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实验前实施安全教育考核制度
在进行化学实验课程之前,学生对化学实验了解得往往不多,虽然对实验项目兴趣浓厚,有迫切进行实验的欲望,但对实验的机理、内容和安全知识却是知者甚少。传统的安全教育安排在这个阶段,让学生系统地了解相关安全知识,确实具有一定的效果。但教师在讲并不表明学生一定在听,由于多种原因,能完全掌握安全知识的学生较少。台湾清华大学在这方面实行的是安全教育结合化学实验室的准入制度。学生在进入化学实验室之前,必须通过相应的安全教育和考试,并把通过安全考试作为进入化学实验室的必要条件。安全教育方式多样化,学生可选择选修安全教育课和网络教育等不同方式。在考试前往往还会安排进行一次集体授课,请专业的实验室安全人员来进行讲解。对于缺考或考试不合格的学生,会安排重修和考试,直至合格后才准进入实验室。在安全考试面前人人平等,即便是来访的资深教授也要在进入实验室进行实验前通过安全考试,否则是不允许进入的。我们传统的实验安全教育也有自学和集中授课环节,但往往缺乏的是安全考试制度。进行安全考试能在一定程度上提高学生安全学习的效果,同时把其作为进入实验室的必要条件,能让学生在思想上充分重视,避免了传统安全教育方式中学生可听可不听的懈怠局面。台湾清华大学在授课方面也尽可能以形象教育方式为主,用实物演示、图片展示等教育方式来提高安全教育效果。例如,在讲解实验室灭火知识时,重点强调需要沉着冷静,及时判断火势大小、原因并正确使用消防器材:局部着火,顺手用湿布、沙子等材料盖灭;火势较大时,依据着火原因和火情使用适宜的灭火器材;火势无法控制时,及时断电关气,迅速离开并立即报警。在讲解使用灭火器材时,可以把常见的各类灭火器向学生展示,同时用示范的方式给大家进行演示。通过这样的系列课前安全教育与考试,让每名学生都掌握相关安全知识,提高安全意识和安全能力。这不仅保障安全教育的效果,而且最大限度地减少了实验室安全事故。
教学过程中强化安全教育
传统安全教育方式往往只重视课前的安全教育,在教学实施过程中和结束后并没有实质性的安全教育内容。这也给学生造成误解和思维定势,认为安全教育只是走过场,对于化学实验室安全管理制度也产生不在意的心理,因而易于发生实验室安全事故。在日常实验室安全教育方面,台湾清华大学采取了一些很有特点的措施。例如在每间实验室门口都有危险提示标志,说明该实验室可能产生哪些危险,同时也提示禁止在该实验进行不恰当行为(如吸烟、带入磁性物体等)。每个实验室需要使用的危险试剂、药品都需要进行登记和专人保管使用,在实验室门口醒目的位置建立文件夹,放有该实验室使用的危险药品的性质和预防、处理措施的资料,不断提醒进入实验室的人员要时刻进行规范操作和安全处理。他们还专门成立环安中心来进行实验室安全检查和安全设施维护工作,往往每学期有多次的安全检查。相比之下,内地高校实验室的安全制度实施则相对不力,有些安全检查流于形式,这是需要认真改进的。在化学实验教学过程中需要不断强化安全教育。我校在进行每项化学实验之前,都要求学生进行预习,不仅要对实验机理和实验过程进行预习,而且需要查明实验中每一个用到的试剂与药品的物理、化学性质和安全特性(MSDS)[10]。这样能有效提高学生的安全意识,同时也能指导学生在实验中进行规范操作,避免安全事故。为了能提高学生在化学实验教学过程中的学习效果和安全觉悟,我们计划让学生自己进行实验安全监督。学生相互进行实验操作监督,对实验设施和实验环境提出安全意见,不仅使学生实验操作更加规范,而且让他们时刻具有安全意识,同时也改进了实验室环境和条件。在这个过程中,毕竟学生的经验尚浅,教师应当在合适的时候进行引导,以取得更好的实验教学和安全教育效果。学校提倡在实验前和教学过程中将实验安全教学引入案例教学方式,对社会上最近发生的安全事故和实验室以往的安全隐患进行分析。这样既可以提高学生的学习兴趣和视野,同时也让学生了解正确的安全处理方式。例如在使用金属钠的实验中,在课堂上让学生对“实验室中金属钠着火是否能直接用水进行浇灭?”进行讨论。这样不只是教师直接灌输关于金属钠的安全知识,还让学生在讨论中更加深刻了解金属钠的性质,同时也让学生正确掌握用砂土隔绝氧气而灭火的手段。当然,如果在确保安全条件下用少量金属钠为学生进行教学演示,将能取得更直观的教学效果。这些安全教学方式和手段都是在教学过程中对学生进行安全教育的强化,能让学生在潜意识上强化正确的安全理念和掌握实验安全技巧,培养学生进行化学实验的综合能力。
课后安全评价巩固安全教育效果
传统教学方式忽视了实验结束后对学生的安全教育。实验结束后,学生只是对实验过程进行复述,对实验结果进行处理并书写实验报告。在调查中发现,大多数学生都以获得实验产物的多少来衡量实验的成败,而对实验的规范操作和安全事项不加重视。为了能达到安全教育与实验教学一体化,在课后对学生的安全教育是极其重要的。引入学生对实验安全的自我总结评价方式,能让学生对实验过程的安全进行有效的总结,达到将安全教育贯穿整个实验教学过程的目的。在实验报告中增加实验安全评价一项,让学生从安全角度去审视自己的整个实验过程:实验仪器装置是否按照要求搭建,原料称取时是否有撒漏,实验过程中废气是如何处理的,实验结束后的废料是否进行规范处置等,对每次实验操作进行安全总结。只有这样才能让学生时刻意识到实验安全的重要性。对于那些实验操作不规范、存在实验安全隐患的学生,虽然侥幸得到实验预期的产品和结果,但整个实验严格来说是不合格的。传统教学方式并没有让这些学生意识到问题所在,通过实验后的安全评价能让他们进行这方面的自我批评和改正,真正在实验能力上得到提高。因此推行课后自我安全评价教育方式,能进一步巩固整个实验教学过程的安全教育效果。
对于生物科学专业的学生来说,有机化学实验主要是让学生掌握最基本的操作,如重结晶、萃取等;简单化合物的制取,如阿司匹林的制备等;最后是验证一些常见化合物的性质,如生物碱、羧酸及其衍生物的化学性质等为主要内容,以上内容基本都是以教材里已被检验了的实验部分为主,这对提升学生的综合分析能力和创新能力都是不可取的。
2有机化学实验的教学实践内容改革的举措
鉴于以上存在的问题我主要从授课方式、教学内容和实验报告的撰写等方面对有机化学实验进行研究。
2.1授课方式的探索首先,在上课程之前,批改学生的预习报告,知道学生预习实验的认真程度,老师在讲课的时候可以进行补充,如果是学生预习知道的东西可以简略的带过,对学生没有预习到的知识进行补充,并提出在实验的时候可能出现的问题抽学生回答;也可以让学生和教师相互交换角色,让这“教师”讲解该实验,最后教师再针对该学生的不足加以点评。在此过程中教师要鼓励学生积极发言、各抒己见,对有创意的学生要给予热情、肯定和赞扬。这样既激发了学生的学习积极性和对实验课程的热情,使学生做到上实验课之前积极配合教师完成安排的工作。在每次课的结尾时,向学生宣布下一次实验。其次,在实验准备的全过程中让全班学生分组参与,在教师引导下,学生可按照实验要求来对实验仪器的选择和所用试剂的配制等。同时,给一个题目,让学生自己去查找资料,进行实验的设计,自己根据所找资料写出实验方案,实验药品,并在老师的指导下对实验方案可行性的判断,得到老师的批准后,让学生自行实验准备,这样有助于提升学生对实验设计、实验操作技能以及对整个实验内容的整体把握都是非常有效的。但是这对生物科学专业化学基础知识较差的学生来说难度较大,对化学基础知识较好的学生对实验的积极性和创新能力都将得到很大的提高。对于大一的学生来说,主要是对基础实验技能的操作实践和设计实验原理的初步理解,比如熟悉提纯的原理及操作、简单的制备等,从而对化学实验有了基本的认识,并能够掌握比较基本的化学实验理论,对学习以后的课程打下基础。
2.2优化实验教学内容因传统教学主要是基础实验和验证性质实验,本文主要将基础有机实验与有机设计实验以及综合实验融合在一起,以增强学生的创新能力,提高学生的学习兴趣,培养学生的创新意识。首先,让学生拥有扎实的基础知识,开设大量的基本实验来规范学生的操作技能,减少验证性实验的个数来为后续的实验做铺垫,比如重结晶的操作实验,可以让学生做苯甲酸、乙酰苯胺以及萘等来巩固此操作。其次,多开设与生物科学专业相关的综合性实验。因综合性实验难度比验证性实验要大,对学生来说具有挑战性。比如从茶叶中提取咖啡因,可以有两种方法,一种方法时间短,设备简单,但是效果不好;另一种方法用索氏提取器做,所需时间久,装置也比较麻烦,效果明显。还有葡萄糖酸钙制备、从槐花米中提取芦丁等,这些实验都与生物相关,能够增强学生的兴趣和提高学生的动手能力。
2.3实验报告的撰写实验报告采用科技论文的格式,包括中英文摘要、引言、仪器与试剂、实验方法、实验结果与讨论、结论、参考文献等[4]。这样写的好处是有利于对学生以后的科研打下基础,知道论文的写法,也为写毕业论文打下一定的基础。
3实验考核体系的完善
传统的实验考核体系是以实验报告为主,不注重学生的具体操作过程,因为预习、操作、报告以及期末考查等贯穿实验的整个过程。传统的体系导致学生只注重实验报告,不注重过程,而使很多基本的操作技能都出现错误。最终不能够地对学生进行公平的评价、更不能够激发学生的学习兴趣,也不利于培养学生的创新意识及创新能力。实验教学的特点是以学生为中心,使学生的主观能动性得到充分地发挥,与此同时也要求教师一定要具备高度的责任意识,将不同教学项目的实验设计其具有不同的功能,并实现各个教学环节上的松紧适度。此外,为提升实验教学效果,教师应该在实验课的不同环节,充分扮演自己的角色定位,在宽松、和谐的氛围中有序、高效地进行实验。通过对有机化学实验的教学内容、教学方式和评价体系的进行改革,既调动了学生的学习积极性,增强了学生观察、分析及解决问题的能力,又准确地考核了学生的综合素质,收到了良好的教学效果。
4结论
不论是从人类认识规律,还是从发展学生的智力与能力、培养他们科学的世界观和方法论、提高他们的综合素质等角度来看,化学实验都具有十分重要的作用。一个概念的形成,常常需要一个过程。从实践出发,首先获得一种感性认识,然后经过分析、概括、推理,慢慢形成了一个概念,并在以后的发展中不断得到发展、完善。因此一个概念一般都是比较抽象的,化学概念也是这样。如果我们的教师能够科学地进行化学实验教学,无疑会激发学生的学习兴趣,帮助学生形成化学概念。同样,通过化学实验可以使学生更好地理解和深入地领会化学定律和化学原理,在帮助学生进一步消化和巩固所学的化学知识方面起到积极的作用。同时,实验教学还是发展学生智力、培养辩证思维能力的一项重要措施。
二、化学实验教学中的方法改进
化学科学的每一项成就都离不开实验。化学实验教学可以帮助学生学习元素化合物知识,形成化学概念,获得理论的感性认识,并通过抽象思维形成理性认识,而通过实验又可以验证和巩固概念、理论,使之发展和深化。化学实验是培养学生自学能力的重要手段,为培养学生实事求是、严谨认真的科学态度和科学方法提供了极好的机会,对促进学生非智力因素的发展、辩证唯物主义世界观的形成、陶冶思想情操都具有非常重要的作用。因此笔者认为在中学化学实验教学中应当注重以下几点。1.培养学生的观察能力
学生的观察能力不是自发进行的,要靠教师引导、启迪,逐渐培养而成。首先在教学中要让学生明确观察在化学实验中的作用及提高观察能力的意义,要经常要求学生预先做好观察的准备,提出明确的观察任务,制定进行观察的计划,掌握所必须的具体方法。这样有助于启发学生有目的、有计划的观察,提高了观察的效率,使学生的智力技能在良好的非智力品质的配合下迅速提高;其次是教师要根据观察对象的特征,有意识的训练学生协调运用多种感官进行观察,从而提高观察质量;再有就是指导学生学会既全面、又分清主次的观察。既全面又分清主次地进行观察,就是要求既要重点观察主要现象,又不遗漏观察次要现象;既要观察到明显的现象,又要迅速地发现不易发现或容易消失的现象,经常这样要求学生,可以培养出学生敏锐的观察能力;再还有就是指导学生将观察和思维结合,提高分析和解决问题的能力。观察的目的是探索和发现问题,达到对事物及其变化规律的认识。观察能力能引起思维能力的发展。观察越丰富、越准确,认识就越深刻,思维也就愈加活跃、广阔。观察力同时也能提高学生的判断能力。敏锐的观察力有助于对复杂的材料进行对比、分析,提高自己判断是非、区分本质和非本质的能力。教师应有意识的设计一些课题或者针对一些实验的异常现象,引导学生将观察和思维紧密结合,从而提高学生分析和解决问题的能力。总之,良好的观察能力是在实践中经过一定的训练而形成的。实验教学为培养和发展学生的观察能力提供了良好的途径,教师必须在教学中有意识的培养和发展学生的观察能力。
2.培养和发展学生的创新能力
培养和发展学生的创新能力,最重要的是要通过实验,让学生独立思考、大胆操作,在亲自实践的活动中培养和发展自己的创新精神。但是,通过教育实习和见习的亲身体会,以及一些走上讲台的化学教师的介绍,目前中学的学生实验课中,一般做法是将实验目的、内容预先按实验报告顺序列于黑板上。这严重影响了学生思维的发挥,不利于学生创新能力的发展。如果改为根据实验特点提出课题要求,引导学生运用所学知识,根据实验目的及内容,选择仪器药品,设计实验方案,然后进行实验操作。这种教学方式有助于发展学生思维的创造性,又能获得良好的实验教学效果。
3.培养学生的辩证唯物主义观
马克思说:“化学可以称为研究物体由于量的构成的变化而发生的质变的科学。”可见,化学与辩证唯物主义有着密切的联系。但是在中学化学实验教学中对学生进行辩证唯物主义教育经常被忽视了。在中学化学实验教学中,不管是教师的教还是学生的学都会受到一定的世界观和方法论的影响,特别是辩证唯物主义物质观、对立统一规律和量变与质变规律。对学生进行辩证唯物主义观点教育,就是要使学生把辩证唯物主义当作科学的世界观和方法论来理解,并用来指导当前的学习,以帮助他们找到解决问题的途径,指引他们沿着正确的方向前进。化学实验教学中对学生进行辩证唯物主义基本观点教育,有助于提高学生对实验的兴趣,提高实验效果,培养和发展学生的能力。
【摘要】随着素质教育改革的不断深入,化学实验教学已经成为中学化学教学中的重点部分。在实验教学中我们不仅要系统地将化学知识传授给学生,而且要注重培养学生的观察能力、创新能力以及科学探究能力。
【关键词】化学教学实验课创新思维习惯独立
参考文献:
[1]纪图雅.中等职业学校化学实验教学中学生思维训练研究[D].内蒙古师范大学,2005.
一、传授新知识的演示实验
这是以让学生获取新知识为目的而进行的演示实验,通常是边讲边演示。从逻辑上看,这往往是一个由特殊到一般的学习过程。教师在演示时,先讲述实验原理、条件及注意事项;当学生观察到实验现象后,教师再通过谈话启发学生对所观察到的现象进行解释,引导其得出正确的结论。
例如,在讲“铵离子的检验”时,采取的方法是先演示“氯化铵和硫酸铵分别与氢氧化钠溶液作用”的实验,然后总结得出检验铵离子的一般方法。为此在开始演示实验之前,要突出强调铵盐能跟碱起反应放出氨气(讲铵盐性质时学过的)。实验过程中,要引导学生观察湿润的红色石蕊试纸接近装有铵盐(氯化铵和硫酸铵)与氢氧化钠混合液的试管口时,试纸颜色的变化,能闻到什么气味,然后由学生根据实验现象或结果来回答,并由教师加以总结得出正确的结论。像这样通过演示实验来进行新知识的教学,就具有较强的真实感和说服力,使学生容易理解和记忆所获得的新知识。
使用传授新知识的演示实验进行教学时,应注意以下几点:
①在演示实验时,学生并未掌握有关实验的理论知识,在没有理论的指导下,学生观察实验时往往会忽略掉最关键的内容。因此,教师要有意识地引导学生注意实验的条件、环节和实验的主要结果(亦即告诉学生观察什么、如何去观察),使学生能看懂实验,准确地观察到实验的现象和结果。这是这种演示实验的感性阶段。
②在演示实验结束后,教师不要急于做出结论,应通过谈话启发学生自己去做结论,以培养学生的思维能力,促进其对知识的消化理解,并加强对所学知识的巩固。例如,在前述有关铵盐检验的实验中,当学生观察到“试纸变蓝,有刺激性氨味”时,应启发学生思考产生此现象的原因。这是这种演示实验的理性阶段。
③要注意把实验中所得出的特殊(或个别)的结论推广到一般(或同类的其它对象)中去,使学生类推地掌握带有规律性的知识。例如,应把从演示“氯化铵和硫酸铵中铵离子的鉴定”实验所得出的结论推广到其它铵盐的鉴定中去,总结得出“化学上检验铵盐的一般方法”,这是对这种实验的归纳。
④应要求学生用文字或图表把实验的结论记录下来,或结合指导学生读书把教材中的有关内容做上记号或摘录下来以巩固知识。
二、验证巩固所学知识的演示实验
这是以验证或巩固已学过的知识为目的而进行的演示实验,通常是在讲授完新知识以后进行的实验。从逻辑上看,这往往是一个由一般到特殊的学习过程。教师讲课时,先通过新旧知识的联系与对比,结合使用各种直观教具讲授新知识,待学生初步掌握了这些知识后,再进行有关的演示实验以验证和巩固所学过的知识。
例如,在讲“氧气的实验室制法”时,先结合有关氧气制取与收集的挂图,讲解实验室制取氧气的化学原理与收集方法,使学生对这部分内容先具有初步的认识,然后课堂现场演示实验室制取及收集氧气的过程。使学生通过观察教师的演示,进一步加深印象,提高当堂课的巩固率。又如,介绍“常见的碱——氢氧化钙”时,先通过复习碱的概念,指出氢氧化钙是一种碱,应具有碱的通性——使指示示剂变色,然后再演示把紫色的石蕊试液及无色的酚酞试液分别滴加到氢氧化钙溶液(澄清石灰水)中,让学生观察溶液的颜色变化情况,以验证刚刚学习到的事实。
使用这种演示实验法进行教学时,应注意以下几点:
①在演示实验前,因学生对有关内容已有初步的印象,所以教师在演示时,要引导学生运用已初步掌握的知识来观察实验的过程及现象,同时应该强调操作过程中的关键步骤,即有目的、有针对性地观察。
②在演示实验过程中,要启发学生积极思考。例如在演示实验室制取氧气时,可以提出这样的问题:除了用排水法收集氧气外,能否用排空气法收集?怎样用简单的方法证明收集到的是氧气?
③演示实验结束后,教师要敦促学生用学过的知识来解释实验现象和结果。如在演示氢氧化钙溶液与指示剂作用时,当学生观察到“滴有紫色石蕊试液的氢氧化钙溶液变成蓝色,而滴有无色酚酞试液的氢氧化钙溶液变成红色”后,让其解释该现象,指出该现象所证实的问题。这是一个由一般到特殊的认识过程。
三、指导性的演示实验
在化学课程中,课堂演示实验是大家所熟悉的常用教学手段。化学工程是研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。化学工程的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应,特别是在放大中的效应,以解决关于过程开发、装置设计和操作的理论和方法等问题。它以物理学、化学和数学的原理为基础,广泛应用各种实验手段,与化学工艺相配合,去解决工业生产问题。化学工程是一门基础工程学科,它虽发源于近代化学工业,但经过与各种科学理论和先进技术相结合,业已形成了独具一格的科学体系。近来化学工程虽日趋理论化和数字化,但它仍然是一门切合实际又饶有兴趣的学科。可是对于缺乏实际知识的青年在校学生来说,初次接触这门课程时,往往反而觉得该课程比数理课程还难以捉摸,大学低年级学生更觉困惑。在进行化学工程启蒙教学时,不仅需要按学科自身的逻辑进行严谨的数理演绎,还需要运用一些生动直观的教学手段,为初学者铺平入门之路。因此,在化工课程中,课堂演示实验的地位和作用,显得尤为重要。在教学过程中强化演示实验,训练学生的研究性思维,培养学生观察实验现象、研究实验规律、理解事物本质的能力。
2.强化化学工程课堂演示实验
在当今多媒体教学盛兴的时代,课堂演示实验仍然是一种不可缺少的教学手段。其根本原因,是它具有较强的真实感。这种特性对于科学实验尤为重要。多媒体教学手段虽有很多优点,但屏幕上显示的形象,毕竟与现实的事物或现象有差异,如果不与生活中已经熟悉的对象相比较,就难以感知事物的真实形象。因此,学生还要进一步开动脑筋,去再现视频形象与真实事物或现象之间那些缺少了的环节。课堂演示实验可以直接感知真实的形象,这正是它同多媒体教学手段相比,所具有的突出特点之一。但实验装置或模拟实验设备与工业规模的化工设备相比毕竟有所不同,还需要实物教具、幻灯片、电视录像或是电影等手段来补充。这正好说明,不可能存在一种在任何条件下都适用的,尽善尽美的教学手段和教学方法,而是根据学科性质、教学内容和教学环境等具体条件,选择采用,或者多种手段配合使用,以各展其长。课堂演示实验与实验室教学实验,各有其不同的目的。如上所述,课堂演示实验是课堂教学的一种手段,旨在提高课堂教学的效率。实验室的实验教学则是教学过程的一个重要环节,或可作为一门独立开设的课程,其主要目的是让学生初步掌握一些有关化学工程的实验研究方法和实验技术,培养学生从事科学实验的实践能力。因此,两者对于实验装置的要求,以及实验的能容和方法都有所不同。对于学生来讲,某些实验训练价值不大的项目,例如雷诺实验、流体阻力测定、流体机械能转换实验等这一类实验,作为课堂演示实验是必要的,而作为实验室教学的意义就不是很大。对于既有作为演示实验的必要,又有实验训练价值的某些实验项目,在实验内容和方法上,应尽可能使两者在小型化的基础上结合起来。在设计时,尽量考虑到教学实验的需要,以提高实验设备的利用率。自然,课堂演示实验与实验室教学实验的目的要求不同,期望所有装置都能通用也是不现实的。
3.化学工程演示实验需要注意的几个问题
化学工程演示实验最大的特点是工程实践性。它不同于化学类实验课程,实验对象从烧瓶、酒精灯、玻璃棒变为实际生产的模型设备,具有显著地工程实践性,而学生的实践经验往往非常匮乏,这就要求教师把握化工实验的特点,注重研究性教学模式,在课堂演示实验中采取教师为主导,学生为主体的形式,尽量让所有学生都参与演示课程,并且尽可能的引用一些与实际生产紧密联系的工程问题进行演示。在演示过程中,教师要鼓励学生积极主动思考,勇于提出自己观点,敢于创新。课堂演示实验是一种很好的教学手段,这种手段的合理运用,则是一种教学艺术。如果运用得法,与教学内容配合紧密,视听结合得巧妙,就一定能发挥它应有的效能,否则就会事倍功半。化学工程的课堂演示实验,能否达到提高课堂教学效率的目的,演示实验装置的性能也尤为重要。为此,在实验装置方面至少要达到如下一些基本要求:①实验装置应尽可能做到小型化和仪器化;②演示实验装置尽可能做到直观、生动、形象;③演示实验装置应做到稳定、快速、准确、合乎科学;④演示装置需尽最大努力消除噪音和其他污染。此外,在实验物系的选择上,也需综合考虑原料价格、气味、毒性等要求,一般以空气、水等价廉易得且环保原料为佳。课堂教学中演示实验侧重点不同,大致可分为:①展示现象,该类演示实验通过学生观察实验,了解现象,进而验证并巩固所学知识;②展现概念,该类演示实验通过化抽象为具体,从而实现抽象概念直观化、具体化;③获得规律,该类演示实验通过显现的结果,通过观察分析并进一步归纳演绎从而得出其中的规律。这就需要教师准备多套课堂演示实验,从而根据情况有选择的开展相应课堂演示实验工作。
4.结语
在当今多媒体教学盛兴的时代,课堂演示实验仍然是一种不可缺少的教学手段。其根本原因,是它具有较强的真实感。这种特性对于科学实验尤为重要。多媒体教学手段虽有很多优点,但屏幕上显示的形象,毕竟与现实的事物或现象有差异,如果不与生活中已经熟悉的对象相比较,就难以感知事物的真实形象。因此,学生还要进一步开动脑筋,去再现视频形象与真实事物或现象之间那些缺少了的环节。课堂演示实验可以直接感知真实的形象,这正是它同多媒体教学手段相比,所具有的突出特点之一。但实验装置或模拟实验设备与工业规模的化工设备相比毕竟有所不同,还需要实物教具、幻灯片、电视录像或是电影等手段来补充。这正好说明,不可能存在一种在任何条件下都适用的,尽善尽美阅读教学的教学手段和教学方法,而是根据学科性质、教学内容和教学环境等具体条件,选择采用,或者多种手段配合使用,以各展其长。课堂演示实验与实验室教学实验,各有其不同的目的。如上所述,课堂演示实验是课堂教学的一种手段,旨在提高课堂教学的效率。实验室的实验教学则是教学过程的一个重要环节,或可作为一门独立开设的课程,其主要目的是让学生初步掌握一些有关化学工程的实验研究方法和实验技术,培养学生从事科学实验的实践能力。因此,两者对于实验装置的要求,以及实验的能容和方法都有所不同。对于学生来讲,某些实验训练价值不大的项目,例如雷诺实验、流体阻力测定、流体机械能转换实验等这一类实验,作为课堂演示实验是必要的,而作为实验室教学的意义就不是很大。对于既有作为演示实验的必要,又有实验训练价值的某些实验项目,在实验内容和方法上,应尽可能使两者在小型化的基础上结合起来。在设计时,尽量考虑到教学实验的需要,以提高实验设备的利用率。自然,课堂演示实验与实验室教学实验的目的要求不同,期望所有装置都能通用也是不现实的。
2化学工程演示实验需要注意的几个问题
化学工程演示实验最大的特点是工程实践性。它不同于化学类实验课程,实验对象从烧瓶、酒精灯、玻璃棒变为实际生产的模型设备,具有显著地工程实践性,而学生的实践经验往往非常匮乏,这就要求教师把握化工实验的特点,注重研究性教学模式,在课堂演示实验中采取教师为主导,学生为主体的形式,尽量让所有学生都参与演示课程,并且尽可能的引用一些与实际生产紧密联系的工程问题进行演示。在演示过程中,教师要鼓励学生积极主动思考,勇于提出自己观点,敢于创新。课堂演示实验是一种很好的教学手段,这种手段的合理运用,则是一种教学艺术。如果运用得法,与教学内容配合紧密,视听结合得巧妙,就一定能发挥它应有的效能,否则就会事倍功半。化学工程的课堂演示实验,能否达到提高课堂教学效率的目的,演示实验装置的性能也尤为重要。为此,在实验装置方面至少要达到如下一些基本要求:①实验装置应尽可能做到小型化和仪器化;②演示实验装置尽可能做到直观、生动、形象;③演示实验装置应做到稳定、快速、准确、合乎科学;④演示装置需尽最大努力消除噪音和其他污染。此外,在实验物系的选择上,也需综合考虑原料价格、气味、毒性等要求,一般以空气、水等价廉易得且环保原料为佳。课堂教学中演示实验侧重点不同,大致可分为:①展示现象,该类演示实验通过学生观察实验,了解现象,进而验证并巩固所学知识;②展现概念,该类演示实验通过化抽象为具体,从而实现抽象概念直观化、具体化;③获得规律,该类演示实验通过显现的结果,通过观察分析并进一步归纳演绎从而得出其中的规律。这就需要教师准备多套课堂演示实验,从而根据情况有选择的开展相应课堂演示实验工作。
3结语
(1)传统大学化学实验教学流程单一,学生往往拘泥于课本内容,缺少思考的空间。导致学生产生依赖心理,对实验现象的描述和实验结果讨论仅仅停留在观察阶段,不能通过化学实验的学习,系统理解化学相关概念和原理。将启发式科学写作应用到实验教学,能够从根本上解决学习方式单一等问题,通过学生彼此之间的交流与讨论,使学生增加化学的学习兴趣。(2)启发式科学写作主要强调两个方面,一是整个实验的设计和教学过程强调启发性,二是写作过程中重视学生的思考和主动性,教会学生用自己的语言去描述、理解和重温先前知识,这种思考问题的方式,有利于学生理解新概念和原理,从而将新知识纳入到已有知识体系中。(3)启发式科学写作看重的是科学知识之间的联系、证据的表述以及现象的解释,对学生培养科学推理能力至关重要。科学写作的过程是不断反思先前想法和经验、设法理解、发展知识的过程,因而在写作期间学习者能建构更丰富的解释。
2启发式科学写作在化学实验教学中的应用
目前大学化学实验主要有基础性实验、综合性实验和设计性实验三种类型,下边以基础实验和综合性实验为例,讲解启发性科学写作在以上不同类型化学实验中的应用。(1)启发性科学写作在基础性实验中的应用。与传统实验报告不同,启发式科学写作贯穿于实验活动的始终,它能够帮助学生从实验和写作中实现理解,实验开始前需要给学生讲解实验的目的,即为什么要做此实验,和理论教学中的哪个知识点相关。实验后则要求学生回顾相应的化学知识以及实验过程,并且鼓励学生进行多方位的观察,从而发现实验证据和结论之间的关系。下边以学生酸碱滴定反应实验为例,其报告结构如表1所示。表1基础性化学实验启发式科学写作报告框架提出问题:做实验之前我提出的问题有哪些?酸碱滴定终点怎么确定?试验精度怎么控制?实验设计:怎么做才能解决这些问题?查指示剂的表色范围,选定指示剂;选作平行样,降低试验误差。实验观察:通过实验我观察到什么?甲基橙在碱性溶液中显红色,终点时显橙色。得出结论:可以用甲基橙做指示剂,由已知浓度的盐酸测定未知浓度的氢氧化钠。提供依据:HCL+NaOH=NaCL+H2O甲基橙的变色范围。实验讨论:我的结论和其他同学有何异同?反思:通过该实验,我们前面学习的理论知识有没有改变?如果有改变,则深刻地理解了中和反应的本质,明白了指示剂的选择方法和应用。(2)科学写作在综合性实验中的应用。综合性实验与基础性实验不同,强调综合运用所学过的知识,来设计实验,解释所看到的实验现象,要求学生有较好的实验技能,掌握使用多种化学研究方法,主要用来培养学生分析问题、解决问题的能力。将科学写作应用于综合性实验教学中,不仅能反映学生的实验过程,还能为学生创造交流实验结果的机会,通过交流讨论使学生深入理解化学概念和原理,此外写作、发言等活动环节还能提高学生的语言组织能力与表达能力,下面以三草酸合铁(Ⅲ)酸钾配合物的制备为例,讲解具体的应用方法,如表2所示。(3)科学写作在设计性实验中的应用。大学化学设计性实验是最具创造性的一类实验,是教师根据自己的研究兴趣和方向,以及课题的需要,组织学生设计实验,开展科学探究,并对结果进行分析和梳理,然后撰写实验报告。此类实验非常有利于学生创新能力的培养,因为在整个实验过程中,学生的主动性要求高,需要他们在老师的指导下提出自己的思路,寻求实验证据并进行解释,这对学生推理能力和语言表达能力的提升意义重大,非常值得推广。
3结语
高中化学实验教学是教学的重要内容,教师通过实验教学渗透对学生的科学素养教育,以此实现科学素养提高的目标。在具体教学时,教师首先要引导学生对教材中安排的实验进行分析,通过小组合作讨论等不同形式,针对实验设计中的不足进行优化,借此培养学生的思维能力与创新意识。其次,在化学实验教学中,教师还可以借助仪器设备的制作来培养学生的动手能力和创新精神。日常实验教学中,适当引入实验器材的自制活动,以及对现有器材进行组装、改进和调整,让学生在操作过程中进一步掌握实验器材的设计原理与实验的反应原理。如“氨气的性质”在高中化学中是一个重要的知识点,教材用三个演示实验分别介绍了氨气极易溶于水、水溶液成碱性和能与酸反应的三个性质,但实验中存在着以下的缺陷:前期制备氨气的过程复杂,而且排空气法收集氨时容易扩散到空气中,造成空气污染,预先准备好的氨气往往会出现泄漏、潮湿等现象,导致实验效果不理想,实验2和实验3中的浓氨水露置在空气中,也造成空气污染,不符合绿色化学的理念,影响健康。因此通过改进实验方案和实验装置,把三个实验结合在一起做可以避免上面的缺陷。
实验装置设计如图1。具体操作如下:进行气密性检查后在烧瓶1的底部加入一些固体氢氧化钠,在针头处换上装有浓氨水的针筒,在烧杯1处放PH试纸(红色石蕊试纸)后,慢慢的把浓氨水注入烧瓶1中,通过向下排空气法收集氨气,若PH试纸变(红色石蕊试纸)蓝色了(实验2),说明氨气已经收集满了。然后在烧杯2中滴入酚酞,关闭止水夹2和止水夹3,把针筒内的水打入烧瓶2内,同时打开止水夹1,烧杯2中的水迅速上升,在烧瓶2中的尖嘴导管上出现红色的喷泉现象(实验1)。最后等喷泉结束后,在烧瓶1上口的针头处换上装有浓盐酸的针筒,把浓盐酸打入烧瓶1内,出现大量白烟(实验3)。这个实验首先实现了氨气的制备、收集和物理性质、化学性质实验的一体化处理,使实验成功率,可信度更高,让学生更真实地去体验理解氨气的性质;同时操作轻松快捷,现象明显,课堂耗时短,非常适合做演示实验;而且两个烧瓶一红一白,有很强的视觉效果,很好地提高了学生的实验兴趣。最重要的避免了氨气进入空气中,环保无污染,体现了绿色化学思想。高中化学课程标准指出:“通过以化学实验为主的多种探究活动,培养学生的创新精神和实践能力。
”在本案例中,首先通过操作复杂实验,来引导学生思考如何简化,通过合作讨论,互通信息,解决学生在实验理解上的“信息沟”差距,达到共同思考共同提高的目的;其次根据学生讨论结果和教师引导的方向进行实验改装,让学生更直观地把思考和动手结合起来,有效强化学生的探究意识,促进思考方式改变,进而促进学习方式的自觉转变,更重要的是通过改装,让学生明白技能创新和实践方法的真正意义所在;同时培养学生的实验兴趣和个性特长,良好的实验兴趣是形成良好的科学品质的前提。有了良好的科学品质,科学素养的提高是指日可待的事情了。
2利用化学史,培养学生科学上的人文素养
化学学科在发展过程中,无数研究人员为之付出了艰辛努力,他们的介绍化学家们的科学态度、研究方法、成功或失败的经验教训,勇于探索、大胆创新的科学态度,坚持实践、百折不扰的科学精神,既能向学生展示化学知识的“来龙去脉”,加深对化学知识的理解,又可让他们明白化学并不枯燥呆板,而是一门不断发展的生动有趣的学科。因此,傅鹰教授认为化学史教育是很有必要的,他认为“化学史给人以智慧。”如在学习元素周期表知识时,可介绍元素周期律的发现史:1862年尚古多的“螺旋图”1864年迈尔的“六元素表”1869年门捷列夫化学元素周期律的确立,把化学元素纳入了一个完整的体系,使化学进入了系统化的阶段。从以上的故事中我们可以让学生领悟到:科学和真理是人们在不断追求和探索中逐渐呈现的,许多科学家始终坚持实事求是的科学态度、精益求精的工作作风、锲而不舍的钻研精神,获得了一个又一个的重大发明和发现。通过对这些史实的感受,使学生体会人类在追求真理的道路之曲折艰辛,但只要孜孜不倦的不懈努力终会结出累累硕果。
讲到科学素养时,人们往往会有一种误解:认为科学素养就是做实验或通过研究得出结论。实验、研究的确是有关科学的方面,但绝不是全部。实际上,实验、研究是进行科学研究的一种手段和方法,科学家进行研究的过程实际上就是科学素养和探索精神的体现。而这个研究过程和体现的素养和精神其实就是人文素养的一个方面。案例中的“元素周期表”知识,表面上看来是一个记忆性的知识,但它的发展完善历程却能体现出科学家的素养和精神,因此可以认为是科学方面的人文精神,而这对于现代学生而言又是不可或缺的。
1.1实验教学要有利于学生对所学的基础理论知识的巩固和深化
“地球化学”课程讲授的内容主要体现在元素的量、质、动,即元素在各地质体系中的含量与分布,元素的地球化学性质以及其行为演化。在以往有关第一章“元素的量”的教学中,仅以课堂讲授为主,无相关实践教学,造成教学与实践的脱节,不利于知识的巩固和深化。针对这一问题,本次改革依据本章的知识特点设计了相应的实验教学内容,增加了一个课下实习项目,构建了实验教学体系中基础知识训练模块。
1.2实验教学要有利于学生专业技能的培养
实践教学在专业人才培养中具有特殊重要的地位,进行实践教学的改革和创新是办出特色专业核心所在。地球化学的专业技能主要体现在:基本地球化学相图的识别及绘制;微量元素数据的处理及分析;同位素数据的处理以及地质体年龄的计算。此外,为满足地震监测行业的需要,学生还应掌握水质分析以及地下水及土壤中某些元素的测量方法。在以往的教学中,因课时及实验设备有限,未能开出相应的实验项目,不利于学生相关技能的培养,也无法满足地震行业对学生的需求。针对这一现状,实验教师先后设计了相关的实验项目,构建了实验教学体系中专业观测技能训练模块。不仅如此,结合实验室新购置的部分仪器,我们还开出了部分与地震监测有关的实验项目,考虑到地球化学学时有限,这些实验项目并不强制开出,而是可让学生自由选做并在课下完成。如此不仅为那些准备投身地震行业的学生提供了实验机会,也适应了地球化学课程目前的学时特点。
1.3实验教学要有利于学生综合能力的培养
随着教学改革的不断深入和发展,学生综合实践能力的培养逐渐成为教学改革的重要内容之一,如何搞好实验教学,使其成为培养学生综合素质的阵地,是我们亟待解决的问题。学习“地球化学”课程的最终目的,就是可以用“见微知著”的地球化学思维去分析并解决所遇到的地质问题。这是学生综合能力的体现,需要学生利用所学的基础理论及基本技能对相关问题或数据进行处理及分析。在综合能力培养环节,单凭课上的讲授是远远不够的,在此基础上还要借助教师科研带动、学生创新项目申请及毕业设计等环节使学生的综合能力得到培养和锻炼。目前,已有一批学生参与到我教研室老师的“断裂带气氡、气汞的动态监测”的科研项目中,从实验设计到野外采样再到数据处理,学生在全程参与的过程中综合能力得到了极大的锻炼。总之,依托教师科研项目、学生创新项目以及毕业设计等环节构建了课程实验教学体系中综合能力训练模块。
2地球化学课程实验教学建设的内容
根据上述实验教学建设思路,在地球化学理论教学的基础上,增加了实验项目、优化了实验内容,形成了由基础知识训练、专业观测技能训练和综合能力训练三大模块组成的系统的实验教学体系。实验教学内容包含基础理论实验项目、技能操作实验项目和综合分析实验项目。
2.1基础知识训练模块———基础理论实验
该实验教学环节主要的实习内容是地球、地壳或其他地质体中化学元素的分布和分配。实际上反映了元素“量”的概念。要求学生亲自去图书馆查阅和搜集第一手数据和资料,然后通过小组讨论写出实习报告,最后在课堂上交流与讨论。本项目的实习收到了很好的效果,学生搜集了大量的资料包括太阳系、月球及各类陨石的元素丰度,地球、地核、上下地幔及地壳的元素丰度,大洋地壳、大陆地壳、台盾区地壳及褶皱区地壳的元素丰度及岩浆岩、沉积岩、河水及海水的元素丰度等等,并分小组进行了绘图制表和归纳总结。学生们深刻体会到,元素分布量实际上体现了质量作用定律对地质作用过程中元素分布、分配以及演化作用的制约,具有重要的地质意义。
2.2专业观测技能训练模块———技能操作实验
该实验教学环节主要由7个实验项目组成,其中有3个实验项目分别针对地球化学课程中“元素的地球化学迁移”、“微量元素地球化学”及“同位素地球化学”等章节中基本技能的训练。其余4个实验项目则是针对地震监测能力的培养所开出的可供学生选做的实验项目。“相图绘制、配分模式图绘制及等时线年龄计算”等实验项目,使学生掌握了根据地球化学数据绘制相应图件并进行简要分析的基本技能;“饱和汞蒸气汞量测定”的实验,使学生掌握了地震系统广泛使用的数字测汞仪的工作原理及操作方法,初步获得了在地震台从事水化学监测项目的基本能力。
2.3综合能力训练模块———综合分析实验
该实验环节是依托教师科研项目、学生创新项目以及毕业设计等开发出的综合性实验项目。实验内容也是根据上述项目的内容在不断增加并完善当中。其主要目的是使学生能够对原始的地球化学数据进行相应的处理,并能够结合地质背景,样品描述等对数据处理的结果进行分析,进而阐明相应的地质问题。通过此模块的实验教学可以提高学生综合运用所学知识分析、处理问题的能力。
3地球化学课程实验教学建设的方法