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物理化學實驗內容探索
摘要:為適應時展,切實發揮實驗教學對提高大學生培養質量的重要作用,本課程嘗試將科學研究領域的技術和方法引入物理化學實驗教學中,為學生動手能力、科學素養和可持續發展能力的培養提供支撐平臺。
關鍵詞:物理化學實驗;教學內容;新實驗設計
化學是一門實驗性學科,實驗教學在化學類專業人才培養過程中有著不可替代的作用,是培養學生動手能力、科學素養和可持續發展能力的重要依托[1]。一直以來,復旦大學化學系有著重視化學實驗教學的優良傳統。20世紀90年代,復旦大學化學系對大學本科的化學實驗課程體系進行了深入改革,逐步形成以創新能力培養為核心、以技術要素為主線的實驗教學體系及相應的管理機制[2]。隨著時代和學科的快速發展,部分化學實驗教學內容不能適應現代化學研究的技術需求。近年來,我們針對物理化學實驗教學中的“實驗儀器設備相對落后”“實驗教學內容滯后于科學研究發展的步伐”“理論教學與實驗教學脫節”等問題,通過與國內外實驗教學內容的比較,對本系物理化學實驗教學內容進行了梳理和更新探索,以期滿足高等教育法中“培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才”和新一輪“高等學校化學實驗室建設和實驗教學改革”對學生培養的要求[3–7],并逐步實現“國際領先、國內一流”的課程建設目標。本課程內容設置充分依托本系學科優勢,突出“銜接前沿、兼顧基礎”,在滿足經典傳承的基礎上,加大綜合性、研究探索性實驗的比例,注重培養學生信息獲取和加工能力、實驗整體安排和有序操作能力、數據處理和綜合分析能力以及團隊協作等能力[8]。希望通過本課程教學的實施,讓學生了解和掌握一定的前沿科學研究技術和方法,加深對實驗原理的理解以及對實際科研工作的指導,促進學生探索能力、科研創新能力的發展,提高學生的綜合能力,做好本科學習和研究生培養的銜接。上述理念早在2014年的教學論文里已有闡述[9],那時大部分實驗內容還處于設想階段,經過幾年的努力和實踐,我們逐步將設想變為現實。下面結合具體實驗案例,談談我們在實驗教學改革中遇到的問題和解決的思路,希望能給國內同行提供一定的借鑒。
1經典與現代的融合
差熱分析實驗是經典物理化學實驗內容,大多高校都開設了同類的實驗內容。復旦大學化學系最初是通過自制實驗裝置,對五水硫酸銅加熱分解進行跟蹤,記錄電位-時間曲線,再通過溫度-電位工作曲線,將原始數據轉化為溫差-時間曲線,讓學生觀察并理解五水硫酸銅加熱分解過程中的吸放熱變化。隨著時展及儀器元件老化,導致實驗數據的可控性和再現性都不理想,為此我們引入熱重-差熱分析(TG-DTA)一體化熱分析儀,儀器采集數據速度大大提升,原先6學時的教學內容,現在3學時就可完成。為提高教學效率,克服實驗內容相對單薄的問題,我們將升溫速率對五水硫酸銅熱分解的影響引入教學,考查不同升溫速率對樣品熱分解峰峰頂溫度及失重數據的影響,經數據處理,學生可以獲得每步熱分解過程中的活化能,并直觀地理解反應活化能對反應難易程度的影響,進一步拓展了教學內容的深度和廣度。
2教學理念、教學方法的改革
復旦大學化學系每年有學生參加不同國家、地區的學習交流。在學習過程中,學生經常選修物理化學實驗課程。比如對比臺灣清華大學物理化學實驗內容,我們發現兩校在教材和實驗教學實施上有較大差別。對于儀器操作水平要求較高的實驗,臺灣清華大學要求學生先要做好課前預習、提出自己的實驗方案并與授課教師討論確認后再進行實驗,在實驗教學中更注重發揮學生的自主性和主觀能動性。受到該經驗的啟發,我們將“鈰鎳復合氧化物的制備及其基本性質的表征”實驗分為樣品制備、粉末衍射圖譜掃描、氮氣吸脫附測試、數據處理講解4個實驗模塊。按照常規的實驗習慣,先進行樣品制備再進行相應性質測試,在一個教學單元內若完成4個模塊內容,時間遠遠不夠。為了避免這一缺憾,我們將實驗順序進行了調整,每次在實驗課堂上,學生先對上一組學生制備好的樣品進行預處理,等待樣品預處理的過程中,完成樣品X射線衍射(XRD)圖譜的掃描;圖譜掃描結束后,再將預處理好的樣品轉移到氮氣吸脫附儀上進行氮氣吸脫附性能測試;氮氣吸脫附測試的過程中,學生開始樣品制備以備下一組學生使用;當樣品制備初步完成(后續的樣品干燥、焙燒由實驗室工作人員協助完成)后,再對測試數據處理進行詳細講解,這樣學生更容易理解數據處理的原則和目的。采用這種提供現成樣品給學生進行實驗的安排,大大節省了學生操作的時間,提高了實驗效率,而且實驗模塊間的銜接以及實驗進程完全依靠學生的自主安排和規劃,這對實驗內容預習、思考提出了更高要求,只有非常熟悉內容、清楚每個模塊實驗的目標才能高效地完成全部實驗內容。對學生科學管理和統籌安排實驗能力的培養很有幫助。由于課時限制,每個學生只能完成一個樣品的制備及性質表征。而通過單個樣品的性質數據分析,學生很難理解樣品制備條件對性質的影響,所以我們要求每位學生采用不同的實驗條件并進行數據共享,通過數據分析,理解制備條件對樣品比表面積、晶化程度等性質的影響。這樣的安排,一方面可以促進學生間的團結協作,關心同組成員實驗操作的規范性和數據處理的合理性;另一方面還可以引導學生對實驗數據進行更深入的分析和討論,培養學生對數據的分析、思考和挖掘能力,使學生能更好地理解樣品性質表征的意義。在這個過程中,教師一直堅持引導學生學習如何對氮氣吸附脫附數據進行正確處理,才能獲得樣品的孔徑分布、孔的形狀等微觀結構性質;引導學生掌握如何分析XRD圖譜,除獲取樣品結晶程度外,還可通過精細分析估算出樣品的粒徑以及晶胞參數等等。此外,在實驗課程開設過程中,低年級學生在實驗前經常會向高年級的學生請教,探討實驗的重點、難點以及注意事項,會探討實驗數據處理方法和技巧。探討過后,學生會主動查閱文獻,從科研文獻中學習對數據分析討論的方式方法,而學生的實驗報告也會啟發授課教師更好地把握今后實驗內容的講解,無形中做到教學相長。課堂教學效果尤其是實驗教學效果的提升,不僅局限在課堂上,課前準備或預習以及課后的思考或討論對課堂效果的提升同樣重要。在這種理念的引導下,我們進行了為期4年的實驗改革探索,發現學生實驗報告的數據分析與討論內容越來越豐富,理解越來越深刻。
臨床青年教師課堂教學能力的自我培養與提高
摘 要:為鞏固“迎評創優”成果,繼續保持課程教學特色與優勢,根據當前青年教師的情況和特點,著重探討了青年教師課堂教學能力的自我培養與提高,一是要提高思想認識,主動作為;二是要強化教育理論學習與教學基本功訓練;三是要善于學習他人,總結經驗。教學質量是高校永恒的主題,青年教師的培養是值得探討和關注的課題。
關鍵詞:青年教師;課堂教學;教學能力
軍醫大學的本科教學質量評估,無疑對于深入貫徹科學發展觀重要思想,促進軍隊院校教育事業發展,不斷推進教育創新,全面落實科技強軍戰略和努力培養高素質新型軍事醫學人才起到了積極的作用。
教學質量是高校永恒的主題,進入“十二五”后,隨著新老交替,不少青年教師將逐步走上講臺,如何鞏固“迎評創優”成果,繼續保持教學優勢,推動課程教學質量與水平的全面、協調、可持續發展,在強化師資隊伍建設中,對青年教師的培養,尤其是課堂教學能力的培養顯得尤為重要,這也是高校值得探討和關注的課題。現結合個人的教學經歷,就青年教師課堂教學能力的自我培養與提高談幾點心得體會。
(一)青年教師要主動作為
就軍醫大學附屬醫院的青年教師而言,不僅擔負著繁重的醫療和科研工作,而且常年承擔著臨床實踐教學(臨床見習、實習)任務。近年來,一批青年教師獲得資格認證后,已走上講臺開始承擔課堂教學(臨床專業課)。青年教師是一個多層次、多學科的醫學人才群體,其醫學理論知識和學歷結構尚能較好適應臨床工作和科研工作的需要。但由于受傳統教育體制和課程的限制,均未受過系統的教育理論學習與訓練,對教育規律和原則、教學技能和人才培養等知識相對饋乏。又由于青年教師從教時間短,還缺乏教學經驗,因而課堂教學實踐能力相對較弱。
所謂課堂教學能力是指教師傳授知識,以及在此過程中對學生進行思想引導和教育的能力(1),是課程標準理解能力,運用教材能力,教學設計能力,駕馭課堂能力,語言表達能力,傳授知識能力,指導學生能力,調控教學活動能力,熟練地運用傳統和現代教學方法與手段的能力等多種能力的集成和應用。因此,青年教師應充分認識到,課堂教學能力的提高,同樣需要勤奮鉆研和學習,并勇于實踐,才能駕輕就熟。近年來涌現出了一批優秀青年教師,他們“青出于藍而勝于藍”,已成為臨床教學的骨干力量說明,只要青年教師明確教書育人的使命任務,主動作為,力行師德,就能夠脫穎而出。