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[摘要]本文分析了传统物理化学实验课程教学中面对的问题和挑战,分析了建设物理化学实验课程信息化资源的必要性。介绍了我校物理化学实验课程信息化资源建设情况,主要包括物理化学实验课程信息化资源的内容、来源和利用形式。
[关键词]物理化学实验课程;信息化资源;建设
物理化学实验课程是化学化工、环境、食品和制药等本科专业的重要基础实验课。物理化学实验课程是培养学生基本素质和科研能力的重要教学环节。随着物理化学学科的发展,物理化学实验的目标朝着强化学生创新意识与培养学生创新能力的方向发展[1-5]。传统的物理化学实验教学模式面临很多问题和挑战[6],很多同行分享了宝贵的探索经验[7-10],其中建立动态的物理化学实验课程信息化资源是解决问题和挑战的重要措施之一。本文围绕着肇庆学院物理化学实验课程教学实际,从物理化学实验课程信息化资源的建设内容、信息化资源的来源和形式等方面进行了探索。
1物理化学实验课程教学面对的问题和挑战
物理化学实验课程在教学中面对的主要问题和挑战主要有:(1)专业培养目标细化对物理化学实验培养人才的要求更加精细化,专业化。如对工科类专业有IEET工程专业认证,对化学(师范)专业有国家师范生专业认证的要求。各类专业认证都要求物理化学实验课程对人才的培养具体到某一单项能力上,对能力培养的要求更加细化、具体化。各个专业对学生能力的专业化要求更强,必然要求物理化学实验教学内容能针对不同专业的要求作出相应修正,要其更好符合专业要求。以经典的物理化学热学实验—“燃烧热的测定”为例,该实验对不同专业的共同要求是要理解燃烧热的概念,掌握量热法测定燃烧热的方法。但要对不同专业开出符合专业特点的实验内容,如对资源与环境专业,可以测量燃料,如煤的燃烧值;对食品专业,可以测量日常食品的燃烧值,把燃烧热的测定当成食品热量测定的方法。这就要求不断更新教学内容。(2)随着物理化学实验技术手段的进步,新的实验仪器不断增加。如,测温控温技术,就经历了水银(煤油)温度计,到精密贝克曼温度计,到电接触点温度计(电继电器控温),到热电偶温度计(数显式温度计)的变化。与之相应,物理化学实验教学内容也需要不断更新。(3)物理化学实验课程作为公共基础课存在着教学仪器台套数、实验室面积和实验学时数之间的矛盾。如物理化学实验室大多采用多个实验同时开展,各实验小组循环进行的方式开课。教师在上课的时候要同时讲授不同的实验,实验原理、方法、仪器操作的讲解需要占用较多的实验时间。影响学生实验积极性和动手能力培。要解决上述问题,必须根据专业要求,修改教学大纲、不断探索新的教学内容,改进实验仪器设备,改进仪器教学方式,并把这些教学资料形成信息化资源。通过信息化资源建设,让学生能通过公众平台自主学习。
2物理化学实验信息化资源建设的内容
物理化学实验信息化资源建设主要有如下内容。**、根据专业要求修订《物理化学实验》课程教学大纲,明确课程的主要教学目的和基本任务,编写了与各专业对应的课程内容与基本要求。明确总学时和单个实验的学时分配。将实验项目分为必做实验和选作实验,根据专业认证要求,细化专业能力培养要求。如对化学专业,实验教学大纲确定物理化学实验总学时为64学时,课程目的和任务要求中有(1)通过物理化学实验课程的学习,提高学生对物理化知识灵活运用的能力,使学生进一步掌握扎实的化学基础知识和基本原理。(2)通过本课程多层次、全面系统的实验训练,使学生具有规范的化学实验基本操作技能。(3)通过本课程的学习,训练学生根据所学原理设计实验,选择和使用仪器,从而具备运用化学专业知识解决化学相关问题的能力。(4)通过实验预习、操作、数据记录和处理、实验报告撰写等环节的锻炼,提高学生查阅信息,发现、分析并解决问题的能力,有助于今后的教学工作。(5)通过本课程的学习,培养学生的创新意识、反思能力和解决问题的能力。(6)通过本课程的学习,培养学生的团队合作精神,积极参加合作研究等集体活动。针对实验教学大纲要求,我们在课程内容安排上既安排了热力学经典实验如燃烧热的测定、凝固点降低法测萘的摩尔质量等实验,又安排一定的综合性创新性实验,如氯离子选择性电极的测试和应用实验。对于食品科学与工程专业,物理化学实验大纲根据工程专业认证要求添加了核心能力培养要求,如要求通过对课程学习(基础性实验、综合性实验和设计性实验几个方面的训练)使学生初步具有食品试验设计、执行、分析与解释数据的能力,确定了总学时为32学时,包括热力学、电化学、动力学、胶体化学等实验内容。将课程教学大纲以电子文本的形式放在公共教学平台或其它的形式,让师生共享,使教学双方都明白课程的目标和任务,熟悉课程内容,明白课程的难点、重点,有利于发挥师生的积极性,从而提高教学效果。第二、将教学讲义、自编教材和教案做成数字化材料。在教材上我们一直优先选用教育部编优秀教材,和国家获奖教材,使所选的教材尽量贴近物理化学实验教学实际,同时在采购仪器设备上也尽量选用教材上相同型号的仪器,但不可避免的是,教材上使用的仪器和实验室实际使用的仪器在类型,型号规格、操作方法等方面存在着很多的差异,学生在预习教材后来到实验室实验会面对仪器不同的状况,学生经常要花比较多的时间熟悉仪器设备,教师也要花费较多时间去讲解实验仪器操作,针对这种情况,我们编写了实验补充讲义,并将教学讲义、补充教材等做成电子版,实现可传输可共享。并不断根据仪器设备和实验内容的改变进行相应修改。第三、编写实验仪器操作使用说明书,实验仪器操作规程、实验室仪器常用技术规范等。拍摄物理化学实验操作录像,仪器操作微视频等。建设多媒体课件。
3物理化学实验信息化资源的来源
物理化学实验课程信息化资源的内容很大部分来源于师生的科研活动中来,通过师生的共同科研活动,将部分科研成果设计成实验方案供学生实验。一方面,将教师成熟的科研成果设计为实验内容,引入到实验教学中。如将教师在物理化学理论计算的部分科研成果设计为《分子构型优化》实验作为化学专业的选做实验。另一方面,鼓励学生通过大创项目等参与科研活动,鼓励学生利用科研仪器和实验室设施开展与课程相关的科研活动,并将科研活动成果改造为物理化学实验项目。如鼓励学生利用氧弹式量热仪等设备测定学校食堂厨余垃圾的热值,经过实验方案评比优化,选定《厨余垃圾的热值测定》作为资源环境专业的备选实验项目。第三,将教师的教学改革活动中的成果优化为实验教学内容,如探索《溶胶的制备与电泳实验》中溶液的浓度、温度、增溶剂的添加量和电泳电压对溶胶稳定性的影响,并把该实验改造为设计性实验,作为备选实验项目。此外,精选收集部分来自知名院校的网络公开课,提供给学生课外自由学习参考。
4物理化学实验信息化资源的使用形式
根据信息化资源的内容和物理化学实验课程教学目标的紧密程度,学生使用信息化资源的形式主要有三种:**种形式,将电子教案和实验讲义(电子版)直接发送给每一个学生,部分重要内容要求学生自行打印。比如在实验讲义部分设计了一系列的问题要学生通过预习后进行回答。通过对实验目的、实验原理提问,让学生带着问题去寻求答案,帮助学生树立问题意识。学生通过查阅资料,收集信息,去选择合适的实验仪器、设计恰当的实验方法,合理安排实验步骤,学习实验中要注意的地方,提高了解决问题的能力。第二种形式,通过微信公众号的方式,将实验仪器操作视频音频材料供学生自由观看,让学生通过视觉与听觉加深理解体会,有身临其境的感觉,增加了感性认识和真实代入感。同时通过发布推文的形式不断更新补充实验内容,让学生学习得更细致具体。第三种形式,教师通过电脑端在雨课堂在线教育平台发布教学材料,学生通过手机微信端联入平台,使用雨课堂将实验视频、习题、语音课件等电子资源推送到学生手持移动设备,使课外预习与课堂教学、课后复习答疑建立沟通桥梁,并能实验师生实时互动。
5结语
通过物理化学实验课程信息化资源建设,学生按照教师要求在公开学习平台自主预习,教师用于讲解实验操作的时间平均减少了20%,学生实验时间增加。由于信息化资源库里积累了不同版本的课程教材,不同时期的课程讲义,学生通过对比学习,可以更加清晰的了解一个实验的实验原理、技术手段,可以直观地比较不同方法的优点和缺限。通过教师布置学习任务,学生自主参与学习的方式,教师由知识的传播者转变为知识的创造者、学习活动的组织者和引导者;学生参与了课程资源建设的过程,由被动接受知识者变为学习的主动参与者,激发出学习积极性。由于学生更主动参与教学过程,教师能更快接受教学反馈,因而能更快更灵活地调节教学内容和教学方法。
参考文献
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作者:李顺华 吴文胜 郝向英 李志伟 张明 赵闫华 单位:肇庆学院环境与化学工程学院
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