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建设自动化智能控制系统是整个污水处理工程调度、决策的重要组成部分。随着科学技术的飞速发展和现代污水处理工艺的要求,污水处理过程自动化控制被广泛应用,这就需要诸多测量仪表的支持。文章针对污水处理厂仪表及自动化控制系统的特点进行分析,以期对污水处理工程建设中对设备的采购有所借鉴。
【关键词】污水处理厂;仪表;自动化控制系统;特点
中图分类号:U664文献标识码: A
1、自动化控制系统重要性分析
节能减排作为当前给水排水行业发展的重要任务之一,其工作的进展备受瞩目,党的十也对环境保护提出了新的要求,而仪表自动化控制技术作为水行业发展中的后助力量,保障着节能减排工作的有续进行。作为项目的建设单位,做好仪表自动化控制项目的管理对于污水处理厂的生产运行、提高设备的利用率、节能降耗、减员增效等方面有着不可替代的作用。在新的形势下,污水处理厂数量越来越多、规模越来越大,对自动化的程度要求也越来越高,良好的过程控制和施工现场管理,对完成高质量的自控系统有着重要意义。
2、仪表重要性分析
随着科学技术的飞速发展和现代污水处理工艺的要求, 污水处理过程自动化控制也越来越多, 也就需要大量的现场在线测量仪表的应用。在线检测仪表能连续地检测各工艺参数, 根据这些参数的数据进行手动或自动控制, 从而协调系统各组成部分之间、各污水处理工艺之间的关系,以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用;同时,由于在线检测仪表测定的数值可连续进行比较,发生偏差时,立即进行调整,从而保证污水处理的质量。根据在线检测仪表检测的参数,能进一步自动调节和控制设备的合理运行, 使管理更加科学化, 达到经济运行、节能降耗的目的。由于仪表具有连续检测的功能, 便于及时处理事故,同时仪表还是实现自动化控制的前提条件,所以在先进的污水处理系统中, 具有举足轻重的作用。
3、污水厂的自动化控制系统及功能分析
在已建成的污水处理厂的自动化系统中,常见的有PC+PLC系统、FMS 系统、SCADA 系统和DCS 系统。PC+PLC系统是由PC端和PLC端通过局域网络连接构成,形成分布式控制系统的结构,它的特点是配置灵活、性价比较高,尤其非常适合处理大量的数字量逻辑控制的企业,但是在硬件和软件方面则需要较高的系统配置和开发能力。FMS系统是指现场总线控制系统。它的特点是将系统的控制功能分散到厂区的各处、故障点相对来说较少、系统的可靠性较高,但是由于受到厂区总体规划和线路布局仪表种类的限制,这一类的系统在污水处理厂应用的还较少。SCADA系统一般常见于分期建成的污水处理厂,自动控制系统由较多个子系统通过通信构成,一般为复合型结构。DCS 系统一般都是由系统设计公司整套提供,如霍尼韦尔的DCS 系统、费希尔一罗斯蒙特公司的DeltaV控制系统等,它的特点是无论是软件还是硬件都是成套提供,适合较大型的有较多生产过程调节回路的企业。现国内污水处理厂常用为PC+PLC 系统,一般采用中央控制室和现场控制分站的结构,两者之间通过高速传输电缆保持数据通信。
污水处理厂的自动化控制系统根据工艺的不同,编写的程序也各不相同。一般包括滤池的全自动控制,加药、泵房、沉淀池、各配电系统的自动控制以及由污水处理厂控制室系统对污水处理厂所有部门的运行状况进行全面的监测和控制。整个自动化系统均需具有以下功能:
(1)显示功能:该功能能够准确显示各部门运行过程主要技术参数的流动性和连续性,同时其趋势图能很好的反应各个参数的变化;(2)报警功能:如果某一参数变化超过正常范围或设备出现故障,则系统会发出警报信号,并给出相关的信息和画面,而且将该记录自动保存在数据库中并打印;(3)控制和操作功能:经授权之后,在中控系统可对全厂所有的可控设备进行控制和人为干涉并对各子控站的PLC各级参数进行重新设定,必要时可直接对其的程序进行修改;(4)数据库管理功能:对于各种杂乱的输出数据应该建立相应的生产数据库将其存贮以便分析、留底用,而且对于产生的事故数据,也应该建立相应数据库用来记录各类错误、事故等;(5)数据处理功能:对系统的在线数据以及数据库中的原始数据计算所需指标;(6)报表输出、打印功能:输出并打印公司所需要的各类报表。建立网络服务器,这样所有实时和统计分析数据就可以直接上传到企业内部网,方便各部门的共享、查询、生产、运行上面的信息。
4、在线仪表的分类及构成
4.1、在线仪表的分类
多种多样的需要测量的参数是污水处理过程中主要特征之一,其可实现对污水处理厂的进、出水温度,污水中的pH 值,曝气池中的溶解氧,污泥浓度、浊度等的精准测量,并得出标准数据,用以参照设备的正常运行,因其测量参数较多,因此在仪表种类及结构上也是多种多样,按安装方式可分为:架装仪表和盘装仪表;按仪表使用的能源和信号分类,可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。按所测量的参数分类,可分为压力仪表、液位测量仪表、温度测量仪表、流量测量仪表、成分分析仪表;按组成形式分类,可分为单元组合式仪表和基地式仪表。
4.2、在线仪表的构成
实时监测和控制主要设备的运行状态、采集工艺流程的各种生产参数,能自动生成生产曲线、报表,是污水处理厂内的计算机监控及数据采集系统主要功能,其是由中控室数据终端、上位机工作站及现场工作站等组成的综合系统。上位机工作站一般安装在综合办公楼中控室内,实现对主要工艺过程的数据显示、数据存储、数据处理、自动报警、报表打印以及实施计算机手动、自动操作等的人-机接口。其中上位工控机显示设备的状态,便于观察和手动操作,生产命令给PLC 使之动作;通过现场控制站实现数据采集、数据分析、自动控制。
5、仪表及自动化控制系统的采购及检验
5.1、系统采购要点及成套商的选用
由于污水处理项目建设性质的限制,一般情况下,可以根据建设领域相关规定要求采用招标方式,并委托监理公司对工程质量、进度及投资进行全过程的监理。例如污泥脱水机、格栅机、曝气系统、水泵、鼓风机、刮泥机以及仪表及自动化控制系统等等,均可由承包商来提供,采用公开招标的方式来确定供货单位。在污水处理厂中的自动化控制系统,为保证自动控制系统要求安全、实用、经济、高效,能达到当前污水厂自动化先进水平,目前国内污水处理厂PLC(可编程控制器)主要涉及到的品牌主要为进口品牌:西门子,施耐德,欧姆龙,AB,日立等著名品牌,并有针对性地选用该品牌旗下的各个系列。几乎所有污水处理厂自动监控系统都遵从:“集中管理、分散控制”的原则,系统各部分具有相对独立性,通过网络技术完成系统的纵向与横向扩展,检修系统的任一部分,不会影响其它部分的正常运行。其次,仪表设备的采用亦需遵循经济适用、测量准确、反应灵敏等原则。污水处理厂的水的流量、酸度、浊度、溶氧值、氧化还原值、COD及氨氮等浓度均需通过在线仪表的检测,通过PLC柜进行数据处理,同时与全功能上位操作站工控机进行数据交换,上位机监控画面上即可显示整个水厂各主要工艺工段的设备运行状态及水质状况,操作人员根据这些仪表检测到的状态参数,通过鼠标和键盘就可对现场设备进行控制及了解水的处理状况。
在仪表及自控系统的招标和确定中标人的过程中,重点对系统成套商的规模、资质、信誉度、相关工程的业绩等等情况进行综合的分析,向业主提出建设性的意见,从而为确保设备的供货质量奠定较好的基础。
5.2、系统中各分项设备及材料的检验
对自动化控制系统中仪表及材料质量的控制,主要是控制其相应的力学、化学及物理性能,规格必须符合标准和设计规定,主要控制进入现场的工程材料必须有产品合格证或质量保证书、性能检测报告,并能符合设计标准要求;凡是需要复试检测的材料,必须达到复试合格方可使用;并注意设计、施工过程对材料、半成品及构配件的合理选用,严禁混用和少用,避免造成质量失控。各部件的质量控制,主要进行的检查工作有,查看是否是正规生产厂家制造出厂的产品,设备的数量、外观、零部件是否完整、密封件的完好状况、铭牌上的标注和规格、尺寸是否符合设计图纸的要求、有否出厂合格证及质量检验证书等相关技术资料,在条件允许的情况下,拆开部分密封件进行检查,若以上检查均符合相关规范标准及设计要求的情况下,方可以允许工艺设备进入现场,否则均不允许设备进入现场。
【结束语】
污水处理厂想实现整套机械设备的自动化运行,离不开污水处理仪表及自动化控制系统。在工程建设过程中必须注意设备安装工程管理中的质量控制以及自动化控制系统的选配及程序编写,为污水处理厂日后设备的良好运行,污水达标排放打下良好的坚实的基础。
【参考文献】
[1]张守伟.污水处理自动化仪表设计与应用[J].制造业自动化,2010:164.
(1)武汉工程大学化工与制药学院从优化课程内容入手,对无机化学的教学方法进行了改革[2];
(2)钦州学院化学化工学院从无机化学的重要地位出发,结合无机化学的教学目的,对无机化学多媒体课件进行了构建和探讨[3]。菏泽学院是一个应用型的地方性教学型本科院校,于2012年成功申请了与国家战略性新兴产业密切相关的能源化工专业。我系主要从教学目标、教学内容、现代化的教学手段等方面对无机化学的教学进行了改革与探索。
1明确合理的教学目标
根据能源化学工程专业的培养目标及培养模式,结合无机化学课程特点,菏泽学院化学化工系于2012年制定了能源化工无机化学教学目标。通过该课程的理论基础及实验实践的学习,能够使学生掌握无机化学基本知识和技能,为培养成高素质劳动者和化工专业技能人才做好准备;同时,也为今后学习专业知识和职业技能打下坚实的基础。此目标主要分为以下几个方面的目标。
1.1知识目标
主要分为了解、理解、掌握三个层次方面目标。通过该课程的教学,应使学生了解:气体的扩散定律,气体分子的速率分布和能量分布;反应速率的概念及反应速率理论;强电解质解离、离子氛、活度系数的概念;微观粒子运动的特殊性;路易斯结构式,等电子体原理,分子轨道理论;化学电源与电解;卤素单质的物理性质,金属卤化物、拟卤素和拟卤化物、互卤化物和多卤化物;硫和硫化物、单质硫、硫化氢和氢硫酸的物理性质;硅的单质、硅烷、硅的卤化物、硅的含氧化合物。通过该课程的教学,应使学生理解和掌握:气体的状态方程及混合气体的分压定律;热力学第一定律,化学反应的热效应、热化学方程式、盖斯定律、生成热的概念及应用,化学反应进行方向的判断方法;浓度对反应速率的影响;缓冲溶液的原理及应用;沉淀溶解平衡及移动;核外电子运动的描述,核外电子排布和元素周期律及基本性质的周期性;价键理论,价层电子互斥理论及杂化轨道理论;基本概念:原电池、电极电势和电动势及能斯特方程;卤素单质的化学性质,卤化氢和氢卤酸的化学性质;氧、氧化物、臭氧、过氧化氢的物理化学性质,硫的含氧化合物的化学性质。掌握氮的氢化物、氮的含氧化合物的化学性质。
1.2专业能力与素质目标
能力目标方面主要是培养学生谦虚的品格、勤奋好学的习惯以及知识迁移的能力;培养学生勤于动手创作、做事严谨的良好作风;培养学生学会运用唯物主义辨证的思维分析问题及解决问题的能力;培养学生工程质量意识和规范意识以及严谨、认真的工作态度。专业能力目标方面使学生能够掌握重要元素及其化合物的主要性质、结构、存在、制法、用途等基本知识;培养学生独立进行化学计算和利用参考资料等方面的能力;具有通过对实验数据的分析,绘制出特性曲线,能够写出规范实验报告并加以总结概括的能力。素质目标方面主要是培养学生具备良好的职业道德;培养学生勤苦奋斗、勇于创新、敬业乐业的工作作风。
2丰富合理的教学内容
2.1科研成果与课堂教学相结合,保持教学内容的前沿性
科研成果与课堂教学相结合包含两部分内容:一是在教学过程,教师能将自己的科研成果带入教学内容之中。这就要求教师教学的同时展开科研,而科研课题也要紧紧围绕教学内容展开,这样会更能了解学科的前沿动态并能深入把握,有利于增强教学的深度、广度,有效地提高教学质量[4]。另外教师将科研成果带入课堂分析中,将科研成果与教学有机地结合起来,将最新知识与信息传递给学生,科研推动教学,教学促进科研。二是在教学过程中结合学科发展情况,充分利用别人的研究成果,及时补充教学内容,进行教材建设。另外,在教学实践中可采用“案例教学”,对具体科研案例进行讨论、分析,比较各种方案的优缺点及产生原因,选择合理方案。在项目设计过程中,通过教师的引导作用,学生可以自主查阅资料并开展项目的研究性学习。
2.2建设开放的无机化学实验教学环境,理论与实验相结合
充分利用我系基础实验室和化学工程实验中心的仪器设备和师资力量,结合我系化学能源工程专业及无机化学教学内容的特点,试图探索出一套完善的开放式无机化学实验教学模式,注重实验与课堂教学相结合、开展系内实验技能竞赛及无机化学创新实验设计竞赛等项目,激励学生的学习积极性及培养今后创新实践的能力。开展大学生创新研究计划,引导学生在大三下学期进入教师的科研室进行锻炼,参与课题的研究,培养学生的创新意识和实践能力;鼓励大二学生参加无机化学实验技能竞赛,鼓励学生进行科技创新;另外聘请国内外无机化学研究领域的专家学者来我系作学术报告,增加学生的科研兴趣及全面了解无机化学的前沿动态,为今后的科研之路做好准备。
3多媒体与板书相结合的现代化教学手段
针对目前无机化学课时缩减而传递信息量大的情况,传统的板书教学手段已不能满足时代的需要,因此多媒体技术已广泛使用在课堂教学中。这样一方面将节省下的板书的时间能够用于重点难点的讲解,另一方面多媒体中引入一些无机化学演示实验、实物图像,将枯燥的理论教学表现的更加生动直观,提高了学生的学习积极性。然而仅利用多媒体也有一定的缺陷,如对一些公式的推导,仅利用多媒体会受到一定的限制,因此多媒体跟板书结合会更加有利于公式的推导。另外,还会避免仅利用多媒体的教学进度过快,学生不能融会贯通的缺点。总之,鼓励学生课前预习,采用板书与多媒体技术相结合既能考虑教师的教学进度与学生的掌握程度,又能兼顾教学的广度与深度的问题,取得了较好的教学效果。
4结束语
关键词:高等无机化学;教学资源库;研究生;应用
随着人类社会进入信息时代,信息传播技术的革命对高等教育产生了前所未有的冲击。计算机、多媒体和网络技术的飞速发展,使得教学资源无论从内容数量、媒体种类还是从存储、传递和提取信息的方式等多方面都较之以前发生了重大变化。尤其是学习资源的可获得性和交互性的急速增长已经打破了传统的教学方式,为知识和信息的获取注入了无限的活力。现在人们一般将电子化的教学资源称为数字教学资源,如果按课程知识体系将数字教学资源整合处理后形成的一个互动化、多媒体化的共享式资源仓库就是数字教学资源库。
高等无机化学是我国现行高等教育体系中理、工科化学与化工类专业高年级学生和相应研究生教育的必修课程之一,是学生进一步从事高层次科学研究的理论基础。近年来,虽然国内少数重点院校开始尝试编撰适合本校特色的高等无机化学纸质教材,但是目前适合我国高等教育教学体系的高等无机化学立体化数字教学资源依然相当匮乏。由于缺乏有效的富含大量信息、形式活泼、内容生动的高等无机化学数字教学资源,从而对教育质量的进一步提高产生了一定程度的制约作用。因此,建立一个方便实用、资料丰富的高等无机化学数字资源库,解决目前高等无机化学教学实践中所面临的问题已经势在必行。有鉴于此,我们在大连理工大学研究生院教改基金的支持下,在充分挖掘和利用国内外高等无机化学教育和科研成果基础上,构建了“高等无机化学数字教学资源库”,并将其初步应用于高等无机化学教学,收到了良好的效果。
一、高等无机化学数字教学资源库的构建目的和原则
1.资源库的构建目的
作为化学、化工专业高年级学生和研究生教育的必修课程,高等无机化学与基础无机化学相比具有教学难度大、学时有限、内容抽象、理论性强的特点。高等无机化学中这些抽象的理论内容往往又是课程的精髓部分,为学生进一步深造和从事科学研究工作所必需,因此往往成为教学中的难点和重点问题。为使学生在有限的学时内对高等无机化学课程体系有全面的认识和掌握,我们构建了高等无机化学数字教学资源库,将大量图片、动画以及视频教学资源汇集、整合在资源库中,使得原本抽象而枯燥的教学内容形象化和具体化。在数字教学资源库辅助下,整个高等无机化学的教学过程可以做到图、文、声、影并茂,极大激发了学生的兴趣,使学生更加容易理解和掌握课堂教学内容,提高了教学效果,深受学生的欢迎。
2.资源库的构建原则
高等无机化学数字教学资源库的构建是在采取探索、研究型教学和学习模式基础上,将现代教育技术与优秀教学资源有机结合,满足教学内容和体系、教学方法和手段以及学生学习方式的要求,使学生充分理解高等无机化学课程的本质,激发学生的求知欲望和科学研究兴趣,有效地提高研究生教育的质量,以利于创新人才的培养。高等无机化学教学资源库并不是各种资料和信息的无序杂凑,它所承载的内容在经过认真的筛选、研究、整理以及加工制作基础上,进行了科学合理的分类,各部分内容之间既相互区分又有内在的逻辑联系,整合为一个立体化、系统化的教与学的新体系,最大限度地满足科学性、艺术性、交互性、开放性和发展性的构建原则和要求。
二、高等无机化学数字教学资源库的构建方式和资源整合
1.资源库的构建方式
高等无机化学数字教学资源库的构建采用“内容分类化、资源模块化”的构建方式。“内容分类化”就是按照内容不同将资源库分为教材库、试题库、素材库、电子实验室。教材库包括各种电子图书、多媒体课件、教学和科研论文等,试题库主要含各章节的练习与考试题目,素材库包括各种视频、动画、图片和文本等,电子实验室包括一些实验装置和作图模板、虚拟实验室等内容。“资源模块化”是指按照模块化的思想开发资源库,以各领域的知识点为基础,按照一定的检索和分类原则,针对不同层次的需求,使之具有可重组性的特点。“模块化”的建设思想,可以使不同的任课教师根据自己的教学特点和需要有针对性地从资源库中选择基本单元,通过具有个性化的重组生成适用于不同教学环境的课件,有效避免千人一面。这样的资源库构建方式不但使建设者有明确的目标,而且能满足具有不同教学风格教师的使用需求,调动教师的参与积极性,使资源库能随着教师教学的进展而自然地积累和更新。
在构建好资源库的框架结构后,我们对相关的教学资源进行了构建。本科基础无机化学教改经验为高等无机化学课程建设提供了借鉴。在本科教育中,我校化学系坚持将现代教育技术引入教学之中,取得了备受瞩目的教学改革成果。步入21世纪,教育部启动了“新世纪网络课程”建设项目,高等教育出版社启动了“高等化学教学资源库”建设项目,我校化学系承担了这些建设项目,并已经取得了一些成功的经验,体现了化学系在教学方法与教学手段的改革领域中的优势地位。无疑,本科教育改革的经验奠定了高等无机化学数字教学资源库建设的基础。
2.入库资源的整合
高等无机化学数字教学资源库的资源形式主要有以下几种:(1)文本:含电子教案、教材、参考文献、论文等,电子教材及教案以DOC格式为主,其他内容格式包括PDF、TXT等。(2)视频:包括与教学内容有关的理论授课录像、实验教学录像、专题资料片、科教片等。搜集国内外优秀教学名师的经典授课录像的视频文件,以AVI格式储存。(3)图形图像:包含原子核化学、价键理论、酸碱理论、群论、配位场理论、簇合物以及金属有机化合物结构、组成、性质相关的各种图像和照片,图像以jpg格式为主,也包括bmp、gif等格式,满足使用者不同的需要。(4)动画:包括Mossbauer效应原理、不同分子点群对称操作等,用Adobe Flash MX制作成swf格式。(5)多媒体教学课件:包括自主开发的高等无机化学多媒体课件,课件主要以ppt格式储存于资源库中。
三、高等无机化学数字教学资源库的作用和功能
高等无机化学数字教学资源库的构建对于“教”与“学”两方面所起的作用是显而易见的,下面对高等无机化学数字教学资源库的作用和功能做一简单介绍。
首先,高等无机化学数字教学资源库可以更好地服务学生的学习活动。资源库中涵盖所有和高等无机化学教学内容相关的图片、多媒体课件、动画等,使得教学过程中抽象晦涩的理论知识变得形象生动、全面直观且易于接受,可以满足学生学习的要求。在研究生教学过程中,学生来源不同,针对不同层次的学生,由于接受、理解能力和本科阶段学习基础不同,在进行课堂讲解时教师有时难以把握授课进度和重点。在教学资源库辅助的情况下,学生不需要在课堂上忙于抄笔记,课下利用拷贝下载的多媒体课件可以自由复习,极大提高了教学效果和学生的学习兴趣。同时,学生通过反馈在学习中遇到的问题,可以从另一方面对资源库的内容进行有益的补充和完善,从而达到教学相长的目的。
其次,资源库的建设也是推动高等无机化学教学质量提高的重要手段。数字教学资源库的构建,极大的丰富了任课教师教学资源的来源与扩充,使多媒体课件的制作更加完善,授课内容更加丰富灵活。教师不仅能够对书本上的基础知识详尽的解释,更能随时在课件制作中增加最新最前沿的进展介绍。经过对教师授课思路的整理,更可能给研究生教育带来新的活力和学习的主动性。同时,任课教师备课时,可以根据教学内容和教学目标需要,利用教学资源库中多媒体资源中的原始素材,如文字、动画或是录像等形成具有鲜明个性特点的教案和课件。
最后,教学资源库的构建也可以成为科研工作的有益补充。在科研工作中,无论教师还是学生都可以依托数字教学资源库,方便地获得与高等无机化学课程相关的教材、资料、多媒体读物、教学软件,可以查阅有关的所有文档,了解学科的发展和前沿动态,拓展知识面。
四、高等无机化学数字教学资源库的完善和发展
关键词:无机化学;理论教学;教学探究
无机及化学是化学工程、生物工程、医药、食品工程等非化学专业的学生在大学一年级时必修的一门专业基础课,也是学生从中学进入到大学后所学的第一门专业课程,学生对于该门课程的学习和掌握程度,对后续相关专业课程的学习起着尤为关键的作用。
一.对理论教学过程进行有效完善
(一)对教学过程进行合理优化
在对高校学生进行教学时,要将教学内容与教学方法进行合理的规划与设计,由于高校学生在校园中生活时,需要将一部分时间与精力投入到校园活动中,这导致其学习时间相对于其他事项而言显得极其有限,于是对于高校学生而言,课堂教学时间几乎成为了学生对相关教学知识进行学习的唯一时间,这也使高校中课堂教学的重要性得以有效的凸显。因此,为了使学生能在课堂教学时间内对教师所教授内容进行透彻的理解,对课堂教学的教学过程进行合理有效的优化显得十分重要。首先,要加强相关课程的课任教师对于学生学习情况的关注力度,使教师能够实时了解到学生对于相关重点知识的掌握程度,从而在课堂教学时能够对学生普遍掌握不到位的知识进行针对性的讲解,同时,可以使教师所规划的一课时教学内容能够与学生对知识的掌握量相匹配,使课堂教学的质量与效率都得以有效的提升。其次,使促进任课教师之间的交流与探讨,从而使教学资源共享化,使整体教学水平得以有效的改善。最后,需要相关任课教师在课堂教学使,针对不同批次学生的不同特点,分别设计出合理恰当的教学方法,并在教学课堂中合理引入多媒体教学设备,从而使学生对于相关知识点的印象得以有效的加深,同时还可以使学生对于无机化学学习的兴趣与热情得以有效的培养与激发。
(二)对知识讲解方法进行适度丰富
众所周知,教师的主要工作内容是通过其自身对于知识表述,将相关教学内容对学生进行讲解,因此,教师对教学内容的表述形式会直接影响到教学质量与教学效果。如果无机化学课程的任课教师对于知识的讲解生动形象、激情四射,那么其激昂的情绪会对学生带来很大的正面影响,从而使学生对于无机化学学习的激情得以有效的激发,使课堂气氛呈现出活跃的状态,进而使教学质量得以有效的提高,是教学效果得以显著的改善。这种教学方法在面对刚步入大学校门的大一新生时,显得更加奏效,由于其由中学时期的学习转换到大学时期的学习时,所学习课程的专业程度与难度都有大幅度提升,此时,教师对学生所运用的教学方法将直接影响到学生在日后大学生活中对于自身学习态度的树立。因此,教师要在课堂教学中以自己的热情带动学生的积极情绪,并在恰当的时候合理的组织学生针对相关教学内容与疑问进行探讨,而后使学生之间互相答疑解惑,在促进学生之间良好交往的同时,使学生在探讨过程中对相关教学知识进行透彻的理解与熟练的掌握,从而达到预期的教学效果。
二.对学生知识体系M行合理建立
无机化学课程的教学内容之繁多与复杂,致使学生在对其进行学习的道路上时有坎坷,进而导致学生在面对过多难以理解的知识点时,极其容易产生焦躁的情绪,使其最初对于无机化学学习的激情与热情逐渐消失殆尽[1]。因此,相关教师在对无机化学教学内容进行讲解之前,首先要让学生明白,无机化学并不是使所有化学相关问题得以开解的万能钥匙,要让学生了解到对无机化学进行学习的主要目的在于,要为其日后的专业课程奠定思维基础与一定的化学基础,因此在面对较为深奥的无机化学相关问题时,自然不必深究不放,从而使学生对于无机化学学习的信心得以有效的维持与保障。与此同时,教师还要将无机化学与学生所需要学习的专业课程之间的关系进行有效的梳理,使学生所学课程的系统性得以有效的建立,于是,在无机化学课程的教学之初,教师应当适当的利用课堂时间将无机化学课程的知识构架与其重要性向学生进行展示,并使学生对无机化学教学的当前教学任务进行基本的认知与了解,从而使学生能够对自身对于无机化学的学习目标进行较为准确的定位。
教师可以将学生当前阶段无法透彻理解的教学内容与知识点进行细致的归纳与系统的整合,并在教学过程中暂时对其进行简单的介绍,而后在后续教学时再对其进行详尽的讲解。此外,在对学生的无机化学知识体系进行构建时,也要对学生高中时期所学习的化学知识进行有效的连结,从而使学生对于现如今无机化学的理解建立在高中所学的基本化学知识之上,将无机化学知识内容视为高中时期化学知识的扩展与延伸,从而使其对于无机化学的难度更容易接受与习惯。
三.对学生的自主学习能力进行有效培养
首先,若想使学生在大学阶段的学习得以有效的保障,就必须对其自主学习能力进行有效的培养,从而使其学习时间不仅局限于课堂教学时间。学生是教学活动过程主体,要充分发挥学生的自学能力。他们刚从中学进入到大学生活,中学阶段他们是在老师和家长的监督下学习,这使得他们普遍习惯于被动学习,而在大学生活中,学习环境相对宽松,学生很容易缺乏学习主动性。而无机及分析化学课程的内容多,教学时数少,课堂容量较大,需要学生做好课前预习。因此可以再在每次课结束前给学生留下几个关于下节课内容的问题,让学生带着问题对新课进行预习,这比学生盲目看书的预习效果要好的多。使高校学生的自主学习能力得以有效培养的前提是,使其对知识的归纳与整合能力得以有效的提升与充分的发挥,也就是说,使其科学的思维方式得以有效的培养,例如在对化学分子结构进行讲解时,要使学生对于化学键的了解更加透彻,进而引导学生对分子结构相关内容进行较为深刻的思考。在学生对于专业知识进行学习的过程中,教师应当将其分析与解决问题的能力进行有效的培养,使学生在面对不同问题时,能够熟练的运用自己的科学思维对其进行分析,而后结合所学的相关知识,通过合理妥当的方式将其解决。
其次,教师应当在无机化学的教学过程中,结合所教授课程的相关内容对学生的学习方法进行适当合理的引导,在无机化学教学过程中,教师应当针对其内容繁杂丰富的特点,将其相关的知识点进行合理的串联,使知识点之间始终保持着较为紧密的联系,并且对重要的知识点进行多次的详尽讲解,以确保学生对其的理解足够透彻,使学生对于无机化学的相关知识不是死学硬背,而是学习分析与解决问题的思路,而后能在面对不同问题时自行进行分析与处理[2]。此外,教师在对较为抽象的无机化学理论进行讲解时,要尽量通过合理的教学手段,使其得以有效的具象,使学生对于化学理论知识的理解更加立体而生动,使学生对于相关知识点的印象更加深刻,使原本复杂的理论知识得以有效的简化,使学生在对问题进行解决与处理的过程中,其自身的自主学习能力得以有效的提升,使学生通过无机化学课程为以后的专业课学习奠定良好的理论基础与思维方式,使学生在大学阶段的专业学习得以有效保障。
结束语:无机化学作为所有化工相关专业的基础课程,其是使学生得以开启专业知识大门的钥匙,是学生进行后续专业学习的重要前提,通过对无机化学理论的学习,学生得以为自身的专业学习与发展奠定良好而扎实的理论基础,并为自身的后续专业学习培养科学清晰的逻辑思维,进而使自身的自主学习能力与对于不同问题的处理能力得以有效的提升,使现今社会对于综合素质人才的需求得以有效的满足。
参考文献:
(济宁学院化学与化工系,山东曲阜273155)
摘要:我们从无机化学实验内容体系、预习系统的建立、教师监督指导机制和实验评价等方面进行改革,突出应用型人才培养目标,强化学生的基本实验技能,使之形成求实创新的意识,具备一定的科研意识和思维方法,掌握初步的科研方法,以适应不断变化发展的社会需求。
关键词 :无机化学实验;应用型;实验改革;人才培养
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1671—1580(2014)12—0060—02
基金项目:山东省教育科学规划课题项目(2013GG040);济宁学院教学改革项目(2013JX32)。
收稿日期:2014—06—11
作者简介:苑壮东(1970— ),女,山东济宁人。济宁学院化学与化工系,副教授,研究方向:无机化学。
韩丽娟(1978— ),女,内蒙古赤峰人。济宁学院化学与化工系,讲师,硕士,研究方向:无机化学。
王静霞(1976— ),女,山东济宁人。济宁学院化学与化工系,讲师,硕士,研究方向:化学课程与教学论。
当下,高等教育已经进入大众化教育的时代, 社会对人才的需求和要求发生了深刻的变化。在经济全球化的时代,化学化工行业对人才素质的要求越来越高,传统的精英教育和专业化培养模式已难以满足现实的要求。现代化学化工行业门类之多, 专业技术发展之快, 同行业竞争之激烈, 对化学化工从业人员提出了很高的专业性要求,[1]化学化工行业对能够迅速解决生产实际问题、适应社会多样化需求的应用型人才的需求量大大增加。
应用型人才的培养离不开实践教学环节,化学是实践性非常强的学科,因而,化学实验教学是培养高素质应用型人才的重要途径。无机化学实验是化学专业、应用化学专业和化学工程与工艺专业的大学生接触到的第一门专业实践课程,对于培养学生良好的实验室工作习惯和素养,训练学生的基本实验技能,培养学生的综合能力,启发学生的科学思维方法,使其逐步树立乐于学习、勇于开拓的科学精神,真正达到应用型人才培养目标起着非常重要的作用。因此,非常有必要加强和改进无机化学实验课程的教学。
为适应社会发展的需求,各高校结合自身特点和培养目标,都在积极地进行无机化学实验教学改革探索,主要体现在实验内容和实验教学手段等不同方面的改革。[2][3][4]我们在无机化学教学实践中也进行了一系列的改革探索,力求培养高素质的应用型人才。
一、精选内容,优化实验教学体系
通过实验内容的改革,认真解决学生在实验中“照方抓药”的弊端。删减、调整重复性的实验内容;改变单一、教条的实验模式,强化实验技能的培养;注重培养学生认识问题、解决问题的能力,构建以提高实验技能为主导,多层次、逐步提高的实验教学体系。以培养应用型人才为根本出发点,我们将实验内容划分为基本操作实验、基本原理和元素化学实验、应用型综合设计实验以及开放性设计实验四个层次,力争将实验技能及能力培养贯穿于实验教学的全过程。
首先,细化实验室工作规范,强化基本操作实验,使学生具备较强的职业技术能力。将仪器的认领与洗涤、试剂的取用、溶液配制、过滤、蒸发结晶、气体发生、仪器安装与操作等分单元列为基本操作实验项目。细化、量化、标准化每一个基本操作的要求,以训练和强化学生的操作技能。例如,在试剂的取用实验中,首先,让学生明确试剂取用规范的重要性和必要性;然后,将实验要求分解为液体试剂和固体试剂的准确取用和粗略取用、取用量的控制、滴管操作等更细致的基本操作,并明确操作要求和标准,严格要求学生反复练习,使学生打下扎实的基本功。
其次,在训练基本操作的基础上,注重基础原理和元素化学实验的学习。重视理论与实验的相互促进,让学生通过实验进一步领悟化学原理,巩固相关知识,培养其观察问题、分析问题、解决问题的能力。在这一层次的内容中,适当加入一些与内容相关的讨论或者安排一些小的设计实验,让学生尝试运用所学知识解决实际问题,为后面进行综合设计实验奠定基础。例如,在元素实验中安排了这样的设计实验:设计实验说明卤素单质的氧化性,设计实验说明H2O2的化学性质等。这样不仅能够逐步培养学生思考问题、判断问题和解决问题的能力,还能激发学生的科研兴趣。
再次,在应用型综合设计实验部分,除选取应用性强的实验,如由海盐制备试剂级氯化钠、水中溶解氧的测定等,还将教师科研中的部分实验纳入教材,如某种配合物的制备及结构表征等。并逐渐将综合设计实验设计为“思路引导”的模式,即实验中只给出实验设计的一般思路,由学生自行查阅资料,设计并完成实验,从而系统训练和培养学生独立进行实验的能力和综合分析的能力。
最后,开放性设计实验是培养学生能力的重要环节。我们主要采取开放基础实验室和科研实验室两种形式。在基础实验室,除实验室提供的实验内容外,还可以根据学生的兴趣,从生活实践或实验中的“疑惑”取材,鼓励学生思考,并通过实验探究解决疑问,培养学生敢于质疑、勇于探索的科学精神,训练学生查阅文献、比较分析和综合判断的能力。开放教师的科研实验室,采取“导师制”培养模式,鼓励学生积极参与、体验科学研究的过程,逐渐熟悉科学研究的方法,培养其基本的科研能力,实现由掌握基本技能到熟练进行基础实验,再到独立设计实验、进行科学研究的提升。
二、优化预习网站,提高预习效果
预习是无机化学实验的重要环节,决定着实验的成败,更直接影响学生能力的形成。为此,我们对实验预习方案的优化进行了探讨,建立了无机化学实验预习系统,将枯燥的实验文字结合视频、录像呈现出来,不仅激发了学生的兴趣,而且从根本上改善了学生的预习效果。
预习网络评价系统的组成及流程可以用图1来表示。[5]
三、建立实验监督指导机制,构建科学的实验考核体系
规范实验教学管理,建立健全实验监督、指导机制——“无机化学实验教学环节质量标准及工作规范”,明确指导教师的责任,使学生在实验过程中能够得到适时、恰当、有效的指导。由同行教师和学生共同为实验指导教师评定成绩。
构建科学的实验考核体系,注重对学生操作能力和解决问题能力的考查,全面地反映学生的综合能力。我们对学生实验的综合评价包括实验预习成绩、实验室规范成绩、平时实验操作成绩、实验报告成绩和实验操作考核成绩等五个部分,根据应用型人才培养目标细化各部分的评分要求、评分标准和评分等级。同时,在考核中突出学生的基本实验技能训练,加大基本操作实验环节成绩的比重,基本操作合格才可以进行后续部分的实验。
为培养高素质应用型人才,我们针对基础无机化学实验进行了相关的改革尝试,虽然取得了一些明显的成效,但仍然需要继续努力。
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参考文献]
[1]冯绍杰,刘瑾,潘洁松.地方院校应用化学人才特色培养的认识与实践[J].高等建筑教育,2009(3).
[2]李向清等.大学无机化学实验教学改革探讨[J].化工高等教育,2011(5).
[3]李庆全,陶二红.浅谈无机化学实验改革[J].科技致富向导,2012(2).