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序論:好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程,我們為您推薦十篇物理化學教學范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)04-0160-02
物理化學是一門無處不在的學科,是化學、化工、材料、高分子、醫學、藥學、食品、環境、生物技術等諸多專業的一門重要必修課。物理化學的特點是“兩多三強”:概念多、公式多,理論性強、系統性強、邏輯性強。如何能讓學生既對這門課程產生興趣,又能很好地掌握其基本內容和學習方法,是教師在教學教法上不斷探索和總結的重要問題。本文根據物理化學課程的特點,就作者在大學物理化學課程教學過程中的一些心得體會,探討了高校物理化學課程教學的有效教學方法和模式。
一、要注重邏輯推理的思維方法和數學推導的技能技巧
物理化學研究的是化學中原則性、普遍性的規律,它大量采用了邏輯推理和數學推導,由物理化學的基本原理、基本概念和基本假設出發,通過邏輯推理,可以得到物理化學的有關理論和數學的表達式。邏輯推導過程具有重要的嚴密性,所得到的結論也都有一定的適用條件,[1]而且物理化學公式繁多,必須經過學生自己的反復推導才能熟練應用。因此,在物理化學教學中,要重視引導和訓練學生邏輯推理的思維方法和數學推導的技能技巧。例如在推導單組份體系熱力學基本函數關系式時,只要記住最基本的關系式:dU=TdS-pdV,知道H,F,G的定義,就可以一步步推導出其他三個熱力學基本關系式:dH=TdS+Vdp;dF=-SdT-pdV;dG=-SdT+Vdp。在物理化學公式推導的過程中大量運用了高等數學微積分的知識,在教學中要強化數學思想與物理化學概念及公式的關系。例如,在講單組分體系的摩爾量和多組分體系偏摩爾量的概念時,我們要強調從數學中全微分和偏微分的概念來理解。另外,在講化學勢這部分內容時,也要引導學生巧妙的運用數學思想,例如,求化學勢與溫度和壓強的關系其實就是求化學勢對溫度或壓強的一階偏微商。
二、注重理論聯系實際,激發學生學習的興趣
理論聯系實際是激發學生學習興趣的關鍵,只有理論聯系實際,才能讓學生感覺到自己所學的東西具有實際意義,那些看似無用的理論推導和公式不單單是一些符號和字母,而是可以解決實際問題的工具。例如,對醫藥檢測等專業的學生,在講物理化學相關知識點時,最好以醫藥檢測相關知識為示例;在講化學熱力學和化學動力學的知識時,作者通常以研究人體能量代謝與代謝速率為例子引入問題和進行公式推導,同時介紹與之相關的藥物穩定性預測、藥物的生產過程等;在講相平衡、表面化學及膠體化學等物理化學知識時,就以從天然藥物中分離提取有效成分為例,介紹與之有關的蒸餾、萃取、吸附、乳化等原理和方法;在講電化學這一章節的時候,可以與檢驗方法相關聯。在學習表面現象這一章時,我們可以通過引用生活中的實際例子來引入“表面張力”的概念。例如,雨水打在荷葉上,荷葉為什么不濕?為什么荷葉上的水珠是橢圓形而不是三角形或長方形?
三、多種教學方法和模式有機結合
物理化學大量采用了邏輯推理學及數學推導的方法,它處理問題的著眼點和方法與以往學過的一般化學有很大的差別。根據課程教學內容的特點有效改進教學方法和手段是提高教學效果的重要環節,在教學方法上要多種方法綜合使用,各取所長。[2-5]
1.多媒體教學與板書教學相結合。目前,多媒體教學已經成為了學校教學的主要方法和手段。利用多媒體進行教學,可以活躍課堂氣氛,充分調動學生學習的主動性和積極性,增大課堂信息量,拓展學生的知識視野,提高教學效率。多媒體教學雖然能生動、形象、直觀地反映教學內容,但在物理化學的教學中,絕不能單一依賴多媒體這種教學手段,必須與傳統的板書演示相結合,尤其是在公式推導這個環節,切不可圖省時省力,一定要切切實實、認認真真的通過板書詳細推導和講解,讓學生的思維能緊跟教師的進度,掌握推導的技巧和技能。
2.多種教學方法綜合使用,調動學生課堂參與的積極性。在使用多媒體和板書進行教學的同時,應輔助其他的教學方法,多種教學方法和模式綜合運用,如采用提問式、啟發式、互動式教學。實踐證明,利用提問的方式引出學習的新內容能快速提高學生的注意力,引起學生探索未知領域的求知欲,激發學生學習的興趣。啟發式教學則通過層層引導,由淺入深,由易到難,將學生的積極性和主動性充分調動起來,有助于提高課堂效率。互動式教學則通過師生“對話”模式,充分發揮學生的主體作用,促使他們積極主動的去探究并獲取知識,在參與教學的過程中得到生動、活潑、主動的發展。此外,在物理化學教學中還要善于使用比較(對比)教學法。物理化學中有些公式形式上非常相近,容易混淆,如化學平衡中的范特霍夫公式ln■=■(■-■)和動力學中的阿累尼烏斯公式ln■=■(■-■)非常相像,學生在記憶和使用的時候經常容易混淆。兩個公式放在一起進行對比,第一個公式中K1o和K2o表示化學反應的標準平衡常數,而后面公式中的k1和k2則表示化學反應速率。通過對比,可以加深對公式的記憶區分,通過比較找出公式的共同點和關聯性,從而加深對物理化學知識點的理解。近幾年來,在課堂教學中我們一直注重理論知識的現實意義,堅持通過采用多種教學模式和方法來活化課堂教學,激發學生的學習興趣,促使學生主動學習,從而達到提高學生的科學素養,促進學生全面的、可持續發展的目的。
3.及時復習,善于小結。物理化學邏輯性、系統性強,章節之間的聯系密切,因此加強對課程整體性和系統性的闡述,可以使學生在學習中善于從整體上把握課程的基本脈絡和內在聯系,從而統領全局、一目了然。作者每次講述新的內容之前都會將上次課程的主要內容做一下簡單的回顧,除了能幫助學生對所學知識進行復習、加深印象外,還有利于讓學生找出各章節之間的聯系,容易抓住各章節的重點、難點和關鍵點,并順理成章地引出新問題。章節內容講解結束后,還要及時的進行小結,使學生對所學內容有清晰的脈絡,課后復習起來也有重點和方向。課后還要布置一定量的作業,這樣可以幫助學生理解、強化并掌握所學的知識。課外輔導也是教學活動的重要環節之一,是課堂教學的有益補充。
總之,教好物理化學并非易事,以上只是作者在物理化學教學中的一些體會。在近幾年的物理化學教學實踐中,筆者針對學生的不同情況及學科特點,不斷探索、不斷努力,收到了較好的教學效果。當然,對教學方法的認識和探索是永無止境的,我們還在不斷研究、探討和改進,希望在今后的教學過程中,可以取得更好的效果。
參考文獻:
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[4]韓冬冬.高職藥學專業《物理化學》教學教法的研究[J].科技創新導報,2010,(14):178.
物理化學課程涉及的公式約有150個,教學時,要求學生掌握基本公式的推導和證明,能用基本公式去解決一些實際性問題.提倡學生平時自學,上課前復習鞏固學過的知識,強調數學和物理基礎知識的重要性,培養學生對所學知識進行綜合應用的能力.利用高等數學知識,幫助學生掌握、理解物理化學公式.如從卡諾循環可以推導出可逆熱溫商之和為零;從理想氣體發生PVT變化,可以求焓變、熵變、吉布斯函數變和吉布斯函數判據等參數;從肥皂可以了解潤濕和乳化等概念.將現實生活中的某事件引入學習中,與物理化學緊密聯系,加深學生對知識概念的理解,提高學生實際運用知識的能力.
1.2引入物理化學科學家的故事進行勵志教育
在學習物理化學課程時,會涉及到很多著名的物理學家和化學家,講到相關內容時,教師會講解他們的個人簡歷和趣聞逸事.一方面,可以提高學生學習的積極性,集中他們的注意力,緩解課堂的學習氣氛;另一方面,每一位科學家的成功都離不開其自身不斷努力奮斗的過程,通過了解他們的經歷,不僅豐富了課堂教學內容,而且學生對科學的發展也產生了興趣,對科學家產生了崇拜,成為學生學習的榜樣.如首次提出物理化學這個概念的是1901年和1909年先后獲得諾貝爾化學獎的兩位化學家:荷蘭的范特霍夫和德國的奧斯特瓦爾德,正是他們的研究促成了物理化學學科的誕生.其中范特霍夫是首位諾貝爾化學獎的獲得者,他50多歲時還經營著一家牧場,親自送牛奶,被譽為“牧場化學家”.在講到稀釋定律時,介紹奧斯特瓦爾德的生平事跡,他出身普通家庭,求學時對化學產生濃厚的興趣,1884年在博士論文中提出了電離假設,1888年提出了以他名字命名的奧斯特瓦爾德稀釋定律,1909年因在催化作用、化學平衡和氨制硝酸等方面的杰出貢獻而獲得諾貝爾化學獎.
2教學方法與考核方式改革
2.1多媒體教學與傳統教學相結合
傳統教學采用粉筆板書的方式,書寫需要一定時間,導致學生接受知識量較少.而利用PPT課件,結合Flas,能使教學內容生動、信息量大,給學生更直觀的印象,提高課堂效率.物理化學課程公式多,邏輯性強,有些問題比較抽象,單純采用多媒體呈現,導致學生思維跟不上文字顯示的速度,因此不能僅用多媒體一種教學方式.結合教學實際,采用多媒體教學與板書相結合的方式授課,學生能充分地消化吸收所學的知識,教學速度適中,從而提高教學質量和效率.
2.2考核方式的改革與創新
物理化學課程考核方法普遍采用平時成績加期末考試兩大塊的組合,存在期末考試成績在總評成績中比例偏重的問題.考核方式改革前,平時成績占20%,期末考試成績占80%.這種考核方式可能導致學生平時學習不認真,期末考試前突擊,因而不能起到督促學生平時學習的作用.考核方式改革后,采取平時成績占20%,階段考試或考核成績占30%,期末考試成績占50%的形式.在原有基礎上,降低了期末考試的比例,規定小于等于48學時的課程,期間加一次階段性考試或考核;大于48學時小于等于64學時的課程,期間加兩次階段性考試或考核.雖然教師的工作量比改革前增加了,但學生學習的主動性和積極性得到了提高.學生要想取得優秀的成績,就不能忽視階段性成績.另外,也嘗試在總評成績中增加其它一些(如課堂討論、課程論文等)考核方式,從而促進學生積極學習.
2.引導學生合理運用學習方法
物理化學是化學學科里一門基礎課程,也是很多專業的必修課程。其內容涵蓋較廣,涉及知識包含化學、物理、力學、高等數學等。此外,物理化學知識點多,公式及推導過程繁瑣,因此其書本內容通常顯得復雜深奧、單調乏味。不少學生在學習物理化學時沒有興趣,甚至容易產生抵觸情緒,最終導致期末考試不能通過,教學效果不理想。這一現象在非化學類專業的教學過程中更加常見。筆者有過藥學類相關專業的物理化學教學經驗,對非化學類專業學生學習物理化學情況有一定了解。在教學過程中產生一些想法,和大家分享。希望對物理化學的教學,尤其是非化學類專業學生的教學有所幫助。
一教學內容
物理化學書本涵蓋的知識點非常多,包括熱力學、動力學、化學平衡,稀溶液性質等等。化學類專業學生的教材通常選擇的是傅獻彩老師主編的《物理化學》[1]。全書分為上下冊,教學時長一般為兩個學期。該書內容講解詳細、透徹,但是需要具有一定的理論基礎知識功底。所以這本書不適合作為非化學類專業學生的主講教材,而更適合作為一本參考書目。筆者負責的藥學類專業的物理化學教學時長為一個學期,總課時為72學時。我們選擇的是內容相對比較簡單的印永嘉老師主編的《物理化學簡明教程》[2]。該書相比傅獻彩老師主編的教材內容有所精練,不過各個章節基本保留相對完整,只是每個章節一些復雜的內容沒有多述,更適合作為非化學類專業學生的教材。印永嘉老師主編的教材雖然在內容上有所精簡,但是從實際教學情況來看,要將書本知識完全給學生講解、講透還是比較困難。原因是非化學類專業學生的化學基礎通常比較薄弱,而且在教學過程發現藥學類相關專業學生的高等數學知識基礎一般也比較差,這對物理化學的教學形成了較大的阻礙。除此以外,我們學校藥學相關專業學生生源分布較廣,而不同地區的中學基礎教育水平不一,也導致教學難度的增加。根據具體情況,筆者在教學時對授課內容做了進一步的精簡。部分難度大、知識儲備要求比較高的章節只進行簡單介紹,或者直接略過不講。比如,該書的第六章統計熱力學內容比較深奧,要求學生具有良好的高等數學及統計學基礎,而班級里大部分的學生不具備這樣的基礎,因此在教學過程中,我們直接跳過這一章的內容,不作教學要求。其他章節的一些疑難知識也作相應處理。由于非化學類專業學生的化學知識基礎較弱,盡管教材上已經作了簡化,但是相應的課時也少了一半,所以仍然不能要求學生對所有的知識點都有很深刻的理解和掌握。重點知識點需要突出講解,難點則需要多花時間,仔細、反復地講解練習。對于非重點知識點只作一般性了解要求。掌握重點知識點,了解整個物理化學知識架構,對物理化學做到整體性把握,讓學生學有所得。另外,物理化學教學時間安排也需要有所考慮。物理化學和其他基礎化學如無機化學、分析化學等有知識點交叉。由于物理化學本身比其他幾門基礎化學更加貼近理論基礎,更具有完整知識體系,因此其放在其它基礎化學課程之后教學更為合適。學生在學習物理化學之前已經從其它基礎課程中學到一些零散的知識,了解一些簡單的現象、結論。如此,在學習物理化學過程中學到相同知識點時不會陌生,當教師解釋現象背后的原理時學生能夠有更深刻的認識,真正地做到由表及里地學習知識。除了一些基礎化學課程外,高等數學在物理化學的學習過程中也扮演著重要的角色。很多公式的推導比如麥克斯韋公式等等,都應用了高等數學的知識。如果沒有高等數學基礎,公式就只能死記硬背,不能由源頭出發,一步一步通過數學知識推導得到。沒有良好的前期理論知識基礎,學生在學習物理化學時會很吃力,容易產生距離感。我們學校通常將物理化學放在第三個及第四學期,在此之前學生已經學過高等數學、無機化學等課程,對物理化學的學習具有一定的幫助。
二教學方式及方法
現代教育發展至今,教學方式以及手段已經有了很大的變化。多媒體教學早已進入高等學校甚至中小學的課堂。高校里越來越多的老師,尤其是年輕教師喜歡用多媒體教學,幾乎不用板書。的確,多媒體給教學帶來了很大的便利,以及豐富的課堂呈現方式。教師的課件豐富多彩,圖片、動畫等也更能吸引學生的眼球。在物理化學教學過程中,利用多媒體的確能夠給呆板的知識增添點趣味。但是單以多媒體方式進行物理化學教學,往往會收到比較差的效果。物理化學有很多公式,而大部分的公式是由之前的公式經過一定的數學推導得到。這些推導過程在使用多媒體教學時一閃而過,學生不容易記住具體的推導過程,對學生的記憶學習不利。因此,在利用多媒體教學的同時,應當結合原始的板書,尤其是公式的推導過程講解。通過板書,學生有足夠的時間去記筆記以及領悟推導過程,有助于知識的學習。物理化學知識點比較繁瑣、枯燥。學生在學習過程中很容易產生厭煩情緒。如果一字一句照本宣科,很難使學生產生興趣,影響教學效果。在教學過程中添加有趣、輕松而又不偏離主題的內容很有必要。知識點講解由歷史故事起頭是一個很好的方式。故事內容可以是某些結論提出背后的小故事或者是歷史名人的一些有趣的生活習性等。以故事起頭可以使學生注意力集中,故事結束后自然地切換到書本的知識。將知識點和故事相結合不僅能夠引起學生聽課的興趣,而且也能夠幫助學生增強知識記憶。在知識點講解過程中,傳授方式也很重要。如果直接將全部的知識點給提煉出來,填鴨式的教學,收到的效果通常比較差。對于相對枯燥的物理化學來講,填鴨式的教學更加糟糕。知識傳授最好的方式應該是讓學生自己產生興趣,提高學生學習的主動性。在教學時,以問題討論形式相對較好。筆者在教學過程中,在講解完一個有趣的現象之后,不時會提出疑問,由學生自由組成小組討論,找出問題的答案。在對問題的討論過程中,學生能夠自己去尋找答案,這不僅能夠提高學生的積極主動性,還能培養學生獨立思考,團隊合作交流的能力,塑造學生的自信心。
三課程考核及實際應用
課程教學的短期目標通常是讓學生掌握、牢記知識點,在課程結束期末考試時能夠順利通過,最終完成學業。對于非化學類學生,物理化學屬于基礎課,而非專業課程,所以考試內容以及難度不能以化學專業的標準要求他們。因此,筆者在出題時盡量避免晦澀難懂的知識。此外,考慮學生生源的差異性,課程考試成績也不能完全由一次考試決定。筆者將課程考試成績分為三個部分,即平時成績、期中成績和期末成績,三部分占的比例暫定為10%、20%和70%。平時成績主要由上課考勤和作業決定。保留中小學時候的家庭作業模式除了作為平時成績的重要參考,也給了學生一次鍛煉學習的機會。課程學習的長期目標當時是學以致用。如果學習一門課程主要是為了通過課程的考試,而在課程結束后對該課程一無所知,顯然是很可悲的。不過,要想讓學生對整本教材做到完全了解,倒背如流,顯然也不現實。筆者以為,學習一門課程,尤其是一門非專業課程,除了需要通過課程考試以外,對該課程能做到充分了解其知識框架,熟悉常見及淺顯問題即可。如此,碰到一些常見現象,能夠理解其背后的實質原理;碰到復雜問題,也能知道需要用哪些知識去解決。因此,筆者在教學過程中更加注重學生對知識框架結構的掌握,以及學生對問題的剖析、解決能力。
四小結
物理化學是一門重要的理論基礎課程,同時也是比較枯燥、乏味的課程。因此,對其教學的研究非常重要。之前已有不少前輩從不同角度分析物理化學的教學問題,分享各自的教學經驗。不過,物理化學教學經驗或模式離成熟還較遠。在不同專業的教學過程中,還需要考慮專業差異,調整教學過程。筆者目前教學資歷尚淺,本文主要分享自己的一些體會感受,希望對同行能夠提供些許參照。
參考文獻
2.特別強調各種公式的適用條件
物理化學課程的另一難點,在于計算公式多,而且每個公式的適用條件非常嚴格。初學者往往只注意到了具體公式,而忽略了對適用條件的把握。只有當理想氣體、等溫、可逆過程三個條件都滿足時才能使用,可初學者常常只要看到是理想氣體膨脹或壓縮過程(比如理想氣體反抗恒外壓膨脹壓縮過程),不管是不是等溫過程和可逆過程,拿來就用,造成錯誤。還有,理想氣體絕熱可逆過程方程“PVr=常數”也必須在同時滿足“理想氣體、絕熱、可逆”三個條件下才能使用。再例如,熱力學第二定律主要用來判斷變化的方向和限度,其三個判據式必須在不同的條件下使用:判據“S孤立=S體系+S環境≥0平衡自發”只能用于孤立系統;判據“F≤0平衡自發”只適用于封閉系統的等溫等容過程;判據“G≤0平衡自發”只適用于封閉系統的等溫等壓過程。這樣的例子非常多。因此,教學過程中,教師應通過字詞講解、舉例比較等方法,幫助學生反復進行辨析,以達到正確使用公式,解決實際問題的目的。
3.注意與生活實際相結合
增強內容的實用性和趣味性,提高學生的學習興趣。教學不只是傳授知識或演示技能,關注學生的學習動機才是教學的起點。物理化學又稱理論化學,學生學習過程中難免感到枯燥。教師如何有目的地引導學生投入積極的學習狀態,引起學生的學習意向呢?教師應盡可能從學生生活中的現象、身邊的事入手,加深學生對知識的記憶和理解,激發學生的學習興趣。例如,在講解彎曲液面下的附加壓力這一內容時,可從學生孩童時期所玩的吹泡泡游戲切入;在講解克拉貝隆-克勞修斯方程時,可從生活中常用的高壓鍋說起;在講解表面活性劑時,可從我們日常生活中少不了的洗滌用品入手……興趣是激發求知欲的催化劑,如何使知識變得有趣,值得每一個教育工作者深思。
物理化學是藥物制劑專業的一門必修專業基礎課,是應用物理的理論和實驗方法借助于數學作為工具來研究化學變化的規律及一般理論問題的學科。物理化學的理論性較強,公式推導以及概念比較多,眾多的公式推導、嚴密的邏輯推論和嚴格的應用條件,使教與學都枯燥無味,加上某些藥物制劑的同學錯誤地認為這些抽象的內容與生產實際結合不上,學了也沒有用,因此,學習積極性不高,影響了教學效果。如何培養藥物制劑專業學生的學習興趣,使物理化學的教與學變得輕松、有趣,概念與公式變得易懂、易學和易記,這是從事物理化學教學的教師追求的目標。
1講述名人偉大成就 增強學生學習興趣
興趣是學習最大的動力,因此,怎樣培養學生的學習興趣是一個關鍵的問題。針對物理化學的特點,教師要幫助學生樹立信心,只要努力學習、認真思考、用心體會,就能把物理化學學好。物理化學的多數理論基本上由國外的化學家創立,在課堂教學中,適當地增加一些人文素質教育,比如說介紹一些成功的中國科學家的范例,也是對學生的一種鼓勵,如著名的物理化學家黃子卿先生不僅測得了水的三相點溫度,成為1948年國際實用溫標(IPTS-1948)選擇基準點一水的三相點的參照數據之一,而且在溶液化學方面的研究頗有建樹,是我國的物理化學的奠基人之一;親手創辦福州大學和中科院福建物質結構研究所的盧嘉錫教授,也是我國著名的物理化學家,他在結構化學研究工作中有突出的貢獻,曾提出固氮酶活性中心的結構模型,并對原子簇化學的發展起了重要的推動作用,還有屠呦呦、唐敖慶、徐光憲等化學家的偉大成就。通過介紹既活躍了課堂氣氛,又激發學生的學習興趣,樹立了自信心。在教學中,還向學生展現當代化學令人振奮的前景:化學研究不斷向宏觀和微觀擴展。在實驗室中,空間分辨率已可達10-10m(原子大小);時間分辨率已可達10-15s,這就意味可跟蹤電子運動;分析試樣的量可少至10-13g;體積小至10-12ml;還有計算機科學在化學中的應用,使得化學高速發展,化學理論期待著突破。這樣無疑能激勵起學生強烈的時代使命感和旺盛的求知欲,并進而轉化為強勁的學習動力。
2適當刪除重復章節 理論聯系科學研究
由于教學改革,我校藥物制劑專業無機化學教材(主編:徐春祥)由高等教育出版社出版,而現在用的物理化學教材(主編:濮良忠)是由人民衛生出版社出版的教材,兩本教材內容不統一,有許多章節內容重復,因此,適當刪除與無機化學重復的內容,選擇講授,突出物理化學的重點,用較少的學時完成物理化學的教學任務是可行的。在教學實踐中,在不影響知識系統性的情況下,將無機化學已講授的部分內容略講或不講,必要時讓學生自學,再用較少的課時加以總結,如氣體的P、T、V性質、體系與環境、反應速率與反應級數等概念,以及標準平衡常數與濃度的計算、能斯特方程的應用等計算。兩門課程基本相同,因此本課程的講授應注重以上知識的理論依據,而不是理論的應用,這樣既避免了重復教學,又使學生明確了學習重點,在較少的課時內獲得較好的教學效果,同時節省出一部分教學課時,可以用于新知識介紹及教學方法改革。
另外,教學要與實際的科學研究相結合。在學習化學動力學時,講到溫度對化學反應速率影響的內容時,聯系當時正在進行的科研,利用阿累尼烏斯方程的定量關系,解決了某些藥品在常規保存時的保質期及半衰期,既解決了實際問題,也使學生意識到,物理化學在藥物制劑專業上的重要性。
3注重多種教學方法 全面提高教學質量
講授法是最常用的一種教學方法,在概念的講解與公式的推導課程中更是一般教師首選的教學方法。但如果教師僅照本宣科地滿堂灌,往往得不到好的教學效果,而若是針對問題有的放矢地進行講解,則會啟發學生思考,幫助他們正確理解,給他們留下深刻的印象。在學習溫度對化學平衡的影響時,結合G-H公式,讓同學們既在感性上增強了溫度對化學平衡的影響的理解,也在理性上有了更加深刻的認識。在課堂講授時要合理地進行舉例。往往有些學生上課似乎聽懂了,課后卻不會做作業,這是由于對概念還沒有真正理解,對公式中各物理量的含義還不太明白。教師可以通過隨堂習題或者課后作業了解到,并在教學后記中做記錄,然后通過錄制微課的形式,把學生沒有掌握的知識點通過視頻的形式錄制下來,并通過網絡平臺。這些視頻具有暫停、回放等多種功能,學生可以根據自己的接受程度自我控制視頻。從而使學生能夠較好掌握關鍵概念與相關公式。
在注意充分利用講授法及課后補充教學難點視頻的同時,要與其他教學法有機結合。
翻轉課堂是現在一些課程常用的一種教學方式。它是一種由教師創建教學視頻,學生利用課余時間在家或其他地方觀看視頻中教師的講解,回到課堂上通過師生面對面交流互動共同完成教學任務的一種全新的教學模式。
在翻轉課堂教學模式中,最大程度的發揮了學生的積極性和主動性。在部分章節中,采用翻轉課堂的教法,要求學生課前先在線學習課程,了解主要內容,而課堂上主要解決不懂的關鍵問題,學生是將學習的主體。有利于真正提高學生的積極性、主動性,能讓學生真正參與進去。這樣,才有利于其真正理解書本知識和掌握技能。
習題課是提高教學質量的重要環節,是解決問題的主要途徑,也是培養學生分析問題、解決問題能力的重要步驟。習題課的內容主要包括歸納總結這一部分所學的知識(重點與難點)、小結作業中主要存在的問題、做一定量難度較大具有綜合性的習題等幾個方面。好的例題不但可以幫助學生正確地理解概念掌握公式,例題的巧解還可以開拓學生的思路,錯例的講解也可以解除學生的疑慮。
實驗課也是一個較為重要的教學環節。通過實驗,同學們可以進一步理解與掌握實驗所對應的知識,理論聯系實踐,還可以掌握對實驗儀器的操作方法,培養自己的動手能力,及數據處理能力跟誤差分析能力。另外,還在課時外開設設計性實驗,進一步提高學生的綜合素質。
4利用電腦輔助教學 爭取進行雙語教學
MOOC(MassiveOpenOnlineCourse,又稱慕課,即大規模開放在線課程)[1]是近年來以開放和共享為理念的一種全新教學模式。MOOC課程的出現對高等學校教育理念、教學管理和教學模式等將產生巨大的沖擊。教育部高等學校化學類專業教學指導分委員會于2011年制定了《高等學校化學類專業指導性專業規范》中提出“淡化二級學科、減少課堂學時,撤銷專門化課程”等要求[2]。因此,許多高校減少相關二級學科的學時。例如,我校的工科物理化學理論課時由88學時減少到64學時,在這種背景下,如何保證教學質量?MOOC的出現,為高校教師提供了機遇和不錯的選擇,因為它的開放性和學生學習時間的自主性,可逐步向“翻轉課堂”教學模式的轉變[3],有利于減少對課堂教學課時數的依賴。目前為止,國內絕大部分高校都沒有建立自己的物理化學MOOC網站資源及將其應用到現實的教學當中。2015年3月,武漢大學以汪存信為首的教學團隊首次在中國大學MOOC上上線了物理化學第1期網絡課程[4]。地方高校在師資,教學條件,網絡資源等方面與部屬高校相比都存在不同程度的差距,在此情況下如何應對在教學課時數減少條件下保證教學質量?以下從三方面來談談對這個問題的思考與應對。
1MOOC的特點與發展趨勢
1.1MOOC的特點
(1)大規模性:隨著MOOC的巨大優勢和強大生命力的展現,越來越多的學生、高校和課程加入到MOOC當中去,MOOC的發展規模迅速擴大。以Coursera為例,到2015年9月,Coursera在線注冊人數達到1500萬[5]。138所世界著名高校加入了Coursera并與其展開合作,包括美國的斯坦福大學、普林斯頓大學、中國的北京大學、南京大學等[5-6]。(2)開放性:MOOC的宗旨和優勢之一就是它的開放性。MOOC大部分課程完全免費向學生開放,學生只要能上網就可注冊學習。學生可以根據自己的興趣愛好選擇相關課程學習。(3)在線性:所有學生的學習和教師的教學活動都是在網上在線進行。學生通過網絡在線進行注冊、學習、討論、考試、交流等學習活動;教師通過MOOC課程網站,在線進行網絡授課、答疑、考核等教學活動。學生的學習活動不受時間和地點限制。(4)學生學習的自主性與自覺性:MOOC課程賦予了學生很大的學習自主性,同時也要求學生具有高度的學習自覺性,否則,難以順利完成課程的學習。學生學習的自主性給MOOC課程帶來了較高的入學率,但同時學習的自覺性高要求也帶來了較高的輟學率[7]。
1.2發展趨勢
(1)MOOC的規模將進一步擴大:目前除了最著名的三大MOOC網絡機構(Udacity、coursera與Edx)在不斷發展壯大外,其它類似迅猛發展的MOOC網絡機構有可汗學院(Khanacademy)、點對點大學(P2PU)等,國內有清華大學學堂在線、中國大學MOOC等。(2)促進教師教育理念與教學方法、學生學習方法將發生重大改變:MOOC時代,教師將從知識的傳授者向MOOC課程的組織者、建設成員和合作者轉變;教學以“教師為中心”的理念將向以“學生為中心”的理念轉變。教師教學方法將從以課堂講授為主,向以學生自主學習為主轉變。學生傳統的被動接受式學習方式向主動索取式學習方式轉變。(3)促進教育體制和運行模式的變革:MOOC的發展將對現存的高等教育生態系統(包括對學校運行模式、教育理念、教學方法、教學管理、學校招生、學位管理和學生管理等方方面面)產生重大影響和沖擊,最終將促進教育體制和運行模式的變革。
2物理化學課程特點
物理化學是一門以物理學原理和實驗技術為基礎,研究化學體系行為最一般規律和理論的科學。它是包括化工、輕化、高分子、材料、環境工程等專業的重要基礎理論課。物理化學課程特點是概念多且具有抽象性、公式多且具有嚴密的邏輯性、理論與實驗相結合等特點。
3MOOC時代地方高校物理化學教師的教學思考和應對
隨著MOOC時代的到來,高校中MOOC課程必將得到越來越廣泛的認同和推廣,這既對各高校老師帶來了機遇同時也帶來了巨大的挑戰。地方高校物理化學教師和教學團隊如何應對這些挑戰,本文結合MOOC的特點探討性提出一些應對策略。
3.1首先是要建立以“學生為中心”的教學理念
在MOOC課程學習過程中,學習的主動權屬于學生,學生通過自主選擇MOOC課程、制定學習計劃、自主安排學習時間和場所,事先學生課下自主在線學習和提問,課堂上教師對學生疑問和知識難點進行討論和解答。教師的角色轉變為MOOC課程的組織者和建設者,學生疑問的解惑者,學生是“主角”,教師成了“配角”。物理化學教師也必須適應自己角色的轉變。例如,在講授表面現象、電化學和分散系統章節的部分內容時,可以事先讓學生自己尋找日常生活中相關的物理化學現象,然后結合課本理論以小組討論的形式來探討這些現象背后的物理化學原理,整個過程以學生發言、討論為主,教師輔以組織、引導和總結作用。在學習化學熱力學邏輯推理比較強的相關內容時(如,麥克斯韋關系式的推導),學生通過MOOC事先在課前學習,然后課堂上讓學生到黑板上來推導相關的內容。
3.2其次轉變教學方法,尋求新的教學方式
MOOC課堂要求學生“先學”,教師再在課堂上“后教”。這種教學方式更有利于對學生個性的培養,提高學習效率,也有利于緩解因課時數減少而難以完成教學任務的難題。教師同時還需要探索新的教學方式。比如,可以借鑒現在比較流行的“混合式”教學,即在線學習與課堂教學的混合:老師課前布置學習任務,學生自主學習,包括網絡視頻學習、完成練習和提問等;課堂上教師組織各種活動進行討論、答疑和指導;課后學生復習和總結,教師通過網絡在線答疑和反思。這種教學方式集合了在線學習與課堂教學的優點,在線學習具有自主性和靈活性等,課堂教學具有集中和直面交流及解決問題等優勢。物理化學老師在積極開展混合式教學及教學方法探索的過程中,一定要結合物理化學的課程特點,探討課程內容是否適合MOOC教學模式以及采用什么樣的教學方法能取得更好的教學效果。作者認為部分邏輯推理特別強的物理化學課程內容不是特別適合MOOC教學,比如:化學熱力學中Cp,m和Cv,m的關系推導,麥克斯韋關系式的推導及克拉佩龍方程的推導等,這部分內容采用傳統的板書往往會取得更好的教學效果,因為傳統板書能更好地把邏輯推理過程清晰地呈現在學生面前,更有利于培養學生的邏輯思維能力。
3.3加強MOOC及現代教育技術的學習
一方面,MOOC課程對許多地方高校教師還是新鮮事務;另一方面,網絡、信息技術發展迅猛,現代教育技術對許多老師還沒有完全掌握好,而MOOC課程中又涉及到大量的現代教育技術的應用。這都要求物理化學教師加強MOOC及現代教育技術的學習。特別是近年來新出現的云計算、大數據等新技術,物理化學教師在學習掌握這些新技術特點的基礎上,結合物理化學課程特點,探索該如何將其引入到物理化學及實驗的教學當中去。
3.4建立自己的物理化學MOOC網站資源
在未建立自己的MOOC網站資源前,地方高校物理化學教師可以先利用現有其它高校的網絡MOOC資源探索性開展“混合式”教學,積累經驗,同時探索新的教學方法。這種“混合式”教學方法缺點是教師和學生交流不夠,開課時間不能自主,課程內容不一定完全符合自己學校和學生專業的特點,教學效果也無法在線評價。為更好利用MOOC優勢,提高學習效果,教師必須建立自己的物理化學MOOC網站資源,根據高校或自身的特色,不斷推陳出新。
3.5注重物理化學教學人才團隊建設
教學團隊成員結構合理、教學手段和教學經驗豐富是優秀教學團隊的特征,也是建設優秀MOOC網站和長期取得良好教學效果的關鍵一環。MOOC課程尤其需要教學團隊成員間的通力合作及無私奉獻精神。物理化學教學人才隊伍建設過程中應注意以下幾點:首先教學團隊成員要掌握好現代教育技術,特別是網絡信息技術在現代教育中應用;其次要共同探討適合MOOC課程的新教學方法;第三,教學團隊之間注重傳承和交流;第四,形成合理的“老、中、青”的教學團隊結構,充分發揮老教師教學經驗豐富、中青年教師接受新鮮事物快、精力充沛等的優點。
3.6積極與兄弟院校交流合作,共同探討物理化學MOOC網站資源建設和教學方法新模式
目前,現有可利用的物理化學MOOC課程網站還非常少,能見到的中文物理化學MOOC網站只有武漢大學汪存信教學團隊建立的物理化學MOOC課程網站。[4]英文網站有曼徹斯特大學在Coursera上線了物理化學導論[8]和印度為JEE/AIPMT工程和醫學專業考試在udemy上線了物理化學基礎(EssentialsofPhysicalChemistry)MOOC課程網站。[9]可能還有一些物理化學MOOC課程網站正處在建設之中。在MOOC課程網站建設及教學過程中會遇到許多新問題,有些問題單純依靠自身的力量難以解決,這時同處于同一區域的高校展開戰略聯盟,就共同建設MOOC網站,資源共享,新教學方法的探索等方面展開合作。這樣有利于充分利用不同高校的人才與智慧資源,能更快捷、有效地建設MOOC網站資源,更好應對MOOC時代對高校教師帶來的各種挑戰。
物理化學是化工、制藥、輕工、材料、紡織等專業學生的基礎課,是一門應用廣泛,極具創新性和發展前途的學科[1]。然而,物理化學作為一門交叉學科,涉及化學、物理學、高等數學等多門學科的內容[2],理論性強,歷來被學生們認為公式多、概念多,是一門較難掌握的基礎課[3-5]。針對河南科技大學(以下簡稱“我校”)相關專業的特色及物理化學課程自身的特點,筆者在物理化學課程的教學過程中不斷探索和積累經驗,在對工科學生的授課過程中取得了良好的教學效果。本文將從如何提高教學質量、培養學生的實踐創新能力以及課程考核改革等方面談一下近幾年來對物理化學教學的心得和體會,希望能夠對該課程的教學改革工作有所推進。
1教學方法的改革
1.1以點帶面,提高課堂教學效率
隨著高校教學改革,一些非化學化工專業工科對基礎課程的課時數進行壓縮,如在我校給環境工程專業《物理化學》課由原來68學時縮減到48學時。那么如何在有限的課時內教好這門基礎課呢?筆者認為在實際教學工作中要著眼于提高課堂教學效率。首先,教師要“吃透”教材,認真研究教學內容,掌握教材編排體系各部分的內在聯系。其次,要明確教學目的,在教學過程中分清主次,區別輕重,突出重點,解決難點,做到以點帶面。比如學習化學平衡一章中理想氣體反應的標準平衡常數,首先講述標準平衡常數的定義,這就是“點”,進而將本章節的其它內容緊緊圍繞這個“點”展開,探討標準平衡常數與反應標準摩爾吉布斯自由能變的關系,以及復相化學反應的平衡常數。同時緊扣課后思考題和習題,采用課堂提問或小測驗的方式,加深學生對本章基本概念的理解,增進學生對計算題的解題能力。
1.2理論聯系實際,采用啟發式教學
在教學中,注重理論與實際相結合,從學生感興趣的生活化內容入手,培養學生感知與理解,分析及解決問題的能力。例如,在講授表面物理化學一章時,舉出實際生活中的界面現象作為實例,與課本上的理論知識緊密相連,提出“為什么玻璃毛細管內水面上升,汞面下降”、“硅膠吸水,塑料防水”、“水過冷而不結冰,液體過熱而不沸騰”等問題。引導學生積極思考并做出回答,這樣既培養了學生的發散性思維能力,又使學生體會到學以致用的樂趣和成就感。再如,在講授化學動力學部分勢能面與過渡態理論時,在課堂上展示勢能面的三維立體模型,使學生能形象、清晰地理解“過渡態”、“活化能”、“活化絡合物”等概念。運用啟發式教學,著重培養學生的學習興趣,使學生在教學過程由被動接受轉為主動參與、思考,把傳統教學中的以教師為中心的單向傳播模式,轉變為以“以教師為主導,以學生為主體”的雙向感應模式。
1.3新舊結合,融會貫通
由于擴招及高考考試改革方案的改革,使得我校工科學生的化學基礎參差不齊,部分學生在高中階段沒有主修化學,化學底子薄弱,進入大學后遇到公式多、邏輯性強的物理化學,普遍感覺學習比較困難。此時要從學生實際出發,摸清學生的底子,不要急于求成,而是保證學生學一點,掌握一點。根據物理化學的課程特點,循序漸進,查漏補缺,不斷鞏固。教師可利用每節課開頭的數分鐘時間回顧上一次課的重點內容,這樣既注重新舊知識的銜接,又在鞏固舊知識基礎上增進新知識。如在講述化學動力學一章反應速率常數與反應溫度關系的阿倫尼烏斯方程時,可向學生提及已經學過的化學平衡一章的范特荷夫等壓方程及相平衡一章的克勞修斯-克拉佩龍方程,由于這三個方程數學形式上的相近,既加深了學生對所學公式及其應用的理解,又能起到新舊結合、舉一反三的教學效果。
1.4利用多媒體教學,制作富有個性化的課件
目前多媒體教學在全國高校已被普遍使用,通過幻燈片播放的教學形式,能在一定程度上提高課時利用率,改變了傳統教學中“黑板+粉筆”的單一模式。根據物理化學課程內容特點,筆者在近幾年的教學過程中也制作了物理化學多媒體課件。教學方式“畫面動起來,老師站起來”,這些措施不僅活躍了課堂氣氛,促進了教師和學生的雙邊互動,也有利于提高學生的學習積極性[6]。例如課堂講授中通過圖文、視頻展現一些著名化學家,如焦耳、邁耶爾的生平事跡和簡介,創設教學情境,激發學生的學習興趣,達到寓教于樂的教學效果。再如將化學動力學氣體反應的碰撞理論一節采用動畫的形式進行教學,使學生能更直觀、清晰地理解“活化碰撞”、“碰撞截面”、“概率因子”等理論和概念。我們在發揮多媒體優勢同時,不提倡大家采用同一個課件,而是鼓勵各位教師根據學生所學專業的不同,有針對性地制作具有個性化的課件。課下各位教師還要跟學生積極交流,根據授課情況和學生的反映不斷修改、完善和補充課件。只有不斷提高課件的質量,才能充分發揮多媒體教學的優勢,才有助于物理化學課程教學質量的提高。
2實驗教學的改革
根據課程教學大綱的要求,結合物理化學課程特點和各專業特色,筆者所在的教研室將物理化學的實驗教學分為課內實驗和創新設計性實驗兩部分,旨在培養學生的實際操作能力和創新能力。如冶金專業物理化學實驗共40學時,其中,綜合性實驗24學時,占60%,設計性實驗16學時,占40%。課內實驗的開設目的是既能反映物理化學課程的主要教學內容,又體現其在本專業的應用,以培養學生的基本操作能力。如冶金工程專業的課內綜合性實驗“有簡單共晶系統相圖的繪制”、“原電池電動勢的測定”、“最大氣泡法測表面張力”及“丙酮碘化動力學方程的確定”,這些實驗涵蓋了相平衡、電化學、界面化學及化學動力學的內容,并且和冶金傳輸原理、鋼鐵冶金學、金屬學及熱處理、冶金工藝學等專業課程的相關知識有機結合起來。通過課內實驗,使學生掌握物理化學的基本實驗技能,正確使用各種測量儀器,掌握物理化學的測定方法和原理,并能對實驗數據進行科學、合理、有效的分析和評價。而創新設計性實驗是讓學生為解決實際問題,自行查找資料并制定實驗方案和具體步驟,有助于培養學生綜合運用物理化學理論知識的能力和動手能力。如課程組教師指導學生利用“電導滴定法”進行食用醋的鑒別。通過電化學一章的學習,學生了解到電導測定可以應用于電導滴定,利用電導滴定法測醋中的總酸度,以區別釀造醋和勾兌醋。鼓勵學生根據自己掌握的理論知識,制定具體的實驗步驟,并列出自己所需的儀器和試劑。實驗過程中學生獨立完成實驗,實驗結束后學生對實驗數據進行處理,繪制電導滴定曲線,計算醋中乙酸的含量。通過開展創新設計性實驗,學生的獨立分析、實際操作和解決問題的能力都得到了鍛煉,為以后的繼續學習深造和工作實踐打下堅實的基礎。
3考核方法的改革
為全面衡量學生對所學知識掌握的程度和學習情況,我們結合物理化學課程教學目標和特點,對課程的考核形式、評價方式、考核權重等方面進行改革,制定課程總成績評分體系,避免一張試卷定成績的傳統考核方式。課程總成績由平時成績、實驗成績和期末考試三方面構成。平時成績占總成績的15%,包括作業評分、出勤情況、課堂表現和隨機測試等。作業即老師布置的課后作業,每次作業上交后按百分制給出成績,平均成績即為作業測評成績。課堂表現主要采取提問的形式,保證課程進行過程中每個學生都被提問至少一次。隨機測試為及時檢查學生的階段學習情況,也使得學生了解自身的學習情況,每學期采用3~4次平時測驗,通常采取閉卷、筆試的方式。實驗成績占總成績的15%,包括預習報告、實驗準備、操作環節和實驗報告處理等。最后的期末考試占總成績的70%,在試卷命題過程中注重試卷考察知識點的涵蓋面、廣度、深度和命題的多樣性,力求能對學生的記憶、理解和應用水平進行全面考察。這種過程化考核和期末性考試的結合,改變了單純知識化考核的評價模式,降低了成績的隨機性因素,更注重學生的學習過程,能更好地反映學生對知識的掌握程度。
4結語
為了提高高校教學水平,積極推動素質教育的可持續性發展,改革物理化學課的教學方式和教學內容,已經成為目前工科教育工作中的當務之急。物理化學教學改革屬于系統工程,需要各個環節齊頭并進。除了對教學內容進行全方位的規劃,教學方法、教學手段和評價體系的改革也應與時俱進。路漫漫其修遠兮,隨著社會的發展和時代對人才的需要,物理化學的教學改革將一如既往。
參考文獻
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0前言
物理化學是我校材料科學工程、環境工程和給排水工程等專業的一門專業基礎課,該課程主要運用物理的原理、方法及技術,結合高等數學的知識來研究化學體系的性質和基本規律[1]。而物理化學課程內容抽象且邏輯性很強,公式繁多,且大多公式都有使用條件,以往的“一言堂”和“填鴨式”的授課模式,很容易使學生產生厭學情緒,教學效果受影響[2,3]。因此,在有限的課堂教學時間里,激發學生學習物理化學的積極性,著眼其原理和來源分析推演,聯系實際生活案例加以深入以此提高學生的綜合素質,讓物理化學課程變得輕松易懂易學成為教師值得思考的課題。本文將從以下三方面進行探索以期切實提高物理化學課堂教學質量。
1課堂教學中多用“通俗講解法”
為了打破物理化學枯燥、沉悶的傳統教學方法,在教學內容的設計上,應該避免死板照搬知識點,要找出與知識點“接地氣”的講解方法讓學生更易懂易學,即“通俗講解法”。例如,在界面張力章節中,固體表面吸附氣體時,朗繆爾吸附等溫方程的推導復雜難懂,但如果把學生進教室坐座位的過程比作氣體被吸附到固體表面就簡單了,每位學生好比每個被吸附的氣體分子,座位好比固體表面。如果學生坐滿座位則覆蓋率等于1,否則小于1。固體表面吸附氣體的速率受哪些因素的影響呢?在覆蓋率理解的基礎上,學生會去思考,教室的空位越多,坐下的速率肯定更快,那這個空位怎么計算呢?空位率乘以空位數。如果教室外有一只猛虎追趕學生,是不是大家會努力擠進教室呢?而這只吃人的“老虎”就好比一種推動力,對于氣體分子來說就是壓力,固體表面吸附氣體時,壓力越大,吸附肯定就越快,這樣學生就能很容易理解影響氣體在固體表面吸附的因素,即空位率和壓力。學生再看吸附速率的公式就變得更容易了。這種通俗的講解辦法可以把理論性很強的知識化作簡單易懂的生活常識,調動學生積極思考,真正讓學習變復雜為簡單。
2重過程的教學模式激發學生興趣
2.1結合《普通化學》、《無機化學》、《高等數學》和《大學物理》等基礎課程,實現輕松學《物理化學》
《物理化學》課程一般安排在大二下學期開課,教學中多從學生學過的知識點引入,可以收到事半功倍的效果。例如,熱力學部分的術語在《普通化學》[5]和《無機化學》[6]中已經介紹過,《物理化學》課堂上只需簡單提及,學生就能回憶起來,再結合《高等數學》中微積分的知識,就能幫助學生輕松掌握功、能量守恒定律等重點內容。而在化學平衡常數的表達式相關內容講解時,也可以先引入《普通化學》和《無機化學》中標準平衡常數的表達式寫法特點,再稍加推演就可以讓學生掌握平衡常數的其他表達式[7]。
2.2結合應用實例教學,提高學生學習興趣
許娟等[8]認為舉一些“閃光點”的實例將物理化學基本原理與實例相結合可以幫助其理解并且培養學生的物理化學視角。劉建等[9]認為教師講課備課,應該以“應用”為主旨合理取舍教材內容。因此,在物理化學教學中引入實例教學非常重要,如將實際生產中的合成氨反應與熱力學和動力學知識貫穿,粉塵爆炸與表面能相聯系,自然界水結冰,冰雪融化等與化學勢相關聯,汽車表面鍍膜與膠體化學關聯等等。
2.3結合物理化學實驗講解和推演理論知識,讓抽象的理論變得簡單、適用
如借助凝固點測定實驗講解稀溶液的依數性之凝固點降低。單純理論上的分析和推導很乏味,若結合表1設計凝固點降低實驗,學生自己動手測凝固點并分析所得數據,就不難發現當在環己烷中加入萘后凝固點有所降低,進一步還可以設計實驗添加相同物質的量的尿素,結果如何呢?讓學生通過實驗找答案。在此基礎上,可以再向學生提問,如果是未知試劑A需要測定相對摩爾質量可否利用稀溶液的依數性?學生則可以按照表2設計凝固點降低實驗,再結合理論推導將可以完成。讓學生帶著問題去設計實驗,分析、推導和應用同時進行,提高學生動手能力,邏輯分析能力,以及創新能力。
3選擇合理的考評體系以激發學生學習熱情
《物理化學》課程學習難度較大,內容深且枯燥,要讓學生在課堂內外的學習熱情有增不減,平時成績可提高到40%甚至更大的比例,再擴大其考評范圍。除了通常的考勤、課后作業和課堂回答問題外,可以把學生討論交流作為平時成績。在物理化學課堂教學中,引入學生討論交流模塊[3,10]對學生獨立思考和團隊合作能力,表達和溝通能力、分析問題和解決問題的能力等的培養都大有裨益,受此啟發,筆者在2015級材料專業學生物理化學課堂上采用了專題匯報和討論模塊。由于這門課學時有限,不可能多次應用Think-Pair-Share(思考—討論—交流)模式[10]和Sandwich教學法[3],所以我們將班級49人均分為7組,每組固定專題負責人。教師給出幾個《物理化學》相關的專題,請各組自選,選定后,請同學們利用課余時間查資料,制作PPT,在學期末進行專題匯報和討論。每組給予8到10分鐘進行匯報,每組抽出一人來當評委,再邀請其他班級同學或者老師作為評委,并進行現場打分和排名,結果按比例記入平時成績。我們通過問卷調查回訪學生的反應,學生一致認為,該專題討論的課堂模式拓展了知識面,展現了大學生風采,增強了師生之間的互動交流,調動了大家的積極性,活躍了學習氛圍,值得推廣。另外,筆者設想將《物理化學》的考試分段進行,譬如每三章出一份試卷,考試成績按比例記入期末總成績中,以此督促學生及時復習和總結。
4結語
《物理化學》課程雖然內容繁多且需要的儲備知識較多,但該課程在本科學生的思維訓練和素質拓展,以及專業課程和實驗能力上都有很大的作用,因此,探索更多更好的教學方法和合理的考評體系來提高教學質量是我們教師持之以恒追求的話題。
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作者簡介:班紅艷(1977-),女,遼寧營口人,遼寧科技大學化學工程學院,副教授;方志剛(1964-),男,遼寧鞍山人,遼寧科技大學化學工程學院,教授。(遼寧 鞍山 114051)
基金項目:本文系遼寧省“十二五”規劃課題(課題編號:JG11DB140)、遼寧省教育廳教改項目(項目編號:884-4-4)、遼寧科技大學標志性成果建設項目(項目編號:kdjg10-11)、遼寧科技大學研究生創新教育計劃項目(項目編號:2012YJSCX23)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)07-0117-02
“物理化學”是化學學科中的一門重要學科,是遼寧科技大學(以下簡稱“我校”)化工、環境、生物、材料、冶金、無機等各專業的專業基礎課程。“物理化學”課程作為四大基礎化學課程的核心,其與無機化學、有機化學、分析化學的最大區別在于其概念抽象、理論性強、公式多、原理多、推導多、知識的邏輯性和前后關聯性強。[1]因此,不少學生畏懼物理化學學習,缺乏學習興趣。針對“物理化學”課程特點和學生學習實際,為提高學生學習興趣,優化教學效果,從教學內容、方法、手段等方面介紹了教學過程中的一些具體做法。
一、精選教學內容,引導學生研究性學習
在傳統的“物理化學”教學中,往往采取老師在講臺上講授,學生在下機械地記的形式,學生學習的內容基本上都來自于教師在課堂上的講授,這樣不僅不利于調動學生的學習積極性和主動性,而且容易出現滿堂灌現象。為了盡量減少單純的“灌輸式”講授,促進學生以研究性方式進行學習,在全部教學內容中,對適合教師講授、學生自學、學生獨立探究的內容進行選擇,從內容選擇上避免所有的內容都由教師講授。對于那些難度很大,學生以現有的知識難以自學或學生可以自學,但自學可能要消耗過多的時間和精力的內容由老師講授。在此范圍之外的內容,凡是學生能夠自學的均應放手讓學生自學。[2]通過自學,較大地減少教師對課本內容的講解時間,而且講授時不再需要按書本去灌輸,可以用節省下來的課堂時間補充新的習題,或融入跟蹤時代的新內容和前沿講座。[3]例如,在學習表面現象這一章時,舉例2007年諾貝爾化學獎表彰德國科學家格哈德?埃特爾在固體表面化學過程研究中作出的貢獻,從而了解表面化學的研究對于化學工業至關重要,加深學生對表面化學在物理化學學習中的相關內容的理解。又如在學習膠體化學一章時,可以結合家喻戶曉的納米技術。納米材料具有許多神奇的功能,如此微小尺寸的材料是怎么得到的呢?化學家就利用膠體化學中具有納米尺寸的油包水膠束作為納米反應器,從而合成了各種無機、有機、高分子納米粒子。[4]這些前沿內容的介紹,不僅可以擴大學生的知識面,而且對學生今后工作或創新研究也將起到重要作用。
二、改進教學方法,提高教學質量
1.采用圖表法進行章節公式歸納總結,解決物理化學公式多難記憶的問題
“物理化學”課程的學習中,學生普遍反映公式多,條件多,容易混淆。由于學生剛剛學習物理化學,還不能對它有較深刻的認識,對公式只能死記硬背,這就需要教師為學生進行總結,使學生易于記憶。[5]例如熱力學第一定律和第二定律的應用中,主要是計算各種過程的Q、W、、、、、,由于公式較多,最好采用列表的方法。表1列出了理想氣體經歷不同的過程時,Q、W、、、、、等各熱力學變量的計算公式,這樣可以使得眾多的公式條理關聯化。學生在復習時一目了然,不容易造成混淆。
2.理論聯系實際,注重啟發式、案例式教學
“物理化學”學科中有些內容比較抽象,不容易被學生接受和理解。為此,在教學中注意理論聯系實際,列舉一些和生活息息相關的實例,啟發學生用所學知識、原理、方法去解答,調動學生的學習積極性,激發學生的求知欲望。[6]
例如,講熱力學第一定律時,列舉空調、電冰箱的熱功轉化問題;講到稀溶液的依數性時,列舉鹽堿地的農作物為何長勢不好,甚至會枯死;講到化學平衡時,列舉高爐煉鐵中反應Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2,高爐廢氣中含有大量的CO,為什么延長爐身,不能減少廢氣中CO的含量;[7]講化學動力學時,可以問“大家吃的面包為什么2、3季度保質期短,而1、4季度保質期相對長些”;又如講到表面現象時,列舉為什么有機蒸餾實驗要加入沸石,活性炭具有吸附作用以及人工降雨和毛細管現象等問題。
實踐表明,在“物理化學”教學過程中,根據所講授的內容,適時地應用一些生動的來自實際、生產、科研的實例,使學生體會到物理化學是“有用的”,是可以看得見、摸得著的,從而激發學生的學習興趣,變學生由“被動學”為“主動學”。
3.多媒體與傳統板書結合,優化教學效果
在“物理化學”講授過程中,針對不同的教學內容應采用適當的教學手段。多媒體的應用使原本枯燥無味的理論知識,通過生動、形象、直觀的形式表現出來,調動了學生的學習興趣,為教師節省了大量板書繪圖的時間,加快了知識點的講授速度,課堂教學的信息量大大增強。[8]實踐結果表明,多媒體與傳統板書結合不僅使課堂教學生動形象,感染力強,改善學生的理解力,而且動態地啟迪學生的思維,實現了學生與老師的互動,學生不再單純聽課,可利用節省的時間共同交流,從而促進了教學內容與體系的改革。[9]
三、量化考核評價方法,提高學生綜合素質
考核是檢查、評價學生學習情況的一種方法,是教學的重要環節。[10]多樣化的考核手段可避免學生因一次考試失誤而引起的遺憾,同時也能督促學生平時要好好學習。在新學期開始就告知學生,“物理化學”課程的成績包含平時成績和期末試卷成績兩部分,在總評成績中平時成績會按一定比例體現。成績按以下比例計算:在總評成績中,期末考試成績與平時成績的比例為1:1;在平時成績中,平時出勤和作業、平時測驗或論文、課堂回答問題、實驗情況都作為考核的方面;量化50分平時成績指標(如表2)。注意在進行平時成績評定時,重點放在對學生能力的考查,以利于學生能力的培養。
四、結束語
“物理化學”是一門基礎理論性和實踐性都很強的課程,它不僅是許多其他課程攻堅科學難關的武器庫,而且為現代的化學以及物理、材料等許多領域的發展提供了強有力的方法。“物理化學”教學中要繼承傳統的教學思想,形成良好的現代教育理念,對教學方法、手段進行不斷的改革和實踐,與時俱進,激發學生學習興趣,提高教學質量。
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