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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,我們為您推薦十篇化學試劑論文范例,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。
畢業論文題目應該明確、精練、有概括性。題目的字數一般在25字以內,必要時可加副標題。
2.摘要與關鍵詞
摘要
應概括地反映出畢業論文的目的、內容、方法、成果和結論。中文摘要以300~350字為宜。外文摘要內容及格式應與中文摘要一致,英文摘要約250個實詞。
關鍵詞
從論文標題或正文中挑選3~5個最能表達主要內容的詞作為關鍵詞,按詞條的外延層次排列,外延大的排在前面。同時有中、英文對照,分別附于中英、文摘要后。
3.目錄
目錄中的標題要與正文中標題一致,要求標題層次清晰,標明頁碼。
4.正文
正文是畢業論文的核心部分,一般應包括緒論、主體及結論等部分。
4.1緒論(前言、引言)
緒論(前言、引言)一般作為第一部分,是畢業論文主體的開端。包括畢業論文的背景及目的、國內外研究狀況和相關領域中已有的研究成果、本課題的意義、采用方法、理論依據和具備的條件、畢業論文構成及主要內容等。
4.2本論
本論是畢業論文的主體,包括實驗材料、研究內容與方法、實驗結果與分析(討論)等。在本部分要運用各方面的實驗結果和研究方法,分析問題,論證觀點,盡量反映出自己的科研能力和學術水平。本論應該結構合理、層次清楚、重點突出、文字簡練通順。對論文中出現的名詞術語、物理量、公式、數字、圖表、符號、計量單位等一律采用國際、國家通用標準。
4.3結論
畢業論文的結論單獨作為一章編寫。結論是畢業論文的總結,是整個論文的歸宿。要求精煉、準確地闡述自己的創造性工作或新的見解及其意義和作用,還可進一步提出需要討論的問題和建議。
5.參考文獻
畢業論文的撰寫應本著嚴謹求實的科學態度,凡有引用他人成果之處,均應按論文參考或引證的先后順序排列于參考文獻中(15篇左右)。
6.致謝
致謝中主要感謝導師和對畢業論文工作有直接貢獻及幫助的人士和單位。
7.附錄
對于一些不便放入正文中、但作為畢業論文又是不可缺少的部分,或有重要參考價值的內容,可編入畢業論文的附錄中。
化學實驗論文范例賞析:
實驗中異常現象的出現,會對學生造成認知沖突的失衡.教師若不及時加以正確的引導和徹底解決,勢必會影響教學效果,給學生留下知識盲點,并自身失去對實驗教學的信心.找出產生異?,F象的原因,變“異常”為“正?!?,是培養學生實事求是、嚴謹認真、善于觀察、自主探究的科學素質的一種有效的方法和途徑,對教師本身也提供了一個提高專業素質,增強分析問題和解決問題能力的機會.
一、實驗現象異常的成因
1.因試劑的純度引起的實驗異常
高中化學實驗中,不同的實驗對其所選擇的實驗藥品純度的要求也是不同的.限于中學化學實驗條件,有些實驗往往產生“失?!爆F象.
例如在做甲烷的燃燒實驗時,用無水醋酸鈉和堿石灰制備CH4氣體,在用石英玻璃管燃燒時卻發現火焰呈黃色.這是由于制備氣體時反應物受熱不均勻,局部溫度過高所致,使產生的甲烷不純,含有丙酮等雜質氣體.因此可以在實驗前將無水醋酸鈉和堿石灰充分炒干、研細、混勻,同時要保證堿石灰過量.
2、因試劑加入順序的先后引起的實驗異常
教師或學生在實驗中,若將化學試劑的加入順序變更以后,有可能引起實驗現象不明顯甚至得到截然不同的實驗結果.
例如在做溴與苯酚取代實驗時,將苯酚溶液加到濃溴水中,觀察不到白色沉淀,而只能見到溶液變成了黃色.若將反應物的加入順序改為“將1-2滴濃溴水滴入苯酚溶液中”,保證反應中苯酚過量,則預期現象很明顯.
3.藥品保存方面引起的實驗異常
實驗室購置的藥品不一定會馬上使用.有些藥品會因為在實驗室保存過程中,由于長時間與空氣中的氧氣、水蒸氣等作用或者人為地藥品保存不當而發生變質,最終導致實驗過程中異常現象的出現.
4、因藥品用量的不同引起的實驗異常
實驗過程中,特別是在學生做學生實驗時由于實驗習慣的問題,在取用藥品時用量很隨意,很容易出現出乎意料的現象.
例如在做銀鏡反應時,在一洗凈的試管里注入1mlAgNO3溶液,然后加氨水到完全溶解,再滴幾滴新配的乙醛溶液后水浴加熱幾分鐘卻始終得不到光亮的銀鏡.分析原因,應該是銀氨溶液配制時氨水量未控制好引起的.在向AgNO3溶液中滴加氨水不可過量,教材描述為“氨水加到生成的沉淀剛好溶解為止”.實踐經驗證明,氨水過量越多,銀鏡反應的效果越差.所以我個人建議,加氨水時直到最初產生的沉淀溶解到還略顯渾濁(不可使沉淀恰好溶解至溶液澄清)為止,這種銀氨溶液氧化能力最強,實驗效果非常好.
5、因副反應的存在導致實驗現象異常
很多化學反應中都有副反應的存在,有些副反應甚至影響實驗結果,干擾實驗現象.
6.因實驗溫度控制不當引起的實驗異常
溫度是影響化學反應速率和反應趨勢的一個重要方面.溫度的高低往往決定了一個反應能否發生、向什么方向發生等問題.所以,溫度的合理控制對實驗現象與實驗結果至關重要.
例如在做乙醇的氧化實驗時,將螺旋狀的銅絲加熱變黑后,如不迅速插入乙醇,反復幾次,并不會看到銅絲變紅亮,也不會聞到有刺激性氣味.因為銅絲插入速度太慢,使銅絲溫度下降后反應就不能發生了.
在實際的實驗教學中,除了上述原因以外,所用試劑的濃度大小,試劑選用的恰當與否,酸堿介質環境,儀器的選用及裝置是否合理,以及實驗操作者自身基本操作是否過關等方面也會引起實驗的異?,F象.
二、異?,F象的合理利用
實驗出現預料之外的情況是可能的,關鍵是采取正確的補救措施.如何對待實驗過程中出現的異?,F象?意外中蘊含著正常,關鍵是透過表象看到本質.如果設法搪塞或者回避的話,就錯過了最好的教育時機.抓住實驗中的意外,也就抓住了學生旺盛的求知欲,若能積極引導并給予合理的分析解釋,也就能化慌亂為沉著、化意外為平常,反而能因化腐朽為神奇的“意外”給學生留下更深刻的記憶,教學目的也就能輕易實現,使師生雙方在探索活動中相互得到提高.
1.利用異?,F象提高教師自身專業素質
實驗中出現的異?,F象要求我們教師自覺地在教育教學實踐中思考、分析、研究,并不斷學習新的知識和理論,進一步使教師樹立起“科研先導”的意識,提高教師的科研能力,使教師由“經驗型”向“科研型”、“創新型”轉化.
在競爭激烈的學生市場上,大部分技師學院考慮到招生需要,降低對難度較高專業的要求,最終體現在學生化學基礎水平上,形成了技師學院生源質量參差不齊的現狀。對教育教學帶來了一定的難度,導致學生學習吃力,積極性降低的現象。造成惡性循環
1.2教材內容存在問題
在對技師學院現用的化學教材進行詳細的研究調查后,不難發現其中存在實用性較差的問題,而且課本教材內容更新速度緩慢,內容過于陳舊,不利于學生接觸學習最新的化學知識,與世界接軌。教材過分依賴本科教材,沒有做到實事求是,過多的理論知識并不適用于職業教育,而自編教材也缺乏新意,難以體現化學科學的實用性、趣味性。這些都無法實現技師學院化學教育的教學目的和人才培養標準,阻礙了化學教育的完善和發展。
1.3教學模式禁錮陳舊
化學作為一門趣味性很強的實驗性學科,很多教育工作者忽略了這一本質。繼續沿用原有傳統的教學模式,照本宣科,課堂教學教師一直在講,學生被動的記憶,這也成為技師學院化學教育課堂的通病。單一的教學方式,不僅違背了化學科學的精神,也嚴重影響到了學生想學習化學的興趣。部分學校教學嚴格遵循教學大綱,知識過分局限在課本,未能給學生帶來更好的引導,導致學生的綜合能力難以得到提升。
1.4實驗課程嚴重弱化
眾所周知,實驗是化學教學的非常重要的一部分,然而在實際調查中,我們發現有相當部分的技師學院化學課堂依然主要依靠黑板板書。也有部分的化學課堂實行課堂演示的方法,很顯然,這種方法只能在三尺講臺上進行,不能充分考慮到全體學生的感受,教室后排的學生基本難以參與并準確觀察到實驗現象。在實驗教學中,大部分學生做實驗都是在教師課堂講解演示之后進行的,這樣達不到鍛煉學生能力的目的,難以激發學生的自主思考和創新,這也失去了實驗課程教學的意義。
1.5教學設備封閉落后
在技師學院化學教學中,不完善的實驗室管理制度和學生使用原則,使得實驗室教師以及相關工作人員不愿意開放實驗設備,造成學生有積極性而得不到滿足。還有學校資金問題等原因導致教學設備的落后,也限制了學生參與實驗教學的積極性。
2技師學院化學教學創新舉措與思考
2.1因材施教,采取分層教學
針對技師學院生源參差不齊的現狀,可以采取分層教學的方法。以基礎知識為基本,立足社會職業需要的技師學院化學教育,要兼顧基本的知識儲備和化學科學的實用性。采取分層教學可以真正的做到因材施教,教師通過對學生進行專業知識調研,根據學生的知識儲備梯度分班,這既可以對功底較差的學生進行基礎知識強化教學,分散教學目標,逐漸培養學生學習化學知識的自信,對基礎較好的學生可采取另一種教學方案。此外,在學科考核評價體系上,也要考慮更多的因素,實現評價的公平最大化,這樣學生學習化學的積極性會大大的提高。
2.2大膽改進教材,強化職業定位
縱觀國內技師學院化學教材,大部分教材設計收受到傳統編排模式的影響,一直停留在重學術理論知識而輕實用性應用的階段上。這和技師學院教學人才培養規劃相違背,所以教材改進亟待進行,在教育教學突出鮮明的職業定位。教育教材編訂這應當充分結合當下技師學院化學教學的實際情況,到企業中去,了解化學科學的實際需要,以及最新的行業資訊。在教材編排上要擺脫傳統模式的禁錮,突出職業定位和特點重視實踐應用,突出化學科學的實用性、趣味性。
2.3優化實驗體系,創新實驗內容
實驗教學體系的完善影響著化學教學質量的持久性,實驗內容更是化學教學質量的關鍵。在實驗教學中可以進行多層次的教學方式,基礎實驗、提升型實驗、創新型實驗相互配合針對不同需求的學生。同時實驗內容也應該減少驗證性實驗,強化探究性實驗,這為技師學院化學教學帶來了更好的開放性,有利于學生形成良好的科學態度,培養適應市場需要的高技能創新型人才。
2.4轉換教學方式,重視實踐教育
既然化學以實驗為基礎,職業教育也已培養實用型技術人才,那么,傳統的教學方式已經不能適應新型的人才培養目標。如此,新的教學模式應該充分貼合培養目標,注重新思維能力的培養和創新思維的指導,結合當下多媒體資源,采用豐富多樣的教學方法,鼓勵學生的自主性。同時也要加強實驗教學設備的投入,為新型的教學模式提供良好的硬件保障。
二、微型化學實驗的特色和實施的必要性
微型化學實驗儀器具有不易破碎、小巧便攜、使用方便等特點,使得無論是學校還是個人都有能力去創建自己的“微型實驗室”,這就為化學實驗課堂教學的改革提供了方便與可能。實踐證明,微型化學實驗在教學中的實施概括來說主要有以下特點:過去的課堂實驗基本上被演示實驗所占據,學生們處在一種“被動接受”知識的狀態中,而微型實驗使得大多數學生都有機會自己動手參與,使得啟發式的教學方法能夠得以實現;微型化實驗具有安全性和節約性的特點,教師可以放心地讓每一個學生獨自動手實驗,親自動手實驗的方式可以促進學生理解和形成化學概念,幫助培養學生實驗觀察和動手能力,同時,極大地促進了學生對于化學實驗興趣的培養;方便了實驗室分組實驗、家庭小實驗尤其是隨堂實驗的展開,培養了學生既動手又動腦、理論聯系實際和解決實際問題的能力,尤其是對于資源條件較差的農村中學,微型實驗的實施對其影響頗深;有利于減少廢氣、廢液以及固體廢品的排放,改善實驗室環境、降低空氣污染,減少對師生健康的損害。具體來說,微型實驗可以:
(一)改進演示實驗,激發創新
演示實驗是課堂教學中最直接、最便捷的一種的實驗教學方式,是探索新知識、學習實驗操作和技能的最基本途徑。因此教師在做課堂演示實驗時,對課本的中實驗進行了合理的微型化改進。如:做“木炭還原氧化銅”實驗時,常常會出現現象不明顯,反應時間較長的現象,影響觀察和判斷,其中碳和氧化銅的質量比需要控制在(9~13):1的范圍內,倘若比例過高,氧化銅不能完全反應;比例太低,碳粉的量遮蓋了銅的顏色,現象不易觀察。對于此實驗,可以做如下改進:為了減少實驗時間,可以在實驗開始之前將碳粉和氧化銅粉末混合均勻,調成糊狀。取少許均勻涂抹在試管底部內壁上,待晾干后,進行還原實驗操作。因為反應物的量非常少,所以加熱較短時間就能觀察到試管內壁紫紅色銅鏡的出現。改進后的實驗節約藥品、現象明顯,有利于激發學生的創新能力,培養其創新的意識。
(二)設計分組實驗,培養學生的創新、合作精神
設計分組實驗不僅可以幫助學生形成概念、鞏固知識、培養技能,更能訓練其團結、合作、互助的精神。在實驗課堂上,一個合理有效的分組實驗,能幫助大家節約資源、節約時間。如”二氧化碳氣體的制取“實驗,教師可以將實驗分為4個小組:通過上述分組實驗探究,學生可以找出二氧化碳氣體制取的最佳方案,并且能夠舉一反三,了解到其他制取方案的優劣性。
(三)展開家庭興趣小實驗,培養學生實驗興趣和實踐能力
2改進方法、多頭并用、提高教育教學質量
2.1積極進行教學模式
改革傳統的有機化學實驗教學一般都是老師“唱主角”,學生“做配角”.老師講、學生聽,聽完重復經典的實驗內容.不但教學方法單一,學生也始終處于被動接受知識地位,自小,學生的主體作用沒有得到發揮.這不利于激發學生的實驗興趣.同時也抑制了學生的思維能力、應用能力、創新能力的提高.因此,這就需要我們積極進行教學模式改革.學生預習方法的改進.成功的實驗,離不開實驗前的預習“.給人以魚,不如授之以漁”針對每個實驗命題,除了要求學生了解實驗目的,領會實驗原理,了解實驗操作方法、步驟以外.還要求學生查文獻;想實驗設計;寫內容組合;議分析結果.并找到操作的注意事項.通過課前預習報告的檢查,課堂互動式交流給以監督.這樣的預習,學生就會積極動腦,用心領會.同時也是學生文獻查閱能力、思維能力、歸納總結能力、綜合運用能力得到提升的過程.不懂的問題學生也會帶著疑問進入實驗室,這就為做好每一個實驗奠定了基礎.教師角色的轉變.改變了過去課堂教學中過于強調知識傳授的傾向,努力形成學生積極主動學習的態度.使學生獲得基礎知識與基本技能的過程成為學會學習和形成正確價值觀的過程.發揮學生主體作用.每次實驗課都由2-3名學生依據自己預習情況,分別根據老師的提問來講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、注意事項等.教師做出必要補充、糾正、解答.部分實驗可以讓學生分組進行對比,如改變某些反應條件(溫度、時間)看對實驗結果的影響.將探究式方法揉入教學中.使學生受所講課程的“感化”而去鉆研和探尋.正是這種“感化”,才可使學生得到如何去獻身未來事業的方法和應用本領.實驗課的講解既需要學生掌握基本的實驗操作技能,鞏固理論知識,又要形成一個完整的解決問題的思路,還要學會用類似的方法,解決類似的問題.因此指導學生掌握認知過程比掌握學習的結果更為重要,它具有相對的穩定性和長效性.具有廣泛的遷移作用.在實驗課教學中,教師善于引導學生發現問題,進而解決問題.這也是“應用”能力提高的過程.多媒體教學進入實驗課堂.傳統的“一本書、一本教案、老師滿堂灌”教學模式已跟不上現在的教育發展趨勢.因此,教學手段必須現代化和信息化.多媒體教學的引入,充分利用了網絡教育資源.不但增大了課堂信息容量,而且還節省了老師的板書時間.特別是在安全教育方面還有其他方法不可替代的作用,通過PPT的演示可以讓學生更直觀看到爆炸、燃燒等現象.增加了學生的感性認識.多媒體和板書相結合的教學模式大大的提高了課堂教學效果和教學質量.綠色環保貫徹始終.無論是有機化學實驗中的驗證實驗、還是制備合成及提取等實驗都用到大量有機試劑.在保證實驗現象和效果的前提下,我們都采用微量或半微量的模式來完成教學.既經濟又環保還達到了教學目的.制備合成實驗中得到的產品有一部分直接用于性質實驗和基本操作訓練(如苯甲酸、環己烯等),對實驗中產生的固體廢棄物和廢液統一回收統一處理.最大限度的降低了對環境的污染.
2.化學實驗方案的內容實驗設計的成果就是實驗方案。雖然具體的實驗設計的目的、內容和形式不盡相同,但就一個相對完整的實驗方案來說,一般包括:實驗名稱(課題);實驗目的;實驗原理;實驗用品(試劑、儀器、裝置設備)及規格;實驗裝置圖、實驗步驟和操作方法;注意事項;實驗現象及結果處理;問題和討論等。
3.實驗方案選擇的基本標準同一個實驗課題,每個人的設計和操作過程可能不一樣,結果自然也不會完全相同。根據初中化學實驗設計原則和教學實際,實驗方案選擇的基本標準是:原理正確有科學依據;裝置簡單,在實際中具有可操作性且操作方便;實驗步驟少,需要時間短;藥品用量少、無毒且廉價易得;實驗現象要明顯;反應條件要簡單(最好在常溫下進行);盡量不用也不產生污染環境的物質,即符合“綠色化學”的要求;制備實驗產率高;性質實驗誤差小;實驗安全無危險;設計要嚴謹等。
二、中學化學實驗設計與創新的一般原則
無論哪一類中學化學實驗設計與創新,一般都應遵循以下原則:
1.科學性原則科學性是指實驗原理、實驗程序和操作方法必須與科學理論和實驗方法論相一致。科學性是化學實驗設計與創新的首要原則。例如:實驗室制取氫氣,就不能選用硝酸與金屬鋅反應,因為這個反應很難制得純凈的氫氣。
2.目標性原則目標性是指實驗設計或創新要根據一定的教學目標有所側重與突破。同一個實驗,教學目標(如教師演示與學生操作,為了突出環保或趣味性)不同,設計所用的原理、用品、方法、裝置、步驟等是有一定區別的。
3.安全性原則安全性是指化學實驗設計時盡量避免使用有毒、有害的化學試劑,以及反應產生有毒害的物質,或者具有一定危險性的實驗裝置與操作。“如果必須使用的,應該在所設計的實驗方案中詳細寫明注意事項,以防止造成環境污染和人身傷害?!保?]安全是中學化學實驗教學的第一要務,設計時必須要特別引起重視!
4.新穎性原則新穎性是指實驗設計時在思路、操作方法、器材用品、裝置等方面要有新的突破,使新設計的實驗對教學與研究更加適用或具有指導的意義。
5.可行性原則可行性是指設計實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行,所選用的化學試劑、實驗儀器、設備和方法在現有的條件下能夠得到滿足。例如:實驗室大量制取二氧化碳,不能為了創新而選用碳酸鈉代替碳酸鈣(或石灰石)與鹽酸反應,或者用硫酸替代鹽酸與碳酸鈣(或石灰石)反應。因為前者反應太劇烈,后者反應不完全,很快就停止了。
6.簡約性原則簡約性是指盡量采用簡單的實驗裝置、較少的實驗步驟和試劑,在較短的時間內完成實驗。復雜的裝置與步驟以及時間太長的實驗都會轉移中學生的注意力,容易導致他們產生畏難情緒和疲勞感,影響對實驗過程的觀察、分析與思考。
7.綠色化原則綠色化是指從化學反應的原料、反應的條件、反應的產物和實驗的操作等化學實驗的全過程上進行控制,盡可能地減少甚至消除有毒、有害的化學物質對環境的影響。綠色化學是21世紀化學科學的一個重要發展方向。
8.啟迪性原則啟迪性是指實驗設計與創新對學生的學習起開導作用,能夠啟發學生的思維,促進學生對化學原理及知識的探討和認識,優化學習過程,從而提高教學效益。這是中學化學實驗設計與創新的出發點和歸宿。
三、實驗創新設計的視角
初中化學實驗創新設計是在義務教育化學課程標準的指導下,對現行教材中所涉及的實驗進行改進、優化、增設或創新等,以提高化學實驗在初中化學教學中的效益。在初中化學教學中進行實驗創新設計是提高化學教學有效性的需要,也是義務教育化學課程標準的要求?;瘜W實驗創新設計要與時俱進,必須符合現代化學教育發展的理念,在滿足探究性的條件下,可以從以下視角進行:
1.實驗過程綠色化“綠色化學的理念是在化學反應過程以及化工生產中,不再使用有毒有害物質,不再產生廢物,不再處理廢物,它是一門從源頭上阻止污染的化學。”[5]化學實驗在設計上要體現綠色化,盡可能做到原料(反應物)的綠色化,化學反應的綠色化(采用原子經濟性反應),生成物的綠色化以及催化劑、溶劑的綠色化。例如:在涉及氧氣的制取實驗時采用雙氧水分解來制取,二氧化錳要回收等。
2.實驗裝置微型化“所謂微型化學實驗,就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術。”[6]雖然它的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一,卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的。例如:在“探究微粒的運動實驗”中,可以用試管代替燒杯進行微型化實驗。在一個單孔橡皮塞上插入一根玻璃導管接近試管底,試管內壁貼一張滴加無色酚酞試液的濾紙,從導管口滴上兩滴濃氨水到試管底部,用透明膠封導管口,可以看到,試管里滴有無色酚酞試液的濾紙由下往上慢慢變紅了。
3.實驗設計環?;白罴训沫h境保護方法是在源頭上防止污染的產生,而不是污染產生后再去處理?!保?]實驗設計中我們應該采取一些有效措施使化學實驗對實驗場所和環境的污染降低到最低限度。這些措施主要是:實驗裝置密閉化,避免敞口操作,防止有關物質散佚到周圍環境中;采取收集辦法,回收有關物質;對有毒物質進行無毒害處理;加強實驗場所的通風或采取其他的防護措施等。例如:一氧化碳還原性實驗,對多余的一氧化碳可以回收,也可以燃燒進行無毒害處理等。
4.實驗操作安全化保證實驗安全,是化學實驗教學的原則要求。有一些實驗,由于物質化學性質的特殊性,給實驗增加了難度甚至危險性。在點燃氫氣的導管和氫氣發生器之間,用一個小塑料瓶裝上大約四分之三的水制成一個“安全裝置”連接起來,這樣,即使點燃不純凈的氫氣,爆炸也只是在“安全裝置”中發生,氫氣很少威力小,氫氣發生裝置不會發生爆炸,因此不會發生安全事故。
5.實驗趣味化化學實驗具有動機功能,增加化學實驗的趣味性,可以激發學生的化學學習興趣。例如:在研究燃燒與滅火的條件時,增加演示“燒不壞的手帕”[8]實驗,可以激發學生的興趣。在此基礎上讓學生繼續進行實驗,探討手帕燒壞的條件,則能夠使學生深化對有關知識的認識。
6.利用儀器功能轉化儀器本身沒有限定它只能用于什么而不能用于什么,只是主要適用于什么?!胺此純x器的別樣用途,可以幫助我們加深對實驗儀器和實驗原理的認識,進行化學實驗的創新。”[9]例如:漏斗可以充當集氣與尾氣吸收裝置,在鈉與水反應氣體產物的驗證實驗中,將漏斗置于水中,倒扣在鈉塊上,產生的少量氣體可順利地富集到試管中。
7.利用學科知識遷移我們往往習慣于使用教材的實驗儀器和裝置,很少重視儀器的笨拙和實驗時的效率,這種視經典為權威的思想往往就是教師缺乏創新的癥結所在。實際上,科學的實驗方法就是應該不斷地發現問題,傳統裝置的不當之處無疑給我們提供了實驗創新的課題。例如:學習“質量守恒定律”內容時,在使用托盤天平稱量氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應前后的質量時,在18×200的中型試管里裝入大約1mL稀鹽酸與酚酞的混合溶液,球形滴管吸入NaOH溶液后,將球形滴管放在試管口,把上述帶有球形滴管的試管放入盛水的100mL量筒中,讓學生通過觀察比較反應前后試管浸在液面中的高度即可(試管作上標記)。改進后的實驗操作起來方便有趣,不用天平而是利用物理上的浮力知識,體現了學科之間的聯系,有利于學生知識的遷移。
8.實驗裝置簡單化教材所選用的實驗方案未必都是最好的,有時候會產生現象不明顯、實驗不容易成功、結果不準確等問題,影響了實驗教學的效果。例如:測定“空氣中氧氣的體積分數”實驗,由于教材提供的實驗裝置密封性和燃燒匙放入不易控制,加上導氣管內尚留有空氣導致誤差因素較多,有時氧氣顯示超過五分之一,讓教師無法自圓其說??勺鋈缦赂倪M:將小顆白磷放在1.5cm×2.5cm的薄銅片上,置于硬質大試管中部,塞緊橡皮塞,用酒精燈對準銅片加熱使白磷充分燃燒,待試管冷卻后浸入水中,在水面下拿掉橡皮塞,待液面上升穩定后再塞上橡皮塞,拿出水面觀察。改進后的實驗所用儀器少,誤差因素少,結果比較準確。
二、將相關實驗整合,引導學生掌握橫向和縱向比較性記憶的技巧
在有機化學實驗中,很多知識點相互關聯,如果可以引導學生掌握橫向和縱向比較性記憶的習慣和技巧,將使學生對相關知識的掌握變得更輕松更扎實。比如通過溴乙烷、1,2-二溴乙烷、正溴丁烷和正丁基醚四個制備實驗的比較,啟發學生對于同樣以醇為原料,在硫酸的存在下,為什么可以發生親核取代反應和消除反應,分子內消除和分子間消除反應等不同反應,反應條件、加料順序和原料結構對反應種類及產率的影響等問題進行橫向聯系的思考。又比如通過乙酸正丁酯的制備,以反應原理為出發點提出一系列問題:酯化反應的原理及催化劑和常用的酯化試劑的種類和比較引出酯化反應中可能出現的副產物,繼而引出反應溫度等條件對反應的影響,從這些副產物的排除方法即洗滌引出洗滌及分液漏斗的使用,再從分液后的干燥聯系到干燥劑的選擇和用量,最后從反應平衡和干燥的效果分析為什么蒸餾時會出現前餾分過多和產物渾濁的現象等,進行一系列縱向聯系性思考。
三、鼓勵學生發現問題,共同探討和解決問題
雖然給學生開設的實驗都是比較成熟和經典的,但是由于有機化學反應的特殊性,實驗中由于操作手法、試劑純度、儀器設備的影響,可能出現各種各樣預想不到的問題。一旦出現這些問題,不要急于埋怨和批評學生,重要的是引導學生從問題中找出原因,收集數據,歸納總結,得出結論,在這個過程中學生可能有意想不到的收獲。比如在正溴丁烷的合成實驗中,一些學生反應中產生的氣體過多導致氣體吸收裝置吸收效果不好,怎么解決呢?經過思考學生提出可以通過控制反應溫度降低氣體產生速度,或在吸收用水中加入少量堿增強對酸氣的吸收效果。在粗產品蒸出時,為什么個別人本應在下層的產品懸浮在水層上面?學生經過分析,判斷可能是由于反應不完全,剩余原料正丁醇過多所致,然后進一步用化學方法鑒別證明正丁醇的存在,或者用水稀釋粗產品使產物沉降下來。在乙酰乙酸乙酯的制備中,打鈉砂是至關重要的一步,怎樣才能打好鈉砂,溫度、力度等的掌握,打好的鈉砂怎么才能不結塊,學生對這些因素分別進行了探討,找到了打好鈉砂的最佳條件,大大加快了反應速度,減少了剩余鈉塊所帶來的危險和處理剩余鈉塊的麻煩。為了使反應更好地正向進行,提高產品收率,在正丁醚的制備實驗中采用分水器中預先放出約理論量的水;而在乙酸正丁酯的制備中,主要采用邊反應邊放出一定量水的方法,為什么同樣使用分水器分水操作方法卻不同?引導學生通過實驗過程,結合兩個實驗中反應原料與產物在水中溶解度的差別找到問題答案,這樣做不但有利于學生全面熟練掌握分水器的使用方法,而且應用理論知識指導與解決實際問題,有助于鞏固理論知識,激發學生學習有機化學理論的熱情,進一步促進有機化學實驗課程的學習。通過類似上述發現問題、探討問題、解決或解釋問題的過程,不但使學生對相關實驗有了深刻的了解,加深了記憶,而且對學生綜合素質的提高也很有益處。
四、鼓勵學生拓寬視野,大膽嘗試,勇于探索
有機化學實驗雖然有其復雜的特性,但同時也因其神秘而吸引人。有些學生對教學計劃外的一些實驗產生了興趣,在條件允許的情況下教師應該給予充分的支持和鼓勵。比如學生通過從茶葉中提取咖啡因實驗,對天然產物中的有效成分提取產生了濃厚興趣,考慮到哈爾濱市和校園有著豐富的丁香花資源,我們就鼓勵學生用較短的時間,自己查閱資料、設計實驗方案,探索從丁香花中提取揮發油(丁香酚),實施過程中教師給予必要的指導。此外,為了幫助學生開闊視野,更加深入地領會課堂理論知識和實驗內容,教師還可以讓有興趣的具有扎實基礎的學生承擔學校的開放實驗室項目、創新實驗室項目或參加教師承擔的科研項目,例如簡單的天然有機化合物的提取、表面活性劑的合成、農藥或藥物中間體的合成等,通過這樣的實驗鍛煉,學生感受到有機化學與我們的生活關系之密切,學以致用,從而極大地激發了學生對有機化學實驗的興趣,改變了他們學習有機化學實驗的畏難情緒,增強了他們的自信心和成就感,也有利于他們的創新精神和創新能力的培養,為從事科研工作奠定堅實的基礎。
高錳酸鉀制取氧氣是利用酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽等儀器,通過加熱高錳酸鉀制取氧氣,利用排水法來收集氧氣。學生不僅要掌握實驗原理、目的,實驗儀器和藥品的使用方法及注意事項,實驗步驟、化學方程式的書寫等內容,還要培養觀察、分析能力和實踐操作能力。
(二)《高錳酸鉀制取氧氣》的實驗目的
(1)通過虛擬實驗中的文本展示工具,使學習者了解實驗目的、原理和方法。
(2)通過對虛擬實驗的操作,掌握藥品的選擇以及儀器連接的先后順序,能夠動手制取氧氣。
(3)通過對實驗過程、現象的觀察、分析實驗反應機制,加深對實驗的認知和理解。
(三)《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗活動設計
學生要完成虛擬實驗首先需要安裝Secondlife客戶端,進入Secondlife虛擬環境,通過以下流程完成整個虛擬實驗。
(1)準備階段:學習者通過Secondlife提供的地圖工具搜索到虛擬實驗室地標并通過瞬間移動工具進入虛擬實驗室。
(2)實驗階段:學習者通過人-機交互選擇事先通過3D建模工具創建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關儀器的使用方法及實驗裝置圖,完成實驗儀器的裝置;點擊各個實驗儀器、添加藥品來完成實驗。
(3)評價反饋階段:教師根據學生提交的實驗報告和學習者的學習記錄對學習者本次實驗進行一個綜合評價,并將評價結果通過評價反饋系統及時反饋給學習者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環境設計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設計的虛擬實驗環境。以實驗過程的設計為理論基礎從場景及模型設計、交互設計、支持工具設計、特效設計、評價設計這幾方面設計三維虛擬實驗環境。
(一)實驗環境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統、音響設備、電子白板、書柜、書、電腦組成,供學習者實驗后進行交流、報告、探究、形成實驗結論。虛擬實驗室主要由實驗環境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設備為為學習者完成實驗并獲取實驗數據。儀器設備主要是酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽、鐵夾、燒杯。藥品耗材主要是高錳酸鉀等。
(二)交互系統設計
(1)人機交互設計:在實驗中通過操作交互,學習者能夠感受到實驗設備的控制感和體驗感。在Secondlife中,利用創建工具可以實現簡單的“點擊”“移動”“坐在上面”等操作,Secondlife提供的林登腳本語言可以設置改變物體的性質、運動方式、運動軌跡、對外力的反應等等,能夠較好地支持學習者的操作交互。
(2)交流工具:學習者在實驗過程中和老師、同伴交流的方式主要有在線的同步交流和異步交流。
(三)支持工具設計
實驗支持工具是指支持學習者完成實驗的所有工具,本研究的支持工具主要包括搜索工具、資源工具、實驗認知工具、評價反饋工具等。搜索工具主要是地圖工具和瞬間移動工具通過它們是搜索定位各種學習場所、用戶,并瞬間移動到目的地。資源工具包含Secondlife內部資源和外部資源。內部資源主要是3D瀏覽器;外部資源包括各大搜索引擎。這些工具可以搜索Secondlife內部和外部各種信息資源實驗認知工具主要包括3D建模工具、拍攝工具、記事本工具主要為為實驗過程中學習者觀察記錄實驗現象、采集數據提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統(choicer、Quizchair)、學習記錄系統(Tracker)、Web-Intercom,為實驗后學習者自評、反思以及教師評價反饋提供支持。
(四)特效設計
在Secondlife中,通過粒子系統結合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現象。在本實驗中酒精燈加熱的火焰、水槽里面的氣泡、集氣瓶中的氧氣、反應過程中的煙霧、藥品晶體的狀態變化等效果都可以通過粒子系統來實現。
作者:郝智 伍玉嬌 羅筑 黃彩娟 單位:貴州大學材料與冶金學院
教學方法與手段改革在教學過程中應注重教育觀念的轉變,改革授課方式。高分子化學課程我們采用以下方式進行教學:(1)改革課堂教學形式:以主講教師為主導,按課程的教學大綱和教學日歷安排授課,以課堂教學為主,精講多練,并結合“啟發式、參與式、滲透式”教學和課堂討論;對重點、難點部分如動力學方程推導等,盡可能詳盡,對重點與難點問題,找不同的學生進行課堂復原,以檢查學生的理解與講課的清晰程度;(2)提供多種答疑形式:課后收集學生的疑難問題,每周安排一次答疑,課后作業進行詳細解答,并對一些習題的提問變換角度,考查學生的理解程度與知識點的掌握情況。同時,我們在網上開設論壇,進行互動式課外輔導;(3)充分利用多媒體教學:我們將教學演示工具從黑板和粉筆轉換成計算機多媒體,將高分子化合物的結構和高分子化學反應過程以三維立體動畫的形式,從不同的角度,不同的側面展現給學生??朔艘酝鶎W生在高分子化學教學中感到抽象難懂、枯燥乏味的弊端,從而使學生能在比較輕松愉快的氣氛中真正領會到高分子化合物的結構特點和化學反應的本質,抓住高分子化學反應的根本,達到舉一反三,靈活應用的目的。為此,我們著重從以下兩個方面對多媒體教學進行進一步的改進:一方面,在課件制作上下功夫,使多媒體課件的界面設計適合于課堂教學。
我們主要選擇以下三個方面的內容進行多媒體演示:(1)與高分子結構有關的內容;(2)與立體化學有關的內容;(3)分子結構較復雜的化合物以及難以在黑板上準確表現的圖形,如高聚物的立體結構、構象、自由基加成聚合反應與官能團反應的縮合聚合機理等;(4)開設學科專題知識與學術講座,拓寬學生的知識面:我們在教學過程中邀請了校內外高分子專業專家學者開設學科發展前沿知識講座,學科理論研究最新知識講座及學術研究等系列知識講座課,拓寬了學生的知識面和創新能力。
我們在考試形式上,為有助于學生加強記憶,但又不導致學生死記硬背,完全是為了應付考試而突擊課本,我們適當的增大了平時成績所占比例,如每章結束時做一道綜合題,要求學生獨立完成,限時上交,并把成績計入總分,其比例可占總分的20%~40%。同時,期末采取閉卷考試,內容中減少了基礎知識題目所占比例,即減少了套公式即可求解的題目,適當的增加了一些實際工業生產中可能遇到的問題,增加綜合型題目以及一些科研性與實踐性相結合的內容。這一方法不僅有效督促了學生的平時學習,而且有利于知識的積累,許多學生不再搞臨時突擊,更能考查學生綜合能力,這樣在一定程度上激發了學生在平時課堂的興趣,有利于創新能力的培養[7]。配套實驗教材的編撰根據我校的實踐教學條件和教學特點,我們自主編寫了實驗教材。自主編寫的實驗教材既繼承了強調理科基礎的傳統,又可兼顧到我校的工科特色,實驗內容和課堂教學及工業應用密切相關,對于學生掌握課堂知識、了解實際應用情況具有很大幫助。實驗教材中內容包含了多個層次,例如,針對大多數學生開設了驗證性實驗,針對高分子化學有濃厚興趣的學生還開設了綜合和設計實驗,這些實驗讓學生在掌握理論知識的同時,對實驗產生了濃厚的興趣。學生這種自主設計實驗配方及實驗方案的方法,徹底地改變了以前那種照實驗講義“照方抓藥”做實驗,不動腦筋,敷衍了事的舊做法,達到了教與學的目的[8]。這種做法不僅使學生的知識更加完整化,理論與應用更加系統化,而且根據教材內容還可通過網絡查閱相關知識,深化所學內容或拓展知識范圍。教學內容、教學方法的改革是每個學校教育改革的重要組成部分。創新精神與實踐能力的培養是一個長期的工作,是一個潛移默化的過程,需要在專業課教學過程中的各個環節認真研究,層層貫徹。通過我們高分子化學教學團隊的不懈努力,學生的理論基礎及實踐能力顯著加強。作為教師,應該不斷探索,總結經驗,為培養優秀的創新型人才作不懈的努力。
二、應用計算機信息技術補充傳統實驗方式,提高實驗教學效果
在傳統常規實驗演示中,由于多種因素,有些實驗的過程和現象不顯著,從而直接影響了教學的效果。譬如,分子的擴散、氣體的產生及固體的溶解等現象,學生觀察效果并不明顯。假如把這些實驗的演示通過多媒體投影儀來展示,充分運用它具有的定格、慢放、放大和重播等功能,來幫助學生觀察,學生就能很清晰地看到顏色的變化、沉淀的析出和氣體的產生等現象。再譬如,金屬鈉與水反應實驗,由于反應過程較快,學生不易觀察,同樣可以采用多媒體投影儀來輔助此實驗的演示,使整個反應過程清晰起來。另外,像鋼鐵腐蝕這種現象,需要很長的時間,我們也可以應用計算機信息技術制作課件,來演示這種腐蝕過程。這樣不僅增強了實驗的直觀性,同時也活躍了課堂的教學氣氛,提高了演示的效果,有助于學生觀察能力的培養。
二、要激發學生的好奇心
古希臘教育家亞里士多德講過一句名言:“思維自驚奇和疑問開始”。課堂上教師的提問可以有效地發展學生的思維能力。師生互動可以通過老師提問學生回答來完成,還可以通過學生提問老師回答來完成。這就要求老師在課堂上須巧設疑問。比如講烯烴的化學性質,老師可以先講幾個實驗現象,并把相關的反應方程式寫出來,讓學生分析一下主要發生了什么反應,再結合前面章節的內容,讓學生大致寫出反應機理,并把反應機理進行分類,比如是親電加成還是親核加成等等。羧酸那章就羧酸同時存在羰基和羥基,老師可以向學生提出如下問題:
1.與醛或酮相比,羧酸中羰基的親核加成活性如何?
2.羧酸中羥基的氫原子與醇的相比,為什么酸性更強?面對這些問題,學生利用已學過的知識可以一一解答。這樣該章的學習就會變得很輕松。學生可以實現由“學會”到“會學”的轉變。
三、要引導學生多議
課堂上學生產生疑問怎么辦?是由老師一個一個來解決,還是分類匯總后解決,抑或由學生一起討論來解決?由于課時的限制,最好的辦法就是引導學生多議多問,讓學生相互之間開展討論,自己解決發現的問題。老師可以在課堂上提問,然后分組進行討論,引導學生自己解決問題。比如講酯的親核取代和克萊森縮合反應時,老師可以提出問題:以醛酮羰基的親核加成及羥醛縮合反應為基礎,分析一下酯可以發生哪些反應?以小組為單位進行討論。最后交上來的答案基本上是完整的。當然,問題也不要總是由老師提出,老師還要引導學生自己提出問題。比如講共軛二烯烴的1,4加成,老師可以先寫第一步機理,按照單烯烴的性質先進行第一步,生成一個碳正離子中間體,第二步老師可以直接寫出和單烯烴一樣的1,2加成產物,然后問學生:有疑問嗎?有不同的想法嗎?這個例子我們曾經試過,有很多學生舉手提出了疑問。學生會問,第一步生成的碳正離子中間體為什么不重排?它是烯丙型的碳正離子,正電應該可以分散到另一個碳上,這樣第二步就應該形成1,4產物。學生能這樣分析問題就說明他們把前面章節學的知識都掌握了,也能激發出想問題的樂趣。這樣,學生課后就會按照課堂上的模式進行提問和討論,問題也就迎刃而解了。
四、要理論與實踐相結合
化學是一門實踐性的科學,除了理論學習外,還要與實踐相結合。我們選擇部分學生特別是畢業后繼續讀研和從事化學化工類工作的學生,一般在大二開始進入教師課題組,在老師的指導下完成一個課題的研究。比如我們學校的有機化學課都是在大二開的。上課時,教師可以先了解學生的情況,了解有哪些學生打算考研?有哪些學生對化學有興趣,今后有可能從事與化學有關工作的?又有哪些學生對化學沒興趣,以后不想從事與化學有關的工作?挑出一些想考研的和想從事與化學有關工作的學生參與課題組,一般是占班上人數50%的比例。然后將他們分成四個組,每個組有一個研究課題,課題與所講的內容有關。讓他們從查閱文獻、總結文獻開始做,由他們自己先提出實驗方案,然后老師再指導他們確定最佳的實驗方案。實驗方案確定后,由學生自己準備藥品和儀器,進行實驗操作。這樣,他們在查閱文獻時可以了解化學的發展動態;提出實驗方案時可以對所學的反應做個總結和比較;準備藥品和儀器時可以了解一些化合物的結構和物理性質及一些儀器的用途。舉個例子來講,當講到酸與醇的酯化時,教師可以讓學生做一個與酯化有關的課題。由于酯化是個可逆反應,不斷地有水生成,要使這個反應向右進行,最好是把產物之一水移走。實驗時可以讓學生做個對比實驗,一個是沒裝分水器的,就是讓水留在體系里,一個是裝了分水器的,將水通過與有機溶劑共沸帶出來。實驗后會發現后者的酯化收率較高,這樣學生就明白了移走產物之一反應會向右進行,收率會較高。每屆參加課題組的學生都會有不少收獲,做得好的最后還發表了論文,這些論文可以參與評獎學金,還可以參與保研等等。學生因此積極性特別高。學完了有機化學后,大部分學生還想繼續留在課題組做實驗。通過理論聯系實際,學生不僅用實驗驗證了學到的理論知識,還可以鍛煉動手能力,從實驗中發現樂趣,提高學習的興趣,并且可以為以后的繼續深造打下很好的基礎。
五、改革考核方式和內容