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(一)立足基础知识
基础性实验的目的是培养学生掌握基本操作,正确使用仪器;能够认真观察、准确记录实验现象和科学处理实验数据;初步具有查阅手册、工具书及其他信息源的能力,以及实事求是的科学态度、勤俭节约的优良作风。环化学院“春晓班”是从应用化学和材料化学专业新生中选拔的优秀学生所组成的特色班级,以中国工程院曹春晓院士的名字命名。下面以“春晓班”为例介绍物理化学实验立足基础的教学内容。“春晓班”中一共开设了15个实验(共64学时,分2个学期进行),其中10个实验为基础性实验(共40学时),占总实验学时的62.5%,学生如果基础实验部分做得不好,就不能通过物理化学实验这门课程。在实际教学中,教师从严规范基本操作,严格把关,耐心指导,未掌握规范操作的学生必须重新进行实验,直至合格。从严教学有利于培养学生准确观察实验的能力,掌握实验的基本技能,同时也培养了学生实事求是的态度,学会了严谨的实验方法。
(二)培养创新思维能力
物理化学实验课第一个学期的最后一个实验为设计性实验。此实验要求学生自己查阅文献,设计方案,实施实验,以提高实践创新能力。学生没有现成的实验方案,需要自己动手设计方案。下面以设计型实验“表面活性剂的临界胶束浓度的测定及影响分析”为例介绍具体的实施过程:实验中,学生可以根据自己的兴趣选择表面活性物质的种类、实验测定的方法及影响因素(温度、离子及醇的种类及醇的用量)。因此,在老师的指导选题下,每位同学选择的实验内容都不相同,这意味着每位同学要独立进行实验方案的设计,并根据自己的实验内容查阅文献资料,实施方案。教师在实验前提供文献检索的途径、一个主题或几个关键词,由学生自己检索、筛选、阅读相关的文献,学生要在规定的时间段内根据查阅的资料,组织、总结前人的工作,然后设计自己的实验方案。教师面对的学生的设计方案往往是五花八门的,这就需要教师做好足够的预案。对于部分设计实验能力欠佳,实在找不到相关文献的同学,教师则会提供几篇相关文献供学生参考,但设计方案则必须由学生自己总结提出。实验实施过程中,教师在场提供帮助,但不再手把手地指导,目的是培养学生独立自主完成实验的能力。实验完成后同学们分组进行讨论,如:选择不同离子及醇的同学在一组讨论,可以了解各种离子及醇对临界胶束浓度的影响。这样能提高大家的团结合作、共同讨论的积极性,为后面的毕业设计及进行科研创新起到积极的作用。经过基础性和设计性实验的学习,第二个学期物理化学实验的最后四个实验为创新探索研究型实验。我们开设了B-Z振荡反应的影响因素分析、不同体系钝化曲线的绘制及其钝化剂的影响、高聚物分子量的测定研究、不同方法测定粉体的比表面积4个创新探索研究型实验。选好创新探索研究型实验项目后,同学们根据自己的选题方向搜集所需要的文献资料,写好实验方案,由指导老师把关,方案可行才能进入实验室进行实验。实验后如果发现问题或与原先预想的结果不一致,学生会积极地与老师探讨,共同查找原因及重做实验。同学因进度、实验内容及仪器药品不一样,除了在规定的实验时间内可以来进行实验,还可以跟老师预约其他时间来进行实验,直到实验完成为止。该类实验有可能成功也有可能失败。实验过程中,我们鼓励同学由浅入深,先从自己熟悉的部分开始实验,在此基础上进行改进、探索,得出有益的结论。实验方案的设计及实验完成后均要求制作PPT进行答辩,对方案中可能碰到的问题,同学们共同探讨解决的方法,实验完成后将成果组织成论文格式的实验报告,这样学生的积极主动性及好奇心都大大地提高了。
(三)面向科研实践
面向科研实践方面所做的革新主要是打破原来物理化学实验室只承接课程任务的局面。由于课时的限制,学生课程内在物理化学实验室进行的实验是有限的,然而他们在后继的科研实践如毕业设计、科学研究训练及课外科技创新(如省级和校级大学生科技创新项目)等方面往往又会用到物理化学实验相关的知识和操作,而这时的学生往往对以前课程内学习的知识会有所淡忘,如果能够允许学生重新回到物理化学实验室,结合自身正遇到的科研实践问题进行物理化学实验,不但能加深以前学过的知识的印象,而且对其今后的科研创新会有巨大的促进作用。但不可回避的问题是,这样一来必然增加了物理化学实验室管理的工作量。为了解决这一问题,我们采取的措施是预约制和指导教师负责制。那些课程外要来物理化学实验室实验的同学,必须先行预约。为此,我们正在构建网上预约系统,五台基础化学实验网络查询及预约机也已经到位,不日即可投入使用。指导教师负责制是指来进行实验的学生由其指导教师负责,所产生的仪器、药品损耗等药费一律由指导教师承担。并且,该指导教师在学生进入实验室之前,自身必须接受相关培训,在得到物理化学实验室管理教师认可的前提下才能使用物理化学实验室。这对学生和教师的科研创新都起到了积极的促进作用。
二、改革实验教学方法与手段,强化能力培养
传统的基础实验采用“预习-实验-总结实验结果”,学生学多局限于教材,这不利于提高他们的自主创新性。在进阶型的实验教学过程中,我们结合具体的教学任务选择合适的教学方法进行教学。如:在探索研究型实验过程中,我们引导学生积极学会自主学习,即采用以学生自主探究为主,教师根据学生的需求加以引导为辅的主体性教学方式。[3]实验完成后,要求学生将成果撰写成论文格式的实验报告及制作成幻灯片,并组织学生进行现场答辩。教师和参与整个项目的同学共同积极讨论,根据答辩情况给出学生的成绩,营造一个良好的师生互动、积极向上的氛围。这样,可以锻炼学生的语言表达能力,对现场提问的思辨能力和综合能力,增强自信心,提高学习、思考的积极性。“教学有法,教无定法”。新的教学模式应以现代信息技术,特别是网络技术为支撑,能使学生选择适合自己需要的材料和方法进行学习,并获得学习策略的指导,逐步提高学习的能力。随着现代教育技术的发展和应用,开展网络化教学已是实验教学的大势所趋。基础化学实验中心为此建立了开放的网络平台,为实验预习及实施提供帮助。我们鼓励学生利用Excel、Origin、Chemoffice等软件进行数据处理,同时规范了数据处理过程,为学生将来从事实验或科学研究奠定基础。
2学生实验积极性不高
一般在实验的第一节课已经向学生说明实验前要预习,进实验室时要有预习报告。但是学生对实验的积极性不高,预习报告完全是为了应付检查才写的,这是目前大学生普遍存在的一个现象。教师进行原理、实验内容讲授时,少部分学生属于游离状态,教师在演示实验操作时,学生没有认真注意细节内容,真正到他们进行实验时,问题出现了,不懂得如何解决,而一味的在书本上找答案,还是没能最终解决问题。遇到此类情况,甚至有些学生干脆就不思考,任由错误的发生。由于需要分组进行实验,小组中有个别学生基本都没有亲自动手操作过,在实验过程中表现得很不积极。
3学生抱“应付”心理进行实验数据处理
物理化学实验中测定数据多,这就要求学生具有一定逻辑思维能力对实验数据进行处理,这也是探究实验机理、剖析实验内容的必需步骤。有部分学生完全不理会实验数据处理是否正确,只是一味凭感觉简单处理;有一部分学生是没有真正明白原理,引起处理数据不完整;还有一部分学生查阅后采用软件进行处理,但是由于不知所云,所以很多也都只是给出了图形。比如在三液系组分相图的绘制中,很多采用了某些理论课提供的软件画图,只是纯粹的画图,当问到三角坐标中每个点具体代表什么,学生没法回答。基于以上的情况,主要的根源还是学生要完成实验报告的任务,只能这样的应付了事。这对培养学生技能及解决问题的能力,起不到任何作用。但是基于现状,有些事情无法完善。因此,某些时候,针对这些好学又不是很明白处理原理的学生,需要更加耐心指导,注重不同类型学生心理素质的培养[3]。
4简单的考核方式
物理化学实验课程一般都是考查课,通常采用平时实验报告及平时表现进行综合给分。但是实验报告都是组员之间相互讨论给出,甚至有些都是抄袭过来的,并且对于平时的表现也不好衡量,该课程考核结果不是很满意,所以应该思考下能否改变现有的考核方式。
由于学生对相关的高等数学和中学物理知识的应用理解欠深入,产生对物理化学的畏惧,如物理化学在公式的推导、概念的理解及原理的应用较多地涉及高等数学中的偏微分方程,其次是刚进入大学的学生还未能完全适应大学的学习方法,常拘泥于细节的纠缠而难以认识该门重点课程的总体结构,容易导致“只见树木,不见森林”的情况。我校为大专层次,85%的学生在高中为文科生,物理和化学的基础不得而知。而物理化学总课时为30课时,如何利用有限的课堂教学时间,按照教学目标,顺利有效地完成教学内容,对学生和任课教师都是一个极大的挑战。为了实现教学目标,必需在教学内容上做出合理的取舍及必要的补充,否则就会满堂式的灌输或“眉毛胡子一把抓”的情况,这样的方式学生受不了,也达不到满意的效果。
1.2内容的取舍和补充
首先是结合开设的其它专业基础课程无机化学和分析化学,将重复的内容(如化学平衡和电化学两章)删掉不讲,学生自学。其次是要对授课内容做到重点突出,重点内容细讲,让学生弄懂,让学生在学习中获得成就感,从而提高学生学习积极性。如反应热的计算,主要讲标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓,其它四种计算方式,只做简单的提示,以学生自学为主。对前后有联系的概念,必需讲透,为后面的知识做好铺垫,不能赶进度。如相平衡的基本概念学习时,组分数K的计算是个难点,必需结合例题将独立的化学平衡R和浓度限制量R'讲透,因为自由度f的计算涉及到组分数K。根据学生的基础和学习内容的需要,适当补充基础内容,减小学习难度。大专学生基础不好,物理知识和高等数学知识的欠缺,灵活运用物理和化学基础知识的能力不强,使很多学生在做习题时知道使用哪个公式,就是算不出结果或是计算出的结果与答案相差甚远,这样学生就失去了学习兴趣,慢慢地失去了学好物理化学的信心,不再愿意动笔做习题,上课情绪也不饱满。教师根据授课内容,选取具有代表性的习题,用极少的时间,及时地添加部分必要的基础知识,降低学生学习的难度。如热力学第一定律中常用到理想气体的状态方程PV=nRT,该公式中的体积V,在分析化学和无机化学中溶液的体积一般是以升(L)或毫升(mL)为单位,而公式中主要是立方米(m3)为单位;其次温度T,平时用的是摄氏温度(℃),热力学温度T=摄氏温度(℃)+273.15K。又如物质体积的计算。
2精心设计授课内容的引入和讲解,激发学习兴趣
托尔斯泰曾经说过:“成功的教学,所需的不是强制,而是激发学生学习的兴趣。”需要是兴趣的基础,也是学习的动力所在,物理化学授课老师尽可能将书本理论知识与中实际生活联系起来,使课堂教学变得形象直观、有趣,从而激发学生的学习兴趣,培养学生学习物理化学的积极性和创造性,提高学生“学以致用”的能力。通过生活中随处可见的、贴切、简单易懂的举例引入和讲解。在新课开始时,从学生感兴趣的事物出发,提出与教学内容相关的问题,激发学生的求知欲,让学生找到所学内容能解释的现象,做到有的放矢。在例如热力学第一定律的引入:首先展示一张高级轿车并设问(看到高级轿车有什么感觉?),调动学生情绪(学生会有不同的想法),再展示一张汽油油价表,学生发出人们常说的“车买得起,养不起”的感慨,在此基础上再提问(如果汽车不需要提供能量就能自己跑该多好,此种设想能否实现呢?)引出热力学第一定律的表达方式和研究内容。又如在化学动力学的新课开始时,从每次服药的药量、每日服药的次数和保质期是怎么来的引入,此种引入方式过渡自然,还可以为后续学习内容做好铺垫。虽然物理化学知识抽象,但是生活中的很多现象却可以用物理化学知识来解释。如:表面现象与水滴成圆形、干毛巾吸汗、干旱时锄地;化学动力学与药物的服用量、生物酶;胶体与人体血液;相平衡与酒精提纯、盐融雪等等。将物理化学知识和生活中常见的现象联系起来,通过启发式提问和图片直观的刺激,激发学生探求事物本质原因的求知欲。激发了学生的求知欲,课堂教学就达到了成功的一半。
3利用框架式教学将教学内容系统化
物理化学知识点多、定义多、公式多,让初学者摸不着头脑,因此每引进一个新的概念、定义、公式,首先讲明概念的产生背景与条件,分析一概念内含的几个要点,再讲概念适用的范围与条件,使学生对概念的内涵及应用有所了解。教师作为课堂的主导者,引导学生将相关的知识点按层次地安排于框架结构中,使之层层有序、步步可循,使学生了解各知识点的位置和彼此的关联,便可从内容的逻辑结构中获取贯通的知识。如热力学第一定律可设计附图。
4多媒体教学与板书辅助教学有效结合
随着科技的发展,教学手段越来越多,其中多媒体应用最为广泛。多媒体能将图像、图形、文字、声音、动画结合在一起,能把一些微观的、用传统方法无法表达清楚的信息形象、生动、直观的展示出来。多媒体的直观展示在一定程度上能刺激学生的各种感觉器官,有效地化解教学中的重点和难点,增加课堂信息量,调动学生学习的积极性,有助于提高学习效果。在物理化学教学中,可以将抽象概念和实验过程形象化、简化公式的推导过程、习题讲解便捷化、图标内容生动化。例如毛细现象实验、表面张力的实验视频、油和水的分层情况、胶体的聚沉等运用多媒体教学,既节省了时间,又可获得好的教学效果。但是多媒体播放过程一晃而过,播放过内容在学生头脑中留下的记忆不深。在物理化学教学中,究竟是多媒体还是板书更受学生青睐?调查结果显示,大部分学生倾向于教师在黑板上以板书的形式进行公式推导和例题解答;对于那些理论性较少且偏重于介绍性的知识,学生则倾向于教师以多媒体的形式表现出来。因此我们不能断定板书和多媒体孰优孰劣,应以物理化学各章节内容的特点来确定我们要采取的教学手段。如果是需要学生归纳或推导的内容,黑板板书有其不可替代的优势。板书辅助的课堂教学中,教师的自主空间很大,可以根据学生的反馈信息,及时调整教学目标、教学难度及知识拓展的广度,为学生提供质疑、交流和讨论的机会,从而更有利于知识的掌握和能力的培养。对遇到有关计算公式的推导和知识的归纳时,运用边讲解边板书更有利于引导学生的思考的方向。如热力学第一定律的知识归纳,状态函数熵、吉布斯能、亥姆霍兹能定义公式的推导和计算等。根据教学内容,将多媒体教学与适当板书有效结合,取长补短,提高教学效率。
2两组分液态完全互溶系统的相图
虽然二组分系统的气—液平衡相图依据组分在液态的互溶情况各有其特点,但液态完全互溶系统构成了这部分内容的学习基础[4]。对于这种相图,我们除了让学生掌握相图中各相区的组成、相态和杠杆规则外,还注重让学生学习气相线和液相线的绘制方法和细节信息。其绘制过程如图3所示,先配制不同比例的二组分混合物,再升高温度测试混合物的熔点,通过描点—连线得到相图。从而培养学生设计实验绘制相图读取相图细节信息的全面能力。通过学习绘制相图,可使学生对相图的全部信息有较深刻的认识、理解及较好的运用。为了便于学生掌握此类相图及其应用,在教学中我们通过物相点随温度的变化的实例,讲解其液相与气相及组成在该过程的演变情况。重点分析了第一个气泡点产生的压力、组成及最后一滴混合液消失的压力、组成,以及其逆过程这一难点。并将相图理论与工业精馏装置联系起来,激发学生对该部分内容的学习兴趣。
3具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图
具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图,是学生学习中最难掌握的内容。我们通过讲解物相点的降温过程的物相变化和步冷曲线的绘制,并借助动画展示具体过程,使该部分内容更加形象和生动,便于理解和掌握。同时,提高了学生的学习兴趣和动手能力。
4相图在金属材料中的应用
4.1在金属材料设计中的应用在工业生产和科研实践涉及到的金属材料通常为多组分的平衡系统,所以其相图更为复杂。为了得到材料的拟服役性能,需要对材料进行设计和加工。相图在材料设计中起着至关重要的作用,例如,在设计奥氏体不锈钢时,为了得到单一奥氏体组织,需扩大相图中奥氏体区,使其在冷却过程中不发生γ-Feα-Fe的转变。根据相图,改变系统的组成,增加稳定奥氏体元素,如Ni、C等是最常用的方法。当然,为了系统的平衡,其他元素也需做相应的改变。应用相图时,为了提高设计组织的准确性,需要考虑平衡相图与实际相图的差别。
4.2在金属材料加工中的应用在金属材料的热加工过程中,随着加工温度的不同,其物相也发生相应的变化。可通过控制轧制参数和冷却过程,改变材料的相变温度和组织类型,得到高性能的金属材料。例如,在钢铁生产中,热轧钢板控制轧制与控制冷却(TMCP)工艺,通过加大压下量增加累积位错,为相变过程提供更多的高能量相变形核点,以得到细小晶粒组织,提高钢的强韧性。通过控制冷却速率,可改变相变后的组织形态,在650℃以上发生相变得到珠光体和铁素体组织,在450~600℃区间主要得到贝氏体组织的钢材,在更低温度下发生相变得到马氏体组织,不同的组织赋予材料的不同的性能[5]。4.3在金属热处理中的应用相图不仅在金属材料的设计和加工中具有指导下作用,而且在材料的热处理过程中也具有重要的应用价值。例如,在金属材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火过程主要是控制冷却速率,使相变温度发生在较低温度区,得到低温转变组织。正火温度需在γ-Fe相区,需要根据相图和化学成分判断其奥氏体化温度,从而确定正火的加热温度。严格的说,确定热处理的升温速率和降温速率也需要参考相应的相图。通过相图在金属材料领域的应用的介绍,学生对本专业和学习物理化学的重要性均有了清晰的认识,他们的学习积极性也显著提高。
所谓物理方法就是利用某些物理性质与物质浓度的依赖关系,使用物理仪器快速准确测定出某一时刻的物理性质,再转换成物质浓度与时间的关系.根据蔗糖水解反应中反应物和产物都是有旋光性的,可以选择旋光度这个物理性质作为浓度和时间之间关系式的桥梁.利用旋光度与浓度的关系将反应动力学方程中浓度和时间的关系转换成旋光度和时间的关系,因此只需要测定不同时刻体系的旋光度值就可以求算出反应速率常数k.学生选择需要的实验仪器和实验材料,设计具体的实验步骤,教师对整个流程进行评价和改进,最后在具体的实验过程中验证结果.实验结束后讨论问题:为什么要进行零点校正,可用什么物质进行零点校正,蔗糖的初始浓度对实验测定有没有影响等等.在学完二级反应动力学以后,教师还可提出延伸问题:如何利用电导率测定乙酸乙酯皂化反应(二级反应)的速率常数?第二组同学大致可以提出相应的实验过程,而第一组同学则大都不知道该如何处理.两组学生比较,第二组学生对公式的利用、实验过程的处理等都较第一组学生要好.通过整个实验设计流程,学生可牢牢记住相应的动力学方程公式,同时会对具体的实验操作过程进行积极探索,对以后理论知识的学习也有很好的促进作用.
2激发学生自我学习和自我思考的兴趣
很多时候,学生不知道物理化学中的理论和定律有什么具体用途,因此学习起来没有兴趣,只是被动地背诵公式定律.物理化学实验设计过程的教学环节能够激发学生的主观能动性,提高学生自我学习和思考的能力.以燃烧热的实验测定为例,两组学生首先学习理论课程中燃烧热的定义,理解恒压热效应与恒容热效应的区别.利用氧弹式量热器分别测定待测样品和基准物质在量热器中完全燃烧引起的温度升高值,再利用基准物质已知的燃烧热来计算待测物质的燃烧热.现在的实验装置大都采用自动化和计算机处理,第一组学生除了简单掌握量热器和压片机的使用方法外,对物性燃烧热方面的信息知之甚少,学生也没有太大兴趣去深入讨论和研究.第二组学生采用实验设计过程的教学方法,首先指导教师介绍燃烧热在实际生活中的各种应用,例如燃烧焓的测定广泛应用于各种热化学计算中,测定有机物的燃烧焓,可计算相应的生成焓数据,从而可以了解其稳定性、反应性、生成机理、分子结构、能量规律等特点,对于掌握该化合物特定组成等有重要意义.氧弹量热法也广泛应用于污泥、废物、煤发热量的测定等等方面,对于泥煤的深度开发和综合利用有广泛意义.通过这些知识的讲解,让学生首先对即将学习的实验有一个背景认识,知道将来在哪些方面可以有广泛的用途,从而激发学生的主动学习兴趣.然后再介绍氧弹技术的原理和燃烧热测定实验的基本过程,这时学生对实验课程的理解和掌握就会有明显提高.采用这种教学过程的第二组学生与第一组学生相比,首先在听课过程中注意力就有明显提高,思维也能随着教学内容灵活转换,在实验过程中也能够自己分析和处理一些常见问题,这些都是学习兴趣被激发出来的结果.因此,实验设计教学过程可以激发学生的学习兴趣.
3提高学生的科研创新和分析解决具体问题的能力
创新是科研工作的灵魂,教学过程中应加强培养和提高学生的科研创新能力.对于物理化学的各个研究方向来说,物理化学的实验设计过程在不同程度上会对学生的创新精神和分析解决实际问题的能力具有积极的作用.以凝固点降低法测物质相对分子质量实验为例,两组同学首先同时学习稀溶液的依数性:加入少量溶质引起溶剂性质的改变,例如蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高以及渗透压的改变.这些性质的改变值只与溶质的数量有关,而与溶剂的性质无关.利用一相为纯物质时两相平衡温度与组成的关系可以推导出相应的定量关系式.其中,凝固点降低这个依数性质是一种常用的测量相对分子质量的实验方法.第一组同学学习凝固点降低公式,知道凝固点降低的改变值与溶质的质量摩尔浓度成正比,能够通过题意利用公式求解出相应的数值.第二组同学在学习完凝固点降低公式后,引导学生利用此公式进行溶质相对分子质量测定的实验设计.
首先从公式推导中可以看出,公式中有我们需要最后求的MB,凝固点降低常数Kf可以查得.所需要的就是纯溶剂的凝固点和加入少量溶质后溶液的凝固点Tf的值.所以整个实验设计的关键就在于如何测定液体的凝固点.所谓凝固点是指一定压力下,随着温度的降低,液体中逐渐出现凝固现象,固液两相平衡时的温度.引导学生自己选择实验器材设计实验:要想测得凝固点,就需要将待测液体放到一定的冷却介质中,例如冰水混合物,还需要精密温度计随时监测液体中温度的变化.此时教师给出提示:凝固点的准确测定并不容易,包括固液平衡的判断以及凝固热的放出对测量的影响等等,因此采用步冷曲线法测定相应的凝固点更为常用.学生讨论具体的实验步骤,教师进行指导修正,完成实验设计过程.两组同学同时开展凝固点降低法测定溶质相对分子质量的实验,通过实验过程中的比较可以看出,第一组同学大都只能按照书上的步骤进行机械操作,在操作过程中不知道何种因素会对实验产生影响,更不明白怎样对实验进行改进.而经过实验设计过程的第二组同学大都对实验细节比较注意,例如为什么需要冷冻管和空气套管,冷冻管要竖直放置,不要靠在空气套管上,还有冰浴槽的温度、磁子的搅拌速度对实验测定的影响等等.在实验结束后,第二组同学在实验数据的分析处理上也较第一组好,能够利用步冷曲线法合适地得到相对准确的凝固点数值.第一组同学在思考题的解答上也与第二组同学有明显差距,大都不明白一些针对实验过程的问题如何进行分析解答:例如溶质的量是否加入的越多越好,冰浴槽的温度过高或过低对实验数据有什么影响,高温高湿季节做此实验是否会影响准确度等等.
2改革实验教学模式及教学方法
向学生开放物理化学实验室是培养创新性人才的重要举措之一[9]。开放物理化学实验室的教学模式,锻炼学生分析问题和解决问题的能力,让学生接触到科研前沿的很多最新的成果,从而从根本上引起学生对实验课的兴趣和重视[10]。传统的灌输式教学过程中,教师对实验原理、实验步骤、数据处理都进行了详细讲解,学生的积极性和创造性得不到充分发挥[11]。为此,我们将实验的顺序调整为:“基础实验综合性设计性开放性实验”。在第一次实验时给定设计性和开放性实验题目,随后学生先做基础实验,在课后根据自己选定的实验项目积极地查找文献,寻找合适的方法在实验室进行,如果在课内没有完成实验项目,可以与老师预约时间来进行未完成的实验。逐步推行开放式实验教学模式,重在吸引学生主动参与科研实践活动。还充分发挥现代教育技术在实验教学中的作用。将一些仪器设备的操作、基础实验制成多媒体视频;鼓励学生用计算机来完成实验数据的处理,利用Excel或Origin软件进行数据处理不但速度快而且准确性高,规范物理化学实验数据处理过程,为学生将来从事实验或科学研究奠定基础[12-13]。
3完善实验课程考核体系
为了较为客观全面地评价学生实验的真实水平,必须完善实验课成绩评定方式。考核内容包括预习、操作、纪律、实验报告和实验结果等;将考核的形式多样化,主要从操作前的提问、操作是否规范、是否有原始记录、对自己方案的可行性进行论证及可视化总结等方面进行综合考核。客观全面的考核评价体系有利于调动学生的学习积极性,培养其综合能力,养成良好的实验习惯和科学态度。
4学生培养成果
近年来我院本科生在国家级科研创新大赛中屡创佳绩,例如:在2012年第十二届全国“挑战杯”比赛中,聂珊珊等同学《磁性铜离子印迹聚合物的合成与性能研究》获得三等奖;在2013年第十三届全国“挑战杯”比赛中,冷乐辉等同学《新型复合光催化剂的合成及光催化降解有机染料性能研究》获得一等奖;李蕾等同学《废弃锂离子中钴酸锂的高效浸出技术研究》获得三等奖。这些成果大部分都与物理化学的知识息息相关,基础与创新并重的实验教学模式对学生科研兴趣的激发与创新能力的培养起到了积极的作用。
1理论联系实际,激发学生的学习兴趣
很多学生认为物理化学是非常难学的一门课程,都是抽象的、枯燥的理论,从而产生厌学心理。“兴趣是最好的老师”,作为教师要从兴趣入手,引导他们喜欢并且学好这门课程,教师应更多地介绍物理化学与药学的联系,激发学生学习的积极性。例如讲授“相平衡”时,介绍超临界二氧化碳提取药物的知识,它是利用了物质在临界点附近的奇异性,利用无毒、不残留的二氧化碳代替水或有机溶剂作为萃取介质,将高压下萃取的物质经降低压力分离出来的一种把萃取与分离两个过程合为一体的新型提取分离方法。对于那些热不稳定或易被破坏活性成分的药物,采用这种方法提取优于传统的方法,然而这一高新技术是物理化学中临界状态、两相平衡的知识。在介绍相图时,结合药剂型改良的知识。比如,难溶于水的药物溶解后不易被吸收,药效慢,如果与尿素或其它溶于水并且无毒的化合物共熔,用快速冷冻的方法制成低共熔混合物,则尿素在胃液中能很快溶解,剩下高度分散的药物,从而利于吸收。例如,在讲授“稀溶液依数性”内容时,可以列举“北方冬天吃冻梨前,先将冻梨放入凉水中浸泡一段时间。发现冻梨表面结一层薄冰,而里边却解冻了。这是什么道理呢?”实际上,如果能清楚梨中的水不是纯水,而是溶有糖和一些物质的溶液,利用稀溶液中凝固点降低的规律就很容易解释这一问题了。在“胶体”这一章中,医药上用于胃肠造影的硫酸钡合剂,其中就含有足够量的一种高分子化合物——阿拉伯胶对硫酸钡溶胶起保护作用,当患者服用后,硫酸钡胶浆能均匀地粘附在胃肠道壁上形成薄膜,从而利于造影检查。
把理论知识与实际联系起来,让学生感觉到物理化学知识跟我们的生活息息相关,不再是一门枯燥乏味的课程,而是让学生感兴趣的课程。
2有效地组织课堂教学
课堂教学要遵循教师为主导,学生为主体的原则。课堂上教师除了传授知识之外,更重要的是培养学生的思维能力。因此,教师在组织教学活动时,要注意培养学生的创新精神。教师在授课的时候,应采用启发式教学,不能只以老师为中心,平铺直叙,照本宣科。多提出问题,让学生进行思考,采取教师讲授理论和学生参与讨论有机结合起来,让课堂变得生动活泼,教师和学生形成良好互动。这样既能够让学生掌握了知识,又能培养学生的思维能力。
例如,讲授到“热力学第二定律”时,让学生先发表自己对热力学第二定律的两种说法的理解,然后教师再做出总结和归纳。第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原,要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用,由此可见,热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异,这种差异决定了过程的方向,人们就用状态函数熵来描述这个差异。通过学生讨论和教师总结,加深了学生对知识的理解,同时也为后面讲的内容“熵增加原理”作铺垫。
3合理运用各种教学手段
在物理化学传授过程中,针对不同的教学内容应采用适当的教学手段。多媒体的应用使原本枯燥乏味的理论知识,通过具体、生动、形象、直观的形式表现出来,调动了学生学习的积极性,为教师节省了大量板书绘图的时间,加快了知识点的讲授速度,课堂教学的信息量大大增强[2]。例如,物理化学课程有很多现象和性质,可通过直观的图片加以形象说明;对于需要大量图形图像信息展示的相图部分,利用多媒体教学优势更为突出。
在物理化学课程教学当中,有一些内容采用多媒体教学就不能显示出优势。比如,一些重要公式的推导和中间步骤及计算过程,适宜通过引导学生参与并以板书的形式讲解,让学生对公式的来龙去脉有必要的了解。这并不是说要求药学专业的学生掌握公式的推导过程,而是让他们加深印象,明白公式的应用条件和范围,从而能更好地运用这些公式。因此,要挖掘多媒体教学和传统教学的优势,发挥各自的长处,提高授课水平。
4突出重点和突破难点
对于药学专业的学生来说,在较少的课时内讲解完物理化学这门课,学生很难理解全部内容。因而要做到有的放矢,吃透教材,分清主次,突出重点,突破难点,学生才能掌握好必修的内容,在有限的时间内学到相应的知识。比如“相平衡”中让学生了解单组分和二组分体系的相图和应用即可,而对于比较复杂的三组分体系的相图可以不介绍。
例如,在等温等压条件下,我们用Gibbs自由能的改变量ΔG来判断化学过程的方向和限度,但为什么可以用ΔG≤0来判断等温等压下过程自发进行的方向和限度呢?学生不能理解,而物理化学正是解决这个所以然的。用ΔG≤-W′判别式指出某个过程是不可逆的,并不意味着此过程就必定是自发的。从两方面分析用ΔG≤0能对等温等压下过程自发进行的方向和限度[3]。①W′≠0时,如果ΔG>0,由ΔG≤-W′,必然有W′<0,这说明环境对体系作了非体积功。所以,此不可逆过程是一个非自发过程。如果体系内发生自发过程,即体系对环境作非体积功,W′>0。由ΔG≤-W′,必然是ΔG<0。这就是说在等温等压并且作非体积功的情况下,体系发生自发过程,必然引起自由能的减少,一直到自由能最小时,ΔG=0,达到平衡状态。②W′=0时,体系与环境之间不作非体积功,则ΔG≤-W′式变为ΔG≤0。这样,ΔG>0的过程就不存在。体系若有自发过程发生,必定是不可逆的,即ΔG<0。这就是说在等温等压和不作非体积功的情况下,体系发生过程,必然引起自由能的减少,一直到自由能最小时,ΔG=0,达到平衡状态。从以上两方面来看,不管体系是否作体积功,在等温等压下,自发过程总是朝着自由能减少的方向进行,直到最小值时,ΔG=0,达到平衡状态。因此,可以利用ΔG≤0来判断等温等压下过程自发进行的方向和限度。通过详细讲解,让学生能更好地理解难点。
5借助类比法讲清物理化学规律
在物理化学教学中,往往要介绍一些较难理解的规律。人们接受新知识的能力,在很大程度上依赖已掌握的知识,教学中可借某些新旧知识间存在着形式上或性质上的类似,通过类比诱导,使学生建立新概念和认识规律,从而避免单纯枯燥地解释意义。
有些物理化学规律,初看并无类似之处,但只要认真思考,注意捕捉它们在形式上和物质上的相似之处仍然可以类比,达到深刻理解的目的。例如,温度对化学反应速度的影响规律即阿累尼乌斯方程式lgK2K1=Ea2.303R(T2-T1T1T2)和温度对化学平衡常数的影响规律lgK2K1=ΔHθ2.303R(T2-T1T1T2)也有形式上的类似。但二者的含义不同,前者当反应的活化能为已知时,则可以从T1温度的速度常数K1计算在另一温度T2的速度常数K2。后者是当等压热效应为已知时,则可从T1温度的平衡常数K1计算该反应在另一温度T2时的平衡常数K2。这样用类比法讲授物理化学规律,避免了学生容易出现的离开化学实质,把定律作为数学公式来记的弊病。
因此,在物理化学教学中,恰当运用类比,可以少费口舌,化抽象为具体,学生接受新知识的过程变得自然、亲切,又觉得新鲜而不重复,学生获得的知识确切、清晰,又印象深刻。需要注意的是,运用类比法讲授新课时,应使学生明白“类”只是类似,“比”只是比较、推理,“类比”并不是“等于”。这是因为事物都各有自己的特殊内在本质和规律,类比只是认识事物本质和规律的一种思维方法。
6小结
以上是笔者对药学专业物理化学课程教学方法的体会。通过问卷调查,让学生从9个方面评价教师的教学效果,结果见表1。从表1可以知道每一项的满意率都超过了70%,说明这样的教学方法得到大部分同学的认可。物理化学这门课理论性强,抽象难懂,是最难学的基础课程之一。另外,药学专科生的基础差,底子薄,因此学习这门课程就更困难。尽管教学方法得到大部分同学的认可,但是也存在很多不足之处,例如,有些知识点讲得不够具体,对于公式的应用,所举例子太少。
表12005级药学专业专科班40名学生对教师教学效果评价结果(略)
总之,我们要善于在物理化学课程教学实践中不断地总结经验,提高教学质量。
【参考文献】
2存在的问题
在教学实践中我们发现“全面开放”模式存在一定的问题,物理化学实验课程安排中,部分实验之间存在相同的知识点和操作,譬如“溶液粘度测定”和“酯皂化反应动力学的研究”使用相同的控温装置,又如“不同外压下液体沸点的测定”和“环已烷-乙醇二元气液平衡相图”则使用相同的恒压装置,在“全面开放”模式下每个同学完成实验的进度和顺序皆不一致,带课教师无法掌握所有学生的实验完成情况,遇到这类情况只能每次重复讲解。另外实验课程在设置时是遵循一定的层次和框架来进行的,学生的自主选课随机性很强,容易忽视各实验之间的关联所在,不利于培养学生对课程整体的把握能力。
3“有序开放”管理模式
3.1“有序开放”管理模式的引入
鉴于以上这些情况,我校物理化学实验中心近年来尝试使用一种“有序开放”管理模式。该模式下各种动作方式于“全面开放”模式基本一致,主要的改变在于以“实验组合”取代单个实验作为选课单元,供学生选择。实验教师可以按照实验类型、操作和难易程度对每学期的实验进行分类和组合,每组一般2~4个实验。实验组中的实验顺序固定,有相同的知识点和操作点的实验尽量分开,而不同组实验间则相互对应。比如某学期开放四个实验A、B、C和D,A和C、B和D均存在相同的知识点,将A和B做为组合1,C和D做为组合2,学生就可以选择先完成组合1,再进行组合2的实验时,教师就能了解到该班学生对知识点的掌握程度,进而可以简要或者更加深入对该知识点进行讲解。其它管理方面仍然依照之前的模式。
3.2“有序开放”管理模式的实践成果和需改进之处
这种模式在本质上仍然属于开放管理模式,因为学生同样可以自主选择实验内容和教师,而实验课程经过优化组合后,一方面增加了教师和学生见面的次数,有利于教师对学生实验进度的把握,教学资源和时间可以得到更加充分的利用,另一方面则有利于学生在宏观上对实验层次和框架有一定的理解,对理论课程的学习也会起到积极的作用。我校物理化学实验推行该模式迄今已满三个学年了,新模式首先继承了之前模式的优点,包括选课系统的使用和课后测试等特色,对实验进行一定的排列组合则更能体现实验之间承上启下、由简及深的关系,有利于学生对实验课程结构的把握和实验技能的深层次培养,有利于教师对学生学习进度的了解,同一实验可以跟据不同的情况采用不同的方式来讲解。在一定程度上解决了之前模式随机性过强带来的一些弊端。取其中两个学期学生实验成绩绘制成分布图,如图4所示。由于“有序开放”管理模式实践时间尚短,并未完全成熟,会给实验管理和教学方面提出一些新的要求,比如需要更高的师资水平,每个教师需要掌握熟悉更多的实验课程,并要具备更加灵活的授课方式;学生在时间上的自由度和“全面开放”模式相比受到了一定的限制,管理方需要投入更多的精力进行协调;另外需要在教学中不断对实验的排列组合进行优化,以进一步突出实验教学的整体性和相关性。这些问题在今后的教学实践中需进一步完善。
目前我院实验中心承担了全校理工科学生的化学基础实验教学,包括材化、化药、生工的全体学生。上物理化学实验课的班级有50个,学生人数达到1500余人,而物理化学实验室仅有4间,上物理化学实验课的全体师生是走“流水线”的形式,再者,师生总体受“重教学,轻实验”思想的影响,学院领导对实验技术人员工作的认同度不高,导致实验技术人员工作积极性下降,实验技术人员都产生一种消极应付实验仪器设备管理心理,敷衍实验教学。
1.2实验教学过程未严格遵循管理制度
我院物理化学实验室制定了相关实验室运行规章制度,要求每次实验要安排值日生,仪器要严格按照使用步骤操作,仪器损坏要及时登记等。但是在具体的实验过程中,很多教师为方便学生实验,或者节约实验时间,没有按照仪器正常操作规程操作仪器,比如,使用旋光仪一定要预热至少十分钟,很多学生根本就没有做到。同时,在物理化学实验教学中,由于参与实验的学生较多,指导教师不能一对一指导,大部分学生都在摸索中完成实验过程,结果导致学生实验做完后,仪器也损坏严重。
2定位化管理物理化学实验仪器探讨
目前,定位化管理在很多行业起着重要的作用,王晓础等等报道了在大型综合医院手术室仪器管理中采用双向定位的方法进行管理,周清武报道了对药房药品进行定位化管理,辛晓东报道了对煤矿井下人员进行定位系统管理,刘建东等报道了在小包装中药饮品库房进行定位化管理,张玉琢报道了在高校图书馆自习区有限定位管理。现在我们把定位化管理运用到物理化学实验室教学仪器的管理中。
2.1定位化管理实验仪器理念
定位化管理就是将物理化学实验室教学仪器统一定位,放置于实验室,使用后立即放回原处,保证实验的顺利进行。首先,制作好物理化学实验仪器分布表模型,在模型上标注好各种实验仪器的摆放位置,通过该模型可以正确找到仪器;又在每个实验仪器上粘贴标识来表明它原来的归属位置,通过仪器上的标识反向找到它的归属位置,可以有效提高实验仪器的管理。
2.2定位化管理实验仪器的初步构想
仪器分布表模型包括实验室房间号,仪器名称和维修情况,将各种仪器制成不同的小模型并写上名称粘贴在上面,不同仪器可以用不同颜色区分。将仪器分布表模型放在实验室的最前方,即黑板下方,方面上物理化学实验课全体师生查看。具体操作步骤如下:实验技术人员在上课前首先对上实验课教师说明要求定位化管理仪器,实验结束后,指导教师按照仪器分布模型要求学生将实验仪器摆放好,如果在实验结束后,仪器如果损坏或缺失应及时上报给实验员,实验员检查通过后,师生方可离开实验室。3.3定位化管理实验仪器的预期效果通过采用定位化管理物理化学实验教学仪器,其预期效果有:首先,方面师生教学,教师能轻松演示实验,学生进行实验时也能快速找到所需仪器,改变了以前学生满教室找实验设备的现象;其次,学生实验能够更加有序地进行,在实验进行中,能及时发现仪器问题并进行维护;最后,将实验教学仪器按照仪器分布表模型还原,能够减少实验技术人员的工作量,方便实验技术人员更加有效的管理实验仪器。
中图分类号:G642.0文献标识码:C
作者简介:王艳(1980-),女,汉族,辽宁葫芦岛人,博士,讲师,主要研究新能源材料及电化学,沈阳师范大学化学与生命科学学院,辽宁沈阳110034曹中秋,沈阳师范大学化学与生命科学学院,辽宁沈阳110034赵晔,沈阳市第一O七中学,辽宁沈阳110042朱景龙,沈阳市一四六中学,辽宁沈阳
《物理化学》是化学及相关学科的理论基础[1]。是化学、化工、材料、能源、冶金等专业本科生必修的专业主干基础课之一。它是从化学现象与物理现象的联系入手,借助数学、物理学等基础科学的理论及其提供的实验手段,来探求化学变化中最具普遍性的基本规律的一门学科。然而,物理化学的概念性、理论性、系统性以及逻辑性都极强,同时,涉及的公式较多,应用条件的限定较为严格,同时与数学知识的联系又非常紧密,学生在学习过程中普遍感到枯燥、抽象、难于理解。这在很大程度上影响了学生的学习兴趣和创新能力的培养。其教学质量直接关系到学生运用理论知识解决实际问题的综合素质和能力的培养。多年来,从事物理化学教学方面的教师不断探索、创新[2-4],在教学模式和方法上积累了丰富的经验,但在很大程度上仍不能满足现代社会发展对科研工作者和技术人员的创新能力的要求。因此,如何在物理化学的课堂教学上培养学生的学习兴趣,动手能力及创新能力则显得尤为重要。为此,以当今社会发展的需要为目标,将探索式,逐步深化式教学融入其中,并将实践和教学有机结合,进而摸索出有利于培养学生的探索精神和科学素养的课堂教学改革方案。
1在教学内容的选择上,把科研以及生产生活实践环节上收集的素材及时充实到课堂
物理化学的主要包括热力学、电化学、动力学、表面化学以及胶体化学五部分。这门课的理论性较强,对初学者而言,其理论知识比较抽象,难于理解。因此,在教学内容的选择上,把科研以及生产实践环节上收集的素材及时充实到课堂上,避免学生在新知识面前困惑,理不清头绪。例如,在讲授电化学中二次电池相关内容的时候,可以把科研项目中涉及到的关于锂离子电池的研究融入其中,从电池的构造,组装以及阴阳极材料,电解质材料的选取等方面入手,让学生对锂离子电池有一个较为全面的了解,同时对阴阳极反应采取动态演示的方式给予展示,让学生清晰的看清脱嵌锂的过程,认清反应进程,电子转移的方向,电流的流向等。在讲授电导水以及水的杂质去除方面的知识的时候,首先让学生了解什么电导值范围的水可以认定为是“电导水”,对于非电导水即含有杂质的水如何纯化的问题时,可以让学生在课前预习时了解一下目前家用的“净饮机”,详细查看一下各级过滤材料的组成成分,然后在讲述其去除杂质的方法。让学生自己去分析究竟属于去除杂质方法的那类以及相应的原理,这样将生活中实际遇到的问题充实到课堂,相信学生对所涉及的知识内容会有更好的理解和更深的印象,而不是仅仅把去除杂质的方法简单的罗列。当讲授到“金属腐蚀与防护”方面内容的时候,不妨让学生联想一下在海上航行的船舶,为了避免腐蚀,在船底四周要镶嵌上锌块,这就会使得较活泼的金属锌在船舶的腐蚀过程中充当阳极,失去电子而还原(反应:ZnZn2++2e-),此时,船体本身充当阴极收到保护,而锌块则代替船体而受腐蚀,实现了牺牲阳极的阴极保护法。通过以上的实例,我们可以看到在基础理论的讲授过程中,引入适当比例的科研以及生产生活实践环节上的典型案例,能够深化学生对理论内容的理解,激发学生探究自然规律的兴趣。
2实现探索式、逐步深化式教学
传统的物理化学教学多采用“填鸭式”教学模式进行理论知识的讲解,学生仅仅是被动的学,这在很大程度上抑制了学生的学生个性、学习兴趣、思维能力以及创新能力的提高[5]。鉴于此,我们在教学形式上进行了改革,通过探索式、逐步深化式教学模式,创设问题情境方式,让学生在探索,思考和实践的过程中吸取理论知识和应用知识,进而培养学生的创新思维能力。比如,在讲授“电导测定”的内容时,通过之前授课内容的讲解,提示学生电导的测定实际上就是电阻的测定,而电阻的测定在高中教材中就已讲过。此时让学生们回忆一下“韦斯顿电桥的基本原理是什么?”,通过这一问题逐步展开。进而让学生了解到当电桥达到平衡时,会有怎样的结果产生。然而再讲授电导测定,以及相应的装置。可见,通过对电阻测定相关知识的复习,对于电导测定的逐步深化就显得易于理解,这样由简单到复杂,由浅入深的思路,就会使学生很好的掌握电导测定的原理。在讲授极化曲线的测定时,由于极化这一知识比较抽象,首先让学生了解什么是极化曲线,它实质上反映的是电流密度和电极电势之间的关系。这时让学生探讨一下电流如何测定,电极电势如何测定,因为不管是电流,还是电极电势的测定在之前的章节讲授中已经学习过,学生会有较深的印象。这样经过一小段时间的探讨,然后通过学生主动答复的方式来解决此问题。如此下来,极化曲线的测定就显得比较易于理解。此时再讲授极化曲线测定所需的实验装置,即三电极系统。待测电极和辅助电极构成的电解池中的安培表即用来测定电流的,通过调节电路中的滑动变阻器,可实现电流值的调节。而在某一电流下,待测电极和参比电极构成的原电池就是用来测定待测电极的电极电势的。很显然,学生会很容易掌握关于极化曲线的测定的相关知识点。通过这种探索式、逐步深化式的教学模式,能够在很大程度上提高学生的学习兴趣,使学生更深入的掌握所学的理论知识,能够取得更好的课堂效果。
3在实验教学环节上,适当增加对大型精密仪器使用,加强学生动手能力实训
王等[6]曾指出:实践教学在大学生的创新意识、创新思维和创新精神的培养中具有不可替代的作用。在实验教学环节上,以往多采用的方式是验证性教学模式,类似于“照方抓药”的模式,这样学生自身创造性思维在很大程度上根本得不到锻炼,更难以满足当今社会对人才培养的要求。针对以上问题,根据现有实验仪器和设备以及物理化学教学大纲的要求,在实验教学环节上,适当增加对大型精密仪器使用。一般情况下,对于大型精密仪器来讲似乎是研究生同学的专利,本科生同学很少能接触到。其实,对于本科毕业后的学生来讲,无论是继续学业,攻读硕士研究生,还是参加相关实践工作,各种大型仪器都会有或多或少的接触。试想,如果在攻读学士学位的本科期间,就能对一些大型精密仪器有一个很好的了解,甚至是上手操作,无疑是百利而无一害的事情。因此,我们可以开设一些更能反映当代科学前沿以及生产生活实践的综合性实验项目,充分利用现代分析测试手段。例如,我们设计了“铬合金在酸性介质中极化曲线的测定”这一综合性实验,设计这一实验的目的首先是让学生对极化这一相关理论知识有一个更好的把握和理解,同时也是更重要的是能够让学生熟悉和使用“电化学工作站”来测定极化曲线,进而判断所测合金的腐蚀情况,这恰恰也有金属腐蚀的相关理论知识很好的结合起来。同时让学生参与到实验样品的制备、抛光以及电化学测试等全过程中来,让学生主动思考实验过程,根据仪器扫描出的极化曲线,来分析在酸性介质中铬合金的腐蚀情况,这样既直观,有益于理解,同时更利于调动学生的积极性,最终达到提高学生创新思维能力的目的。
4结语
为了避免在物理化学教学过程中,学生在学习过程中普遍感到枯燥、抽象、难于理解的现象,提高学生的学习兴趣和创新能力。我们以其研究内容和发展现状为出发点,在教学内容的选择上,把科研以及生产生活实践环节上收集的素材及时充实到课堂;实现探索式、逐步深化式教学;在实验教学环节上,适当增加了对大型精密仪器使用,加强学生动手能力实训。进而摸索出有利于培养学生的探索精神和科学素养的课堂教学改革方案,最终满足现代社会发展对科研工作者和技术人员的创新能力的要求,最大限度地培养学生的创新能力。
参考文献:
[1]傅献彩,沈文霞,姚天杨等.物理化学[M].高等教育出版社,2006.
[2]肖利,刘建华,唐娴敏等.冶金-材料类专业物理化学课程教学改革与实践[J].湖南工业大学学报,2011,(25):93-96.
[3]方文军,雷群芳,王国平等.工科物理化学教学改革与实践[J].化工高等教育,2005,(2):33-35.
作者:张雪娇 单位:西安医学院药学院
对于新理论的实验依据,处理方法和该理论的应用以局限性都必须讲清讲透,澄清可能产生的各种模糊认识,而对于无机化学、有机化学、分析化学等前设课程中已有完整论述的内容不讲或略讲,让学生自己阅读巩固提高,再用较少的课时加以引申和提高。例如在无机化学中已经系统地学习过的热力学中的基本计算、化学平衡的基本计算以及电化学中的有关Nernst方程的计算等,在物理化学课程中就可以略讲,甚至于可以不讲。对比法—强调知识的相关性和连续性任何知识体系都是在旧的较简单的知识体系中发展而来的,不同的知识体系之间往往是相互关联的。物理化学与其他学科的相关性和连续性主要体现在2个方面:一是将已学过的其他学科知识加以应用,如高等数学、物理学、无机化学、有机化学、分析化学等。讲授这些内容时可以进行扼要的回顾或简单的复习,使学生温故知新;二是与学过的课程进行类比,如在讲授体积功时可与物理学中功的概念进行对比,加深学生对新概念的理解。当教师传授新知识时,如果能够指出即将学习的内容与已学知识之间的联系,就可以大大提高学生对新知识理解和掌握。启发式—发挥学生主观能动性启发式教学是教师的主导作用和学生的主体作用共同发挥,双向互动的一种有效的教学方式[2]。一个善于用启发式教学的教师,能从主导作用开始,逐步过渡到主导和引导相结合,使学生的学习状态也逐渐由被动转向主动。
同时教师再加以必要的引导和启发,通过知识的扩展和引申,师生共同得到结论———自然界中的一切发展变化过程都是有方向性和限度的。需要注意的是,在启发思考过程中,要给学生思考的时间,使他们不仅从启发中理解知识,还要从启发中掌握获取知识的方法。启发式教学在教学过程中充分发挥了学生的主观能动性,有利于培养学生的科学思维能力。多媒体—加深对重、难点的理解和认识近年来,随着多媒体技术的迅速发展,多媒体教学在教育领域中的应用已经成为教学方式改革中的热点。其中电子教案是多媒体教学的主要工具,一个好的电子教案不仅可以大大提高讲课效率,而且可以充分发挥计算机多媒体技术的特点和优势[3],帮助学生更快、更深刻地理解教学内容。如热力学中的体积功和卡诺循环等比较抽象的概念。如能应用专用软件和多媒体技术,通过图形、文字、动画等多种形式将其形象而直观地展示给学生,使学生对该部分知识的理解和记忆就相对比较容易。同时,多媒体教学课堂信息量大,解决了课时少、学生多、教学资源不足的问题。值得注意的是,多媒体教学只能作为课堂教学的辅助手段。物理化学中一些重要公式的推导如能在板书中给出,学生的听课效果会更佳。开放式—培养学生自主学习能力为扩大学生知识结构,丰富物理化学与医药行业密切联系这方面的知识,教师可以根据课程进度,对于一些理论性较强的基础知识,如药物制剂与化学热力学及动力学之间的关系、表面现象与学生实际生活的密切联系等,拟定好专题讨论的题目,提前将讨论提纲及具体要求通知学生。学生在学习之余,收集信息资料并作出相应的课题报告。然后在教师的组织指导下开展讨论,通过各种形式谈出各自的见解和观点。这样不但有利于学生了解与本专业相关的一些前沿知识;同时还能通过相互之间的交流锻炼学生的思维和口头表达能力,真正做到一举多得。
加强习题训练,巩固所学知识在物理化学的教学中,除了课堂讲授之外,加强习题训练也是至关重要的。这一点,相信每个物理化学教学工作者都深有感触[5]。在物理化学的学习过程中,一般学生即使上课听得很明白,教材也能看懂,但拿到习题时却无从下手,这种情况极为普遍。因此,在课堂上精选一些有启发性的典型例题进行分析讲解就显得十分重要。由基本概念到计算公式,再到每一个计算公式的适用条件,引导学生自己进行逻辑推理。此外,还可以让学生做一些改错题练习,引导学生从错误中探索知识,辨别是非。布置学生作业时,要采取少而精的原则,尽量布置一些综合性较强的习题。为此,教师在课后习题的基础上编写了与教材相适应的难易适当的习题册,进一步提高学生对所学知识的理解和掌握。如何改进和提高物理化学教学,既是一个老问题,也是一个新问题,本文仅是作者在进行物理化学教学时的一些尝试和思考。这一课题所涉及的深层次问题尚值得同行在今后教学实践中继续深入研究。总之,灵活运用各种良好的教学方法,借助现代化的教学手段,必定可以大大加深学生对教学内容的理解,提高教学质量。