前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇大学基础化学内容范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
随着我国高等教育改革的不断深入,复合型、创新型人才培养越来越受到重视,本科教学已经不再是单纯的专业知识传输,而是对知识、素质、能力等方面的综合培养。化学学科作为一门中心科学与应用型科学,与物理学、材料学、生命科学等多种学科相互交叉、相互渗透,已成为许多高校非化学专业学生的一门重要的基础课程。通过《大学化学》课程的学习可以帮助学生掌握必需的化学基本理论和基本技能,能运用化学的理论、观点、方法审视公众关注的材料、能源、环境保护、生命科学、国防、医药卫生、资源利用等热点问题。在知识经济快速发展的今天,加强大学化学课程教育,培养具有一定化学基础知识和应用能力的学生是非常必要的。它顺应了教学改革的要求,有助于提高学生的综合素质,增强学生在就业市场上的竞争力,拓宽学生的人生发展道路。而《大学化学》课程教学模式改革是一个系统而漫长的过程,如何尽可能的调动所有有益教学的因素,充分利用教学资源,为培养创新型、复合型人才服务是许多教育工作者关心的问题。在此背景下,许多高校针对《大学化学》课程进行了诸多有益的尝试,包括从教学内容、考试模式、活力课堂建设和实验教学等方面进行的教学改革,这些对培养学生的创新意识、探究能力和动手能力,提高教学效果等方面都提供了有益的经验。本文将针对我校材料专业的《大学化学》对人才培养的要求等特点,结合多年的高校一线教师的授课经验,就大学化学课程设计、教学理念、教学方法等方面的教学思考,浅谈如何以学生为主体,提高《大学化学》课程教学质量。
二、前沿问题
大学化学是一门中心性和实用性的学科,作为一门自然科学基础课,是培养大学生的基本素质课程。国内各高校根据不同的非化学专业的需要开设的基础化学课程也各不相同。主要有大学化学(或普通化学、应用化学)、无机化学、有机化学、物理化学、分析化学及相关实验课程等。因此《大学化学》这类课程的开设目的,并不是培养化学家,而是旨在使相关专业的学生对化学学科有较为全面的了解并初步掌握化学领域内必需的基础知识,为后续课程和各自专业课程的学习打下坚实的基础,这与化学专业的化学教育有很大的不同。因此,在进行教学时应根据授课对象的专业背景对教学内容进行合理取舍和调整,使其能与学生的专业结合起来,使学生了解到所学内容能为其所用,从而调动其学习积极性和主动性。对于非化学专业的学生来说,他们既要掌握丰富的化学科学知识,涉猎有关化学的前沿领域和历史动态,掌握与化学基础知识和基本能力有关的各专业学科的相关知识,学习任务相对教重。那么如何激发学生的学习动力、提高大学化学课程的教学效果,在有限的教学时间把学生教好,是每位大学化学老师要面对的一个亟待解决的问题。另外现有的该课程设置在各大高校中主要是理论课,而无配套实验。实验教学是化学教学的重要组成部分,是非化学化工专业学生将化学理论与实际相结合的为数不多的途径之一,在学生能力培养方面具有不可替代的作用。但实际情况是,大学化学课程学时通常较少,根本无法开展实验教学。这些问题的存在,一定程度上会挫伤学生的学习积极性和主动性。以上诸多问题都是现在化学课程开展中的不利方面,因此大学化学课程的改革是十分必要的。
三、教学过程的思考
非化学专业与化学专业的化学教育有很大的不同,因此任课教师在进行课堂实践教学时应十分明确教学目的和任务,在进行教学时应根据授课对象的培养目标及专业背景等特点对教学内容进行合理取舍和调整。既能有利于学生科学素养的综合提高,又能为后续专业课程学习提供一定基础。因此面向非化学专业的大学化学课程重点在拓宽学生们的知识面,注重对整体化学体系的把握和观察,而不是仅局限于某个理论的详尽解释或某一复杂化学问题的计算等,在给学生们提供基础理论知识之时要注重学科交叉融合及前沿动态。本文认为:“突出重点”、“改进教学方法”、“注重实践”为达到非化学专业的《大学化学》教学模式改革目标的有效途径。具体内容如下:
1.突出重点,适当把握及精选《大学化学》教学内容大学化学课程的内容选自四大化学(无机化学、有机化学、分析化学、物理化学),内容多、渗透性强,这对学生的知识结构及对学习提出了较高的要求。此外该课程理论性和实践性都很强,可以说它既是一门基本理论学科,又是一门以实验为基础的学科。在教学内容上,如果试图全面详尽给学生提供化学各学科基础知识及严谨理论计算,很容易使非化学专业的学生进入一种“云深不知处”的学习状态,对于并非立志从事化学的学生来说,他们可能还没领略到化学之美就只被铺天盖地的化学知识给掩埋了,给学生的印象也就成了知识的堆砌。这时何谈学习的乐趣及动力呢?因此应结合学生专业特点及人才培养的目标,对教学计划、教学内容作相应的调整。笔者所处的化学教学是面向无机非金属材料专业学生开设,因此在教学过程中对大学化学的基本教学内容进行适当取舍,包括调整后的内容能使得学生可以整体把握大学化学的学科脉络,但对某些复杂的化学计算部分,比如化学平衡的各种计算,进行了淡化处理,引入前沿科技或应用领域时加强与后续课程的衔接和联系,介绍一些现代化学的前沿领域或教师本人的科研课题,并适当围绕智能材料、纳米材料、液晶材料、新型陶瓷材料、光电转换材料等新材料的结构性能及应用进行阐述。以此开阔学生眼界,激发学生的学习兴趣。
2.改进教学方法,培养学生的自主学习能力教学方法是促使教学内容内化为学生素质的手段,起着导向、中介和内化的作用,不同的课程内容要和相应的教学方法匹配对应,才能相得益彰。近年来各高校通过开展讨论,推行多媒体教学和启发式、讲座式教学,教学效果有所提高。在本人的教学过程中,通常针对不同的教学内容,采取不同的形式组织课堂教学。例如物质结构基础这部分内容较抽象,往往多引用模型和多媒体技术等现代教学手段为主。例如元素和化合物性质这部分,因为大多学生高中时学过相关知识,因此可以由学生自学,组织课堂讨论,教师引导答疑。例如表征体系混乱度的“状态函数—熵”时,多延伸举例各种体系从有序到无序的倾向性案例,利用认知心理中用已知经验去理解未知事件的心理行为,帮助学生们快速拉近与新知识的陌生感和距离感,从而深刻理解该部分概念。在教学的同时不要拘泥于原有框架,应鼓励学生有新思想和新见解,培养学生开拓未知领域的兴趣,也有利于课堂气氛,提高课堂的教学效率。
3.注重实践,加强实验教学,提高创新技能化学是以实验为基础的学科,化学学科的魅力在于其生动及复杂多变,具有强烈的视觉效果及生动感。通过实验可以把书本学习中的复杂科学理论和严谨的化学语言进行生动再现及验证,同时实验过程也是培养学生严谨求实的科学作风、动手能力和创新精神的重要手段,所以我们应为学生提供更多的实验动手机会。具体实施中,应增加该类课程中的实验学时,利用各自学校的化学实验室为学生们提供实验条件。相应设计配套实验内容,包括基础实验、综合实验、开放性实验。基础实验和综合实验面向全体学生开放,主要是对学生进行基本实验技能训练和综合能力的培养,加深对理论教学的理解。开放性试验面向部分学生开放,主要形式以学生自学和独立实验为主、教师辅导为辅,鼓励他们勇于探索与创新,主要是对学生的动手能力和创新精神的培养。对于非化学专业学生们来说,受条件制约,这方面还有很多工作可做。但实验教学对于提高教学效果,改变教学模式,带动学生学习化学的积极性,改变传统教学内容中封闭被动的模式,向开放型、主动性模式转变,都具有极大的作用。
四、小结
【关键词】大学;有机化学;实验;教学
有机化学实验教学是高等院校有机化学课程体系的组成部分之一,往往设于高校二年级阶段,因为该时期的大学生恰好处在实验技巧与能力不断提升之阶段。实施实验教学对于提升学习者们的实践能力,提升其综合素质等具备了十分重要的价值。由于有机化学实验在提升学习者们的化学实验能力上具备了非常重大的作用,所以一定要对当前大学有机化学实验教学状况加以分析的基础上,进一步探讨有机化学教学的方法,从而力争取得更好的教学成效。
1强化基础操作实训提升实际动手能力
大学生们今后均要走入社会踏上化学相关工作岗位,这就要求其一定要有良好的化学知识储备,所以提升有机化学基本操作能力就成为了提升大学生群体实验能力的重要内容之一。基础操作实训为有机化学实验之前提,也就是说,有机化学实验完全是通过数个基本操作部分组建而成的十分复杂的操作系统之一。有机化学实验基础操作实训涵盖了蒸馏、分馏、重结晶、测定熔点与沸点以及色谱分离等内容。大学生们在实施基础操作实训中应当进行更加规范的操作。大学生们来到有机化学实验室,第一步是要为其讲解实验室的相关规则尤其是安全操作制度。其次是要求其在实验中和实验后能够保持整洁、无污水,且有秩序地摆放好物品。再次是要培养大学生们规范化的实训习惯,包括铁架台与烧瓶夹的固定形式、各类仪器的清洗方法以及安装次序等。最后是在大学生们掌握了以上基本实训技能之后,要在实验过程中更加灵活地选择具体的操作内容。这样一来不仅能够提升学习者们实际操作能力,而且还能培养其解决各类实际问题之能力。
2改进课程结构精心选择实验内容
以往的有机化学实验只是有机化学理论教学的附属内容,教师觉得上不上关系并不大,因为并未真正将实验教学列为提升大学生技能的必备手段。与此同时,在具体实验内容的安排上,验证性与基础性的实验偏多。这样一来,在实验的内容上也往往具有过于繁琐、耗费时日,而且实验的成效较差,并不侧重于综合素质的提升等。为切实提升有机化学实验教学的基础性地位,应当重新全面修订实验教学的大纲,明确有机化学实验教学的相关要求,从而精心选择有机化学实验的内容,实现基础实验与综合实验之间的彼此融合。例如,制备乙酰苯胺这个实验可以划分成合成乙酰苯胺、纯化乙酰苯胺以及纯度测定等三个实验来做,从茶叶当中提取相应的咖啡因成份则可分成提取、浓缩以及纯化等三个部分。如此一来,能够很好地提升学习者们对于实验学习的积极性,不但能够让其掌握了有机化学实验的操作内容,而且还能提升其分析与解决问题之能力。
3不局限于教材内容积极提升科研素质
当前高等院校有机化学实验用到的教材往往都相当陈旧,但是教师在授课时却不敢超出教材的范围,这样一来也就难以把有机化学学科的最新研究成果运用于教学实践之中。教师如果在授课中完全按照教材内容进行教学的话,就十分容易导致过于依靠教材,对于教材上尚未阐述的内容就会无从下手,时间一长自然就难以很好地发挥出学习者的自主性。笔者认为,教师在课堂教学中不应只依靠材料,而是应当更加紧密地和科研工作结合起来。例如,在制备环己烯实验之中,教材中提到的催化剂为浓磷酸或者是浓硫酸,但随着近年来这方面研究的深化,能够起到催化作用的催化剂非常多,包括了固体酸、沸石以及草酸等。如果教师能够及时掌握这一情况,即可在课堂教学中把学习者们划分为数组,依据不同情况可使用各类不同类别的催化剂,并且要求其观察各自实验的发展状况,如此不但能够提升学习者们的主动性,而且还能拓展学生们的知识储备,有意识地关注与发展自身的科研素质。
4健全完善有机化学实验考核机制
高等院校有机化学教师应当立足于有机化学实验教学实际情况,通过持续摸索与改进,从而建立起一整套更加成熟、更富有操作性的实验考核机制,也就是说,实验教学的成绩应当包括平时成绩、期末考核成绩等两个部分,分别占40分和60分。平时实验成绩应当当堂出分并进行点评。当大学生们做好一个实验之后,通常都十分期望能够得知成效。所以,教师在实验教学中要及时指出并纠正其不足,在实验完成之后就依据实验状况给出分数并加以点评。教师的评判标准包括了遵守纪律情况、实验思路的清晰程度、基本操作的规范程度、试验结果的正确性、实验报告的规范性等。除了平时成绩,期末考核成绩占60分,重点是考察大学生们某一个实验从预习开始至实验全面完成的整个过程。其中,考试题预习10分、实验具体操作40分、实验结果和讨论10分。考试试题所考核的是大学有机化学实验的基本原理、操作方法、实验装置安装程度、实验结果、实验现象解释等各个组成部分内容的操作与运用状况。
5结语
综上所述,高等院校有机化学教学工作者应当根据当前形势发展的需要,积极改进有机化学实验教学的内容,以求取得更好的教学成效,更好地激发出大学生群体的学习主动性,让其能够具备更为稳固的实验操作技能,从而能够领略到科研的魅力,提升学好这门课程的积极性,加快学习方式的进一步转变,致力于提高的创新能力,为培育高素质的化学相关行业工作者打下良好的基础。
参考文献:
[1]张来新,杨琼.制药专业有机化学实验教学改革初探[J].化工时刊,2010(10).
[2]金慧娟.有机化学实验在培养创新型人才中的作用[J].实验室科学,2010(4).
[3]张晓鹏,刘萍,李建平.改革有机化学实验教学强化学生创新能力培养[J].新乡学院学报,2010(1).
关键词:无机化学;环境工程;教学改革;教学实践
无机化学是研究无机物质组成、结构、性质和变化规律的科学,其研究对象包括了除有机化合物以外的所有元素及其化合物,是化学学科中发展最早的一个分支学科,因此各个方向的理工科专业领域均将无机化学作为基础课程之一列入教学计划和培养方案中[1]。随着行业战略方针的调整和学科发展的推进,无机化学教学也在面临不断的改革与新发展,尤其是现代物理方法和各种波谱技术在无机物结构研究中的广泛应用,使无机化学的研究范围打破了原有的界限,其研究内容和研究领域无论在深度还是在广度上都发生了前所未有的变化。面向本科生一年级的无机化学是我校化学工程、矿物加工工程和环境工程专业的必修课和基础课,也是学生从高中进入大学阶段深入拓展化学知识的首要系列课程之一,对于环境工程专业来说,大气、水、土壤等环境介质中物质的特性、存在状态及其变化规律等等,均离不开无机化学的核心知识体系。与此同时,我国高等院校的无机化学教学也在不断地发展与更新中,既要配合与时俱进的科技发展,又要满足现代大学生对于创新能力培养的需求与任务,因此,这就对我们现在大学课堂的无机化学教学内容、教学方法等提出了更加明确更加高标准的要求。当然,鉴于现代大学生的特点与需求,在教学实践中自然而然地出现一些新问题,比如,学生获取信息、收获知识及交流沟通的方式等都发生了翻天覆地的变化,不再单纯地依靠教师的讲解和课堂上手抄笔记,相反地,甚至很少有学生上课记笔记,这必然影响到现在大学生听课的认真与投入程度[2];再比如越来越多的学生因家庭条件的允许其目标是出国,这些学生则把更多的精力用于外语的学习,以及还有一部分学生急功近利的思想意识,总是想依赖于教师的课件及希望教师所划出的考试重点,只求考试通过,而对于真正知识的渴求与自身知识水平的提高并不是特别地强烈,甚至对于课堂讲授的基本原理不去理解透彻甚至不理解,等等这些系列问题值得深入研究探索与研究,并找出改革方法与措施并进行实践。本文结合环境工程专业特点及对无机化学知识体系的要求,从教学目标、教学方法和教学内容等方面对无机化学教学进行了初步的改革、探索与实践,建立了一套适合于工科特别是环境工程专业的无机化学教学模式,增强了学生对无机化学的学习兴趣。
1对教学目标的定位与强化
大学古今中外的教育历史中承担着链接校园与社会的职能,而随着现代社会突飞猛进的发展和异常激烈的竞争,社会对人才的需求越来越趋向于国际化、综合型、创新型人才[3],其中学生的创新能力培养与训练已经作为基础课程教学中最为突出的教学目标呈现出来。在大学教书育人“宽口径、厚基础、重能力、求创新”的大背景下,特别是结合我校建设研究型大学目标的确立,我们在无机化学的教学中将如何引导学生课本知识与实践相结合、如何从基础知识中寻求突破与科技创新相结合作为教学目标的重中之重。为此,我们在制定教学计划和制作教案的过程中,特别强调理论教学内容与环境工程学科的相关联课题或现象,以与学生切身紧密相关的生活问题或生产实际作为课堂教学的切入点和学生的兴趣点,即将基础知识、理论与原理,在教师的讲解下与生产或生活实际相结合,才能引起学生的兴趣,激发学生的好奇心与求知欲,并为学生创新能力培养提供素材与源泉,这是研究型大学发展的必然趋势和要求,也是为培养多层次人才所必备的教书育人模式。如此,将环境工程专业无机化学的教学目标定位明确,学生能够很清楚地理解和正确把握学习此课程的目的和意义所在,同时强化了无机化学在环境领域方面的教学目标,以本课程的第一部分“化学反应原理”篇为例,每一章节的教学内容均与环境工程学科中的某一方面或某个应用相联系,并设立了明确的教学目标,如表1所示。因此,在现有的高等教育体制与教学模式下,学生的创新能力是在学习基础知识的基础上,通过教师在教学过程中进行理论结合实践的引导与启发而培养起来的。
2对教学内容的精选与扩展
无机化学是我校环境工程专业本科生的一门重要基础课,虽然几十年来其教学内容框架基本没变,但由于学科间的相互渗透形成了许多跨学科的新研究领域,因此无机化学学科的面貌也发生了很大的改观,出现了许多新概念、新理论、新反应、新方法和新型结构的化合物,同理要求我们的无机化学教学也要与时俱进,推陈出新[4]。目前,我校环境工程专业无机化学课程采用的是大连理工大学无机化学教研室主编、高等教育出版社的《无机化学》作为本科生教材,并且将前十一章即从第一章“气体”到第十一章"配合物结构"作为第一期无机部分的教学内容。为满足现代无机化学教学紧跟学科发展进度的要求,同时由于新教学大纲对于课时的压缩,我们在实际教学过程中采取精简教学内容、适当删减部分过时内容和适量补充最新发展动态中无机化学相关知识的措施,既保障了教学基本思路和框架结构完整,又实现了对教学目标的定位与强化,同时达到了调动学生的学习兴趣和积极性的目的,提高了教学质量。从我校研究型工科大学的本质要求出发,要做到“研究与教学相结合”,就要在基础课程教学别强调“宽基础”,尤其是针对刚刚进入大学校门的一年级学生,专业方向的概念尚未形成,所谓“万丈高楼平地起”,对于大多数学生来说专业的培养才刚刚是打地基的阶段,因此对于无机化学这种基础课教学内容的精选与扩展方面,除了讲授基本原理外,适当引入或扩展一些与专业方向相结合的实例与学科研究进展,将会让提前对专业领域的研究范畴和学科动态有一定的认识与感悟,对于学生的学业发展来说将会是受益匪浅。为此,我们将无机化学教材课后化学视野的部分内容作为引例或本章内容的切入点,即是对教学重点内容的补充,又是基础教学内容在应用方面的扩展。如第二篇“物质结构基础”部分,目前世界范围内对环保意识的增强和对环保材料需求的急速增长,而新型环保材料的开发、合成与结构鉴定分析等相关知识与理论均与本章内容息息相关,以新型环保材料有研究动态及最新研究成果为本章讲解的切入点,对于学生理解和掌握较为抽象的化学键类型与价键理论将大有帮助和启发;再如将前两章“气体”与“热化学”串联到一起,先提出当前的能源过剩、绿色能源市场不足与社会可持续发展相矛盾的现状,从能源的合理利用、解决能源危机和快速发展绿色能源的必要性与紧迫性讲起,以此来理解本章教学内容中的反应热、焓变与热力学第一定律等系列基础理论,进一步深入把握不同形式能源之间热值的对比问题,并让学生从中思考能源发展的新动向与新思路。从学生的反馈来看,通过这些与基础理论相结合的具体实例的引入,学生们对课堂上教师提出的精选与扩展内容相当感兴趣,作为连接理论知识的桥梁,它使得理论知识变得通俗易懂而且生动,让学生们觉得无机化学知识体系在未来学有所用,自己也具备广阔的用武之地和发展空间,同时也为学生将来从事创新训练活动提供了素材和思考空间,学生们表示非常欢迎,因此保证和提高了教学效果。
3对教学方法的转变与探索
如前所述,无机化学是一门学科大类基础课程,其在整个大学培养体系中的基础性、衔接性与过渡性的地位,授课对象则是刚刚从高中毕业初入大学课堂的新生,这就决定了无机化学的教学模式中需要增加课堂教学的机动性、灵活性与趣味性,让学生们有一个适应期和过渡期,教学内容的难点重点等方面也是循序渐进地展开,以帮助学生们完成从高中时期的偏固定化思维方式向大学时代开放型思维方式的转变[5]。在此过程中,引导学生们从全方位、多视角去看待问题,而不再仅仅局限于课本上固有的知识点,并逐渐确立专业概念与对专业领域的感悟,让学生意识到甚至是某些科学问题也还是有很多地方或存在诸多疑惑的,是需要探讨和争论的,并不完全是真理似的存在,还需要学生们用一点点积累的知识去解决和探索,比如无机化学便是其中之一。因此,我们在无机化学的教学中采用了问题探究式教学法,即:围绕教学目标,对教学内容进行分类、归类和总结之后,从每一章的切入点教学内容中提出一到两个问题,当然问题是与本章内容相关且紧密联系科学发展动态和生产生活实际的,让学生头脑中带着这些极为实用和感兴趣的问题,层层讲解基础理论,逐步提出解决这些问题的途径、方法与相关理论。比如:讲解第三章“化学动力学基础”和第四章“化学平衡”时,两章之间有相互关联的基础理论原理,即化学反应的两方面稳定性问题,一个是热力学稳定性理论,一个是动力学稳定性理论;如果单纯枯燥地讲解纯理论内容,尽管教师讲解得已经很透彻,但学生对此仍然是懵懵懂懂、模棱两可的状态,这说明对学生们来说理论知识的学习缺乏具体实例的辅助,缺乏将理论应用于实际中的理解。为此,我们改变了教学方法,从一开始便抛出问题,让学生们在听课过程中随时从中找到答案,带着问题去探究基础理论原理。如以汽车尾气无害化处理的化学反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)为例,分别用到化学反应热力学稳定性原理与动力学稳定性原理,热力学原理上这个反应是客观存在、完全可行的,也就是说汽车尾气是可以实现自然状态下无害化转化的,但现实却为何并非如此呢?同时安排适当的课时供学生相互交流,带着兴趣性问题的分析与探究,逐层次展开课堂教学内容,也让学生在听课过程中参与和进行实际问题的讨论、推论与拓展,加深对基础知识的理解与应用推广。通过这种带着问题探究理论知识基本原理和机理的教学模式,使得教学目标更加明确,教学内容脉络清晰、主次分明,能让学生对每一部分知识点都一目了然,有助于学生快速地从切入点处入手逐级掌握各层次知识点,既提高了学生的学习效率,做到了课堂上有效学习,又培养了学生主动拓展知识的能力,完全有助于实现我校研究型大学培养创新型人才的教学目标。
4结语
科学技术特别是计算机技术和现代物理方法在无机化学领域的应用与扩展,使得无机化学教学在各个学科中的基础性和重要性都不言而喻。通过多年的无机化学教学经验体会,我们在教学目标方面进行专业方向定位与强化、在教学内容方面进行精选与适当扩展、在教学方法方面采用问题探究式方法的改革、探索与实践中,很好地结合了我校研究型大学培养工科技术型、创新型人才的需求,优化了教学内容,改善了课堂教学效果,提高了无机化学的教学质量。
参考文献
[1]乔正平,龚孟濂,巢晖.浅谈基础无机化学课程教学内容的选择与讲授[J].大学化学,2017,32(5):7-10.
[2]王立艳,蔡卫滨,袁宁.矿物加工专业无机化学教学研究与探索[J].广州化工,2017,45(9):186-188.
[3]隋惠芳.无机化学研究的前沿领域在教学中的应用[J].青海师范大学学报(自然科学版),2017,20(1):76-78.
[4]李良超,何亚兵,童国秀,等.基于互动和合作学习的无机化学教学模式[J].大学化学,2017,32(5):1-6.
当代化学工业对化学化工类人才的培养提出了更高的要求。如何培养基础理论知识扎实、工作适应性强、具有创新能力的人才,是综合性大学化学化工教学改革面临的重要课题。目前,综合性大学化学与应用化学专业每年都有相当一部分毕业生进入化学、化工和制药等企事业单位业从事研究开发或工程技术工作,这种趋势还会随着创新性国家的建设而逐年增长。化学工程基础是综合性大学化学专业的专业基础课,也是唯一的一门工程技术类课程,该课程的教学改革与实践对于理工学科交叉与学生综合素质的培养是综合性大学化学与应用化学专业其他课程所不能替代的。在充分发挥综合性大学基础理论研究优势的同时,通过对理科专业化学工程基础课程教学内容的更新、充实和调整,为化工类企事业单位培养和造就具有开拓创新精神、胜任科学研究与工程技术工作、适应性强的化学化工专业人才。
二、教学内容与教学方法的优化
以创新教育思想为指导,研究改革化学工程基础课程教学内容和教学方法,建立培养学生创新能力的化学工程基础课程内容新体系。动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程(“三传一反”)仍将是化学工程基础教学的核心内容,应不断充实更新才能反映学科发展现状和适应社会经济需求。化学和化学工程学是支撑物质转化相关工业的学科,前者研究分子之间发生反应的可能性、必要的条件和产物的结构,后者研究物质的流动、质能传递及其对反应过程与产物的影响。
1.优化更新教学内容,反映体现学科发展与技术进步。化学工程基础作为理科化学专业的工程技术课程,其教学内容除了动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程以外,还应当及时反映和体现学科的发展与技术进步。根据授课学时,突出教学重点,优化教学计划,精选教学内容。以化学工程学的基本观点、基本原理和基本方法为核心,结合典型化工过程,理论联系实际,使学生在有限的教学学时内,掌握本门课程的基本知识,熟悉研究与应用对象,为今后从事化学化工专业技术工作打下坚实基础。在其他科学技术的带动和社会需求的推动下,化工分离技术近年来取得了很大进步。新技术不断涌现,膜分离和超临界流体萃取等新型分离技术就是其中的代表。我们在教材的编写和课堂教学中,有意识地加入这些内容,便于学生从课堂上了解新的科学知识,拓宽学术视野。
2.引导学生建立工程技术与技术经济观点,提高学生综合素质。科学与技术的交叉和渗透,要求我们培养的学生不仅要掌握扎实的基础理论知识,还要学会运用所学的理论解决工程实际问题。综合性大学理科化学专业的学生基础理论知识比较扎实,在课堂教学中,我们根据教学内容,结合工程实际,启发学生从工程实际问题出发,强调工程实际的特点,突出工程实践的技术经济问题,灌输学生节能减排与绿色环保的理念,训练学生综合运用数学、物理与化学等多学科知识,综合分析化工单元操作与工业装置中涉及的复杂问题,培养学生的工程技术思维方法与工程设计等综合素质。
3.改进教学方法,提高教学效率。化学工程基础课程的课堂教学内容涉及化工单元操作与工艺过程。综合性大学化学专业的学生一般没有见过真实的化工设备,对化工厂与化工设备和装置缺乏感性认识,通过多媒体教学技术和传统课堂教学方法,可以促进学生感知与思维、理论与实践的结合,提高学生对化学工程基础的学习兴趣,激发他们的学习热情,使他们由不熟悉、不了解化工企业与装置转变为喜欢应用学科、乐于进入与应用密切相关的教师实验室开展业余科研。为此,我们一方面利用多媒体的优点,在课堂教学中放映一些设备的实物图像。另一方面,在有关课程中增加了实习参观环节,组织学生到石油化工厂、有机化工厂和精细化工厂等企业参观实习,增强学生对加热炉、精馏塔、泵、换热器等主要化工设备的感性认识。
三、教学团队与课程体系的建设
以先进的教学理念为先导,以高水平的教学团队为根本,以科学的课程新体系为核心,以优良的规划教材为保障,强化教学团队的建设,使所有主讲教师成为教学改革的高水平运动员和创新教育的优秀教练员。
1.建设高水平教学团队。从事课堂和实验教学的主讲教师也要承担高水平的科研项目,提高教师的科研水平。我们承担“化学工程基础”的主讲教师都具有教授职称并担任博士生导师,承担了一些科学研究项目。同时,也积极思考和实践课程的教学改革,奠定了学生创新能力培养的坚实基础。没有高水平的教学团队,不可能进行教学改革的实践,更不可能培养出具有创新精神的学生。
高等教育肩负着培养高素质创新人才的重要使命。近年来,高等教育快速发展,为我国经济社会的健康和可持续发展以及高等教育自身的改革做出了巨大贡献。但是,高等教育质量还不能完全适应经济社会发展的需要,学生的实践能力和创新精神有待加强,教师队伍整体素质有待提高,人才培养模式、教学内容和教学方法需要进一步转变[1-2]。因此,需要采取切实有效的措施,进一步深化高等学校教学改革,提高人才培养的能力和水平,更好地满足社会对高素质创新型人才的需要。浙江大学化学实验教学示范中心(以下简称中心)建设5年来,紧紧围绕国家级实验教学示范中心建设目标和浙江大学教育理念,在多年实验教学改革成果基础上[3-4],坚持以学生为本,知识传授、能力培养和素质提高协调发展的基本思路,开展以能力培养为核心的多项实验教学实践;建设了一支满足现代实验教学需要的高素质实验教学队伍;创建了仪器设备先进、资源共享、开放服务的实验教学环境;不断完善运行机制和管理体制,为提高实验教学质量提供了有力保障。化学作为一门以实验为基础的学科,实验教学在整个化学教育中占有不可替代的重要作用,化学实验教学课程体系是否合理,直接关系到人才培养的质量。课程体系、教学内容和教学方法的建设与实践,始终是中心建设的核心主题,需要不断改革和发展[5-6]。中心经过多年探索和实践,依托浙江大学化学一级学科国家重点学科,逐渐构建了适应大类招生和培养、学分制管理制度和多层次需求的化学实验课程新体系,形成了有利于培养学生实践能力和创新思维的实验教学新体系。
1以人为本、整合培养,构筑化学实验教学课程新体系
“以人为本”是指教育、教学的根本是学生和教师,即学生是教学活动的主体,教师是教育工作的主导;“整合培养”是指人才培养的模式,即学科面要宽,课内外进行交融,同时兼顾教学、科研和社会。从2006年起,浙江大学大力推进按学科领域大类招生,基本实现了按理、工、农、生物、医学、人文和社科等大类招生。通过按大类招生、大类培养和自主确认主修专业等举措的实施,吸引了一大批优秀中学生,培养了一大批“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的人才。为了适应学校大类招生和大类培养的新模式,同时也为了更好地适应学分制管理制度和多层次教学,中心及时将所开设的17门实验课程进行相应整合,构建了具有自身特色的化学实验教学课程新体系。将原有的化学专业、近化学专业(化工、材料、医学、生物、农学等)和一般理工科专业(数学、物理、电机、能源、体育等)3类课程,调整为大类平台、化学类专业和近化学类专业3个课程平台,对每个平台的实验课程设置也做了相应调整。新的课程体系中,实现了为竺可桢学院、理、工、农、医等大类新生在化学一级学科层面上开设化学实验课程,体现浙江大学“以人为本、整合培养”的教育理念,在内容设置上将各类基础性实验和综合性实验有机结合起来,满足了不同层次学生选课的需要。
1.1一级学科层面上开设大类平台课程,展示化学风采2006年起全新开设的化学实验(甲)、化学实验(乙)和化学实验(丙)等大类平台课程,是没有专业背景的大一学生的第一门化学实验课,可以满足不同大类学生进行不同层次的选择。中心在化学一级学科层面上设计、开设实验,关注知识性和趣味性,主要向学生展示化学各学科领域的魅力,实验内容涉及面广而有趣。比如:充满生活情趣的透明艺术皂制备、彩色固体胶棒制备、浙江大学校徽(求是鹰)的电镀制作、果蔬中维生素C含量的测定等。学生在整个实验课程学习中表现出非常高的热情和积极性,充分感受到化学广泛的渗透性,在实践中体会化学、认识化学、掌握化学。高素质的实验教学师资队伍是增强实验教学生机和活力的源泉,是保障实验教学质量的基础。为了确保大类平台实验课程的教学质量,使学生得到优质的化学素质教育,中心依托化学系强大的教学科研师资,发挥化学一级学科国家重点学科的优势,聘请了一大批老中青结合的教学科研型优秀教师参与大类平台课程的实验指导,其中教授15人(杰出青年教师2人,长江特聘教授2人,求是特聘教授3人,博导13人),副教授34人。这些优秀教师不但兢兢业业地指导学生实验,而且结合实验内容向学生介绍学科前沿和最新动态,从而丰富了学生的知识面,大大调动了学生的学习积极性,吸引越来越多的学生在后期的主修专业确认时选择了化学类或近化学类专业。
1.2课程设置循序渐进,满足多层次教学的需要新课程体系中,除大类平台课程外,在每个平台的课程设置上按照基础实验、中级实验和综合实验(或化学生物学实验)循序渐进,逐一展开。基础实验中设化学类专业的基础化学实验(I)和基础化学实验(II),以及近化学类专业的大学化学实验(G)和大学化学实验(O);中级实验中设化学类专业的中级化学实验(I)和(II),以及近化学类专业的大学化学实验(A)和大学化学实验(P),充分体现“以人为本”,满足不同类别、专业及不同学分、不同层次学生的要求。在新课程体系整合优化过程中,将原来的部分课程进行更合理的重组,以适应培养更高层次学生的要求。如将化学类专业的基础化学实验(I)、基础化学实验(II)和基础化学实验(III)3门课程整合为基础化学实验(I)和基础化学实验(II)2门,每门课程学时数均提高到8学时,有利于学生综合能力的训练和个性化实验方案的实现。基础化学实验(I)以无机物制备为主线,同时开展性质测定和化学分析,使学生尽早建立物质“量”的概念并加强实验技能训练;基础化学实验(II)以有机物制备为主线,同时开展性质测定和结构分析,让学生初步了解谱学等方面的知识。通过课程重组,实验课程的学时数得到了更合理的分配。通过适当地减少基础性实验课程的学时数,不但可以提高原有综合性实验课程的学时数,还可以开设新的综合性实验课程。2005年起,中心新开设1门化学生物学实验课程(8学时),并将综合化学实验5曾秀琼,等:化学实验教学课程体系的新发展及其实践课程由6学时提高到8学时。
2设计化学实验教学新内容,培养学生实践能力和创新意识
通过高质量的实验教学既可以传授知识,培养能力和素质,又可以达到理论和实践的统一[7-8],从而培养高素质的创新人才。中心经过多年实践,围绕“培养学生实践能力和创新意识”,认真设计和构筑化学实验教学新内容:在低年级的基础性实验课程中,强调基础与规范,融合创新,充分发挥学生的个性及主体作用,提高他们的化学兴趣,培养他们的实践能力和创新意识。在高年级的综合性实验课程中,展示化学学科综合发展、交叉渗透的特点和趋势,培养探索型、研究型、复合型的高素质人才。
2.1基础性实验课程注重规范和融合创新基础性实验是训练基本实验方法、基本操作技能等的实验,要求学生规范操作并熟练掌握。操作规范是形成扎实技能的基石,是学生在未来科研中自由腾飞的起跑器。中心在低年级的基础性实验课的内容设置中,首先强调实验操作的规范性[9]。如在硫酸铝钾晶体的制备、硫酸亚铁铵中铁含量测定以及乙酰苯胺的合成等经典实验中,通过指导教师的演示,学生的反复训练来达到化学分析定量测定、化合物合成、蒸馏结晶等基本操作的规范性,使他们具有较强的化学实验和实践能力。但只注重规范,忽略创新思维与创新意识的培养,也会把学生引入“只会按教材做实验的傻瓜教育”的歧途。为了避免这种弊端,通过多年实践并借鉴成功经验,中心将“规范与创新”的理念贯穿于整个实验内容的安排上。鼓励学生上课时不照搬实验教材,可以改变实验内容和实验条件,改变实验方法,甚至质疑教材上的实验步骤。
2.2综合性实验课程提倡探索与研究探索性实验一般由学生自行立题、设计并加以实现。从科学研究的角度可以理解成:利用现有条件和成果,以获得新发现、提出新见解、开拓新领域、解决现实中的问题和对已有的成果作出创造性的运用为目的的实验。中心主要围绕综合化学实验和化学生物学实验2门高年级综合性实验课程,来培养学生的探索研究能力。中心以国家级精品课程———综合化学实验为重点,在实验内容上注重综合性和前沿性。所开设的大多数实验源自化学系教师的科研成果,能够体现学科发展前沿和热点领域,如合成与制备化学、绿色化学、材料、药物、能源等,学生可根据自己的兴趣自主选择实验内容。同时,通过大力发展化学生物学实验课程来提高学生交叉学科的实验技能。化学生物学实验是一门新型的交叉学科,是用实验手段研究生命现象中的化学问题,对复合型人才的培养具有重要意义[10]。中心于2005年创建化学生物学实验课程,在实验内容和教材建设方面,计划近期正式出版有关实验教材,并逐年不断完善。在教学中开设出16个专题大实验,实验内容既新颖又多学科交叉:涉及分子生物学、基因工程、细胞工程、酶工程、生物矿化、材料化学和计算化学等众多交叉学科领域。学生分小组进行实验,每次实验完成一个大的专题内容,每个专题由一位专职教师来指导,有效地提高了学生多学科的实验技能。
3积极推进教学方法改革,提高实验教学效果
中心以积极推进教学方法改革进行人才培养,在基础性实验课程中通过多样化、启发式和开放式等方法来提高实验教学效果。如在经典有机化学实验中开展多种方案和方法的改革,以多样化实验教学手段,实施创新,突出学生创造力的培养:将合成得到的乙酰苯胺分别用水和乙醇-水混合溶剂进行重结晶,让学生自行比较溶剂对重结晶结果的影响;在三苯甲醇的纯化中,学生分别采用重结晶和柱色谱两种方法分离,并自行比较分离方法对纯化结果的影响。为了更好地培养学生的创新思维和创新技能、巩固实验教学效果,中心改变原有学生只在规定时间、规定地方、做规定实验的教学方法,坚持开放式教学。中心从2006年起专门腾出2间128m2大实验室用于基础性实验课程的开放,做到“时间开放、空间开放和内容开放”。开放实验室由专职实验技术人员管理,鼓励学生利用实验室的仪器和药品自行选题、自主设计实验方案,独立完成小创新实验。如学生完成规定的[Co(NH3)6]Cl3实验后,可以查阅资料、设计方案,利用开放实验室合成[Co(NH3)5Cl]Cl2等其他钴氨配合物[11]。基础实验课程开放实验室实施以来,得到了学生的广泛称赞,2010年进入开放实验室的学生人数达到上课总人数的50%,不但巩固了实验教学的效果,还大大提高了学生对实验课程的积极性。在2011年11月举行的“第二届全国化学专业大学生科技活动交流会”上,我系2010级求是科学班4名学生作为仅有的大二学生参加,他们展示的“钴氨系列配合物的合成和光化学序列验证”墙报受到了广泛好评,而他们的所有工作都是利用课余时间在开放实验室自行完成的。中心综合性实验课程采用网络预约开放和师生研讨、专题讲座等各种形式兼顾的教学模式。如综合化学实验课程在教学中包括选题(实验)、Seminar动、实验过程、讲座、考核等环节。学生一般要在课程前期、中期和结束时开展3次Seminar活动,进行开题报告、中期进展研讨和课程答辩。另外,还有3次专题讲座,内容分别涉及课程介绍、科学方法、学术表达(如学术论文撰写、学术报告、PPT制作)和学术规范等。这种教学模式能很好地激发学生对化学实验和化学研究的兴趣,他们在实验室的时间远远超出课程规定的学时数,提高了他们的综合实践能力和科研素质。