学在讲台上做主旨发言,对发言的同学要求观点明确、语言简炼、条理清楚、表态自然。同学发言之后,听者对发言的同学提出不同的意见或咨询,言者与听者相互讨论、明辩是非。在讨论中,可能出现四种情况:①讨论的问题是重、难点,及时引导学生进行深入的讨论,做出明确的答案,使知识落实,重点突出、难点突破;②边边角角的非重点内容,不宜引导讨论,注意提高课堂密集;③超越中学生应掌握的范围,不予引导讨论;④在学术界有争论的问题,把争论的焦点告诉学生,使有志于化学研究的同学去探讨,不宜引导全班讨论。
凡是讨论中有演示实验时,一律由学生到讲台前独立进行演示。演示前,应向全班同学交待实验目的、所有仪器、药品、操作顺序;演示中及时向同学报告在实验中出现的正常及反常现象;实验完毕,得出结论,写出有关化学方程式。在学生独立操作实验时,老师应对仪器、药品给以充分的准备,实验中给以耐心的辅导。
本阶段的目的:
通过讨论,充分发挥老师的主导作用和学生的主体作用,使学生知识掌握牢固、能力得到培养、问题解决透彻、课堂气氛活跃。演示实验的独立操作能满足学生急切动手的心理要求,学生学习化学兴趣大增、情感热烈,使化学学习的兴趣能坚持下去。
第四阶段:总结与练习――串联总结阶段(串联实验)
此时学生的心理活动是:已不满足掌握孤立的、单个的知识环,而想把知识环总结成知识链。形成系统知识;不满足于观察和动手操作实验,而是想通过观察和操作,去认识事物之间的因果关系和本质联系,想了解自然现象的内在规律方面,想把各个单个实验进行总结配套,形成实验系列化。由于掌握了比较扎实的基础知识,学生对能否用知识去解决一些实际问题,心中无数,急需一些练习,做客观的检查。
具体做法是:
讨论完全节知识后,进行本节知识小结(采取图示、对比式、联系式),把本节出现的实验,用电子转移为串联线索,把孤立的、单个的实验串联起来,形成实验系列:Cu-Zn稀硫酸原电池、Cu-Zn硫酸铜原电池、C-Fe稀硫酸原电池等。每节后面,在程序提纲中均有配套练习,练习题按知识的层次、能力的梯度安排,有基本题、灵活题、综合题;按一学、二练、三提高加以安排题型,让学生进行练习。
本阶段目的:
使知识进一步落实,在使知识落实及系统化的过程中,培养学生的概括总结能力、思维发展能力,进一步巩固学生学习化学的积极性,起到“练其毅、增其知”的作用。
第五阶段:考核与创新――创造设计阶段(创新实验)
此时学生的心理活动是:不满足于了解局部的自然现象之间的相互联系和规律,企求亲自进行一些创造性的实验和观察活动,想用已学到的一些知识,来发现一些未知的知识,萌发了设计新实验的意识。
具体做法:
本节学习完毕,要求学生根据本节知识的内容设计一个新实验,新实验既与本节内容有关,又不是本节内容的某个实验重复,而是源于课本、高于课本。如:水果电池、燃料电池等。在设计中。可以看参考书,编写出实验计划,经老师审阅、帮助修改、提供仪器药品,进行实验研究,最后写出小论文。
本阶段的目的:
关健词:教学;化学;实验课
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)01-0247-02
在医学高职高专院校,《分析化学》是药学、医学检验、卫生检验与检疫专业必修的专业基础课,同时也是一门实践性很强的自然学科,实验教学在分析化学教学中起着十分重要的作用,是药学专业、医学检验和卫生检验与检疫专业及有关科研人员等合格人才不可缺少的实验教学基本的环节。学生通过操作分析化学实验,不但能深刻地理解有关分析化学的理论知识,而且极大地提高了学生实际动手的能力及分析问题、解决问题的能力。当前,医学高职高专院校相关专业应用型人才的培养目标对实验课教学提出了更高的要求,如何在规定的课时数内让学生充分掌握这些技能,本人认为教师在实验教学中合理地运用多种教学手段来提高学生的实验教学效果是非常有必要的。现作简要分析如下。
一、根据实验室的实际情况,将全班学生合理的安排分组
教师首先按实验内容的多少和难易程度,以及实验室的设备情况将全班学生合理的分组。分析化学实验中容量分析实验占整个分析化学实验极大部分的内容(大约三分之二的内容),可见其重要性,而且所用到的仪器相对来说价格也不是很高,所以尽量让每位学生都有动手的机会,即每人单独配有一套常用的容量分析仪器,这样每位学生每次的实验都可以独立完成,有效地遏制个别学生像别的基础学科实验那样至少两个以上学生合做同一实验的事实,致使个别学生一直只是作为“观察员”或“记录员”的身份而非实验员的身份,缺少亲身实验的机会,这样的实验效果是可想而知的。仪器分析因考虑有些仪器比较贵重,数量有限,所以只能由两人或多人组合进行实验,在时间许可的前提下尽量让学生每人轮流操作,充分培养其合作精神,为今后的工作打下坚实的基础。
二、实验内容适当重排,既实用又先进
根据学校的具体情况,针对药学、医学检验、卫生检验与检疫等专业课时数被缩减,《分析化学》的学时数也大幅度的减少,相应的实验数也减少不少,故应首先加大《分析化学》实验教学内容的改革,删除原教材中陈旧、重复的实验内容,精选有代表性的及与相关专业密切联系的实验内容,由浅入深、循序渐进。并对相关实验教学内容进行整合与优化,消减一部分原来简单枯燥的单元操作实验内容,取而代之的是将这些单元操作有机地串连在一起,以更好地适应实验教学的实际需要。
三、严格演示实验操作,充分发挥示范作用
《分析化学》占极大部分(几乎占三分之二)的实验内容是容量滴定分析,它特别强调的是物质的“量”,即测定某物质的含量的多少,故对学生的基本操作要求比较高,学生每一步的操作都与实验结果的准确性有着非常大的关系,若有关仪器每一步的操作都存在误差,你认为这一误差似乎很小,但在一个实验中很多这样的小误差累积起来就会变成大误差,误差越大实验的准确性也就无从谈起了。例如容量分析中的常用仪器一般包括酸碱滴定管、容量瓶、移液管、刻度吸量管等,定量仪器要规范使用,准确读数必须反复准确性的训练。要让学生掌握容量仪器规范的操作,教师在讲解仪器操作时动作不仅要规范,而且一定要边讲解边演示,有时为了增强学生的记忆,故意夸大动作演示,学生被逗得哈哈大笑,大笑后教师再把规范动作演示一遍,这时效果非常的好,仪器的规范动作被深深的印在学生的脑海中,这时教师趁热打铁,马上让全体同学集体操作该种仪器,并且教师给予一一指导。这样的教学方法很有实效性,而且学生又非常容易接受,在十分轻松的环境下学习,学生的实验积极性也得到了很大的提高,动作要领也很快的领会及掌握,学生觉得做这样的实验自己很有成就感。当然某样仪器规范操作不是一次就能够充分掌握的,需要教师在每一次的实验中不厌其烦的反复强调,让学生通过一定时间、一定次数练习才能完全规范的掌握。
四、教师坚持自始至终作巡回指导,及时发现与纠正学生的错误操作
教师自始至终巡回指导是学生能否保质保量按时完成教师布置的实验内容的一个不可缺少的环节。一般学生自己很难发现自己在某项实验操作中所存在的习惯性的操作错误,只是按照自己的操作方式来完成实验,或不能及时总结实验操作中的优点和成功的经验。教师如能及时观察到每位学生的实验操作情况并及时给予有计划、有针对性的指导,学生的实验能力将会达到事半功倍的效果。有些教师“巡视员”式的走马观花,对学生实验工作能力的全面提高和综合科学素质的培养起不到应有的作用,有时还会使学生滋长依赖教师的心理,教师也往往处于疲于奔命地为学生“排忧解难”的困惑之中,失去了指导学生的主动权。若教师及时给予学生指导,有时甚至手把手地指导会使学生受到极大的鼓舞,并增长对《分析化学》实验的兴趣。
五、采用多样化的化学教学组织架构
一般集中授课和小组化的教学管理的形式是较为合适的组织形式。让学生参与教学管理是以学生为中心的双向或多向的互动式学习方式。例如:教师讲授、示范分析天平的称量,然后学生练习。最后要考核,在规定时间内完成一次减重法称量。教师一人在规定的课时内不能完成这一工作,可以组织已经过关的学生做评委来进行,二对一或一对一都行。做评委的学生非常有成就感故很认真负责,效果有时比教师自己监考都要好。这一过程也是学生双方再学习、交流的过程。同时还可以组织一些学习小组,开展操作技能比赛等活动,实现课堂教学的有效延伸。
六、坚持并健全实验考核制度
《分析化学》实验涉及的仪器较多,要求基本操作技能严格而规范,对实验数据的精密度和准确度要求较高,为此,在教学实践过程中,教师始终紧紧围绕两个字进行,即建立一个“量”字,力求一个“准”字。这个“准”字决非一日之功,它既包含理论知识又侧重于实践。这需要严谨、精细、实事求是的科学作风,娴熟的基本操作技能。为了让学生真正重视实验操作技能,教师除了平时对学生实验时严格的要求外,加强实验操作考核是必不可少的教学手段,这样才能全面、合理、客观的评定学生的实验成绩,充分发挥学生学习《分析化学》实验的积极性,有利于提高《分析化学》实验教学的质量。
根据本校的实际情况及大纲要求,化学教研组全体教师一起制定出与相关各专业密切联系的能反映出教材大纲要求的若干类题目,分三次进行考核,这三次考核时间可分阶段来进行,原则上基本考虑同类的实验结束后进行。由于课时安排有限,每次考核时间又只能安排在课内进行,因此每个小班学生分两批考核,考核时间一般为一学时,有任课教师自己监考,三次考核的成绩计入总分占50%(平时成绩占50%:例如出勤率、预习及实验情况、每次实验报告等),这样的考核效果还是不错的。分阶段考核能对学生的实验操作给予及时的总结,能够及时发现自己在某一阶段的实验掌握情况,当然也反应了教师的教学水平,对教师的教学也有很大的促进。使学生真正的掌握《分析化学》的实验技能,并为后续的专业课学习打下扎实的操作基础。总之,要提高实验教学质量,教师在实验教学中合理的运用多种教学手段来提高学生的实际操作能力的作用是显而易见的。
参考文献:
[1]曹延华,等.无机及分析化学课程整合实践与探索[J].牡丹江大学学报,2010,(10).
[2]马丽英,等.医用化学教学内容及教学方法的改革[J].数理医药学杂志,2010,23(3)
关键词:生物化学;理论教学;实验教学;实验教学方法
21世纪是生物科学高速发展的时代,生命科学新突破、新进展引发人们对生命现象的持续关注,生物工程技术的应用使人们的生活发生了很大的变化,同时给社会生产带来了重大革新,这所有的变化都与生物化学学科的发展密切相关。生物化学是生物学各专业学生必修的一门专业基础课程,学生对这门课程的掌握程度直接影响对其他课程的接受情况,生物化学被列为很多专业如生物类、农业类、医学类等的考研或其他专业考试的科目,所以对该课程的掌握情况直接关系到学生的考研和就业。以全面培养学生的创新能力和综合素质为目标,该课程在教学队伍、教学内容、教学条件、教学方法与手段、教学网站建设、实验教学、教学质量和水平、科研等方面都取得了长足进展,逐渐形成了自己的特色和优势。2011年,生物化学被立项为临沂大学校级精品课程,2012年被立项为山东省省级精品课程。让学生在有限的时间内系统掌握生物化学知识和技能是教学的重要任务,然而在对2013级生物科学和生物技术专业学生的生物化学学习情况调查中发现,多数学生存在讲授内容不能完全掌握、学习兴趣不高等问题。在分析原因的过程中发现在理论和实验教学中依旧存在一些问题。为了有效激发学生的学习兴趣,培养其创新思维和实验能力,拟进一步深化教学改革,全面提高教育教学质量,现分析如下。
一、目前本课程所面临的问题
1.生物化学教材存在更新速度慢和部分重复的问题。目前生物化学课程所用教材门类繁多,但多数只重视生命的本质、生命的基本过程和基本规律,局限于以传统的静态生化、动态生化、机能生化为主的内容,而对生物化学的重大进展的重视不够。生物化学课程的实用性很强,新概念、新成就、新技术层出不穷,这些都没有体现在教材中,大大落后于学科的发展。生物化学还存在教学内容重复的问题,如糖、脂和维生素化学在无机化学和有机化学等课程中已经涉及其中大部分内容,而遗传物质和蛋白质的生物合成及基因表达调控等与分子生物学、细胞生物学、基因工程等课程有部分重复。
2.生物化学实验教学所占比例偏低,且验证性实验所占比例大。据统计,国外知名院校多单独开设生物化学实验课程,且实验学时数与理论时数的比例在1.0以上,本校生物化学实验学时较少,学时比为0.5左右。由于实验学时少,且验证性实验所占比例大,如考马斯亮蓝法测定蛋白质含量、酵母RNA分离及组分鉴定等,而综合性、开放性实验所占比例小,学生普遍欠缺创新、设计能力,抑制了学生的主观能动性,束缚其科学思维能力的发展,非常不利于实验能力的培养。
3.实验教学方法单一。生物化学实验教学长期依附于理论教学而没有受到应有的重视。教学方法以传统讲授形式为主,很少进行问题引导,课堂上以教师为主体,在学生动手实验前,教师从实验原理、方法、步骤、注意事项,甚至实验过程中可能出现的问题都进行详细讲解,学生被动接受知识,照搬照做、步步模仿。教师在讲授过程中多以单一板书的形式进行,多媒体网络化教学手段没有或很少应用,且没有发挥出现代化教学手段的特色。
二、生物化学理论教学的优化———将生命科学最新进展与现有理论体系有机融合
为了解决生物化学教学内容陈旧、与其他学科存在内容重复的问题,许多学者提出了相应的解决方法。刘堰和肖训焰提出教学内容要与时俱进,具体指出在绪论中增加生物化学研究工作的现状与未来、在核酸化学中增加核酸的序列测定等内容。删除蛋白质化学中蛋白质的分类,维生素和辅酶中维生素的概念。胡晓倩等提出,学生在掌握生物化学基本知识和技能的基础上,要了解学科发展的前沿知识与高新技术。谢珍玉和郭伟良具体提出讲授内容的重点部分,部分章节分配到其他学科中进行重点讲解。生物化学教学内容的修改不是简单的增删或将部分章节分配到其他学科中讲述,在增删内容的同时需要解决该课程与其他课程内容的自然衔接问题,待添加的生命科学最新进展内容要与生物化学现有知识体系有机融合。如在讲述基因调控的章节中向学生介绍该研究领域的新热点———微RNA(microRNAs)。让学生了解microRNAs是由非蛋白编码基因转录物形成的茎环结构前体,由核酶剪切,成熟后形成长度为20~25nt的小RNA分子;真核生物、原核生物和病毒都可以编码mi-croRNAs;与教学内容中出现的小分子干扰RNA进行对应比较;通过讲述microRNAs的调控机制、功能、研究技术与方法、应用和前景使学生了解生命科学中该领域的最新发展趋势。
三、生物化学实验教学改革———围绕国计民生的热点问题设计实验
加大生物化学实验教学中综合性、开放性实验的比例,由培养学生基本实验技能为“指挥棒”的教学模式逐渐转变到培养学生创新性思维的模式中来。赵云涛等提出实验项目分为基础性、综合性、设计型和创新型实验。韩寒冰和刘杰凤提出加强自主性实验和研究性实验教学、培养学生创新性能力的观点。在培养创新应用型人才为目标的培养模式下,开展综合性、开放性实验的需求越来越迫切。开设这类实验的目的是拉近理论和实际应用的距离,让学生了解所学知识综合起来可用来解决实际问题,从而激发其创新思维,培养其创新能力。在考虑到理论与实验课程一致性和对应性的基础上,围绕国计民生的热点问题设计综合性、开放性实验作为实验教学改革的切入点,可用以解决教学中课堂与实验室、理论与实践相脱节的问题,并能实现各基础实验项目的有机结合。如2013年3月份报道临沂部分地区冬小麦出现严重病害,表现为受害小麦叶片发黄、枯萎、矮化,严重地块小麦完全枯死,导致这种病害的原因是小麦黄花叶病毒的侵染。据此设计小麦总RNA的提取及小麦黄花叶病毒检测的实验。提取小麦总RNA方法为实验室常规TRIzol法,通过植物总RNA提取实验使学生掌握核酸的基本组成、熟悉移液枪、离心机、研磨器的使用,让学生理解RNA提取对实验条件要求很高,原因是RNA酶无处不在,RNA易被RNA酶降解。随后进行反转录及RT-PCR,以小麦黄花叶病毒的特异性引物进行扩增,获得目的大小的特异性条带。在实验的过程中使学生掌握反转录、RT-PCR及琼脂糖凝胶电泳等一系列生物化学基本操作。通过这类实践性强的实验将原有各自独立的实验统一到同一实验材料和同一题目下,实现各基础实验项目的有机结合,体现出知识的系统性和实验的研究性,同时同一题目下的各个小实验一步紧连一步,增强学生的研究兴趣。
四、生物化学实验教学方法的改革———由单一到多元化的教学方法
近五年来,我校实验中心引进一批具有博士学位的高学历人才作为实验员,这为生物化学实验教学改革注入了新的活力。这些实验员以直接或间接的方式参与生物化学实验教学,可缓解紧张的教师资源,并且他们知识丰富、思路开阔、创造能力强、创新欲望高,能大大提高实验教学质量。在实验教学过程中,实验员与本科生的年龄差别不大,兴趣爱好相近,他们之间交流较容易和顺畅,重要的是他们知道学生最想了解的是什么,能在相对轻松的环境中交流实验心得,讨论问题。对有独特想法的学生,在实验员及教师的指导下进一步深入研究,获得更多的锻炼。在进行实验教学方法改革的过程中,孔繁华等提出实验课“3+1”的教学方法;舒乐新等以启发式、归纳式、问题式、讨论式等教学法,让学生成为教学的主体,激发他们的主动性和创造性。在进行实验教学方法改革过程中以传统教学方法与现代多媒体技术相结合的手段,直观、生动地向学生展示实验内容,充分调动其积极性。采用启发式等的常规教学方法,要求学生在教师的启发下独立完成实验准备、实施与总结,引导学生独立思考、发现问题、解决问题,培养学生创新能力,形成开放式、互动式的教学模式。
五、结语
教学改革的目的是要增强学生素质的培养,加强对学生获得知识、运用知识的能力。通过改革优化,调整理论课程内容,使学习内容具有基础性、现实性和现代性。在理论与实验教学内容对应的前提下,以社会中的热点问题设计实验,将理论学习中的各种基础问题连贯起来,提高学生创新能力和实践兴趣。在精心调整生物化学教学内容的过程中,以新颖的实验教学方法实现实验教学效果的优化。生物化学内容复杂繁多,通过课程改革,学生在学习中得心应手,会促进其对其他课程的学习乃至对未来都会充满信心,这将非常有利于学生的人生发展,而这样的前景激励着我们在生物化学课程改革的道路上不断前进。
作者:王莹 王浩 井文倩 郗冬梅 单位:临沂大学生命科学学院 临沂罗西小学 临沂大学化学化工学院
参考文献:
[1]沈光涛,常灏,黄耀江.我国的生物产业状况与前景[J].生物学通报,2006,41(10):15-17.
[关键词]生物安全;管理;教育
1高校医药生物技术实验室安全教育的必要性
高校实验室是校内实践教学与实训基地,是锻炼大学生实践能力、开展人才培养和社会服务活动的重要场所,具有使用频繁、人员集中、存放重要物品资料(精密仪器、文献资料)等特点。近年,一些高校或企事业实验室事故频发,不但造成了财产损失和人员伤亡,也不利于“工匠精神”社会的构建。比如,2013年4月,南京某高校实验室发生爆炸致使房屋坍塌;2015年12月,北京某高校化学实验室突发爆炸火灾事故,造成一实验人员身亡;2016年5月,上海青浦某蜡业公司发生厂房爆炸,造成包括一名在读研究生在内的3人遇难。此外,国外学者统计了美国早在2005年就发生了近万起实验室事故,造成2%的研究者伤亡。[1]一旦生物实验室发生意外,产生的后果不堪设想,因而在学生中进行生物安全教育以及培训是非常必要的。
2调查结果与现状分析
医学类实验室与其他类别实验室有所不同,所开展的实验项目涉及人体组织样本、动物、化学、物理等,具有较多的危险因素和安全隐患。因此,生物医学类实验室的安全管理工作需要从多角度、多方面入手,结合不同类别安全问题的特点,须有针对性地建立有效的管理制度及开展相应的安全教育。[2]通过文献查阅、与学生深入访谈两种方式确定了调查问卷内容。采用问卷星进行调查,共收到16生本专业的113份答卷,内容包括实验室生物安全概念,生物安全柜,高压灭菌锅,实验动物,气溶胶,消毒等不同维度。生物安全课程由于学时有限,兹选取了八个章节对学生进行讲授:动物实验室生物安全、实验室装备操作与使用、实验室生物安全的风险评估和安全水平、实验室生物安全防护、生物安全法律法规、医学实验室管理现代化、医学实验室管理规程、医学实验室建设与安全管理。调查问卷题目如下:第1题:是否了解实验室生物安全概念;第2题:是否清楚实验室生物安全法规内容;第3题:是否知道实验室生物安全防护级别;第4题:实验课过程中老师是否对安全防护进行讲解;第5题:是否了解实验动物经常出现的人畜共患病;第6题:进行实验动物操作时是否穿戴合适的个人防护装备;第7题:对实验室安全防护设施有无了解;第8题:是否了解生物安全柜的使用;第9题:哪些操作需要在生物安全柜中进行;第10题:生物安全柜内是否可以使用明火;第11题:是否了解气溶胶;第12题:气溶胶是否会引起实验室内感染;第13题:是否了解高压蒸汽灭菌器的类型;第14题:高压蒸汽灭菌器在什么情况下可以开盖;第15题:实验动物生产是否需要需要许可证;第16题:实验动物是否分级;第17题:实验室是否要定期进行消毒;第18题:消毒剂配制好以后是否可以存放到下次使用;第19题:实验室冰箱是否可以储存食物;第20题:在实验中是否佩戴防护性器具(如手套、口罩,鞋套)。2.1生物安全概念的了解程度。61.95%的学生了解实验室生物安全概念,37.17%的学生一般了解;51.33%的学生清楚实验室生物安全法规内容,48.67%的学生一般清楚;94.69%的学生知道实验室生物安全防护级别,5.31%的学生不知道;98.31%的学生认可实验课过程中老师对安全防护进行讲解;98.23%的学生对实验室安全防护实施有了解,1.77%的学生不了解。100%的同学知道在实验中需要佩戴防护性器具。2.2实验室设备安全了解情况。92.04%的学生了解生物安全柜的使用,8.85%的学生不了解;98.23%的学生认为感染性材料需要在生物安全柜中操作,83.19%的学生认为挥发性有害物需要在生物安全柜中操作,7.08%的学生认为非感染性材料需要在生物安全柜中操作;90.27%的学生认为生物安全柜内不能使用明火,10.62%的学生认为可以使用明火;96.46%的学生了解高压蒸汽灭菌器的类型,5.31%的学生不了解;88.5%的学生认为高压蒸汽灭菌器在压力为零的情况下可以开盖,64.6%的学生更认为高压蒸汽灭菌器在温度降到60度左右的情况下可以开盖,只有2.65%的学生认为直接开盖。2.3实验动物安全了解情况。99.12%的同学了解实验动物生产需要许可证,2.65%的同学不了解;91.15%的学生了解实验动物经常出现的人畜共患病,8.85%的学生不了解;99.12%的学生会在进行实验动物操作时穿戴合适的个人防护装备,而0.88%的学生则不会;99.12%的同学知道实验动物存在分级,只有0.88%的同学不知道。2.4其它情况。88.5%的学生了解气溶胶,12.39%的学生不了解;93.81%的学生知道气溶胶会引起实验室内感染,7.08%的学生不知道;100%的同学知道实验室要定期进行消毒;70.8%的同学认为消毒剂配制好以后不能存放到下次使用,32.74%的同学认为可以继续使用;97.35%的同学知道实验室冰箱不能存放食物,3.54%的同学认为可以存放。针对调查中发现的问题:同学们在日常学习中基本没有接触过生物安全柜,对生物安全柜的了解不够,认为挥发性有害物、非感染性材料要在生物安全柜内操作,这是常识性的错误,今后在教学中要重点介绍生物安全柜的操作注意事项,并提供现场教学,给同学们一个直观的认识。其中有同学提出:“需要开设实验室生物安全相关课程,对于生物技术专业来说,需要经常在实验室进行操作,这门课可以不需要那么多的学时。可以适当设立学生讲堂,让学生亲自接触,更多的深入了解实验室安全管理,让学生动手操作,加深印象,结课时可以用综述的方式作为学期总结。”这是非常有代表性的观点,充分表达了同学们的主观能动性,值得引起授课老师的重视,并将其作为课程改革的一个重要依据。在调查中,80%的同学认为生物安全教育应该以实践为主,理论为辅。其中有同学提出,目前生物安全概论课程是作为一门选修课程,今后应作为必修课程进行讲授。学校缺乏系统的安全演练,也就是化学品泄漏事故演练以及生物安全事故演练;爆炸事故演练等。实验室管理应向其它管理先进的高校深入学习,形成一套严谨规范的管理制度,并贯彻执行。此次调查范围较小,具有一定的局限性。今后可增大调查范围,维度多样化。
3改进对策
围绕高校培养人的根本目标,针对实验室安全问题,需要建立组织体系,并以制度规范约束各方行为,通过教育培训提高实验室安全素养,强化安全检查来落实整改。围绕人(组织体系)、法(制度规范)、防(专业防护)、环(环境保护)、育(教育培训)等主要方面着力,以查(安全检查)来监督落实,形成管理闭环,形成六要素实验室安全管理模式。[3]3.1危化品规范管理生物实验室的各类硬件和软件建设都有严格的规章制度可循。进入实验室前,由各实验室自行负责安全文件和知识的阅读、培训,成为实验室准入制度的基础。[4](1)严格管理制度,在现有管理制度的基础上,根据实际情况进行调整更新,不断危化品安全管理制度。(2)升级加强危化品采购、入库、核查环节,可参照固定资产管理模式,采购后进行清单上报验,入库出库均有电子记录,并每年定期进行清查,做到帐物相符。(3)高校教师有义务与责任对学生进行危化品安全培训,同时配套相关领域专家进行相关讲座。(4)危化品储存方面需要增大资金投入,各种防护系统及设备进一步完善,例如烟感报警系统等等。(5)提高危化品废弃物处理效率,可考虑与专业公司进行合作,将危化品废弃物管理工作做到实处。3.2定期进行安全培训安全培训是生物安全工作的重中之重,必须常抓不懈。针对高校教学实验室与科研实验室的不同情况,因地制宜,因材施教,制定系统的培训计划。教学实验室使用时间固定,人数众多;而科研实验室使用时间长,人数相对较少。因而在进行安全培训时可进行大班制与小班制的差别培训,另外要根据不同的内容进行专项培训,不能一概而论。3.3课程改革系统开设实验室安全课程,将其作为强制性学习内容,作为必修课程进行严格考核,考核不过关不能进入实验室进行下一阶段的学习。目前生物安全课程只是作为选修课程,师生对其重视程度不高。进入实验室的第一个环节应开展实验室安全课程,严格考核制度,提高学生对其重视程度,加强安全意识。3.4常抓安全检查安全检查形成制度,自查按期进行,自查之后上报,督导部门进行二次检查。安全检查避免流于形式,切实到位,发现问题及时整改,整改之后上报,复查合格方能正常使用。3.5提高安全投入安全投入用于设置专门人员进行管理;防护设备充足到位。高校应重视安全管理项目投入,专人专管,防护设备做到一应俱全,并定期检查防护设备的有效性,做到及时更换。3.6为安全管理提供信息化支撑:建立实验室安全信息宣传平台,通过微信公众号的方式宣传生物安全的重要性,尽快建立健全管理信息系统,实现网络化管理。3.7整体化布局:实验室建设要注重全面性,水电容量依据实验室专业需求设置,定期检查用电容量是否超负荷,如有新入大功率仪器要核实用电安全方可投入使用。3.8实验室安全管理与绩效挂钩:实验室安全管理责任到人,高校应加大管理津贴投入,对于管理表现突出的工作人员进行奖励,管理不到位的进行惩罚,以提高实验室管理人员的工作积极性及责任感。
4结语
总之,高校医药生物技术实验室安全教育是所有实验课程的重中之重,通过安全教育培训,提高学生安全意识,有助于预防风险事故的发生,防患于未然。
参考文献
[1]付拯江,蔡琥,黄智聪,等.高校化学化工实验室安全现状与危险应对[J].广东化工,2020,47(21):172.
[2]唐秋琳,黄强,黄鹏,等.高校生物医学实验室安全管理与教育探索[J].实验技术与管理,2018,35(1):277.
[3]艾德生,黄开胜,马文川,等.实验室安全管理模式的研究与实践[J].实验技术与管理,2018,35(1):9.