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1.引言
物理化学是一门通过研究物质的物理现象和化学现象来探求化学基本规律的学科,是化工、轻化、高分子、环境工程等专业的一门重要的基础理论课,其概念性、理论性、系统性、逻辑性很强,涉及的公式多,应用条件严格,比较抽象,初学者往往觉得困难较大。而且,近年来随着高校扩招,使得物理化学这门基础课往往采用大班教学,课堂通常要容纳百人左右,增加了教师调动课堂气氛的难度;此外扩招后的学生对知识的吸收能力和理解水平以及学习积极性有所降低。如何在科技迅速发展,交叉渗透口益突出的当今,克服这些困难,提高物理化学教学质量,是每一个物化教师应当不断研究的课题。
2.目前物理化学教学中存在的一些问题
课堂教学中发现,由于物理化学理论性强、内容抽象、公式、定律多,很多同学对物理化学畏惧、缺乏信心,普遍感到困难。由于学习卜的困难,有的同学甚至产生了放弃的心理,以致上课根本就不听;由于缺乏对所学专业的总体把握,部分学生没有认识到物理化学与专业课程之间的关系,对学习物理化学的必要性理解不够,抱着应付考试的心态学习物理化学,很多学生寄希望于考试前的突击学习;还有的学生存在盲目自信、眼高手低的缺点,上课虽然能听懂,但是不复习而且不独立完成作业。众所周知,物理化学的公式庞杂众多,必须经过自己的反复推导练习才能熟练应用。由于其理论性强,公式多且较为繁杂,教师、学生都花了不少精力,但往往都没有达到预期的效果,教学效率不高,所以如何提高物理化学的教学效率具有现实的意义。
2.1把物理化学的特点转变为课堂教学的优势
物理化学的特点是条理清晰、推理严密,要把物理化学的特点转变为课堂教学的优势。要学好物理化学必须把握物理化学思维的特点,在课堂上经常把物理化学的教材的主线拎出来,并且反复强调,使学生不再感觉到内容散乱,找不到规律。物理化学的难点在土册热力学基本定律部分,涉及的计算、证明推理不仅内容繁多,而且难度高,很容易打击初学者的学习成就感和积极性,这时候就特别需要教师在课堂上回顾复习知识点的来龙去脉,强化学生对所学内容的感知。在每一章内,要强调本章的基本思路,而开始新的一章时章时,要强调这一册书内容的安排规律,此外还要注重每一章节的复习以及学期末复习。比如第一册内容的安排,在学习热力学第一定律之前就应当讲清楚:首先学习热力学基本定律,然后将这些基本规律用于稍复杂的多组分体系、化学反应以及相平衡体系。这种反复强调可以让学生站在更高的角度来看这门课程,把握课程总体,理清课程思路,有利于学生更好地掌握细节,细节之间增加了有机的联系,自然容易学好记牢。而且,在教学中不能仅仅局限于物理化学问题本身,还要经常让学生从物理化学具体的知识点中走出来,审视物理化学解决问题的方法。例如,热力学定律学完之后首先处理的是单组分体系,然后再处理多组分体系,在第二册又在此基础上处理有电能以及表面能参与的体系,这样一种循序的、由简单到复杂的处理问题的方法在解决其他问题时也是很重要的。因此,学习物理化学也应当是一个方法论的学习过程。
2.2注意课堂教学的趣味性
知识的趣味性是重要的学习推动力,把理论性强、抽象而枯燥的内容变得生动有趣,是提高课堂教学的有效手段。如果一直按课本的内容平铺直叙,只能使学生感到乏味和厌倦。课堂提问是重要的方法,与实际生活相联系的问题,多提问,可以调动学生的思维的积极性。例如,在学习“表面现象”这一节时,可以创设生活中常见有容易被忽略的实例。(1 )荷叶上的露珠为什么呈球形而不是长方体或是正方体呢?学生在思考这个问题时,我们可以趁机引入表面和表面张力的概念。(2)将干毛巾的一端浸在水盆中时,过一会儿毛巾的另一端也会潮湿,这是为什么?新买的毛巾很容易浸湿,但是经长时间使用的毛巾就变得不容易浸湿,这又是为什么?通过这些问题又可以让学生带着兴趣进人毛细现象的学习。当学生学完知识理论并且会运用所学的来分析现象找答案时,教师将成就感。
2.3注意理论知识和实际的结合
(1 )比如水蒸气蒸馏。在学组气液相图后,知道了两种完全不互溶液体形成的液态混合物的沸点低于任一组分的沸点,这一点对于分离提纯一些不溶于水的有机物非常有用,采用水蒸气蒸馏的方法,不仅可以降低提纯温度节约能量,而且在低温下还有利于保护易分解的有机物。此外,这样还把物理化学的知识和前面有机化学里的内容联系了起来,使学生的脑海里的知识点不再孤立。(2)通过热力学第二定律中的热机内容的学习,学生了解了热机的工作原理,并且学会了计算热机效率,这时可以将这些与实际生活中的空调联系起来,将空调供暖与取暖器相比较,这时学生们会发现通过热机供暖的优越性,加深对热机的理解,将有利于热力学第二定律其他章节的学习。(3)在学习完电化学中电池对外做功计算后,可以将同样的物质经过化学反应后放热并将放出的热设计成热机对外做功,并将之与用同样的物质设计成电池对外做功相比较,又会发现通过电池对外作功的优越性,这不仅加深了对电化学的理解,而且加深了对热力学第二定律的理解。通过理论与实践的结合,让学生感受到物理化学其实并不难,而且挺有用,消除学生的物理化学无用论思想。
2.4适当采用多媒体教学
多媒体教学具有直观性、生动性和简洁性,适当采用多媒体教学,也可以一定程度上调动学生在课堂土的积极性。信息技术的发展和普及为教学提供了很大的便利,目前很多学校相当一部分教室都配备了电脑、实物投影仪。通过制作教学幻灯片可以省却教师在课堂上的板书时间,而且讲解图表时也更加方便,富余的时间还可以补充一些本学科的前沿知识。但是,也应当对多媒体教学的负面一影响有充分的认识。在课堂教学中发’现,在使用多媒体教学后,学生记笔记的积极性明显下降,其实记课堂笔记也是一个主动学习的过程,而在使用多媒体教学时,学生完全处于被动接受知识.的状态,课堂教学的内容在学生的脑海里成了匆匆过客。因此,多媒体教学的应用要适可而止,以免适得其反。
2.5注重考核方法的与时俱进
考核是教学的重要环节,如何设计适合的考核方法,提高学生的学习动力和积极性,对学生的学习效果和综合素一质的提高给出合理的评价,也是广大物一化教师应当思考的问题。我们主要采取了开卷与闭卷、平时成绩和考试成绩相。结合的方式。
开卷与闭卷相结合。每一门课程开一始时,很多学生最关注的不是这门课要学什么,而是这门课怎么考试、考什么。让考试成为学生学习的指挥棒,弊端是显而易见的,学习的过程和结果是可悲的。考试应当是一种促进学生学习的手段,而不应当成为学生临时抱佛脚的帮凶。传统的终结式考试模式,即在一学期末进行一次考核,虽然易于组织便于操作,但显然不利于教学目标的实现。我们参照了其他一些院校的做法,确定了开卷和闭卷相结合的考核模式。开卷的形式是开展十分钟不定期课堂练习.内容以讲解过的知识点为主,可以翻看书和笔记,但不准相互交流讨论,一这样可以督促学生平时的学习消化。而且从学生平时掌握知识的情况,教师还可以对教学作及时的反馈。期末采取闭卷考试,测试学生是否牢固掌握物理化学基本概念和原理方面的知识。在考试.的命题方面,要设计既能反映学生知识水平又能检测学生能力素质的考题。由于有平时学习,在期末考试时学生就不至于慌乱无措。
2教学上要下功夫提高学生学习兴趣
教学是由老师的“教”和学生的“学”共同组成一个有机的整体,两者缺一不可[2]。好的教学能引导学生更好的学习,提高学生的学习兴趣和效率。现行的多媒体教学与传统的黑板板书教学方法相比,前者借助多媒体课件,讲课的色彩更加丰富,形象逼真,信息量大,生动直观,在增强教学效果方面作用明显。我们在教学中将讲课PPT制作成精美的课件,在课件中穿插动画,Flash和声音,做到知识点和欣赏性兼顾的原则,从而使学生提高学习物理化学的兴趣。比如表面张力的概念,我们引入了动画,很直观的将液体表面张力的形成予以展示。为了进一步培养学生的学习兴趣,首先,我们努力将物理化学的知识与我们的日常生活紧密联系。比如发生火灾时,逃生用的防毒面具里面含有的活性炭,它可以吸附有害气体,从而引入物理吸附和化学吸附的概念问题。还有生活中,荷叶上的小水滴为什么是圆球状的?洗衣服时加入含表面活性剂的洗衣粉,为什么能把衣服上的污物洗掉等问题,都与我们的物理化学知识相关联。其次,教学内容与我们教师的科研内容相结合。鼓励学生积极参加老师的科研训练项目和大学生创新实验项目,在参与的过程中,将书本理论知识与科研训练实际相结合,能起到学以致用的效果。最后,也要将教学与生产实际相结合。我们的学生都有实习的阶段,教学过程中,有些章节结合生产实际讲解,学生更能领会。如相图这部分,精馏的过程,在化工企业生产上经常用到,由双液相液气平衡理论可知,液体经过不断地部分冷凝和部分汽化,液相中的组成就无限接近于难挥发的物质,而蒸汽中的组成无限接近于易挥发的物质,从而使二组分得到较好地分离[3]。由于与生产实际结合,学生听课认真,学得有兴趣,收到了较好的教学效果。
3引入物理化学科学家故事阐述人生哲理
在学习物理化学课程中,我们会接触到很多著名的物理化学科学家。上课讲到相关内容时,涉及到一些科学家,我们会讲解他们的个人简历和趣闻逸事,提高学生的学习积极性。给学生讲解科学家的一些故事,一方面可以提高学生的注意力,缓解一下课堂的学习气氛,也给物理化学的学习增加一点调味剂;另一方面,每一位科学家的成功都离不开其自身不断努力奋斗的过程,通过了解他们的经历,不仅课堂教学内容丰富了,而且学生对科学的发展产生了浓厚的兴趣,对科学家也产生了崇拜。鼓励学生以这些科学家作为学习的榜样,比如追溯物理化学这个学科的起源,我们不得不提到物理化学“三剑客”[4],他们为开创物理化学而作出了重大的贡献。他们是1901年、1903年和1909年先后获得诺贝尔化学奖的三位不同国籍的化学家:荷兰的范特霍夫、瑞典的阿累尼乌斯和德国的奥斯特瓦尔德。他们在“科学无国界”旗帜下,在以捍卫电离学说为中心的共同战斗中,结成了化学史上一个新型的科学联盟,正是他们的团结协作促成了一门崭新的化学分支学科物理化学的诞生。其中范特霍夫是第一位获得诺贝尔化学奖的科学奖,他50多岁时,还经营着一家乡村牧场,每天清晨亲自送牛奶,被誉为“牧场化学家”。阿累尼乌斯于1859年2月19日生于瑞乌普萨拉附近的维克城堡。他是电离理论的创立者,成功解释了溶液中的元素是如何被电解分离的现象,研究温度对化学反应速度的影响,得出著名的阿累尼乌斯公式。此外,他还提出了等氢离子现象理论、分子活化理论和盐的水解理论。对宇宙化学、天体物理学和生物化学等也有研究。在讲到稀释定律时,介绍了奥斯特瓦尔德的生平事迹,他出身普通家庭,求学时对化学产生浓厚的兴趣,1884年在博士论文中提出了电离假设,1888年提出了以他的名字命名的奥斯特瓦尔德稀释定律,1909年因在催化作用,化学平衡,氨制硝酸等方面的杰出贡献而获得诺贝尔化学奖。这些科学家的共同点就是求学的道路上经历坎坷,有强烈的求知欲,经历了不同的几所大学,终身学习,从而使他们在物理化学领域取得了举世瞩目的成就,这种精神值得我们后人学习。
4实验教学环节,理论结合实践
物理化学课程具有理论抽象、推理复杂和计算繁琐的特点,是一门既难教又难学的理论课程。在课堂上学生只能学到书本上的理论知识,只注重基本概念的讲解、简单数学公式的推导和计算,学生感到枯燥无味,对学习没有兴趣。为了让学生真正理解和掌握物理化学基本原理知识,实验教学是必不可少的环节之一。通过实验教学使得理论知识与实际相结合,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。实验教学是物理化学教学过程的一个重要环节,对于培养学生的科研素质具有至关重要的作用。在传统的物理化学实验教学模式中,教师按实验教科书先把实验所涉及的原理、仪器和具体实验过程进行详尽的讲解,然后由学生按部就班地去重现实验内容[5]。实践证明在这种以老师为主导的实验教学过程中,学生在实验动手能力培养上和独立思考上都收获不大。基于此,我们对现有的实验教学模式进行了改革创新尝试。把实验教学内容分为基础验证性实验和综合性实验两大部分。在基础验证性实验部分,主要是要求学生熟悉物理化学实验中常用仪器的用途、使用原理和操作方法。在综合性实验部分,指定几个实验任务,要求学生自己查阅文献相关资料,进行实验设计,将实验设计报告在规定的时间内,交给指导教师审阅,再完成实验内容。在实验进行过程中,老师可以进行必要的辅导。实验结束后,老师结合整个实验过程,包括实验设计的科学性、仪器操作、数据分析和研究报告等综合给出评分。综合性实验具有鲜明的研究型特点,能更好的激发学生学习的热情,培养学生的探索精神和独立的科研思考能力,受到学生的一致好评。
5建立课程过程考核评价体系
为了检验教师教学质量和教学效果,同时检查学生对所学知识掌握的程度和存在的问题,必须建立一套完整的考核评价体系。物理化学课程考核办法一般是由平时成绩(20%)和期末考试成绩(80%)两部分构成,存在的主要问题是期末考试成绩在总评成绩中的比例偏重。这种考核方式的弊端是学生平时学习不认真,期末考试前一周搞突击,起不到督促学生平时学习的作用。因此,我们重新建立了课程过程考核评价体系,采取的是平时成绩占10%,主要评分标准是课后作业的完成情况;出勤率成绩占10%,督促学生平时认真上课;增加一次阶段考试或者考核占30%,可以采取卷面考试的方式,也可以采取随堂考试或者课程论文的方式;期末考试比例下降,只占50%,期末考试全学期所学的内容都在考核范围内。在原有基础上,降低了期末考试的比重,不同学时的课程中间加上阶段性考试或考核的次数也不同,规定小于等于48学时的课程,期间加一次阶段性考试或考核;大于48学时小于等于64学时的课程,期间加两次阶段性考试或考核[6]。虽然教师的工作量比改革前增加了,学生的考试或考核次数也增加了,但学生的学习主动积极性得到了提高。学生要想取得优异的成绩,阶段性成绩也不能马虎。目前我们建立的这套过程考核评价方法,其实质就是将考核贯穿于学习的整个过程,学生要适应这种体系,就要不断的学习。
中图分类号:O642.0 文献标识码:A 文章编号:167Z-3198(2009)05-0188-02
物理化学是物理学与化学交叉的边缘学科,是化学学科的一个重要分支,是化学学科的理论基础。该课程是化工技术类专业一门必修的重要的基础课,它在化学与化工人才培养中有负有极其重要的作用,对学生科学世界观和综合素质的培养、动手能力和创造思维能力的培养起着至关重要的作用。因此必须加强物理化学课程建设,不断深化教学改革,提高教学质量,创建精品课程,才能完成时代赋予我们的使命。
物理化学教学改革包括教学内容(即教材)改革、教学过程改革、教学方法手段改革、教学管理(包括教学时间、教学安排、考试内容、考试方法、评分标准等等)改革。
1 教学内容改革。即教材改革
我们先后使用了天津大学王正烈主编的《物理化学》第一版、第二版,教学过程中,不断选用新教材,对老师来说要加重负担,要不断写新的备课笔记。但我们体会到,写备课笔记可以加深对内容理解,提高教学效果。近些年来由于量子力学、微电子技术、波谱技术的发展,新材料、新催化剂、纳米材料的出现,促进了物理化学的发展。因此在教学内容上就不能局限于教材,要把物理化学的新知识、新成果介绍给学生。
2 教学过程改革中。采用“六个相结合”
①宏观与微观相结合。对于难理解的概念,先从微观上解释,说明其物理化学意义,再从宏观上形象化。比如介绍熵的物理意义时,我们可以将红墨水滴入水中,红墨水不断扩散。系统混乱度逐渐增大,来描述熵是系统混乱度的量度。
②理论与实际相结合。例如讲孤立体系熵增加,而开放体系因为可以有负熵流,可使开放体系熵减少。教学中联系生物体成长、壮大、死亡过程与熵的变化情况;还联系我国的改革开放政策,孤立体系――“一个封闭的山村”,熵值会越来越大,发展的动力就越来越小,经济落后,人民受穷,而要改变面貌。必须改革开放,把山村变成开放体系,“要想富先修路,少生孩子多种树”,引进外资、引进先进科学技术,就是引进负熵流,使体系熵值减少,才能快速发展。这样既加深了对熵定律理论的理解,又能从自然科学角度说明党的改革开放政策是正确性。
③内容与方法论相结合。对物理化学中一些原理、定律的建立,除了要讲清原理的内容外,还要说明该原理是采用何种研究方法得来的。例如讲理想气体、理想溶液、理想吸附时,向学生说明这是采用理想模型法得来的;讲可逆过程时,说明这是采用科学抽象法得来的;讲标准燃烧热、标准生成热、标准电极电位等时,说明这是采用相对数值法得来的。还结合教学内容向学生说明逆向思维、发散思维、类比思维方法的运用,教学中注意培养学生创造思维能力。
④基础知识与前沿知识相结合。在教材的每一章末尾。或习题课上,介绍与本章内容相关物理化学前沿新知识、新理论、新成果、新技术。
⑤课堂教学与教学研究相结合。在课堂教学中,要把教学研究成果结合进去。例如在讲熵判据时,结合教研论文“对化学热力学熵判据的讨论”,来讨论“熵总是过程方向的判据吗?”,在讲化学平衡移动时,结合教研论文“反应组分浓度对化学平衡的影响”,来讨论“增加反应的浓度平衡一定向产物方向移动吗?”等等。
⑥理论教学与化工生产相结合。我们是职业院校,培养的大多数学生将来要到化工生产第一线,因此更要注重实验环节,增强学生学习兴趣,培养高技能,高水平的应用性人才。例如在讲化学反应速率时,结合工业合成氨的具体状况。探讨如何提高反应速率,增加氨的产量。
3 习题课是提高教学质量的重要环节
物理化学课程是一门十分强调概念、定律和逻辑推理的理论课程。要学好它很不容易的,物理化学被认为是化工技术类专业中最难学的课程。难学的原因在于它有许多基本概念、基本定律,非常抽象不好理解,不好掌握,习题难解。我们在教学实践中体会到,要化难为易。提高学生学习积极性,除了上好理论课外,习题课是一个重要的、必有可少的环节。学过物理化学的人都知道,必需多做习题。在解题过程中,加深对理论的熟悉与理解,培养分析问题、解决问题能力,解题过程是理论联系实际的过程。上习题课要象上理论课一样,认真备课、写好教案。我们习题课的内容一般包括下列几个部分:
①扩大知识面的新理论、新知识介绍。
②归纳总结一章中所学的知识。学生每节课所学的知识往往是“零碎”的感觉、片段的知识,只有把它们联系在一起,形成相互关联的知识系统,才能更深刻理解,更好掌握。为此,每一章学习后,我们帮助学生把一章中所学的知识点以“联络图”形式进行归纳总结。
③总结学生作业中问题。对学生作业中的错误,特别是典型的有代表性的错误要及时指出,对有特色的解题技巧要介绍推广。
④组织讨论思考题。一般教材的每章后面,都有一些思考题。我们先布置给学生先思考、解答,习题课时进行讨论讲解。
⑤做一定数量的练习题。每章学习后,我们都印发给学生一些数量的练习题,其中选择题20个左右,计算题5至8个。这些练习题都是历年教学中精心挑选出来的,有代表性,有一定的难度。我们一般提前发给学生,要学生先做一遍,上习题课时,老师选择其中典型试题讲解。
4 把现代化教学手段应用到物理化学教学中
20世纪90年代以来,计算机技术与网络技术飞快发展,多媒体计算机集文字、声音、图形、图像、动画、影视等为一体,突破了时空限制,虚拟现实。多媒体计算机与网络成为重要的教学手段、教学工具,把多媒体计算机应用到教学上,实现教学现代化。多媒体计算机在教学上应用,使教学的思想、教学的理论发生了变化,教学手段、教学方法、教学观点与形式发生了变化,课堂教学的结构与内容、课外辅导的内容与形式、考试内容与方式、学生成绩评定的标准与手段等发生了变化。国内外的大量实践表明,进行计算机辅助教学,提高了教学质量,提高了学生的素质。把多媒体计算机和网络技术应用到教学中,是教学改革的一个重要方向。计算机辅助教学有以下建议和思考
①编制课堂教学的电子教案与教学课件。
②对教材的思考题、练习题、习题进行详细解答。并且输入到计算机中,形成word文档。
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)02(c)-0127-01
《物理化学》是国家教育部制定的药学类专业的非常重要的一门专业基础课,我校开设物理化学的专业很多,例如制药工程专业、药物制剂专业、药学专业实验班等,物理化学课程已经成为各药学专业的基础平台课程,但是在教学过程中,学生普遍反映物理化学公式多、理论性强、逻辑推理严密、课时虽多但过于抽象(理论课80学时,实验课20学时),教学内容难以掌握;学生感到难学,教师感到难教。特别是学生做到学以致用更是难上加难,因此要提高教学质量,激发学生的学习兴趣,就必须结合药学专业特点,优化教学内容、教学方法和教学手段。
从前我只承担物理化学的教学任务,考虑到该专业基础课和很多药学课程衔接紧密,特别是药物制剂学,如何能把物理化学的理论知识融入到药物制剂学中是我长期思考的一个问题,在学院领导的大力支持下,物理化学教师从化学教研室分离出来,加入到药剂教研室这个团队中,因此笔者也逐步承担了一些药物制剂学的课程,在给几个年级、专业授课的过程中,分别采用了传统教学内容(纯物理化学)和课程整合后内容(物理化学与药剂学融合)并跟踪了解了教学效果。
1 授课对象的选择
为了比较课程整合后与整合前的学生知识掌握程度,选择授课对象是非常重要的,为此我选择了11级制药工程专业和11级药物制剂专业作为传统教学授课,这两个专业物理化学课程的开设学期为大二下学期;选择10级药学实验班进行物理化学与药剂学课程整合后的试点,课程开设学期为大三下学期。这三个专业的授课教师相同,同一学期授课。(为方便起见,以下称11级制药工程专业与药物制剂专业为A组、药学实验班为B组)两组具体情况如表1所示。
2 课堂教学的设计
2.1 传统教学(A组)的课堂教学设计
授课所选的实验为单纯的物理化学实验与药剂学实验,实验内容主要包括物理化学实验:热力学原理、相平衡原理、动力学原理、表面现象、溶胶性质等,药剂学实验:鉴定新型制剂中间体的形成、制备稳定的乳剂的重要理论基础、药物制剂有效期、表面活性剂是药物制剂中常用的辅料1、电位是判断微粒制剂(如微乳)稳定性的一个重要参数[1]。课上教师利用20 min的时间通过提问、引导的方式对理论课的知识点进行梳理,以便学生能加深记忆。能够把理论知识应用到物理化学实验中,独立的完成物理化学实验。
2.2 物理化学与药物制剂学整合(B组) 的课堂教学设计
(1)精心设计实验
为了把物理化学的理论知识与药物制剂学理论进行完美的融合,使学生能够把所学的知识应用到日后的实际工作中,在韩翠艳主任的带领下,全体教师对实验内容进行了精心的设计,整合后的实验主要有五个:差热分析固体分散体或包合物、乳剂配方的筛选、Vc和青霉素或硫酸链霉素有效期的测定[2]、表面活性剂的筛选、微乳制备及电位测定[3]。
3 教学效果的分析
课堂上学生的表现与期末考试成绩是检验课堂教学效果的最好手段。
3.1 考核内容及考试成绩统计
3.2 成绩分析比较
(1)从实验课成绩来看,A组平均分为38.8,得分率为77.6%;而B组平均分为45,得分率为90%,可见采用整合后的综合实验学生实际操作能力明显高于整合前的传统授课。
(2)从期末考试成绩来看,A组平均分为32,得分率为64%;而B组平均分为37分,得分率为74%,可见采用整合式教学专业学生成绩明显高于传统授课专业,但考虑实验班学生入学时成绩较高,学习努力,因此,期末考试成绩仅做参考。
(3)平均成绩来看,A组的平均成绩为70.8分,B班的平均成绩为82分,可见两组成绩有明显差异。
4 结语
采用物理化学与药物制剂学课程相互融合进行教学,可以引导学生运用理论知识对实验进行分析,这样可使学生更深切地理解理论的真谛,另一方面培养了学生分析、解决问题以及查阅文献的实际能力,另外通过学生的听课效果反馈,实验班学生普遍认为整合后的实验内容实践性更强,对其提高综合能力帮助很大,因此在以后的教学过程中应面向药学专业,体现药学专业特色,选择合理的教学内容进行整合,探索最有效的教学方法和教学手段,提高教学质量,为国家培养合格的药学专业人才做出自己的贡献。
参考文献
物理化学课程是我校中药学、药物制剂和药学等相关专业的一门基础化学课程,它是针对药学相关专业二年级的学生开设的,与后续药剂学、药物动力学以及药物化学课程关系密切,在基础课程和专业课程之间起着重要的桥梁和纽带作用。物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手,利用物理仪器和实验手段来探求化学变化基本原理和规律的一门科学。物理化学具有理论性强、内容抽象、逻辑性较强、公式繁多等特点,其教学内容不仅涉及无机化学、有机化学和分析化学的知识,而且还要用到物理学和高等数学的知识。我校药学专业的学生,数理基础相对薄弱,抽象思维和逻辑思维较差。因此,学生在学习物理化学时感到非常吃力,畏难情绪严重,难以学以致用,缺乏学习的兴趣和热情。针对以上这些问题,我们结合药学专业特色,从教学内容,教学方法和教学手段等方面进行物理化学教学改革,以激发学生的学习热情,提高物理化学课程的教学质量。
1.结合药学专业特色,精简教学内容
在实际的教学过程中,结合药学专业特色,精简教学内容。适当减少热力学部分的授课学时,增加相平衡、动力学及表面现象等与药学密切相关的授课学时[1]。热力学部分的重点在于学生对热力学研究方法的理解和掌握,而不是热力学函数之间的关系,省去复杂的公式推导,让学生清楚公式的使用条件和应用范围即可。相平衡部分重点介绍吉布斯相律、单组分和二组分体系的相图,要求学生掌握相、组分数和自由度等基本概念,学会分析单组分体系和二组分体系的相图及应用,特别是蒸馏和精馏的原理以及萃取的基本原则。化学动力学部分主要讲授浓度对反应速率的影响,阿累尼乌斯公式及其应用,催化作用等,对反应速率理论可以不做介绍,作为课外阅读要求学生自学。表面现象是药学专业物理化学教学的重点和难点部分,与后续药学专业课关系最为密切。重点介绍比表面、表面吉布斯自由能、铺展、润湿与吸附等知识,难点是高分散度对物理性质的影响,拉普拉斯方程和开尔文公式的推导及应用。胶体化学部分,重点介绍胶体的动力学、光学和电学性质以及大分子溶液的基本性质、溶解规律及其应用。
2.优化教学方法
在物理化学教学过程中,要彻底摒弃传统的满堂灌、填鸭式的教学方法,积极倡导问题式、探究式和启发式的教学方法。尤其是在互联网+教育的理念下,我们更应该与时俱进,优化教学方法,使教学活动能够在互联网上进行,老师在互联网上教,学生在互联网上学,师生可以互动,学生之间也可以相互讨论和交流。这就需要教师不断提升自身的业务水平,提高教育信息技术,做好教学网站和教学视频的建设,改进教学模式,转变学生的学习模式,增强学生学习的主动性,改变现在学生被动学习的状态,从要我学变成我要学,真正成为学习的主人。
3.丰富教学手段
目前我们大多采用多媒体课件和板书相结合的教学手段,两者可以相互补充,大大增加课堂信息量,提高课堂教学效果[2]。目前多媒体课件作为辅助教学手段,可以节省板书的时间,增加授课内容,但是形式比较单一,基本上以文字和图片为主,很少出现音频和视频等媒体,教学手段仍需要丰富。在互联网+的时代背景下,我们可以借助互联网的优势,搜集各大网站的音频和视频等教学资料,制作教学网页和教学视频,利用各种在线教学资源来丰富教学手段。当下非常流行的“翻转课堂”、微课、慕课等新兴的教学手段势必应用到物理化学课程的教学过程中,使我们的教学手段更加多元化和国际化。
4.改革考核评价制度
原有的成绩考核分为实验成绩和理论成绩两部分,其中实验成绩占30%,理论成绩占70%。改革后的考核评价制度,加强对学生课堂出勤和课堂表现的考核,促进学生主动学习,积极思考,增强课堂的互动效果。另外加强互联网在线学习的考核,不仅可以调动学生日常学习的积极性,还可以培养学生的自学能力和独立思考的能力;最后加强平时作业质量考核,特别是要求学生查阅科技文献的相关作业,培养学生基本的科学素养,训练学生运用学科语言的能力。在新的考核制度中学生总成绩包括课堂表现成绩、平时作业成绩、实验成绩和理论考试成绩,其中课堂表现成绩占20%、平时作业成绩占20%,实验成绩占20%,理论考试成绩占40%。通过以上几个方面的教学改革证明,学生对物理化学学习的积极性得到了很大的提高,能够主动参与课堂讨论,敢于提出问题,解决问题。学生对待物理化学课程的态度有了明显的改观,觉得物理化学对今后的学习和工作是有帮助的,改变了以往被动学习的状态。当然,物理化学教学改革任重而道远,我们将根据学生的实际反映和需求,及时作出调整。在国家互联网+的时代背景下,进一步加深对物理化学课程教学的改革和探索,改变学生的学习模式,提高学生的学习兴趣,使学生在轻松愉快的环境中掌握专业知识,从而提高物理化学课程的教学质量。
参考文献:
物理化学是一门借助物理的基本原理,揭示化学基本规律的学科,也是一门理论性、系统性、逻辑性很强的学科,具有理论公式多,推导复杂的学科特点。初学者往往感到抽象难懂,对数学知识要求高,容易产生畏难情绪,也往往认为理论知识学了没有用途,导致失去学习的兴趣。为了解决物理化学中抽象难懂的问题,通常采用的方法是在教师授课时列举一些与生活实践相关的现象,借助物理化学知识加以解决,但是这只是一些简单的应用,并且借助于互联网络都能得到容易理解的结果,但是对于有一定知识水平的大学生似乎显得过于简单,并不能激发他们对物理化学学习兴趣,解决他们对物理化学理论学习的困惑,展示理论知识与科学实践和生产实践的紧密联系,从而体现物理化学作为基础学科的价值。另外,物理化学中化学规律和数学公式都是从科学实践总结出来的,能指导科学实践活动。因而,在物理化学实际教学中,除了要结合生活实践之外,教师应该适当阐述理论公式的实际科研来源以及这些理论知识在科学前沿研究和生产实践的应用价值,才能引导学生逐渐认识到物理化学知识理论学习的重要性,同时也可以通过科研实例刺激学生的好奇心和求知欲,从而激发学生对物理化学学习的兴趣。因此,教师科研能促进物理化学理论教学,也能促进学生对当前科研前沿的了解,激发学生的求知欲,培养学生的科学素养,为今后的发展奠定基础。
1科研实践对物理化学教学的促进作用
1.1物理化学理论在科研实践中的应用
尽管物理化学科研实践的实验方法和手段比较复杂,但是常常使用了大学物理化学书本上的基本原理和基础知识,因而,我们可以选择一些合适的科研实践活动将其应用到物理化学教学中,以提高学生对物理化学基础理论重要性的认识,帮助他们更好地理解这些基础知识,激发他们对物理化学学习的兴趣。这里我们以原电池的基本原理在科研中的应用来阐述物理化学基础理论知识学习的重要性。已有文献报道具有缺陷的碳纳米管浸入到一定浓度的氯铂酸或者氯金酸溶液中,通过原子力显微镜能够观察到在碳纳米管的边壁缺陷上快速形成金属铂纳米粒子或者金纳米粒子[1]。这金属离子自发还原沉积碳纳米管上的现象归因于金属离子与碳纳米管之间的原电池效应,电极反应分别是PtCl42-+2e-=Pt+4Cl-,AuCl4-+3e-=Au+4Cl-。根据电极电势的数学公式计算出PtCl42-和AuCl4-的还原电势以及碳纳米管的氧化电势,并比较它们的大小,从而能判断出金属铂或者金粒子是否能沉积在碳纳米管的边壁上。更进一步地研究表明利用原电池效应可以在碳纳米管的表面边壁上沉积四氧化三铁、氧化亚铜、二氧化钒等中间价态的金属氧化物,计算这些金属离子与碳纳米管之间的电极电势ΔE=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(R-CNTs/O-CNTs)、ΔE=φ([Cu(NH3)4]2+/[Cu(NH3)2]+)-φ(R-CNTs/O-CNTs)和ΔE=φ(V5+/V4+)-φ(R-CNTs/O-CNTs),通过控制溶液的pH值和碳纳米管的结构等反应条件实现中间价态的金属氧化物沉积在碳纳米管的表面,关键是通过原电池效应合成的碳纳米管-金属氧化物复合材料在催化加氢反应、苯酚羟基化反应等催化反应中展示了比其他方法合成的该种复合材料更加优异的性能,体现了合理的使用电化学方法合成材料具有重要的应用价值[2-4]。尽管这些科研工作涉及的内容比较广泛,考虑的因素复杂,但是在材料合成方面的基本原理仍然是物理化学中原电池电极电势的相关基础知识。实际上,物理化学中热力学、溶液中的化学势、物质的相图、吸附脱附、动力学研究等基本知识在当前的科研都有广泛的应用,利用这些基本知识来验证过程的可行性或者借助它们推断出物理化学及其相关学科中更深层次的机理或者原理[5-7]。因此,物理化学的基础知识在当前的科学研究工作中仍然具有重要的价值,是学生为今后工作和学习所必须要掌握的。
1.2科研实践对学生物理化学学习的促进作用
物理化学中的基础知识都是比较抽象,数学公式比较多,这增大了学生学习的困难,但是这些基础知识都是来自科学实践,相应地能用来指导科学实践活动,因而,学习物理化学基础知识的时候借助于科研实践来展示这些知识,能帮助学生更好了解和掌握这些知识。首先,科研实践的学术论文为了更好地解释相关原理往往都使用大量的图表或者视频,直观地展示和支撑他们的实验结果,帮助读者理解论文的结论。教师可以根据物理化学相关章节的内容提炼这些学术论文,在教学中利用论文中直观的图片或者视频给学生展示对应的知识点,使得抽象的知识图像化、具体化,同时将枯燥无味的理论知识形象生动地呈现到学生的面前,加深学生对该知识点的印象,促进学生对该知识点的理解和掌握。其次,物理化学的教学过程中可以借助科研实践论文生动地展示给学生,不仅能帮助学生理解这些知识点,更能让学生意识到物理化学课程中基础知识与生产实际有紧密的联系,而不是为了学习抽象的知识而学习这些知识。它们能够直接应用到实际科研和生产实践中,并指导科学实践和生产实践活动,使得学生不再认为理论知识难学而没有用途,更不会消极地学习和理解这些物理化学基础理论知识。学生会更加积极主动理解和掌握所学知识点,甚至通过网络数据库等相关工具,更进一步地详细了解与物理化学书本上相关知识内容,从而间接地提高他们的自学能力,培养他们积极主动学习的能力。最后,借助物理化学教学引入科研生产实践的概念,让学生接触基础知识应用到令人好奇的未知世界,从而提高学生学习物理化学基础知识的兴趣。既使学生学习到必须掌握的物理化学基础知识,同时又接触到物理化学方向科研和生产实践的前沿,掌握当前物理化学科研和生产实践的动态。让学生从一开始学习基础知识灌输科研实践的相关知识,引导学生关注本学科发展前沿和科研动态,使学生浸润在科研的氛围下,产生浓烈的科研倾向[8]。从而使学生寻找自身喜欢的学习方向和学习兴趣,建立严谨的科研和学习态度,刺激学生对未知世界的求知欲望,并潜移默化地培养他们的科学素养,为今后的工作学习提供基础。因此,物理化学教学中引进科研实践,不仅将枯燥无味的理论知识形象生动化,而且能让学生认识到物理化学理论知识学习的重要性,培养他们的基本科学素养,激发他们对未知世界的求知欲望。
1.3教师科研实践对物理化学教学的重要影响
对于普通本科院校来讲,无论什么样的教学改革都是围绕教学方式和手段在课堂教学过程中的运用,无法代替教师的角色,无法改变教师授课主体的本质,因而,教师在教学过程中起着重要的作用。只有通过教师的教导和示范作用才能使课堂教学变得更加生动鲜活,也对学生的学习和行为有直接地引导作用。因而,教师自身的专业水平决定了他的教学水平和教学能力,而科研实践活动对教师有很大的锻炼和启发作用,增加了教师的业务知识水平,对课堂教学有非常大的促进作用,因而,要提高教师的专业水平应该鼓励教师积极参与科研实践工作[9]。首先,本学科专业教师开展科研实践工作之前必须不断查阅大量新的文献资料,了解当前科技发展的动态,及时跟踪本学科领域的最新进展,更新和丰富本学科的理论和知识。这个过程有利于提高教师发现问题、分析问题和解决问题的能力,并不断更新和完善自己的知识体系,能更好地将当前本学科科技发展动态传授给学生,同时随着知识水平的提高教师将以新的高度去思考学科发展趋势,自然而然地应用到教育教学和人才培养的模式,进而思考未来人才的发展趋势和人才培养的最佳方法。其次,教师从事科研工作对该学科未知领域的探索研究是一个长期而艰苦的过程,能提高教师的逻辑思维能力和表达能力,能培养教师一丝不苟和勇于创新的严谨治学态度、顽强拼搏的精神以及良好的科研素质,激发教师的创新思想,迎合当前国家鼓励创新创业的潮流。教师在科研中的锻炼往往对学生起到表率作用,促进培养学生的创新能力、顽强拼搏精神以及严谨的科学作风,对学生成才起到推动作用。此外,教师的科研成果能让学生直接感受到科研并非遥不可及,对学生有很大的引导和促进作用,同时可以激发学生对科研的兴趣和求知欲望,主动参与到教师的科研实践,激起他们对物理化学基础理论学习的热情[9]。因此,教师要实现物理化学教学的改革创新,适应当前形式下物理化学教学的发展,仅凭教学经验是远远不够的,必须从事科学研究去实践、去探索、去创新,进一步提高本学科的知识结构,从而加快教育观念的更替,逐步形成具有自身特色的教学方式,将新理论、新方法渗透到物理化学教学实践中,才能改变多年从教的疲惫与困惑,同时也激发了自身潜在的创造力。
物理化学是在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为研究对象,大量采纳物理学的理论成就与实验技术,探索、归纳和研究化学的基本规律和理论,构成化学科学的理论基础,也是本科教学中四大基础化学之一[1]。物理化学的形成与进步得力于数学、物理学两大基础科学的基本理论与技术,同时反过来也推动了它们的发展,丰富了它们的内涵。物理化学的水平在相当大程度上反映了化学发展的深度。对于非化学相关专业本科生,例如:建筑工程、环境专业,物理化学也是这些专业的必修课程之一,并且我校安排的授课学时为48学时,授课时间为一学期。目前各化学基础课的学时在缩减,而对学生创新能力和素质的要求则在提高,这就要求对基础课教学内容大胆改革,与时俱进,不断地进行整合与更新。由于该课程是一门概念性、理论性、系统性和逻辑性都很强的学科,涉及的公式多,应用条件严格,且比较抽象,因而对于本科初学者感觉《物理化学》难学难懂,就连教师也感觉难教难讲。在这种情况下,如何使得教师讲好此门课程,充分带动学生的主观能动性,提高教学质量?通过《物理化学》课程的学习,培养学生新的思考问题,解决问题的能力,培养学生独立工作能力,培养学生更多、更好地掌握新的理论、新技术的能力。因此,主要在以下几个方面做了些有益的尝试。
1强调学习物理化学的重要性
对于非化学化工专业的学生来说,物理化学不属于本专业的基础课程,所以学生会有只要考试考及格就可以的想法。面对这种局面,教师在上课的时候就要首先强调物理化学课程的重要性以及与学生专业的相关性,以期改变学生的这种想法,这对以后的上课是非常有益的。目前对化学分为“无机化学、有机化学、分析化学、物理化学”四个分支,有人比喻说:无机化学、有机化学是化学的躯体,分析化学是化学的眼睛,物理化学是化学的灵魂,可见物理化学的地位有多重要。这些学生虽然没有接受化学专业学生系统的各种化学基础课的学习,但是大部分学生都学习过无机化学或者工程化学基础,这些课程里面已经包含了简单的物理化学基本知识,特别是热力学的一些基本知识[2]。物理化学的任务是把化学领域中各种现象联系起来,对其中的一般规律予以更深刻、更本质的探讨,所以学生学习起来会有种看不见、摸不着、抽象难理解的感觉。所以,教师的第一堂课是非常重要的[3],根据学生手中的课本,简单介绍各章节内容之间的联系,使学生对整个课程安排有个基本的了解。同时,由于物理化学概念多公式多,学生按照以往死记硬背的学习方法达不到较高的学习效率。所以,第一堂课中教师要帮助学生建立正确的学习方法,使学生尽快地进入物理化学的学习状态。
2多种教学手段并用
随着近年来多媒体教学在课堂教学中的普及,从小学到大学,多数教师上课时会使用多媒体教学[4]。多媒体教学的关键是课件制作。每个教师都有自己独特的教学风格,因此教师自己编制课件也会体现自己的教学风格,使课件具有自己的特色。这在教师备课的过程中尤为重要,通过自己制作课件,可以有意识地突出课程的重点、难点,并将各种知识按照自己的习惯连贯起来,这样在讲课的时候才会得心应手。目前,各门课程在网上的课件都有很多,很多教师会直接下载网上的课件或拷贝其他教师的课件,这对于课程整体的把握没有帮助,因此教师自己制作课件也是对课程系统性和连贯性的把握。任何新生事物有利也有弊,多媒体教学也不例外。经过大量的教学实践,多媒体教学的弊端也显现了出来。例如,信息量过大,导致学生对文字、公式的印象不深;课件讲解太快,不利于学生理解和简化晦涩难懂的数学公式,缩短了学生的思考时间。同时,这门课程的内容又较多较难,48学时仅仅够教师按照课件快速讲解。如果多些板书或者讲解再深入些、和学生互动多些,那么这些学时就完全不够了。为了尽量避免这些弊端,作者在授课时会采用多媒体和板书相结合的方式,特别是一些难点、重点,边讲边板书可以放慢讲解速度,使学生有足够的时间思考,有助于学生对各知识点间的逻辑关系有清楚的理解。按照学校的教学大纲要求,在教学时所有知识点都要涉及,但是可以选择性的将一些重点、难点课上详细讲解,而一些易懂易学的内容留待学生自己学习,教师讲课时可以尽快的一带而过,这也锻炼了学生自学的能力。
3活跃课堂气氛,提高学生的兴趣
课堂教学中,师生之间除了知识信息的传递外,情感的交流与互动也是很重要的一个方面。如果一个学生喜欢这个教师,也会“爱屋及乌”的喜欢这个教师所上的课,在课堂中就会积极主动的按照老师的要求去完成,变被动学习为主动学习。那么,如何增加课堂的吸引力呢?兴趣是最好的老师,尤其对物理化学这种理论性强,抽象难懂公式多的课程更是如此。学生在上课时往往很难长时间集中注意力和保持较高的兴趣。因此,教师在讲课时要通过一些技巧来增加课堂的吸引力。例如,讲课时声音洪亮,音调抑扬顿挫,语速适中,语气亲切。使用富有感染力、丰富多彩的语言来提高学生的兴趣。其次,注重课堂提问与讨论。将“教为中心”的课堂转变为“学为中心”的课堂,让课堂真正成为学生学习的场所,让学习成为课堂活动的核心。许多教师会发现随着学生年级的增长,学生的课堂活跃性越差。长久以往,教师在课堂上不再提问,学生不再回答,完全变成了“教师讲,学生听”的模式。往往低年级的学生对于老师的课堂提问都非常踊跃的回答,但是高年级的学生就不是这样。作者在课堂上也遇到这种问题的时候没有气馁,而是继续鼓励学生积极讨论和回答问题。采取了让学生主动回答或者坐在座位上回答问题,而不是选择某个同学站起来回答问题,这样可以摒弃学生心理上害怕回答问题出错而觉得丢脸的想法。通过多次课堂实践,这样的方式确实会起到提高课堂教学气氛的效果,学生也能接受这样的方式,同时在学习新知识的时候也复习了旧知识。
4理论和实践相结合
由于物理化学学科的特点,学生在学习过程中很难有直接的感官认识,认为物理化学知识只是书本上的知识,与日常生活无关,导致学生在学完课程后除了应付考试,好像不知道这门课到底有什么用处。因此,教师除了讲授书本知识之外,还要结合生活生产中的各方面介绍应用,真正让学生做到学为所用。例如讲解稀溶液的依数性时,公式讲完后顺便介绍依数性的应用,加深学生印象[5]。利用凝固点下降原理,将食盐和冰(或雪)混合,可以使温度降低到252K,所以,北方的下雪天会在地上撒些食盐。溶液的渗透压在生物学中有很重要的作用,为什么土壤中的水分可以运输到植物的顶端?为什么海水中的鱼不能在淡水中生活?为什么人类静脉注射生理盐水的浓度一般都是0.9%?这些都与渗透压有关。再比如,新房装修后使用活性炭来除甲醛,荷叶上的小水滴近似呈球形并且能够滚来滚去,日常生活中各种表面活性剂(洗涤、农药喷洒)的使用,人工降雨,纳米材料等都离不开界面现象的知识。在讲授物理化学基础理论知识的同时,也可以将物理化学基础知识与教师自身的科研内容相结合,进一步巩固课堂上所学的知识,鼓励学生培养自己的科研兴趣。例如,催化是物理化学中很重要的一个分支,在化学、化工生产、能源、环境、医药、生命科学等领域都有及其重要的意义。实现一个化学反应需要两方面的因素—热力学可行性和动力学可行性。一个热力学上可行的反应如果反应速度太慢也是不能实现的。催化剂在化学反应中的作用不仅可以加快反应速度,也可以提高反应的选择性。目前大部分催化剂都属于纳米材料,纳米材料巨大的比表面积,以及大量表面原子的过高表面张力使纳米材料与常规材料表现出性能的差异。因此,催化剂可以加快反应速度主要因为催化剂可以改变反应的路径,降低反应的活化能。由此可以看出,催化研究包含了物理化学中热力学、动力学、界面等多方面知识的应用。通过简单的讲解,让学生认识到枯燥、难懂的物理化学基础知识在生产生活中的应用也有如此之多,从心里上消除这门课程无用的想法,重新燃起学习物理化学知识的兴趣。
5结语
经过几年的物理化学教学工作,事实证明:要上好这门课,就要不断的进行物理化学教学改革的尝试和探讨,努力培养学生对这门课程的学习兴趣和学习热情,充分调动学生学习物理化学积极性和主观能动性,通过学习物理化学训练学生的逻辑思维能力,培养学生发现问题和解决问题的能力。为今后学习其它学科打下坚实的理论和实践知识基础。
参考文献
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[2]吴慧敏,艾佑红,董超.物理化学课程体系的改革与实践[J].广东化工,2014,41(16):191.
[3]王艳玲.论物理化学绪论课的重要性及教学方法[J].考试周刊,2011,51:174-175.
2理论知识的讲授联系日常生活,引发学生对物理化学的学习兴趣
由于物理化学是以数学、物理工具来剖析化学问题,建立的公式形式复杂、种类繁多,容易显得知识内容枯燥乏味,致使学生对物理化学的学习兴趣不浓厚。如何提升学生的学习兴趣,也是物理化学教学过程中需进行改革之处。通过实践发现,在讲授理论知识时,利用知识点解释日常生活中的相关物理化学现象,能极大地提升学生的学习兴趣。比如,在讲解稀溶液依数性时,提及人们在雪地上撒盐以防止结冰路滑的行为。以提问的方式,引导学生思考人们这种行为的原因、是利用了什么物理化学原理,让学生领悟如何利用理论知识解决日常生活问题。同时,让学生列举出日常生活中利用稀溶液依数性的例子,分析该例子中的物理量分别对应于相关理论公式中的什么物理量。再比如,在讲授毛细现象时,诱导学生思考与联想在医院体检化验指血时为什么将透明玻璃细管放在手指扎即可让血流入玻璃管而没有施加任何负压。引导学生进一步联想日常生活中遇到的什么问题可以利用毛细现象原理加以解决。通过这样的教学互动方式,一方面提高了学生学习物理化学的主观能动性与学习兴趣,另一方面培养了学生善于观察、善于思考与分析问题的良好习惯,为进一步培养创新能力奠定基础。
3理论知识的讲授联系生产实践,培养学生对专业知识的学习兴趣
由于物理化学是冶金专业本科生的第一门专业基础课程,因此在讲授物理化学时,除了要引发学生对物理化学的学习兴趣、使掌握物理化学知识框架外,还需要让学生了解物理化学在冶金专业知识体系中的作用、培养学生对冶金专业知识的学习兴趣。为达此目的,在物理化学理论知识的讲授过程中,需对应用性强的知识点进行扩展讲解,介绍相关的冶金生产技术。比如,在讲授完毕表面活性剂的相关知识点时,扩展介绍利用表面活性剂的特性而发展的浮选技术。引导学生查阅书籍与文献资料,通过阅读了解浮选的目的、浮选工艺过程与主要设备等;结合所讲授的表面活性剂的相关知识点,理解如何根据矿物性质选用表面活性剂进行浮选。再比如,在讲授固相完全互溶的二组分相图关于区域熔炼的原理后,给学生列举目前常用区域熔炼技术提纯的材料种类,让学生分析这些体系中杂质与待提纯物质分别是什么、并指导学生设计实现区域熔炼的装置。通过将理论知识联系生产实践,充分调动学生主观能动性,让学生了解冶金技术的由来,初步体验如何利用理论知识解决实际生产问题,逐步培养学生对冶金专业知识的学习兴趣和乐趣。
4教学与科研互动,让学生体会基础知识对科技创新的重要性
在物理化学讲授过程中实施教学与科研互动,在讲授重要知识点时进行拓展,向学生介绍基于此知识点的前沿科技成果。特别地,所介绍的前沿科技成果是教师本身的科研成果时,能将教师对知识点的深入理解与体会更好地传授给学生。比如,笔者在讲授胶束的形成及特性时,向学生介绍了本课题组新近发展的胶束介导法合成复合纳米材料的原理、并展示了所合成的纳米材料的形貌与性质,让学生感受到科技创新是立足于扎实的基础知识的。倘若这些前沿科技成果是高年级本科生完成的,这将更加鼓舞学生对物理化学知识的学习,也能调动学生对科学研究的积极性。比如,在讲授多相反应动力学时,笔者引入了大学三年级学生完成的钒渣焙烧熟料酸浸动力学研究成果。以该实际体系为例,让学生深入理解多相反应动力学所经历的典型步骤,让学生深入体会如何使用基础知识解决科研中的相关问题。同时,由于该研究成果是由高年级本科生完成的,加强了学生对学习基础理论知识重要性的认识,增强了参与科研活动的信心和勇气。通过这种教学与科研互动的新型教学方式,一方面加深了学生对物理化学基础知识的理解与掌握;另一方面也让学生深刻体会到基础知识对科技创新的重要性,只有掌握扎实的物理化学基础知识才能发展与完善冶金技术或创建冶金新技术。
5发展“教师主导、学生主体”的教学模式
在传统物理化学教学模式中,是以教师为主、学生被动接受物理化学知识。由于物理化学新概念多、公式多且复杂,学生常感到枯燥无味、难以掌握教学内容。鉴于此,积极建立“教师主导、学生主体”的双主体教学模式。从教师角度看,由教师引导学生建立物理化学知识框架。通过问答互动、学生板书、学生查阅资料并宣讲、学生设问学生答等教学环节,充分发挥学生的主观能动性,以学生为教学主体,让学生由被动灌输知识变为主动吸取知识。从学生角度看,学生在教师的帮助下建立物理化学知识框架。比如,在推导各级反应的动力学方程时,教师先推导零级反应的动力学方程积分式,由学生在黑板上推导一级反应的动力学方程积分式。再设问二级反应的动力学方程积分式如何推导,在学生进行初步尝试后,教师再在黑板上演绎推导过程。通过实践,该种“教师主导、学生主体”的双主体教学模式能充分调动学生的学习积极性,将枯燥无味的教学过程变得生动有趣,受到学生欢迎。这无疑将促进学生对物理化学知识的掌握。
6传统教学手段与先进教学手段有机结合
物理化学涵盖内容广,对于不同教学内容应根据其自身特点选择适宜的教学手段。比如,对于热力学部分,由于理论公式较多,采用黑板板书教学能让学生跟随教师思路理解公式推导或建立的过程。对于相图部分,黑板板书会降低教学效率,而采用多媒体教学便起到事半功倍的效果。这不但节省了在课堂上画图的时间、利于控制教学进度;还可以在幻灯片上图文并茂地向学生展示相图中各区域的物相状态、以不同字体或颜色突出重点,从多方面刺激学生加深印象。除幻灯片外,还可以采用动画方式向学生展示变化过程。比如,采用Flas向学生展示胶束的形成过程、如何根据气液二组分系统的p-x图作T-x图、蒸馏的原理与过程等。因此,在物理化学教学过程中应采用传统教学手段与先进教学手段有机结合的方式进行,相互取长补短。对于公式推导类内容,在幻灯片上展现公式的同时,还需在黑板上演绎推导过程、加深学生的理解。对于相图类需以多媒体教学为主的教学内容,还需辅以板书,在黑板上板书重点概念与规律以强化学生印象。采用这种多种手段结合的方式进行物理化学教学,能增添物理化学学习的乐趣,强化学生对物理化学知识的理解,促进学生建立物理化学知识框架。
化学实验是实践性很强的课程,是传授知识、技能、训练科学思维、培养科学精神和品质,全面实施化学教育的最有效形式[1,2],在化学教育中起着重要的作用。物理化学实验是教育部规定独立开设的一门实验课程[3],它要求从事科学研究和从事化学教育的各类人才必须具备完整全面的知识及各种技能,知识可以通过学习获得,各种技能要通过严格的训练才能掌握。当代高校的教育不仅要传授知识,更要注重各种技能的训练。
一
物理化学实验教学的目的是使学生掌握物理化学理论知识及相应的操作技能,培养他们分析问题、解决问题的能力,培养他们将理论应用于实践的能力,具有物理化学理论教学不可取代的作用;是物理化学课程教学的重要组成部分;是一门独立的实践性及技术性很强的课程;是培养学生动手能力和科学研究能力的重要实践环节;在培养学生创新能力、综合能力上发挥着重要的作用。然而在部分高校,物理化学实验教学仍然没有得到足够的重视,认为实验教学是理论教学的辅助部分,是对理论教学的验证。在这种教学理念的指导下,投入不足导致仪器设备陈旧、数量不足,教学程序简单化,不能充分发挥学生的主动性和创造性,不利于学生科学素养,综合能力的培养。要彻底改变这种状况,就必须进行教学内容、教学方法、教学管理秩序等方面的系统改革。本文介绍了我院物理化学实验课进行的一些改革,探讨进一步深化物理化学实验教学改革的思路。
1.增加新的精密仪器及设备,改善实验教学条件。
近几年随着我院的发展,我们使用世行贷款购进了一些新的仪器及新设备,并使用到实验中来。在许多物理化学实验中,传统的测温、测压仪器都是大量含汞的仪器。如在测定液体饱和蒸汽压实验中使用的U型管水银压力计、测量凝固点下降实验中使用的贝克曼温度计、测量大气压实验中使用的水银气压计等。水银是有毒有害的物质,实验过程中一旦操作不慎,发生泄漏,会造成污染,危害教师和学生的健康。为此,我们购进了新型的测温测压仪器,用数字式精密温差测量仪取代了原有的贝克曼温度计,用数字式低真空测压仪取代了原有的U型管水银压力计,用数字式气压计取代了水银气压计。它们的特点是采用新型传感技术,精确度高、稳定性好、无污染。这些仪器的使用不仅解决了实验室的汞污染问题,而且操作简单、读数清晰、测量精度高,使得整个物理化学实验的测温测压手段更方便安全。此外,有许多实验(如燃烧热的测定实验)利用计算机在线测定和处理实验数据。
2.改进旧的教学模式,提高教学效果。
改进旧的教学模式已是形势所迫,势在必行。物理化学实验所用到的仪器、设备具有数量多、投资大等特点,国内大部分高校都受到仪器、设备数量的限制,在同一时间里开设同一个物理化学实验存在一定的困难,多采用在同一时间里开设多个实验,然后再进行轮换。这样做会导致两个方面的不良后果:首先,会造成教师投入严重不足,不能很好地辅导学生。其次,给学生对实验内容的预习带来了很多不便。由于在一学期内要做完那么多实验,势必要在开学后的很短时间内就要开设好几个实验,有些实验的理论知识学生还没有学到,就要进行操作,这样在实验预习环节上学生只能是走马观花,达不到预期的教学效果。目前我们采用延长做实验的时间,由原来的一学期改为两学期;其次实行了小循环实验,即每四个实验内容为一个单元,然后进行轮换,这样做可部分克服以前存在的问题,增加了学生做实验的兴趣,提高了教学效果。
3.加强学生对实验前的预习工作。
实验前预习与否及预习的程度,对实验能否顺利进行起着关键性作用。如果实验前不进行充分的预习,对实验步骤、仪器及设备的结构操作规程及注意事项等一无所知,在实验过程中就会手脚忙乱,造成仪器使用不当,或不能及时记录实验数据,从而导致实验失败。为了保证实验的顺利进行,我们大力加强实验前的预习工作,要求每个学生在做实验前必须认真书写预习报告,由指导教师检查签字确认后,方可进入实验室。让学生在实验前知道实验过程中该做什么不该做什么,做到心中有数,为保证实验顺利有序地进行打下坚实的基础。
4.进一步加强实验成绩的考核制度。
为了促进物理化学实验教学水平的更进一步提高,针对以往对实验成绩的考核只凭实验报告的书写整齐程度和理论考试成绩来评定的弊端,近年来对物理化学实验课成绩的考核做了如下改革:第一制定了“物理化学实验学生成绩考核细则与评分标准”,明确实验成绩考核的具体内容为预习、操作的熟练程度、纪律、安全、实验报告、操作考试、理论考试七部分及各部分所占的比例。第二实行实验教学过程阶段性考试,主要对基本原理、基本操作、基本技能的现场抽题考试,抽题是由学生本人随机抽签,有笔试、口试、现场操作三种形式。通过以上改革,避免了以往只凭实验报告评定成绩的弊端,使实验教学的考核趋向科学化,有利于规范实验教学的管理。
5.增加设计和综合性实验,调动学生的主观能动性。
验证性实验可以使学生对所学的理论知识有更直接的感性认识和加深记忆的作用。但单纯的验证性实验往往使学生处于一个被动的位置上,创造性思维受到一定限制,通过增加设计和综合性实验,学生的主观能动性得到充分的发挥,有利于培养学生发现问题、解决问题的能力。
二
经过几年来对实验教学的不断改革,物理化学实验教学目前有了较大的改观,学生的实验动手能力和研究能力有了较大提高,大大地增加了学生的兴趣,教学效果明显。今后还要继续加大实验教学方面的改革,主要从以下几个方面进行改革:
1.加大对实验室建设的投资力度,进一步改变教学条件。
虽然我院的物理化学实验教学条件在近年来有了很大改善,但还是不能满足国家教委规定的一人一组的要求。以后我们要逐渐加大对实验室建设的投资力度,彻底改变两人一组甚至多人一组的现状。
2.进一步完善实验教学内容,注重能力培养。
物理化学实验课程的内容应该达到培养学生的创新能力和综合素质的目的。而目前物理化学教学内容多数为验证性实验,这样的教学内容已不能满足当前社会对人才培养的要求。因此,有必要对实验教学内容进行适当改革,增加一些应用性较强的设计性、综合性实验,加强学生综合能力的培养。
3.提高实验教师的业务水平,加强师资力量。
加强实验室教师的培训工作,提高业务水平;促进校际间的实验交流与学习;另外让一些理论水平高、对实验教学有经验的理论课教师从事实验教学,通过这种方法可以改善实验室师资队伍的结构,增加实验教学的实力,提高实验教学效果。
总之,物理化学实验教学涉及教学过程的方方面面,需要做大量的工作。物理化学实验教学的改革不是在短时间内就能够完成的,只有不懈努力、不断探索,把注重学生的能力培养作为实验教学的重要任务,把实验教学工作搞好,才能够为国家培养出更多有用人才。
参考文献:
关键词:
全校公选课;硕士研究生;表面物理化学;分类教学
2007年,哈尔滨工业大学(哈工大)开始在一级学科进行硕士研究生分类培养的改革试点工作[1,2]。2009年,哈工大化工学科开始实施硕士研究生培养模式改革,确定了学术型和应用型研究生培养方案,其中“表面物理化学”既是学术型研究生的学位课程,也是应用型研究生的学位课程。同时由于表面、界面科学在化学、化工学科和其他交叉学科研究中作为共性的基础理论支撑作用,“表面物理化学”在研究生院统一协调下确定为全校公选课,除化学、化工学科外,还服务于其他交叉学科研究生的培养。那么,“表面物理化学”成为全校公选课后,针对各种类型学生的学习需求和研究生分类培养的需要,如何确定课程内容体系?如何组织和实施教学?以及如何在教学过程中实现教学与科研、理论与实践的有机结合?这些问题则成为“表面物理化学”课程建设和改革的关键。针对以上问题,我们基于“表面物理化学”课程特点,从学术型和应用型人才培养以及交叉学科研究生培养的具体要求出发,进行了全校公选课“表面物理化学”分类教学改革和实践。
1“表面物理化学”分类教学内容体系的确立
表面科学因其学科交叉特色突出,越来越受到人们的重视。国内外各理工科类高校一般都为研究生(材料、化学、化工学科居多)开设了表面科学类课程。从课程内容看,主要是讲授表面科学基本原理及应用和表面科学分析方法,并有针对性地对表面科学不同应用领域(如催化、纳米材料等)进行深入介绍。各个学校讲授的内容侧重各不相同,课程名称也不一致。我校化工学科从20世纪80年代起就为化学、化工学科研究生开设了“表面物理化学”课程,在长期的课程建设和发展过程中形成了适于(学术型)研究生培养的课程体系。
1.1分类教学的必要性
研究生分类培养是教育发展过程的必然选择[3,4],它涉及研究生培养的各个方面和环节,其中也包括课程内容体系的确定及教学的组织和实施。虽然2009年制定的培养方案中“表面物理化学”作为全校公选课,供化学、化工学科以及其他交叉学科的研究生选修。但是,在开始的教学实施过程中仍然为各类学生集中上课。在教学过程中,注重表面物理化学原理的讲授以强化基础,还注重将基本原理与能源、材料、生物、环境等国际热门领域和学术前沿相结合,启发学生的科研思路和创新意识。在教学过程中,采用了多种教学方法(设立讨论课、自学报告和课程作业等),针对不同类型的研究生提出不同的学习要求:如学术型研究生在讨论课中要求讲述表面物理化学在当今学术前沿领域的研究成果和进展,应用型研究生要求讲述表面物理化学基本原理在工程实际中的具体运用,而交叉学科的研究生则要求讲述表面物理化学基本原理与本学科的交叉实例。在自学报告和课程作业方面也根据学生类型的不同而提出了不同的要求。这样,一定程度上满足了学生分类培养的要求。然而,从前期的教学实践效果看,该课程教学中存在如下问题:(1)这种统一集中上课的教学模式,存在着教学追求全面性与不同类型研究生学习需求不同的矛盾,使得分类培养的针对性不强。(2)从学生反馈来看,学术型研究生认为表面物理化学基本原理的学习过于简单,而交叉学科的研究生由于化学基础薄弱而认为理论介绍难度过大,内容偏多。这一问题还导致学生成绩分布不合理,交叉学科学生选课的积极性不高。因此,“表面物理化学”课程切实的分类教学改革势在必行。
1.2适应分类教学的“表面物理化学”课程内容体系的确立
“表面物理化学”分类教学要依据研究生培养目标所需要的知识结构,统筹考虑本科已有的基础和不同授课对象的需求。在研究生分类培养的新形势下,“表面物理化学”课程作为全校公选课,在教学内容上既要满足化学、化工学科学术型和应用型这两类人才培养模式的需要,又要满足非化工学科研究生选修本课程的新需求。在教学过程中,既要满足学术型研究生对表面/界面科学知识的深度和系统性的需求,又要满足应用型研究生将表/界面科学知识有效运用于工程实际的需求,还要使得其他交叉学科研究生能够建立界面观点、掌握表/界面基本原理并能运用于自身的科研工作中。此外,本课程还要为不同研究方向的研究生奠定理论基础。化工学科目前有9大具体研究方向(表面与界面化学,高分子复合与改性,化学电源,金属电沉积与化学沉积,功能材料制备与性能,催化剂与催化反应工程,生物合成与分离工程,生物分子工程,新能源化工),涉及到能源、材料、生物、环境四大国际热门领域和学术前沿。这些领域都需要从分子水平上研究材料、能源、生命中的相界面物理化学变化规律,这里涉及界面的共性知识和理论是本课程重要的内容体系。因此,本课程以表面/界面的物理化学原理和规律为基础,以界面科学及应用新进展为前沿,以拓展科研思路与方法、培养创新精神和能力为目标,把各具体学科研究方向要求的知识结构细化为知识点,用知识点间的逻辑关系,协调界面物理化学原理、规律、应用及前沿进展的内容,进行分类教学内容体系的构建。本课程从化工学科9大研究方向中,凝练出3个共性的表面科学知识和理论方向,即表面热力学基础、固体表面与界面以及表面活性剂。在此基础上,针对化学、化工学科的学术型研究生的需要,重点介绍固/液界面的电化学热力学与电结晶过程中成核与长大的影响因素及润湿规律等;针对化学、化工学科的应用型研究生及食品、航天、材料等交叉学科的研究生,重点讲授固体表面态和键合、表面层结构性质及表面改性技术,以及润湿现象的应用等内容。基于上述思路,修改了化工学院的研究生培养方案,取消了原来的“固体表面与键合”课程,将其有关内容纳入“表面物理化学II”,作为应用型研究生的学位课程及非化学、化工学科研究生的全校公选课;原“表面物理化学”改为“表面物理化学I”,作为学术型研究生的学位课。
2“表面物理化学”课程分类教学的组织和实施
在课堂教学组织与实施中,首要考虑的是学术型和应用型这两类研究生培养目标的不同及交叉学科研究生的学习需求。“表面物理化学I”是针对化学、化工学科的学术型研究生开设,重点在于基本理论的深度理解和掌握。在教学过程中偏重于演绎法,从解释表面现象开始,深入到基本原理的推导过程和基本规律的理论分析,注重知识体系的系统性和完整性;将表面科学的学术前沿与表面科学基本理论结合起来,提高学生对学术前沿中表面科学问题的认识深度;同时,在教学过程中注重培养学生的科研意识、科研兴趣和科学思维习惯。“表面物理化学II”是针对化学、化工学科的应用型研究生和交叉学科的研究生开设的。其教学过程中偏重于采用归纳法,从各类表面现象及工程实际应用入手,在物理化学知识的基础上介绍表面科学的基本知识和理论,注重基本理论与工程应用实践的结合,加强培养学生在工程应用过程中发现表面科学问题和运用表面科学原理的能力,突出表面科学原理在工程实际中的应用创新和实践创新。其次,在教学过程中还要考虑研究生原本科阶段的表面化学以及物理化学课程的知识基础。我校化工学科为本科生开设了表面化学类课程“应用表面化学与技术”,化学学科开设了“表面化学”,还有服务于全校本科生的创新研修课“应用表面化学基础”。但是化学、化工学科每年招收的硕士研究生有相当一定比例的学生在本科阶段没有学过表面化学类课程,而交叉学科的研究生学习过此类课程的人数更少。为解决这一类研究生表面化学基础薄弱的问题,我们建议有条件的学生选修相关的表面化学类本科生课程。另外,由于本课程对本科生的物理化学知识要求较高,因此针对没有物理化学基础的学生(主要是来自交叉学科的研究生),要求课外自学由授课教师指定的相关内容,或利用绪论课适当补讲相关内容。再次,通过累加式考核的导向作用,细化各项考核的要求,加强不同类型研究生的分类培养。“表面物理化学I”针对学术型研究生对系统的基础理论和学术前沿知识要求高的特点,确定考核内容如下:闭卷考试,占60分,考核基本理论和原理等;讨论课每名学生以PPT方式讲述与本人课程相关的表面科学前沿问题,占20分;以理论推导和讨论为主的开卷考试,占10分;以教材为蓝本自学其中的第二章固体表面的自学报告,占10分。“表面物理化学II”针对应用型研究生和交叉学科研究生注重理论与工程实际相结合的特点,采用如下考核方式:闭卷考试,占50分,考核基本理论和原理等;讨论课每名学生以PPT方式讲述表面科学问题或表面分析方法在工程实际的应用,占20分;作业占20分,包括运用表面基本原理对某一表面现象和问题进行解释和综述某一固体材料表面或界面的几何结构和电子结构两个方面;随堂开卷测验2次,共10分。
3通过教学与科研相结合、理论与实践相统一,服务于两类研究生人才培养
研究生的课程教学不仅是传授基础理论和专业知识,也是拓展科研思路与方法、培养创新精神和能力的有效途径。表面物理化学内容的学科交叉特色突出,使得该课程具有教学与科研、理论与实践相结合的优势。本课程在满足教学基本要求的前提下,利用界面化学涉及面广的特点,引导学术型研究生从界面的物理化学原理和规律走向学术前沿、应用型研究生将表面化学基本理论应用到工程实际,使“表面物理化学”课程教学有效地服务于研究生的分类培养。
3.1教学过程中注重教学与科研相结合
本课程在长期的建设和发展过程中形成了课程组,建立了适合于研究生培养,特别是学术型研究生培养的课程体系,在教学与科研相结合方面也进行了大量卓有成效的工作。本课程组的授课教师利用自身的科研优势,将自己与表面科学相关的研究成果运用于教学之中,启发学生的科研思路、培养科研兴趣;课程组成员的部分研究成果直接转化为与课程内容对应的实验项目,纳入学院的研究生实验平台[5]之中,建立学院层面的“表面物理化学”课程实践环节;此外,课程组教师在研究生培养环节上,服务于科研方向与表面科学密切相关的研究生导师,对研究生学位论文中与表面科学相关的内容进行把关和理论指导,反馈于科研工作。
3.2加强理论与实践相统一,强化应用型研究生工程实践能力培养
针对我国研究生人才培养和实际需求脱节的问题,2009年起教育部即宣布研究生培养将从过去的学术型为主转变为应用型为主,现在应用型研究生招生比例逐年增加[6]。为提高我校化学、化工学科应用型研究生的工程实践能力,化工学科在研究生院的支持下建立了校内外实践基地[7],并与“表面物理化学II”有机结合起来,工程实践活动成为课程的生动实例。如在课程组成员参与建立的“化工学科应用型研究生校内实践基地”,研究生可以在生产线上进行锂离子电池制造各个环节的实践活动,包括材料合成、电极制备、电池组装及电池性能检测,全面系统地掌握锂离子电池的制造技术,培养化工学科研究生的工程实践能力,提高其对产品设计、产品制造的系统观、全局观,特别是使学生体会到了本课程的基本原理和规律在电池制备中的理论指导作用,真正做到了理论与实践的统一。再如在化工学科的“上海山富数码喷绘复合材料有限公司校外实践基地”,研究生可以进行从胶水、涂料、涂布、贴合、分切,到产品包装的一条龙生产实践,使应用型研究生能真实了解企业生产和研发的基本过程,又深刻体会到界面问题的重要性。
4“表面物理化学”课程分类教学实践效果
全校公选课“表面物理化学”课程的分类教学在我校研究生院支持下正式实施以来,本课程的学生成绩分布更趋合理,学生选课情况和学习兴趣都呈现了良性的发展态势。从学习效果看,此前本课程闭卷考核中成绩优秀的学生都集中在化学、化工学科,并以学术型研究生居多;现在由于分类教学中基于不同类型学生的学习需求,调整了教学内容和考核要求,使得学术型和应用型研究生各出现一定比例的优秀生,特别是来自交叉学科的研究生成绩也出现了优秀。其二,分类教学实施后,选“表面物理化学II”课的交叉学科研究生从航天、食品、材料学院又增加了机械、电子和能源等学院,表明分类教学法的实施符合交叉学科研究生对表面化学类课程的学习需求。因此,可以预期“表面物理化学”全校公选课会吸引更多的交叉学科研究生选课,选课波及面也会进一步加大。其三,由于课程学习内容与各类研究生的培养目标更为一致,从而使得研究生的学习兴趣提高,学生主动学习的意识明显增强。特别是课间学生找老师讨论问题的现象明显增多,既有对课堂上课程学习内容的讨论,也有把自己课题方向中与表面科学相关的问题与授课教师交流。学生反馈结果表明,选修此课的研究生对“表面物理化学”分类教学普遍认可。另外,我院应用型研究生在培养上增加了校内外实践基地的实践与考核环节,从学生对校内外实践基地实践活动的总结报告中可以发现,有相当一部分学生将表面科学问题与具体的工程实践结合起来,将在“表面物理化学”课程中学习的知识原理直接运用到具体实践之中。在教学过程中设置的讨论课上,有一定比例的研究生将自己将要进行的硕士研究课题中的表面物理化学问题在课堂上与老师和同学直接交流,这样授课教师可以直接进行理论指导,使教学更好地服务于研究生的学位论文工作。
5结束语
我国高校研究生阶段人才培养的全校公选课一般为英语、数学或思想政治理论课等。而理论性较强的“表面物理化学”课程如何发挥其全校公选课的作用、有效地服务于研究生的分类培养,是“表面物理化学”课程建设的首要问题。哈工大化工学院“表面物理化学”课程组在我校研究生院和化工学院的支持下,对“表面物理化学”分类教学改革进行了有益的探索。但是要真正实现从原来单一地服务于学术型研究生培养到服务于学术型和应用型两类研究生的分类培养,还需要进一步的理论研究和实践。
作者:姚忠平 姜兆华 黄玉东 岳会敏 安茂忠 韩晓军 尹鸽平 单位:哈尔滨工业大学化工学院
参考文献
[1]丁雪梅,甄良,宋平,杨连茂,魏宪宇.学位与研究生教育,2010,No.2,1.
[2]丁雪梅,甄良,宋平.研究生教育研究,2011,No.5,1.
[3]阮平章.学位与研究生教育,2004,No.8,21.
[4]吴爱祥.中国高等教育,2013,No.18,58.
二、物理化学实验分层次教学模式的实施
广西大学化学化工学院物理化学课程组承担着全校理、工、生、农等专业物理化学课程的理论教学和实验指导工作,根据专业教学大纲的不同,化学和应用化学这两门理科专业的物理化学实验独立设课,计108学时;而工、生、农专业的物理化学实验与基础理论课相结合,实验部分计33学时。课程组根据教学班级编制实验班并开展工作:实验教学分层次培养,分为基础层次、提高性层次和科研性层次三类,它是在提高实验课教学效率的同时,把大纲要求的教学与开放性实验教学结合起来,在规定的实验时间内,既完成教学大纲要求,又能使能力强、兴趣浓的学生在创新精神、动手能力方面得到进一步加强[3]。从表1中可以看出,实验教学改革不仅注重纵向分层次,使实验教学循序渐进,在夯实基础的同时构筑高地;也注重了横向的分层次,将实验等级不断提高,依据学生的专业及他们的意愿和能力,选择不同层次的实验,给予学生更大的积极性和创造性的发展空间。
(一)基础层次
基础层次主要包括工、生、农等相关专业的学生,占开展物理化学实验学生的80%以上,该层次强调实验与理论教学统筹协调,旨在让学生更深入地理解和掌握物理化学的一些基本原理、基础技术与实验方法。目前开设实验8个,涵盖了化学热力学、相平衡、化学动力学、电化学和表面化学的内容。其中电化学部分开设实验1个:波根多夫对消法测定原电池电动势。该实验为验证性实验,可使学生对铜、锌等电极有初步的感性认识,学习电极制备与处理的基本技能以及电化学测量体系的组建、电解池与电解质溶液的选择等基本操作;通过原电池电动势的测定实验,训练基本物理量电势的测定以及电位差计的测量原理和正确使用方法。在教学上,由教师严格把关,把实验要求、原理、步骤等较完整地提供给学生,使学生通过实验,达到感性认识的训练目的。
(二)提高层次
提高层次实验开放的对象为本学院化学和应用化学这两门理科专业的学生,每年向约80名学生开放。旨在使学生在教师的启发和指导下,通过认真思考和研究完成实验,达到更高层次上对电化学的全面掌握,除了基础层次的实验内容,引入一些实验技能要求较高,知识点覆盖更广泛的实验,同时开设设计性实验。该层次开放必修实验13个,此外还有3~5个设计性实验。目前的电化学设计性实验《金属-空气电极的制备及性能检测》是物理化学教学改革过程中将原有实验《铅蓄电池及其充放电曲线的测定》改进后开设的,克服了原有使用成品密封铅蓄电池,学生无法观察电池的正负极、电解液和隔膜等结构,只能简单操作测试仪器,实验内容单一的缺点。并且金属-空气电池是目前化学电源的研究热点之一,改进后的实验内容不仅涵盖了原实验内容的设计要点,更是结合了实验设备等硬件设施建设情况,贴近社会需求和科学技术发展水平。在教学上,结合理科专业的培养目标,要求提高层次的学生能在预习过程中就能够结合所学的物理化学知识基本掌握实验内容。实验过程中是由学生进行实验目的、原理和实验步骤的讲解,实验指导教师做补充并指出实验要点和注意事项,同时引入讨论课或小论文等环节。提高层次学生的教学目标是:掌握实验原理,实验操作规范,实验报告正确,实验讨论合理。上述措施旨在端正理科专业学生的科研态度和提高学以致用的能力,为将来的科研实践工作打基础。
(三)科研层次
科研层次的教学是结合我校“大学生实验技能和科技创新能力训练基金项目”进行的,该项目于2012年7月开始启动,旨在鼓励和支持本科生早进课题、早进实验室、早进团队,在导师指导下强化实验技能,参与科学研究或工程设计,增强本科生创新、实践、创业、就业等四种能力,提高人才培养质量。因此,参与项目的本科生需要开展的是某一科研课题的研究,以有关物理化学实验技能为基础,充分利用物理化学基础实验室的现有条件,在教师的指导下开展科研活动。项目开展两年多来,第一批项目已经结题,学生均反映基础层次和提高层次学到的一些实验技能,如电池测试、粘度测定,比表面测定等测试技术都能用在科研实践中,相关理论知识也得到了进一步巩固。
三、分层次实验教学模式对实验室建设的作用
实现分层次实验教学后,实验室的建设也可以分层次进行。2014年,课程组出版了新的《物理化学实验》教材,使大学物理化学实验适应新的发展形势:针对更新后的设备,对基础层次的实验内容进行了调整,如《乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定》。同时,结合本次课程组教师的科研成果增加了一些提高层次的综合性、设计性实验,如《药物有效期的测定》、《TiO2纳米材料的制备与表征》等。对科研层次主要是引进先进的精密仪器,提高测定准确率,目前物理化学基础实验室已更换了比表面测试仪,不仅能在实验教学中起作用,更能为学生开展科研项目提供分析测试平台,利用测试数据发表的科研成果也能够激励教师和学生及时地改进实验方法,不断更新实验题目,充分锻炼教师和学生的实践能力和创新精神,促进实验室的建设。