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论文摘要:将《电解质溶液与电离平衡》一章中酸碱理论的内容提到盆类水解的前面介绍,统一了盐类水解与溶液酸碱性的公式,并与后续课程《分析化学》中酸碱滴定部分的内容前后一致,保持了连贯性.
在无机化学中,有关电离平衡的知识占有极其重要的地位,因为大部分无机反应都是在水溶液中进行的,而且弱电解质的电离平衡、沉淀一溶解平衡是《无机化学》及后续课程《分析化学》所涉及的四大平衡中两类重要的平衡.笔者翻阅过很多版本的《无机化学》,对庞锡涛老师主编的师专《无机化学》教材中《电解质溶液与电离平衡》一章有关内容的编排,笔者作如下探讨。
1.教材中电解质溶液和与高平衡一t的内容编排
当介绍完电解质溶液、弱电解质的电离平衡及缓冲溶沼后,教材接着介绍盐类的水解,然后介绍沉淀溶解平衡,最后才介绍酸碱理论。
1.1.盐类的水解部分介绍了四种类型盐类的水解
它们分别为:(I)一元弱酸强碱盐的水解:(2)一元弱碱强酸盐的水解:(3)一元弱酸弱碱盐的水解:(4)多元弱酸强碱盐的水解。对于水解后溶液的酸碱性的计算均由水解方程式求出水解常数;再根据水解平衡来计算溶液中,上述四种类型盐类水解后溶液中时分别为:
1.2.酸碱理论部分重点介绍了酸碱的质子理论在酸碱质子理论下,重新定义了:凡能给出质子的物质都叫做酸,凡能接受质子的物质都叫做碱。酸给出质子后转变为相应的碱,喊接受质子后又转变为相应的酸,即酸启质子+碱,这种存在共扼互变关系的酸和碱称为共扼酸碱对。酸碱质子理论扩大了酸碱的范围。同时酸碱反应的范围也随之扩大,如水溶液中的电离反应、中和反应、水解反应等都统一归属于酸碱反应.
2.电解质溶液和电离平衡内容编排之我见
2.1把酸碱理论的内容提到盐类水解之前
从上得知,按庞锡涛老师的教材编排体系,得出的盐类水解后溶液中的计算公式形式较复杂,记忆及使用都有些不便,尤其是本章内容、公式较多,给学生的学习带来了较大的负担.为此,我在多年的教学中均未按本书顺序依次介绍给学生,而是在介绍完第一节电解质溶液、第二节弱电解质的电离平衡、第三节缓冲溶液之后,接着介绍第六节酸碱理论,重点学习酸碱的质子理论,这里的酸、碱强度也可用来定量、衡量,且补充介绍互为共辘关系的一对共扼酸碱对的与标之间有如下关系:
以此类推。
这里由于扩大了酸、碱的范围以及酸碱反应的范围,以下盐类的水解也归结为酸碱的反应来讨论。22.盐类水解的计算公式推导上述四种盐水解后溶液的计算公式推导如下:
一元弱酸强喊盐的水解,如NaAc,浓度为c
Ac为一元质子碱,其与水的酸碱反应为:电离出的[OH-]公式推导与一元弱碱(如)相同,设
这就是一元弱酸强碱盐水解[OH-]的近似计算式,与一元弱碱溶液[OH-]的近似计算式相似,便于记忆和使用.同理,可导出:
一元弱碱强酸盐[H+]的近似计算式为
酸弱碱盐中酸碱质子理论下弱碱的共扼酸和弱酸的共辘碱的电离常数):
多元弱酸强碱盐
3.教材内容,新编排后的优点
3.1.将盐类水解与酸碱电离的计算公式统一起来了
只要是酸碱质子理论定义下的酸,则 要是酸碱质子理论定义下的碱,则多元酸或碱主要考虑一级电离只不过是,若式中的不能直接查表而得,而共扼的喊(或酸) 可查表而得时,要利用共扼酸胶对的与称的关系来求,即 (具体见2.1.).这样学生只要会求酸碱溶液的[H+]或[OH-],盐类水解后所得的溶液的[H+]或万[OH-]计算也就迎刃而解了.统一了公式,简化了计算,方便了使用。
3.2.有利于今后的学习
调整以后的计算公式与后续课程《分析化学》中《酸碱滴定》一章中溶液酸喊度的计算公式一致,加强了教材的连贯性。对《分析化学》教学而言,可减少《酸碱滴定》一章的教学内容,又可节省课时;对学生而言,为他们学习《酸喊滴定》一章打下基础,同时又可提高学习效率,减轻学习负担。经调查,绝大部分同学认为教材内容这样编排比原来的教材编排好,有利于减轻他们的学习负担;也有利于《分析比学》的学习。
参考文献
(1〕庞锡涛.无机化学(上册)[M].北京:高等教育出版社,2000.
(2〕赵消泉,刘膝果.分析化学[M].北京:高等教育出版社,1997.
1.学时及教学内容差异大。由于近年教学学时的大量缩减,目前不同学校针对不同专业开设的无机化学课程学时差异明显,大部分学校针对化学、应用化学等专业开设的无机化学在100学时左右,也有部分约70学时;对化工及制药专业学时一般50~80学时;对于非化学化工专业,学时普遍较短,多为32~60学时。对于100学时的专业,一般具有较充足的时间对理论知识、物质结构、元素化学均进行较深入的讲解,学生可以掌握全面的无机化学知识;对70学时左右的专业,一般大约45学时用于理论及物质结构讲解,元素部分约25学时,元素部分教学内容不能完全覆盖;对于50学时以下的专业,许多专业只讲解理论知识和物质结构,元素部分基本不涉及。从目前现状看,对于短学时的无机化学课程,往往以牺牲元素化学教学为代价,把在分析、物化等课程中还会涉及的理论内容讲得较深入,这导致许多学生缺乏元素化学知识、化学知识整体结构不完整、学习内容不健全。
2.教材种类多,内容编排结构多样。目前出版的无机化学教材种类繁多,每年都不断有新出或修订版无机化学教材出版。为了无机化学书有更广的应用范围,大部分教材都完全包含了传统无机化学的基本化学反应原理、物质结构及元素化学三大模块,针对短学时的无机化学教材目前相对较为缺乏。无机化学教材内容编排不同教材差异较大,有的按化学原理、物质结构及元素化学排版,有的按物质结构、化学反应原理、元素化学介绍,教材中各模块间基本相互独立、衔接较少。在有限的教学时间里,要达到良好教学效果,教学内容的合理取舍与组织对教师无疑是一个挑战。
3.与其他课程存在交叉与衔接。无机化学是大学化学第一课,其教学内容与后续分析化学、物理化学、有机化学及诸多专业课都有内容的交叉与衔接。无机化学的酸碱平衡、配位解离平衡、沉淀溶解平衡和氧化还原反应是分析化学的理论基础。无机化学基本化学原理与物理化学中的动力学热力学存在明显的递进。原子结构、分子结构理论对解释有机化学结构依然实用。应用化学、材料等专业的多门课程都涉及无机化学知识,有的甚至就是元素化学的内容,如无机材料的制备等课程。良好的无机化学基础是后续化学及专业课程学习的重要基础,也是提高学生大学学习兴趣和自信心的有力保障。
4.学生个体差异显著。我们知道,按照中国现行高考制度,许多化学及相关专业的学生所就读的专业并非其自愿选择,而是通过调剂录取,对化学的学习兴趣各有不同。按照中学化学“必修2+选修6”模块式教学,不同省份及不同学校对中学化学教学的深度及广度不同,导致不同学生的化学基础存在一定差异。而且,随着高等教育大扩招,高考录取率达70%,学生个体生理差异也较大。由于学生学习兴趣、主观能动性、中学化学知识基础等多种原因,在无机化学教学中,能明显感受到一个班的学生在学习自觉性、领悟力等方面分为几个不同层次。要保证绝大部分同学都能达到教学要求,学生个体差异也是大学教学必须充分考虑的因素,教学内容和教学方法的设置上应尽可能做到因材施教。
二、无机化学教学内容的衔接
鉴于无机化学在教学时间、课程内容、教学对象等方面的特点,在教学过程中有效组织编排教学内容,注重中学教育与大学教育的良好衔接,引导学生顺利过渡到大学学习,融会贯通前后知识,对达到理想教学效果可起到重要促进作用。
1.与中学化学教学的衔接。目前高中化学三个版本教材均采用模块式教学,将化学教学内容分为两个必修模块(《化学1》和《化学2》)和六个选修模块(《物质结构与性质》、《化学反应原理》和《有机化学基础》、《化学与生活》、《化学与技术》、《实验化学》)。必修模块涉及了化学物质分类及离子反应、氧化还原反应;元素周期表、化学键;化学能与热能、电能、化学反应的速率和限度;重要的金属及其化合物;硫、氮、氧及其化合物。《物质结构与性质》模块涉及了原子结构及性质、分子结构及性质、共价键、晶体结构及性质;《化学反应原理》涉及了化学反应与能量、化学反应速率与化学平衡、水溶液中的离子平衡等内容。从中学教学内容看,无机化学中的基本化学反应原理、物质结构及元素化学都有涉及,但是其教学程度较浅,多处于对概念的了解,且不同省区学习内容可能存在很大差异,无机化学中对各部分内容均有很大程度的提升,如化学平衡中引入了标准平衡常数、焓、熵、Gibbs函数等热力学函数。在无机化学教学内容的设置上,应根据中学化学教学内容,在对全班同学进行充分调研的基础上,为学生设计构建科学的教学大纲,安排合适的教学内容,帮助学生在现有基础上循序渐进,不断深入。
2.前后章节内容的衔接。无机化学教学一般都会涉及化学反应基本原理、物质结构与元素化学三部分内容,化学反应基本原理和物质结构通常安排在元素化学之前,各教材在化学反应基本原理和物质结构间有的将物质结构先行讲解,有的则先介绍化学反应基本原理。物质结构决定其化学性质,作者认为先介绍分子结构、化学键等物质结构知识有利于学生理解化学反应原理部分的知识(如热学函数、键能、碰撞理论、反应机理等),而且高中物理以及化学中均涉及有原子结构、化学键等相关内容,学生也容易理解接受。原子结构、分子结构、化学热力学及动力学、氧化还原、配位化学等无机化学基本理论知识很多在元素化学中将得到具体体现,并指导着元素化学的教学与研究,因此,元素化学放在最后讲解比较科学。化学反应基本原理、物质结构与元素化学三大模块除了相互存在衔接外,各模块内部各章节也存在很密切的关联,如化学反应原理部分中化学反应热力学、化学平衡知识、四大平衡反应是一脉相承的关系;物质结构部分里,原子结构、分子结构、晶体结构、配合物结构则是物质结构的逐渐深入;元素化学同区内各族之间有相似结构和相似性能但又存在变化规律。因此,注意前后章节内容的有机衔接将有助帮助学生理解掌握。
3.必修与选修内容的衔接。由于教学学时的压缩,无机化学教材涵盖的内容通常无法完全在课堂上给学生进行详细讲解,一般教材通常将教学内容分为必修和选修两部分,选修内容采用不同排版方式标注出来。延伸基础知识、难度较深的内容,如化学动力学中对化学反应机理的讲解,一般无机化学教材都设为选修内容。另外,为了扩宽学生视野,无机化学教材中也对该章节内容涉及的学科前沿知识进行补充介绍,如大连理工大学版无机化学分别在化学反应动力学和氧化还原章节补充介绍了化学动力学在考古中的应用、化学电源实例等知识,帮助学生了解理论知识的实际应用,提高学生学习兴趣和应用知识的能力。在为某些学科专门编写的、针对性较强的教材中,学科背景知识以及无机化学在该学科的应用等内容常设为选修。除了书本中明确建议的选修内容,教师也可根据学时、学生学习情况,灵活调节教学内容,将学生基础好、容易自学完成的内容设定为自学或选修内容,以节约出更多时间用于重点难点知识的讲解和实践教学。
4.理论教学与实验教学的衔接。化学是一门实验科学,让学生学习掌握基本化学实验技术,提高学生发现问题与解决问题的能力,培养学生科学严谨的工作态度和良好的实验习惯,是化学教学的一项重要任务。许多同学在中学没有条件进行化学实验教学,无机化学是他们接触的第一门化学实验课,第一门实验课的教学效果对提高学生实验课程学习兴趣、端正学习态度、养成良好实验习惯意义重大。实验教学是对理论教学的一种宏观展示,可以让学生更直观了解化学反应本质。我们需要注意的是,实验教学是建立在理论教学基础上的,因此在无机化学中必须注重理论教学与实验教学的衔接,实验教学需要将时间安排在相应理论教学之后,切不可将理论与实验教学完全独立开来。一些简单的验证性实验可以考虑以视频的方式在理论教学中直接演示给学生,节约部分实验教学时间以开设更多的实验内容。在实验教学内容设置中,需要考虑每个实验对学生实验技能的培养目的,应尽可能在不同实验中培养学生不同实验技能,让学生在有限的时间掌握更多实验技术,提高其实践动手能力。
三、无机化学教学实现衔接的教学方法
无机化学在较多层面存在教学内容的衔接,为了实现相关知识间的有效衔接,教师在授课过程中除了在教学内容的安排上要合理设置外,在教学过程中教师还需在不同环节采用不同教学方法,以达到理想的教学效果。
1.课前预习作业。无机化学教学内容多,课程任务重,每节课的信息量大,适当的课前预习有助于学生在课堂教学中集中注意力,跟随主讲老师的教学思路。老师可以为学生提供适当的预习作业帮助学生有重点的预习,预习作业最好能注重将学内容与中学知识、前面章节内容间的联系与差异,让学生觉得熟悉而新鲜,激发学生好奇心和探索热情,为课堂教学奠定良好基础。对课堂中可一带而过的教学内容,亦可在预习中引导学生自学,节约课堂时间。
2.课堂设问式教学。课堂教学是无机化学理论课最重要的环节,在课堂教学中教师更需要采用巧妙的教学方法,将各种内容有机衔接起来。在课堂中向学生提出相关问题,是调动学生思维、促使学生主动将相关知识衔接起来的好方法。例如,涉及到中学知识的,可以请学生回答中学学习内容是什么,老师再顺势介绍中学与大学知识的异同。再次出现的前面章节的内容,老师可以通过提问学生来帮助学生复习巩固,并找出前后知识的关联。
3.课后作业知识点的兼顾。课后作业也是将各种知识有效衔接的好办法,除了前后紧密相联的知识外,老师也可故意设计一些复合习题,在同一个题目中涉及前后章节知识以及多个知识点,训练学生综合分析问题的思维,教会学生解决综合问题的方法,提高其对综合知识的掌握与应用能力。如在氧化还原反应里可以将化学平衡常数、热力学函数、Hess定律、电动势、能斯特方程式等知识点关联在一起,根据具体情况可进一步计算求解酸碱平衡常数、溶解度、配合物稳定常数等物理量。
关键词:无机化学;教学;实践
无机化学是高等师范院校化学专业的第一门专业基础课程,它对学生的专业学习起着承前启后的作用。该课程的内容既要立足于学生已掌握的中学化学基础知识,又要为其它后续课程准备必要的基础理论和无机化学知识。因此,要使学生积极主动的学好这门课程,尽快适应大学的学习方式,培养其自学能力和创新精神,是我们每一位教师追求的目标。但是在高等师范院校《无机化学》的教学过程中存在着一些问题,本人就自身的教学实践,从以下几个方面进行阐述。
1无机化学教学中存在的问题
1.1无机化学内容量大和课时的缩减
我校选用的教材是吉林大学、武汉大学等校编《无机化学》第三版,教材的内容量很大,同时课时由120学时缩减为112学时,因此如何在有限的时间内完成教学任务,而且要达到很好的教学效果,是摆在我们每一位教师面前的难题。
1.2学生学习方法的问题
中学教师中“抱着走”、“注入式”的教学方法以及考试中知识记忆部分比重过大,致使学生养成了死记硬背,不消化理解内容的习惯,同时有些学生来到大学没有了教师和家长的约束,自主学习能力较差,较好的学生仍是按照中学的学习方法来学习,从而导致学生跟不上教师的讲课进度,对知识点的理解和掌握存在困难。
1.3教学方法的单一
以老师讲学生听的教学方法已不再适应当今高等教育发展的需要,本科教育要培养适量的基础性、学术型人才,但更重要的是要培养多规格、多样化的应用型、复合型人才。因此要做到“四个更加注重”:即改变重理论轻实践、重知识轻能力、重专业轻人文的现状;注重科学知识、思想品德、人文素养和实践能力的融合。这些教育需求应该在无机化学的教学过程中逐渐渗透,从而实现培养人才的目的。
1.4学生基础知识的差异性
由于我校面向全国范围招生,因此学生在高中学习阶段选修的课程不一致,有的学生学过物质结构、酸碱平衡、理想气体状态方程等与无机化学相关的内容,有的则没学过,如何在课堂教学过程中兼顾个体化学知识的差异,也是我们教师必须面对的问题。1.5传统的教学考核制度考核制度的建立应能全面评价学生的能力,提高学生的学习热情。考试方式分为两部分:期末成绩占80%,平时成绩占20%,包括作业和出勤各占10%。学生以陈旧的学习方法死记硬背知识点,注重考试结果,同时做作业的时候只会照猫画虎,题设稍有改动就没有思路。因此应建立合适的考核体系才能适应与时俱进的社会。
2无机化学教学改革措施
2.1针对教学时数的压缩,其一应该合理的选择教材内容,对其进行恰当的处理
比如说四大化学反应中的酸碱平衡和沉淀溶解平衡,必须了解高中化学知识,高中新课标已经把大学无机化学知识编入了高中化学教材体系,但是无机化学教材的内容基本没变。这样可以通过自学让学生回忆复习,在课堂上把高中没涉及的内容可以进一步加深和拓宽,以区别于中学化学,同时提高了学生的学习兴趣,但是对于后续课程中涉及的活度、活度系数以及离子强度等知识点,只要学生掌握其基本概念即可,不用深入讲解防止与分析化学或物理化学重复。其二分散难点,即将某些难于理解的知识点放到后续课程讲解。例如:将配位化学基础中的立体异构、桥联配合物、四面体场、正方形场以及软硬酸碱理论放到《配位化学》中讲授;钛副族元素和钒副族元素以及氢和稀有气体放到《中级无机化学》;镧系和锕系元素放到《稀土化学》。2.2学习方法的改变引导刚入大一的新生从中学的“赶着学”变为自主学习。不同生源地的学生学习能力具有一定的差距,让他们慢慢学会寻找适合自己的学习方法,做好大学四年的时间规划,充分利用好课堂内外时间达到良好的学习效果。比如说大学的课程设置并不是每天时时有课,没课的时候他们感到很迷茫,无所事事,这时教师应引导其去阅览室自主学习。课前一定要预习,通过预习要知道不懂的知识点,然后带着问题上课,可以提高学习效率,课后要及时复习,归纳总结本节课的内容,这样可以提高学生对知识点的把握,同时做作业以检验学生对内容掌握的程度。
2.3教学方法的改变
教学方法上注重发挥学生的主体作用,更多地采用参与式、讨论式、交互式的教学方法,同时加强现代信息技术在教学过程中的应用,引导学生自主学习,提高教学效果,逐渐将教学内容与科研相结合,构建科研反哺教学的长效机制。当前学生的手机可以随时随地上网,这样他们预习中遇到问题提前告知老师,在课堂上老师可以有的放矢的详细讲解。课后复习以及做作业也能通过网络随时了解学生对知识的掌握情况,下次上课时可以集中讲解。通过这样的实践能够使大部分同学掌握知识,同时也促进教师合理的安排课堂教学内容。学生遇到的问题及时解决增强其学习自信心。因此利用互联网随时解决学生提出的问题并听取其对授课情况的反映及时改进教学方法,可以很大的提高教学效果。
2.4对于学生已具有的基础知识参次不齐,利用课余时间对其进行调查
有些知识点只有少于5%的人中学没学过,可以通过优生帮助其学会,若有些知识点有一半人没学过,那就逐渐深入浅出地讲解,使不会的同学学会,会的同学再进一步加深以提高其学习兴趣。同时建立宿舍文化,以每个宿舍的成员为一个小组,在每个宿舍中挑选1-2名优生。比如在学习元素无机化学内容多而且杂又乱,系统性不强,可以把部分内容做成专题,让每个宿舍同学进行研究讨论,发表自己的观点交于老师,课堂上教师针对具体问题加以指导。辅导差生中学漏学的知识点,每个人参与共性问题的讨论,提出解决问题的方法,使他们尽快适应大学的学习方法。
2.5建立全面的考核评价体系
为了全面的评价学生以及适应社会的需求,改革传统的考试制度势在必行。我系采取了多种考核方式衡量学生的能力,降低期末考试的分值,提高平时成绩所占分值,期末成绩50分,平时成绩50分,包括课堂表现20分,每章总结10分,作业10分,课前预习10分。这样的考核方式降低了学生的考试压力,留出更多机会给学生参与到教学过程中,增强了学生自主学习的能力,提高了教学效果。总之,无机化学这门课程对化学等各专业学生专业基础知识及大学学习方法的掌握具有深远的意义。各大高校的教育工作者对于教学改革的实践多种多样,但是教学改革之路仍在路上,永无止尽。我系针对自身的实际情况,在教学内容、教学方法、学习方法等方面进行了教学改革实践,注重过程中始终以培养学生提出问题、分析问题以及解决问题能力的培养为核心目的,为后续大学课程的学习打下坚实的基础,同时也提高了教学质量。
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[关键词]无机化学实验;考核制度;改革
化学作为以实验为基础的学科,实验教学是化学专业本科教学中极为重要的环节。无机化学实验既与无机化学专业课相辅相成,又是对专业知识的一种检验[1]。无机化学实验是本科学习有关实验的入门课程,对学生的实验观察能力和动手能力、归纳分析的能力、综合表达的能力进行强化训练,对培养学生善于思考求证的习惯、严谨的科学作风和敢于创新的精神具有指导意义[2]。而传统化学实验教学和考察模式已不适应于高等化学教育的新形式,以往的无机化学实验课程大多是“照葫芦画瓢”,学生按照课本内容亦步亦趋的做实验,既不能提高学生做实验的积极性也不能调动主动性,更不利于培养学生独立思考解决实际问题的能力[3-6]。为此我们对本科化学专业的无机化学实验课进行了改革实验。改良传统实验内容,增加开放式实验内容,给学生发挥的自由空间,并对最终的实验考核采取全新方式,以此充分调动学生的积极性和学习兴趣。
1无机化学实验中存在的问题
1.1学生不主动思考,做实验积极性不够
做实验的过程中,不明确实验目的和要求,一味机械性的按照实验课本安装实验仪器、配制或滴加试剂药品、重复实验操作、记录实验现象、数据等。
1.2理论与实验操作脱节,对不正确操作重视不够
无机化学理论课课时进度与实验课程衔接上出现脱节,导致学生上完理论部分没有及时进行实验动手强化,很快遗忘。其次,由于中学阶段,教师过于强调理论知识,实际实验操作没有足够重视,学生在实验过程中存在各种问题,操作不够规范。
1.3实验教学考核制度太过死板
导致学生做实验敷衍了事,没有起到督促和监管的作用,学生实验技能水平很难得到整体性的提高。
2无机化学实验改革的具体措施
2.1改变学生课前预习方式,使学生实验课前积极准备
实验课存在学生不主动预习实验内容的问题,由于课前没有充分预习,老师讲解实验时学生听得一头雾水,做实验时手忙脚乱,最后实验结果是否正确,更是无从知晓。这样的实验课效率极为地下。对于这个问题,我们采取学生进行课前预习准备。在实验课开始之前,学生将实验所需药品仪器列出清单,在老师的指导下配制溶液调试仪器,这样对于试验中需要哪些药品仪器,让学生做到心中有数。其次,实验课以往都是由老师讲解实验内容,学生被动接受的形式,大部分学生对于老师讲授的内容,吸收消化的效果较差。对于这种情况,我们采取以学生上台讲解为主,老师进行引导拓展为辅的方式。在准备讲解和讲解的过程中,学生能够主动预习实验内容并思考,查阅资料、梳理知识和归纳总结。讲解中的问题,师生之间可以及时讨论解决,并引导学生深入思考。
2.2设置合理课程体系,真正做到理论与实验相辅相成
以往设置课程,经常会出现无机化学理论课内容早已结束,而实验部分还没有开始,甚至出现无机化学上学期的理论知识出现在下学期的实验内容当中。以湖南城市学院为例,“银氨配离子配位数的测定”这一实验的理论部分是无机化学上册配伍化合物这一章节的内容,却安排到下学期开设。理论知识与实验操作脱节十分严重,造成学生理论部分学完就忘,做实验时又不明所以,事倍功半。对于这种情况,我们将实验的开设时间与理论课相匹配,做到上完理论课,立即就进行实验课巩固。让学生能够直观的感受到理论知识的现实具象,进而更深刻的理解理论部分,同时在理论的指导下明确实验的目的和要求,实验过程中积极思考,与老师、同学之间交流讨论,还有思维活跃的学生以新角度和新思路来重新设计实验,进行深入的研究和拓展。在开设无机化学实验第一学期的课程中,以基础制备和验证实验为主,针对新生基础薄弱,对实验缺乏认识的情况,内容上以基本实验知识、训练基本实验操作为目标。以湖南城市学院为例,我们使用的教材是中山大学出版的无机化学实验,在实验课安排上,如“置换法测定气体常数R”“酸碱滴定”“化学反应速度,反应级数和活化能的测定”。基础操作包括称量、溶解、减压抽滤、加热、重结晶、溶液配制、移液管移液和滴定操作等。学生经过大量的基本实验技能训练后,培养学生发现问题、分析解决并拓展探究则是无机化学实验第二学期课程的重心,因此,较为复杂的综合型实验的比例增大。如“三氯化六氨合钴(Ⅲ)的合成和组成的测定”。强化学生的基础操作技能,训练学生实验过程中分析解决问题的能力,提高学生对实验过程中突况的反应和处理的速度。
2.3激发学生实验兴趣,化被动为主动
对无机化学实验不够重视,实验原理复杂,实验步骤繁琐,加之实验预习工作不到位,传统的实验教学模式,导致学生对无机实验有畏难情绪,实验操作敷衍了事。针对这些问题,我们一改以往的方式,多媒体、板书、学生讲演实验原理、教师实验演示进行结合,激发学生的实验兴趣,让学生主动做实验,喜欢上做实验。此外,实验课之外,我们定时开放实验室,鼓励学生进行开放性实验,参与老师的科研项目,与老师共同进行课题研究,为学生今后走上科研道路做好铺垫。改变实验课预习不充分的情况,使原本枯燥的教学模式生动起来,使课堂教学更活泼更开放更具思考力和创造力,从而达到让学习从被动到主动的转变,提高学生学习的主动性。
2.4科学实验考核制度的建立,利用网络平台进行交流互动
由于实验课的特殊性,不能像无机化学理论用一张试卷即可测试,传统模式只是简单的将学生的实验报告作为期末成绩的评定标准,这样就容易造成某些学生实验报告写得好但实验做不好也能得高分。为了得高分,因此也出现部分学生抄袭实验报告的情况。鉴于这些缺陷,我们对最终的实验考核采取“平时表现+理论考察+实验操作能力”的全新方式,例如对制备实验的评分标准:预习10分;提问5分;纪律3分;卫生2分;操作50分;结果25分;报告处理5分,其中操作项又根据实验操作项目切割,最后成绩根据各项加和决定。研究式实验中,方案与能力分占30%,理论考察分占10%,而在专题实验中能力40%。考核成绩分为“三段式”,由平时每一个实验的评分,中期阶段考核、期末考核组成,三者比例为5︰2︰3,中期阶段考核是有目的地将本阶段的基本操作编排成一个实验进行考核,期末考核通过完成一个研究式实验进行。如“硫酸铝钾大晶体的制备”,除了对实验原理、实验现象和思考题等进行笔试考核外,老师对操作细节,最后产品的形貌、大小、透明度、规整性等均有考核,而且综合考察学生对该实验所涉及基本操作的掌握情况。如今互联网的快速发展,与传统行业的渗透也越来越深入,对于大学教育也不例外。QQ、微信等聊天平台极大方便了师生的课下交流,但也存在问题解答不够完全和学生只在聊天的情况。除了以上的聊天平台外,目前也有移动教学助手,如蓝墨云班课这样的APP,学生可以留言也可以在线交流,老师也可以在上面出试题让学生在线答题并及时纠正学生的错误。
3结语
以上改革措施有些已经实施,有些还在积极摸索探究中。总体来说,我们的实验改革初步得到教学效果的正面反馈,学生的评价也体现了改革的有效性。在强调素质教育和专业人才的培养的时代要求下,如何进一步优化教育资源,提高学生的专业动手能力仍是我们探讨和努力的方向。
参考文献
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[5]潘春阳.基于创新人才培养的微型无机化学实验改革刍议[J].教育教学论坛,2016(46):273-274.
关键词:无机及分析化学;非化学专业;公共基础课程;教学过程;教学方法
“无机及分析化学”课程是化学专业开设的传统课程,主要面向非化学专业本科生。现在已成为与化学密切相关且必需开设化学课的非化学专业如药学、生物学、医学等专业的本科生重要公共基础化学课程。该课程是上述专业所有化学课程的基础,对于化学基础知识的掌握和化学知识的深入了解及专业课程的学习都起到基石的作用,即“无机及分析化学”是基础的基础。
在武汉大学,自从设置生物专业以来就有此课程,目前是药学、生物学、环境科学及医学等专业的本科生公共基础课。而目前的实际情况是上述专业的院系安排化学课程学时逐年减少,比如药学专业,开始是108学时(包括化学实验),后减为90学时,目前再减为72学时(不包括化学实验课)。学时少或学时逐渐减少,而专业所需化学基础知识内容很多,再加上由于高中课程或高考科目的不断改革,除个别参加过化学奥赛的学生外,这些专业本科新生大多数化学知识基础薄弱。由于“无机及分析化学”课程是化学基础课的基础,所以上述专业的各院系多年来都是放在第一学期开设“无机及分析化学”课程。由于专业科研创新的深入和研究热点的涌现,对这些专业本科生的化学知识与化学教学不断提出新的挑战和要求。除化学基础理论知识必须扎实外,还要有熟练的实验操作技术。如果基础知识不扎实和不系统,学生创造能力就成为无本之木和无源之水。所以教好和学好这门课程对新生的学习兴趣、知识积累和科研素质培养至关重要。
本课程的教学不仅是完成教学任务,最重要的是要为学生打下良好的化学基础,为其他化学课和专业课的学习奠定基石。该课程教学时间紧,任务重,责任大,还要效果好。我们根据学生的现状和专业特点对化学知识的要求,提出我们的教学目标:打下扎实化学基础,掌握化学实验技能,强调效果和分数的统一。
下面根据我们多年来教授“无机及分析化学”课程的亲身经历,谈谈非化学专业本科生“无机及分析化学”这一基础课的教学过程、教学方法与体会,与兄弟院校同类课程交流,以期抛砖引玉。
一、教学过程
该课程以教师讲授为主,辅以课堂提问与练习,师生互动,结合化学实验课,进行教学。
课程排在第一学期,现总学时72学时,每周6学时。要求学生掌握很好的化学知识特别是作为基础化学知识的无机化学和分析化学知识,要预先了解新生高中阶段化学知识状况:大多数学生没有初步系统学过化学,约1/10没有学过化学,个别人是通过化学奥赛班学习较系统的化学知识。所以说,整体化学知识底子薄。根据新生情况,无机化学内容比例要大,占42个学时,分析化学30学时。
1.教学目的
“无机及分析化学”是药学等专业本科生的重要基础课程之一。该课程不但授予学生必需的理论知识,还要根据该课程实用性较强的特点,培养学生严谨、精细、科学的学习态度和独立分析问题与解决问题的能力,让学生掌握了解该课程内容以及与其他课程和科学知识的关联,积淀夯实学生的基础知识,特别打好无机化学基础。分析化学要求树立起一个严格“量”的概念和如何实现它。使学生全面系统地掌握该课程的基本知识、基础理论、基本反应、基本公式、基本计算和基本实验(“六基”)。
2.教学目标
要求学生对课程中知识点、难点、重点明确掌握,思考题和习题都会独立正确完成;如果有学生不听课保证可以获得修课通过,教师可以同意其直接参加考试。考试成绩绝大多数为优良。按照这样的要求精心组织教学、进行教学和检查教学。具体到课程内容,要求学生熟悉无机化学和分析化学的基本理论、基本概念和定义。重点掌握原子结构、分子结构、元素与化合物的基本性质、酸碱反应、络合反应、氧化还原反应和沉淀反应与平衡以及基于四种化学反应的容量分析方法的有关理论、概念和计算。熟悉酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定和重量法、吸光光度法的方法及原理,熟悉分析化学中的试样分解和数据处理。
二、课程建设
“无机及分析化学”课程建设主要在教师队伍及教学指导思想、教材建设、教学内容和教学方法等方面。
1.教师队伍及教学指导思想
该课程历史上就由分析化学专业教师开设。化学分析方法原理建立在无机化学反应的基础上,因此要求任课教师不但有熟练的分析化学知识,还要有更扎实的无机化学知识,因而教师队伍建设也成为该课程建设的根本。需要不断提升教师队伍素质和知识水平,注重教师队伍的知识结构、梯队层次和年龄结构等,将打好学生的化学基础作为教学指导思想。我们选择高水平的教师和老教授负责主讲“无机及分析化学”课程,在该课程教学过程中注重主讲教师的培养和传承,坚持老、中、青传帮带机制。课程讲授分A、B角,采用课程教学组负责制,前者为课程负责人。
2.教材建设
该课程的教材初版于1994年。教材建设是提高教师专业知识水平和教学能力的最重要工作,能使教师专业基础知识系统和熟练,有利于教学效果提升。讲授该课程的教师先后合作编写了多版《无机及分析化学》教材。在教材修订中,在保留上一版教材特色的基础上,坚持精选教学内容,强化无机化学和分析化学的紧密联系及其在化学教学中的基础作用。更新教育观念,注重素质、能力和思维方法培养,拓宽知识范畴,适当反映学科发展新成果。第三版除了系统的无机及分析化学知识外,编入了许多在无机化学方面出现的新研究成果,如锂离子电池和超导材料等。按课程建设要求,每过几年都要编写无机及分析化学教材,编写人员是该课程的主讲教师,他们都有一定的教学经验和丰硕的科研成果,能使教材具备良好的系统性和先进性。
3.教学方法
我们多次对上述专业(如药学专业)的新生展开调查,结果表明,地区不同化学课程或有或无,即使有化学课开设时间也不同,较好开设化学课的不到10%,没有开设过化学课的有20%,所有新生基本没有做过化学实验,总的情况非常不乐观。由于该课程内容多、学时相对少、学生基础化学知识薄弱等因素,需要从教学方法上着手提高教学效果,调动学生学习该课程的主动性和积极性,让学生既打下扎实的化学理论基础和实验技能基础,也尝试培养学生的创新思维和创新能力。具体做法如下:
(1)加强基础,突出重点与解决难点相结合。结合课程特点,加强“六基”(基本知识、基础理论、基本反应、基本公式、基本计算和基本实验)的系统学习,要求所有学生会背元素周期表和知道变价元素的所有价态。所有学生基本做到“六基”优良。实行学习课程知识与提高综合素质相结合的教学方法,将教学重点化为学生思考的问题,启迪学生思维。课堂强化训练,随时布置题目,让学生独立完成,可以看书,不可讨论,当堂交卷。也专门进行课堂教学讨论,随时提出问题,进行讨论解答,比如分析化学内容中的络合反应与络合滴定中的副反应系数。加大课堂提问和练习力度。从严要求,加强课堂管理,坚持课堂提问和课堂强化练习,多用时间每课必问,多问少讲,边问边讲。巩固所学知识,牢固掌握,针对不肯记忆的学生,重点加强记忆并考查其化学知识熟练程度。
(2)组合兼并和协调相关无机化学与分析化学教学内容。无机及分析化学课程内容多,要突出重点,还要保持连贯性和系统性,所以要对内容进行整合和调整,避免重复。比如,把无机化学和分析化学涉及的四大反应类型和化学反应平衡内容整合在一起讲授;分析化学的滴定分析原理和具体技术操作与分析化学实验课放在一起介绍,让学生了解滴定分析原理和多次练习掌握分析操作技术,包括阿司匹林药片中乙酰水杨酸含量的测定(酸碱滴定实验),胃舒平中Al3+、Mg2+含量的测定(络合滴定实验),高锰酸钾法测定医用双氧水中过氧化氢含量(氧化还原滴定实验);元素及其化合物性质与分析化学中沉淀滴定原理、氧化还原滴定方法和试样分解结合在一起讲授,如卤素、氧族、氮族变价元素及化合物与碘量法、高锰酸钾法、重量法和有机试样的消化分解可以结合在一起,这些内容涉及许多反应,如通过控制pH值进行氢氧化物沉淀,氨水-铵盐和氧化锌缓冲法,硫酸盐沉淀,卤化物沉淀,硫化物沉淀和磷酸盐沉淀等,略举反应方程式例子如下:
这样既能表达元素和化合物性质,也能说明它们的应用原理和用途,能够实现用较少的学时讲授较多的内容,同时避免重复。在“无机及分析化学”课程中,这样的可结合点非常之多。
(3)有针对性地认真备课和讲授,将传统教学方法与现代教学手段有机结合,采用理论与实际相结合,进行启发式、探究式、讨论式和参与式教学。根据授课对象讲授由浅入深,由简单到复杂,由具体到抽象,有快有慢,循序渐进。先讲基本知识和基础理论,运用好教材,基本按教学大纲和教学日历进行教学,穿插能帮助学生理解和掌握化学知识的例子,但要灵活掌握,以学生学到知识、效果好为目的。
(4)理论课主讲教师一定要指导学生的实验课。注重化学实验,便于发现问题、解决问题。使理论课生动、有趣。理论课教师不能脱离实验课,同时要和其他教师沟通,除了培养学生的实验操作技能外,还要通过实验加深学生对无机化学和分析化学理论知识的理解和掌握。鼓励学生参加开放实验,结合开放实验弥补理论课的遗漏和巩固重要知识点,如无机离子鉴别和络合滴定副反应系数及能否准确滴定判别式应用。通过实验、实践加深对理论课的理解和记忆,提高操作技能和技术。
(5)充分利用课余时间,坚持定期进行答疑和习题课。新生第一学期相对课程较少,可把更多时间用于化学课程学习,针对作业中出现的问题分类辅导讲解,如概念类、原理类、反应类、方法类、浓度类和计算类等。比如,提出难题供学生练习,去开放实验室做化学实验,多布置完成课后作业。注意课后搜集课程意见和辅导。
(6)课程教学管理与学生管理相结合。多与管理新学生的院教学干事和学工部人员联络,查找对学习该课程不重视的学生(如缺课,经常迟到和作业完成不好的),对他们还要补漏和加强课程重点知识的学习。
(7)建立符合课程特点的有公信力的课程质量评价标准。学生课程成绩由课后作业、课堂练习、期中考试与阶段考核和期末考试构成,期末考试比例最大(50%~60%)。从严要求进行教学和评价教学效果与质量,是该课程建设的宗旨。从不向学生划定课程考试重点,哪怕占课程成绩比重较大的期末考试,提醒和告诉学生课程知识重点随时贯穿在课堂教学过程中,按照“六基”从严要求和练习,每次课堂练习就是相当于一次考试。多年来不及格比例1%左右,超过80分的达50%以上。不及格者确实是不够给及格分数,坚持“给分有据”。
(8)教学效果应注意知识的系统性与重点及难点的关系。基础知识有许多是重点,重点也包括难点,有些难点不是重点。首先要学生掌握好课程基本知识和基础理论,牢牢记住重点,能够理解难点。考试和考核内容就是重点知识和基础理论,如化学键和分子间的力、化学反应类型与化学反应平衡、变价元素及化合物性质、分析化学基本知识、分析数据统计处理、滴定分析原理和方法等。
三、体会与思考
公共基础课程教学以学生学好基础知识为第一中心,做到学生化学知识的系统完整和熟练运用。通过课堂提问和课堂强化,提高学生分析问题和解决问题的能力。
虽然非化学专业新本科生化学基础薄弱,但他们都是高分考入大学,天资聪颖,具有宽厚的知识基础,再加上作为新生,求知心切,渴望在大学课程学习方面再有新绩,只要善于引导,教学方法得当,完全可以把无机及分析化学课程学好,并具备丰厚的化学基础知识。开课时间为第一学期,对于新生,开头开好了就等于成功了一半。事实上,新生(药学等专业)学习非常努力,绝大多数学生听课非常认真,课堂纪律很好,使人欣慰。讲课时教师心情愉快,有问必答,师生互动相得益彰。由此联想,课堂教学管理和课后学工管理要注意新生的渴求和心态变化,所以要加强新生的微观管理,让他们短时间从思想上真正成为成年人。
该课程能取得满意的教学效果还得益于以下几个方面:
(1)注重课堂教学管理。从严要求,不准迟到,有事请假,抓住班干部和学习委员示范配合课堂教学效果,多年到课率基本100%。
(2)针对课程部分章节内容,如元素和化合物性质,开展学生互动。充分利用学生的课余时间和开放实验,让学生课下准备、课堂表达、互相提问、老师检查,尽可能全面掌握该部分的教学内容。