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物理化学是四大基础化学之一,又被称为理论化学,誉为化学中的“哲学”,其重要性不言而喻。正因为它涉及的公式多,以工科教材为例,我们使用的是天津大学物理化学教研室编写的《物理化学》,不完全统计,涉及的公式大概有150个左右,学生死记硬背比较容易忘记,提倡理解记忆,这对学生的逻辑思维有一定的要求。我们要求学生掌握基本公式的推导和证明,能用基本公式去解决一些实际性的问题,从而起到提高物化思维方式的能力。许多学生学习物理化学,认为比较难,一届学生传一届,从思想就认为物理化学比较难学,从内心深处是比较排斥的。基于此,我们从思想上引导学生正确看待物理化学的学习,再难学,只要掌握好的学习方法和思维方式,学习物化也是很轻松。首先,提高物理化学学习重要性的认识。物理化学比较难学,在思想上就要认真对待,不惧怕,并付出实际行动。其次,提倡学生平时课前多预习,上课时带着问题听讲,目的性更强,通过此举,既能提高自学能力,又能掌握一部分知识的难点。记忆公式印象更深刻,要强调的一点是,物化中的每一个公式都有其应用条件,使用的时候尤其要注意。最后,课后复习巩固学过的知识,适当的做一些习题,巩固学过的知识要点和公式运用的条件,培养物理化学思维方式。
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。
6结束语
【关键词】药学专业;物理化学;教学改革
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:
[1]刘靖丽,张拴.药学专业物理化学课程教学设计的探讨[J].广东化工,2015,42(19):191.
物理化学包含了热力学、动力学、电化学、表面现象、胶体化学等方面的知识,内容覆盖面广、知识点多。对冶金专业本科生而言,学习物理化学主要以应用为目的。因此,在讲授冶金专业物理化学课程时,主要是讲授重要知识点、要少而精,理论联系实际,不用在理论深度上过多扩展。胡英院士指出:“教学内容一定要少而精,这样才能为今后博而通打下坚实的基础”。教学过程中,重点讲解物理化学的基本概念,使学生深刻理解其物理意义。重点讲解基本原理,使学生理解物理量之间的内在逻辑关系。此外,注重向学生展示重要知识点之间的衔接关系,引导学生在这方面进行思考与理解,从而帮助学生构建物理化学知识框架。这点对于学生而言至关重要,是其在后续课程《冶金原理》、《炼铁学》、《炼钢学》、《有色冶金学》等的学习中应用物理化学规律认识与理解专业知识、解决专业技术问题的关键基础。同时,引导学生进行相类似规律定理之间的对比、相类似知识点的总结与归纳,加强学生对重要知识点的理解,从而达到融会贯通的目的。
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。
7结语
我国古代教育家、思想家孔子在几千年前就有“因材施教”的教育思想,并一直在教学实践中身体力行。西方教育家也提出了“教育应具有针对性”的理论。上述这些思想都是分层次教育的理论基础。所谓高等教育阶段的分层次教育,有两方面的含义:①同一门课,不同的专业使用不同的教材;②同一门课,同一专业的不同学生,可选择不同的授课层次和授课内容[1]。分层次实验教学改革的关键,是要打破所有学生同一培养模式的僵局,利用鲜活的、为不同学生量身打造的不同的教学内容,调动起每个学生参与实验的积极性。在新的实验教学环境下,学生自我追求的目标越来越高,所选择的实验课层次逐渐提高;学生创新能力、动手能力、实际应用能力也随之不断提高[2]。
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。
四、结束语
《物理化学》课程是一门基础课,涉及化学热力学、统计热力学、化学平衡、电化学以及化学动力学等多个领域的知识,内容繁多,而安排的课时往往不多。这就要求教师针对学科内容的新发展及基于应用型人才培养的目标要求,优化教学设计,精选教学内容。例如,学生在无机化学课程中学的内容如动力学、化学平衡、电化学等与物理化学重复较多,这就要求对“物理化学”课程的教学内容进行整合,压缩或删减陈旧、重复的内容。同时,教师要了解和掌握物理化学领域发展的前沿知识,不断更新知识结构,系统分析和归纳课程内容,分清主次,重点突出,做到深入浅出和精练课程内容,来缓解教学内容多与学时少之间的矛盾。另外,物理化学概念抽象、公式繁多,教师要充分考虑学生的理解能力,课堂上淡化公式的推导过程,强化公式或定理的实际应用。避免教条式的教学模式,拓宽思路,提高学生学习积极性。
2采用多媒体教学与传统板书相结合,使两者优势互补
多媒体教学作为一种现代化的新型教育手段,相对于传统教学方式具有信息量大,交互性强,形象生动,易于突出教学重点和难点等优点。近几年来,越来越多的课程开始实行多媒体教学。物理化学课程概念多,公式的推导几乎占据整本教材的一半,很多公式或定理都由一个具体的实验切入,且涉及到很多图形的绘制。如果单纯的利用传统的黑板板书方式来进行课堂教学,教师的任务繁重费时,也无法生动的还原实验过程,图形的绘制也会因为人为因素差异很大,影响整体教学效果。借助多媒体技术,可向学生直观地展示有关实验设计实例,使抽象枯燥的物理化学课程更加具体,以此调动学生的各种感官参与到学习中来。利用各种化学软件、网络资源和视频,生动地展示各种原理模型,启发学生思考,激发学习兴趣,加强学生对物理化学中的教学难点的理解和掌握。但如果过分依赖多媒体,则容易忽视教师在教学过程中的主导地位和学生在课堂学习中的主体地位,使学生感受不到教与学互动的真正乐趣,从而产生厌学的情绪。在教学过程中,对于某些特别重要的理论公式的学习和推导,通过多媒体教学难以使学生在较短的时间内完全理解,这时就应该采用传统的板书教学方式,有条不紊的逐步讲解,并留给学生充分理解消化的时间。因此,我们应采取多媒体教学与传统黑板教学相结合的教学方式,使两者有机结合,优势互补。
3理论与实践相结合,调动学生学习积极性
《物理化学》是一门理论和实践联系非常紧密的课程,从人类的具体实践生活中归纳总结出一般的规律,然后运用这些规律又去解释实际自然现象。这一特点,有利于教师充分借助身边具体的现象来诠释理论知识,淡化抽象的概念,易化学生的理解。例如,讲授稀溶液的依数性,关于渗透压,我们可以采用提问式的教学模式,如为什么农田中施肥太浓时植物会被烧死?讲授表面现象时,也可以列举很多身边的实例,如水珠滴在荷叶上为什么呈现水珠状到处滚动,为什么液滴、气泡都呈球状?带着这些问题,学生学习兴趣马上被调动起来,并且学习完后,能利用所学知识解释这些自然现象,会感觉真正的学有所用,这种成就感会给今后的学习提供正能量。另外,把科研引入本科教学是培养大学生创新能力的重要措施,也是高等教育的显著特点。在《物理化学》课程教学过程中,正确有效地将教学与科研相结合,有利于提高教师水平、丰富教学内容、营造学术氛围并促进创新能力,全面提高教学质量。教师在课堂教学中,可以从基本原理出发,适当介绍学科前沿领域的新知识,融汇基础与前沿。使学生不仅具有扎实的基础知识,而且能了解学科前沿的基本点,为创新型人才的培养做铺垫。
4制定科学的多样化考核方式
对于课堂教学,教师需要及时的了解学生的接受能力,检查教学效果好坏,以便能根据实际教学情况,查缺补漏,适时的调整教学内容和教学方法,提高课程教学质量。而有效获得学生对所学知识的反馈信息的最直接方式就是制定多样化的考核制度。物理化学的内容涉及面广,实践性强,既要考查学生对基础知识的掌握能力,又要考查学生综合运用所学知识进行分析问题和解决问题的能力以及创新思维和创新能力,所以需要提高平时考核的比例。采取课堂提问,黑板演示、课外作业、平时讨论、期末考试等多种方式相结合,全面检测学生的学习效果,科学地评价学生的综合素质和创新能力。期末试卷考试,命题时也要题型多样化,内容上结合物理化学发展的实际,不仅要考核公式概念的基本运用,更要考察学生利用所学知识解释实际自然现象的能力。
5结语