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[關鍵詞]物理化學方法;水處理;發(fā)展趨勢
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)30-0393-01
前言:針對于污水的處理,當前物理化學方法已經被用于其中,其主要利用物理和化學方式之間的有效作用來去除水中很多的雜質,其主要的處理對象包含污水中很多無機溶解物和有機溶解物,還包含很多膠體物質。污水可以利用物理原理和化學原理實施簡單的反應操作將污水進行凈化,將雜質去除,物理化學方法的應用范圍集中于雜志濃度相對較高的污水,可以作為污水再利用的有效方式。就目前國內外研究的針對污水處理的具體實踐來看,城市污水的處理多數(shù)都采取生物法的形式,由于物理化學方法處理污水的成本相對較高,污水處理廠可能無法接受,成本太高,但是在處理工業(yè)廢水、垃圾水和含油廢水的處理首選應該是物理化學法。
一、物理化學方法在水處理中的應用
(一)中和法
很多污水中含有很多重金屬離子,可以采取投入中和劑的形式在污水中形成氫氧化物之后沉淀,沉淀之后實施分離。中和法的污水處理方式有最合適的pH值和處理之后殘品占到整個溶液中的重金屬離子的濃度比。該種方式常使用的材料包含生石灰、消石灰、碳酸鈣、碳酸鈉等,消石灰是使用最多的一種。中和法在具體的實踐中,需要分析雜質的共沉淀現(xiàn)象和絡合現(xiàn)象[1]。
(二)離子交換法
離子交換法的形式主要利用離子交換樹脂將溶解在廢水中的很多離子轉移到離子交換體當中,將其中的重金屬進行去除或者回收。離子交換法的形式主要是基于固相離子交換劑和液相電解質溶液之間發(fā)生的,離子交換樹脂通常的基本題都是苯乙烯、二乙烯基苯的聚合物,
由于離子交換樹脂的價格比較高,再生的費用也很高,由此可見,通常的廢水處理方式使用次數(shù)很少,但其處理量比較小,毒性太大,如果存在具有回收價值的重金屬也是行得通的。
(三)吸附法
吸附法實際上是一種相對傳統(tǒng)的水處理方式,其一直都是研究的核心問題,2013年的時候,肖藍,王t龍,于水利等人將研究的重點放在沸石的對污水的處理價值,之前美國的UCC代表公司已經成功研制了沸石晶體,經過了水熱合成工藝的創(chuàng)新之后,開始對沸石礦物質實施廣泛應用。就目前來看,其已經被廣泛的應用在重金屬離子的消除上,除此之外,其中一種十分常用的吸附劑實際上屬于一種活性炭,有人利用該種方式來有效的消除汞污染,當污水的含量中汞占了0.1~1.0ppm時,經活性炭吸附后可能減少到0.01~0.05ppm[2]。
(四)混凝
混凝實際上屬于一種十分常見的水處理物理化學方式,利用向污水中投放一定的混凝劑,促使其中的膠粒物質出現(xiàn)凝聚和絮凝的狀態(tài),由此將水質進行凈化分離?;炷龑嶋H上屬于凝聚作用和絮凝作用的一個綜合性稱呼,凝聚實際上是電解質的投放,減少膠粒電動電勢或使其消失,由此降低膠體顆粒的穩(wěn)定性,脫穩(wěn)膠粒相互凝Y形成,后者實際上是高分子物質的一種吸附性連接,促使膠體顆粒相互凝聚。
二、物理化學方法的未來發(fā)展趨勢
(一)光催化氧化技術
光催化氧化技術的實施需要建立在催化劑的條件下,由此才能實現(xiàn)自身的光化學降解作用,其類型主要被分成均相降解和非均相降解兩種。均相光催化降解的介質是Fe2+Fe3+H2O2其主要利用光助芬頓反應的發(fā)生來良好的降解污水中的污染物。非均相催化降解需要在污水中投放適當?shù)墓饷舭雽w材料,例如,常用的TiO2、ZnO等,之后由于光的輻射作用,導致光敏半導體材料基于太陽光的照射出現(xiàn)電子空穴,由此良好的將污水中的溶解氧、水分子等產生作用,由此產生氧化能力強大的自由基[3]。
(二)膜法水處理技術
膜其實際上是一種具有選擇性的分離功能性材料,利用膜的選擇性分離方式能夠實現(xiàn)料液的良好區(qū)分,實現(xiàn)污染物的分離,之后純化水,該過程就被看作是膜分離的過程。該種污水處理技術和傳統(tǒng)型的過濾方式存在差異,其差異化表現(xiàn)在膜可以在固定的分子范圍完成分離,且是物理過程的表現(xiàn),不需要添加其他的物質。膜的孔徑通常是微米級的,主要按照孔徑的尺寸來劃分類型,即常見的微濾膜、超濾膜、納濾膜等;還會按照材料選擇分成有機或者無機的,無機膜主要包含陶瓷膜和金屬膜兩種,由于以上兩種材料的過濾精度相對很小,因此其應用受到限制[4]。有機膜實際上都是高分子材料制造的,例如,醋酸纖維素、芳香族聚酰胺等。
反滲透法實際上也被劃入到膜分離技術中,其依靠半透膜的實際作用,將溶質阻擋在外面,如果污水的壓力超過了滲透壓的范圍,廢水可能流入到清水中,利用反滲透的形式,廢水被濃縮,良好凈化水質,作用顯著。
(三)超聲接入技術
聲化學技術出現(xiàn)之后,功率超聲一杯應用到污水的處理中,是污水處理的有效方式,由于該種降解方式相對比較溫和,且降解的速度很快,因此得到了廣泛的使用,還能單獨的和其他類型的污水處理技術結合應用。超聲接入技術針對于工業(yè)廢水的有機物降解作用最顯著,處理效果更加直接,能直接將污水中很多有害的物質轉化成水和二氧化碳,無機離子比有機物的毒性顯著降低,且不出現(xiàn)二次污染的狀況。
綜上所述,處理降解難度大且濃度高的有機廢水時,物理化學方式實際上是效果最好的,其污水處理具有普遍性和高效率的特征,在未來的發(fā)展和創(chuàng)新中將會面對更多的機會。
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關鍵詞:信息化;應用型本科;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)
中圖分類號:G640 文獻標識碼:A 文章編號:1673-2596(2016)08-0230-02
作為我國高等教育的重要組成部分,應用型本科大學是高等教育由精英式教育向大眾教育轉變的產物,它主要培養(yǎng)和輸出從事解決實際問題的高級技術應用型人才,它的發(fā)展一直受到我國學界廣泛關注。經過多年的發(fā)展,我國應用型本科由過去的規(guī)?;l(fā)展已過渡到內涵發(fā)展的階段。在多層動因的作用下,應用型本科大學的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育不斷取得新進展,但創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育所取得的實踐成效還不盡如人意,面臨許多亟待解決的問題。當前,高等教育處于信息化創(chuàng)新與變革的大數(shù)據(jù)時代,教授和學習的內容及方式也隨之發(fā)生了較大的變化。應用型本科大學有必要認真分析教育教學中所面臨的問題和信息化時代的挑戰(zhàn),改革教學模式,構建相對完整的教學體系,尋找一條順應時展要求的高校特色發(fā)展的路徑。
一、信息化時代對應用型本科大學發(fā)展的要求
(一)應用型本科發(fā)展現(xiàn)狀及問題
應用型大學教育是我國高等教育進入大眾化階段而逐漸明晰的一種高等教育類型。這類大學是以培養(yǎng)面向生產和服務一線應用型高級人才為主要功能的。應用型高等教育的發(fā)展與聯(lián)合國教科文組織所指定的《國際教育標準分類法》的5A2型教育相對應,并側重于應用教育。現(xiàn)階段,大批中職、中專經過合并重組,升格為高職院校,而原有的高職高專升格為應用型本科院校。據(jù)統(tǒng)計,目前我國有600多所應用新本科大學,占整個高校比例的一半以上,是我國高等教育的重要組成部分和高等教育大眾化的主力軍。雖然,我國應用型高等教育已具相當規(guī)模,但與科研型高等教育相比,理論研究和改革實踐相對滯后,缺乏對應用型本科教育全面而系統(tǒng)的認識。而且許多應用型本科院校在對教學課程的設置、教學內容的選擇和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的方式等方面未能及時革新,照搬或模仿重點本科院校的做法,對人才的培養(yǎng)模式趨同性較強,缺乏教育教學特色。
(二)信息化時代對應用型本科院校發(fā)展的要求
近幾年來,隨著信息技術和移動互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)式增長,人們的生活、學習和思想觀念都發(fā)生巨大的變化。新媒體也正推動傳統(tǒng)的科研及高等教育方式變革。在這個信息化創(chuàng)新和技術變革的大背景下,高等教育的教授內容、教學方式、教育手段和學生學習方式也開始發(fā)生變革。這些變革正在撼動已知的教育體系,并且涉及到高等教育的方方面面,對應用型本科發(fā)展提出了更高的要求。
1.技術更新。信息時代,信息資源、信息技術和設備都在不斷的更新,對應用型院校的發(fā)展提出了更高的要求。在教學設備方面,學校需要配備或更新越來越多的計算機、通信、網(wǎng)絡等軟硬件,以便于學校的管理和教學。要將信息技術與教育結合起來,運用多媒體技術、遠程信息技術以及虛擬現(xiàn)實技術對大學生開展職業(yè)教育活動,為教與學構建良好的氛圍和環(huán)境,為教與學提供便利;利用信息技術的吸引力,使之成為激勵教師和學生們學習的啟動器。
2.內容變革。信息時代,要求應用型本科教育資源共享,突破地域局限,培養(yǎng)有更多具備信息素養(yǎng)、掌握熟練信息技術的專業(yè)人才。因而,在高等教育階段,對大學生的教育教學要進行現(xiàn)代化的改革,在教學內容方面,需要將傳統(tǒng)的教育靈魂和先進的技術相融合,將傳統(tǒng)的教學物理空間與新興的網(wǎng)絡教學進行無縫對接,以便學習者通過接受信息化的教育,掌握信息化技術。同時,由于信息技術的發(fā)展及其對應用型本科教育的影響,教育理論體系將要重構,教師的主體角色也將重新定位。在當前信息化社會環(huán)境下,學生獲取知識的主要途徑將會來自于網(wǎng)絡,獲取知識不在局限于傳統(tǒng)的課堂,學生甚至可能比教師懂得還多。這就要求教師重新思考教育現(xiàn)實,更新教育觀念。同時學校要創(chuàng)造條件,讓教師感受信息技術給教育與學習帶來的的魅力和影響,不斷提高教師繼續(xù)教育的實效性。
二、信息化背景下應用型本科院校特色發(fā)展路徑的構建
(一)創(chuàng)新教育理念
教育理念是學校辦學的根基,對學校的發(fā)展起著重要的作用。在信息化社會,高等教育也必然走信息化之路,創(chuàng)新不僅是提高教育教學管理水平的需要,是應用型大學信息化建設決策的重要依據(jù)。創(chuàng)新教育是一種新的教育模式,是在新的教育思想觀念指導下,運用現(xiàn)代教育技術和方法,促使受教育者個性不斷得到發(fā)展,形成適應經濟、科技和社會發(fā)展需求、能夠不斷創(chuàng)新的知識的能力和素質結構。信息化時代的到來,為教育現(xiàn)代化提供了可能,應用型本科學校的教育理念也應該以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為主導,以培養(yǎng)應用型高素質人才。
在經濟轉型的大環(huán)境下,總理發(fā)出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的號召。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的教育必將成為應用型本科大學改革和發(fā)展的新方向。要把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為長期發(fā)展目標,就要在提高學生的職業(yè)技能和素養(yǎng)的同時,注重對教師的培養(yǎng)和提高。因為,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育需要有扎實的理論基礎和實戰(zhàn)經驗的教師為學生提供指導。目前來說,這類高素質的指導教師還相對匱乏,因此,應用型本科大學轉變教育理念,不拘一格引進和培養(yǎng)“雙師型”人才。
(二)提高學生獲取、分析、利用信息的能力
世界已經進入信息時代,信息高速公路能夠以最快的速度把人類最新的科學文化成果傳到世界的各個角落。高等教育要實現(xiàn)創(chuàng)新,就要完善計算機網(wǎng)絡系統(tǒng),提升學生獲取、分析、利用信息的能力,通過互聯(lián)網(wǎng)把學生的視野拓展到世界。信息技術與學科教學整合,應成為應用新本科大學教育工作者的共識。
利用信息技術來提高學生學習專業(yè)知識和應用信息技術的興趣,需要從以下幾個方面入手:首先,將學科知識和信息技術的教與學融為一體,以信息技術和教學媒體設備為載體,發(fā)揮多媒體及網(wǎng)絡資源的優(yōu)勢,在課堂上生動展示所要教授的專業(yè)知識,做到既豐富其內容,又豐滿其形象,以激發(fā)學生的積極性,促使他們主動參與到教學活動中來。有意識地加強信息技術與學科的橫向聯(lián)系,甚至可以打破學科界限,進行綜合教學,開展多種形式的聯(lián)合教學。其次,開展多種形式的實踐體驗式教學活動,以“走出去調研,請進來報告”,著重強調對信息技術的運用,以提高獲取信息、分析信息的能力為目的,在讓學生在實驗、調研或實踐的潛移默化中提高認識問題,解決問題。同時,應重視信息檢索與利用,增強學生情報意識,循序漸進地掌握信息檢索的技能,使學生掌握信息檢索的方法和途徑。高度重視相關信息課程的建設,深入開展教學改革,提高學生分析處理信息的能力。最后,在教學方式上要借助信息技術和多媒體資源,改變單純的教學方式,實行課堂教學、網(wǎng)絡教學和實踐教學相結合的模式,讓原本枯燥的課堂變得生動有趣,提高學生理論水平和信息技術技巧。
(三)加強信息化時代的課程體系創(chuàng)新,加強“微課”和“MOOC”建設
隨著手持移動信息終端的普及和無線網(wǎng)絡全覆蓋,微課和MOOC課程大行其道,它符合時下網(wǎng)絡傳播的特性,微、短、快,有利于高校學生的自主學習和個性化需求。加強信息化時代的課程體系創(chuàng)新,離不開“微課”和“MOOC”的建設。微課是指以視頻為主要載體,展示教師在課堂教育教學過程中,圍繞某個知識點或教學環(huán)節(jié)而開展的精彩教與學活動的課程。它是教師授課的改良版,不會從根本上改變傳統(tǒng)課件教學的方式和人才培養(yǎng)模式。而MOOC,是大規(guī)模在線開放課程Massive Open Online Course的簡稱,與以往的職業(yè)化教育相比,MOOC能夠更好地促進職業(yè)教育平衡、穩(wěn)固和快速地發(fā)展。“微課”和“MOOC”將帶來前所未有的開放性。應用型本科大學在進行課程體系創(chuàng)新前有必要思考:是否有利于傳承學校的人文素質,是否有助于夯實課程基礎,是否便于拓展課程資源,是否能夠深化課程交流。如果這幾個方面都能落實,便可以有針對性地依據(jù)教學目標做相應的課程設計,做到全面系統(tǒng)地把握課程的內容,突出教學內容的應用性。在教學體系的建設上,要圍繞培養(yǎng)應用型人才為目標,做好資源整合與管理以及課程建設,以便為應用型人才提供教學支持和保障。
(四)積極服務地方,促進高校與社會的融合
應用型本科大學肩負著滿足地方求學、為地方培養(yǎng)人才和服務地方經濟文化建設的重要職責。應用型本科學校的定位是培養(yǎng)應用型人才,更不能脫離社會,應該辦成“沒有圍墻的大學”,在移動學習、遠程學習、在線學習、泛在學習等領域發(fā)揮更大的作用,為全民學習和終身教育提供優(yōu)質豐富的資源和環(huán)境。同時,可以整合學校、家庭、社區(qū)等資源,打造全方位現(xiàn)代化人才培育網(wǎng)絡體系。
促進高校與社會的融合,是應用型本科院校參與和服務社會的重要途徑。在信息時代,加強應用型本科大學的基地建設,離不開人、財、物的投人和相關政策制度的支持。讓企業(yè)參與到“應用型人才”的培養(yǎng)的課程創(chuàng)新體系中來,共同制定信息化背景下的應用型人才培養(yǎng)方案,有利于促進應用型本科大學與社會的融合。開展“頂崗實習、置換培訓”等新型的教學,既有利于學生獲得實際工作經驗與創(chuàng)新能力,又能夠積極服務地方。
注重理論教學與實踐教學相結合,堅持工程科學教育與實踐訓練并重,加強對學生應用能力的培養(yǎng)和訓練,堅持專業(yè)技術教育與綜合素質教育有機結合的,是應用型本科教育所必須具備的個性和特色。在信息化時代背景下,應用型本科大學必須依據(jù)學校的特點和實際情況,加速改革步伐,利用現(xiàn)代教育技術手段和平臺開展創(chuàng)新校教育,才能推動應用高等教育向更高層次發(fā)展,走出一條將傳統(tǒng)教育與信息化教育相結合的創(chuàng)新之路。
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素質教育是一種著眼于發(fā)展,著力于基礎的教育,其根本出發(fā)點是提高全民族的整體素質。因此,素質教育必須面向全體學生,培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展的人才?;瘜W是中學教學中的一門重要的基礎學科,掌握一定的化學知識是每個現(xiàn)代公民必須具備的科學素質之一。這就要求我們決不能把化學教學搞成僅為少數(shù)學生的升學服務,而大搞“題海戰(zhàn)術”,走“應試教育”的老路,使學生負擔過重,妨礙學生全面發(fā)展。然而,強調面向全體學生,也并不是“齊步走”、“一刀切”或“扯平拉齊”,要承認學生的客觀差異,根據(jù)不同學生的學習水平作出不同的目標要求。一要保障優(yōu)秀學生的正常發(fā)展,不能使他們處于“嗷嗷待哺”狀態(tài),要盡可能滿足他們的求知愿望,使他們的潛能得到充分開發(fā);二要提高中等學生的現(xiàn)有水平,讓他們“吃好”,鼓勵他們趕超優(yōu)等生;三要加大轉變后進生的力度。
二、強化德育功能,培養(yǎng)現(xiàn)代意識是貫徹素質教育的標志
進行素質教育,思想道德素質起著導向、動力和保證的作用,是衡量素質教育能否得到強化的重要標志。德育工作并不僅只是校長、班主任和政治課教師的事,而應滲透到各個學科中去?!敖虝恕笔敲總€教師的責任,化學課也不例外。
1、依靠化學學科的特點進行辯證唯物主義教育?;瘜W學科本身充滿著辯證唯物主義思想方法,我們可以在化學教學中通過質量守恒定律、分子、原子、離子、質子、中子、電子等建立學生的辯證唯物主義物質觀;通過氧化與還原、化合與分解、溶解與結晶等內容樹立學生的對立統(tǒng)一的觀點;通過元素周期律等內容幫助學生理解量變到質變的規(guī)律;通過酸、堿、鹽、氧化物間的相互關系以及烴和烴的衍生物之間的衍變關系培養(yǎng)學生的聯(lián)系轉化的觀點。
2、在化學教學中,應結合教學內容不失時機地向學生進行愛國主義教育?;瘜W發(fā)展史是對學生進行愛國主義教育的好素材。教學時,應確定好知識傳授與德育的最佳結合點,潛移默化地自然滲透,達到“潤物細無聲”的境界。如我國是世界上最早利用煤、石油和天然氣的國家,古代的四大發(fā)明,化學方面就占了二項;愛國科學家侯德榜創(chuàng)造的“侯氏制堿法”填補了我國“純堿”工業(yè)的空白;我國首先在世界上合成了具有生物活性的“結晶牛胰島素”;等等。特別是改革開放以來,我國化學工業(yè)迅猛發(fā)展,鋼鐵、能源、水泥、化纖等年產量均居世界前列。這樣,寓德育于化學教學之中,點燃學生的愛國之火,使學生產生強烈的民族自豪感和使命感,堅定他們?yōu)樽鎳F(xiàn)代化建設而努力學習的信心。
三、養(yǎng)成思維習慣,學會思維方法是落實素質教育的核心
21世紀更需要能力型人才。民族的進步,國家的富強是同整個國民的素質是密切相關的,因而我們應重視學生能力的培養(yǎng)?;瘜W教學中能力的培養(yǎng)主要包括觀察能力、實驗能力、思維能力、自學能力等的培養(yǎng),而發(fā)展思維能力是能力培養(yǎng)的核心。在教學中,我們應使學生養(yǎng)成良好的思維習慣,學會科學的思維方法,諸如求同思維、求異思維、逆向思維和聯(lián)想思維等。求同思維是教學中常用的思維方式。求異思維是一種創(chuàng)造性思維,要求學生對同一材料從不同角度、不同形式、不同耦聯(lián)關系去探索結論。因此,在化學教學中應注重加強這方面的訓練。例如,二氯苯有三種同分異構體,四氯苯有幾種同分異構體?按常規(guī),學生會先寫出四氯苯的一種結構式,然后用變換氯原子位置的方法逐一去找,此法很慢且易出錯。若能變換角度去考慮:二氯苯的三種同分異構體是二個氯原子在苯環(huán)上分別呈鄰、間、對位,如果我們改換一下觀察問題的角度,把四氯苯看成是苯環(huán)上兩個氫原子分別呈鄰、間、對位,就很容易知道四氯苯也有三種同分異構體。培養(yǎng)學生的求異思維,應做到對一式或一題要多思、多變、多解、多聯(lián),才能使學生的思維不局限于某一固定思維模式之中,受思維定勢的束縛,表現(xiàn)出思維的靈活性、變通性和發(fā)展性。
聯(lián)想思維是指對有相似特點的事物通過對比聯(lián)想,推測其它方面相似性的一種邏輯思維方法?;瘜W教學中,有許多物質之間存在著相似的結構特點,因而具有相似的化學特性。如硫氰〔(SCN)2〕與鹵素有相似的結構特點,從而性質也相似。這樣,通過類比聯(lián)想,寫出硫氰與NaOH溶液、乙烯等反應的化學方程式。由醛基官能團的特性,可聯(lián)想到具有這種官能團的物質,如醛類、甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯、葡萄糖等都可能發(fā)生銀鏡反應。由相似性質的氣體可聯(lián)想到其有相同的制備裝置。如:O2、NH3、CH4組,Cl2、HCl組,H2、CO2、H2S組等。學生一旦掌握了聯(lián)想思維的方法,就可舉一反三,減輕學生負擔。
四、增強應用化學知識解決實際問題的能力是提高學科素質教育的重要手段
知識的積累,智力的發(fā)展,能力的提高,重在于應用。學生的化學素質不僅在于其掌握化學知識的多少,也不僅僅在于其能解多少化學難題,更重要的是看他能否運用化學知識去理解、解決生活中的化學問題,去學習新知識以適應社會發(fā)展的需要。因此,在化學教學中應緊密聯(lián)系生活、生產、科技等方面的知識,訓練學生應用化學知識解決實際問題的能力。
首先,讓學生從解釋身邊化學現(xiàn)象、處理身邊化學問題做起,引導學生用所學知識去觀察生活、解釋生活中的化學現(xiàn)象,處理一些生活實際中的問題。例如,可結合消防常識介紹一些滅火器的類型、用途及操作方法。如在介紹泡沫滅火器時,可問學生:滅火器中盛裝的是什么溶液?玻璃筒中裝的是什么?鐵筒中裝的是什么?使用時發(fā)生了什么反應?它的滅火原理是什么?滅火時應該怎樣操作?
關鍵字化學;提高成績;快速
【中圖分類號】G633.8文獻標識碼:B文章編號:1673-8500(2013)01-0379-02
1觀察
人們對客觀世界的正確認識,是在反復觀察、實驗的基礎上形成的。觀察既然如此重要,在學習化學知識時,應掌握哪些具體的要求呢?
1.1迅速?;瘜W實驗中,有很多實驗要求在很短的時間內準確讀出兩個或兩個以上的數(shù)據(jù),這就要求有很快的觀察速度。
1.2準確。就是要縮小由于觀察帶來的誤差。
1.3深刻。就是要抓住那些往往是比較隱蔽的現(xiàn)象而往往又是本質的化學過程。例如浮沉子實驗中,當用手壓下瓶口的橡皮膜時,浮沉子會下沉。而下壓引起下沉的本質是下壓使浮沉子上部的空氣柱的體積減小,所受浮力減小所至。
1.4仔細。有些化學現(xiàn)象的變化不明顯,要求仔細觀察,并能分辨出細微差別。
2思維
思維,是人腦對客觀世界的一種間接的、概括的反映,是將觀察、實驗所取得的感性材料進行思維加工,上升為理性認識的過程。學習過程就是一種思維活動,而思維活動也有一定的方法。
化學思維的方法包括分析、綜合、比較、抽象、概括、歸納、演繹等,在化學學習過程中,形成化學概念以抽象、概括為主,建立化學規(guī)律以演繹、歸納、概括為主,而分析、綜合與比較的方法滲透在整個化學思維之中。特別是解決化學問題時,分析、綜合方法應用更為普遍,如下面介紹的順藤摸瓜法和發(fā)散思維法就是這些方法的具體體現(xiàn)。
2.1順藤摸瓜法:即正向推理法,它是從已知條件推論其結果的方法。
2.2發(fā)散思維法:即從某條化學規(guī)律出發(fā),找出規(guī)律的多種表述。這是形成熟練的技能技巧的重要方法。
例如,從歐姆定律以及串并聯(lián)電路的特點出發(fā),推出如下結論:串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個分電阻,并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個分電阻;串聯(lián)電路中,阻值大的電阻兩端的電壓大,阻值小的電阻兩端的電壓??;并聯(lián)電路中,阻值大的電阻通過的電流小,阻值小的電阻通過的電流大。
3實驗
實驗是化學科學的基礎,也是化學知識的源泉,加強實驗是化學教學的時代特征,又是提高化學教學質量的先決條件。同樣,實驗也是形成化學概念、建立化學規(guī)律的重要方法,化學學習就是通對化學現(xiàn)象、過程獲得必要的感性認識,這種感性認識可以來源于學生的生活,也可以來源于實驗提供的化學事實。從生活中得到的感性材料通常來自復雜的運動形態(tài),本質的、非本質的因素通常交融在一起,僅通過這種途徑形成概念、建立規(guī)律有相當?shù)睦щy。而實驗則可提供經過簡化和純化了的感性材料,它能使學生對化學事實獲得明確、具體的認識。例如,初中化學教材中,影響蒸發(fā)快慢的因素是直接從日常生活經驗中分析歸納得出的結論;聲音的發(fā)生是從實驗現(xiàn)象中分析歸納得出的結論;杠桿平衡條件是由大量的實驗數(shù)據(jù),經歸納和必要的數(shù)學處理得到的結論;液體的壓強是先從實驗現(xiàn)象中得出定性的結論,再進一步尋求嚴格的定量關系。
化學教學過程中,化學教師對實驗教學的重視程度是影響教學質量的重要因素,學生對實驗的重視程度則是影響學習質量的重要因素。在化學學習時,要求做到如下幾點:①認真觀察課堂演示實驗;②獨立完成學生分組實驗和課外小實驗,勤動手、敢動手;③自己設計和制作某些簡單模型或玩具;4.逐步養(yǎng)成用實驗解決化學問題的習慣。
4遷移
遷移就是基本原理在其它條件下的運用。俗話說“學以致用”,就是將所學知識、方法應用于社會實踐中去,其本質就是遷移。在化學學科中,有許多內容體現(xiàn)了遷移原則,它表現(xiàn)在以下幾個方面:
二、強化德育功能,培養(yǎng)現(xiàn)代意識是貫徹素質教育的標志 進行素質教育,思想道德素質起著導向、動力和保證的作用,是衡量素質教育能否得到強化的重要標志。德育工作并不僅只是校長、班主任和政治課教師的事,而應滲透到各個學科中去?!敖虝恕笔敲總€教師的責任,化學課也不例外。
1依靠化學學科的特點進行辯證唯物主義教育。化學學科本身充滿著辯證唯物主義思想方法,我們可以在化學教學中通過質量守恒定律、分子、原子、離子、質子、中子、電子等建立學生的辯證唯物主義物質觀;通過氧化與還原、化合與分解、溶解與結晶等內容樹立學生的對立統(tǒng)一的觀點;通過元素周期律等內容幫助學生理解量變到質變的規(guī)律;通過酸、堿、鹽、氧化物間的相互關系以及烴和烴的衍生物之間的衍變關系培養(yǎng)學生的聯(lián)系轉化的觀點;……總之,在化學教學中主觀能動地進行辯證唯物主義教育,有利于學生樹立正確的世界觀,用辯證唯物主義的思想方法來分析問題、解決問題。
2在化學教學中,應結合教學內容不失時機地向學生進行愛國主義教育?;瘜W發(fā)展史是對學生進行愛國主義教育的好素材。教學時,應確定好知識傳授與德育的最佳結合點,潛移默化地自然滲透,達到“潤物細無聲”的境界。如我國是世界上最早利用煤、石油和天然氣的國家,古代的四大發(fā)明,化學方面就占了二項;愛國科學家侯德榜創(chuàng)造的“侯氏制堿法”填補了我國“純堿”工業(yè)的空白;我國首先在世界上合成了具有生物活性的“結晶牛胰島素”;等等。特別是改革開放以來,我國化學工業(yè)迅猛發(fā)展,鋼鐵、能源、水泥、化纖等年產量均居世界前列。這樣,寓德育于化學教學之中,點燃學生的愛國之火,使學生產生強烈的民族自豪感和使命感,堅定他們?yōu)樽鎳F(xiàn)代化建設而努力學習的信心。
3在化學教學中,要加強化學與社會、化學與人的關系的教學,使學生了解化學與現(xiàn)代社會的關系和影響。教學中,結合教學內容適時穿插和滲透一些現(xiàn)代社會面臨的、急需解決的重大問題,如淡水資源的危機、主要能源(煤和石油)的危機、環(huán)境污染(臭氧層破壞、溫室效應、酸雨等)。如在教學“NO和NO2是污染大氣的重要污染物”時,可介紹這些氮氧化合物受日光紫外線的照射后,發(fā)生一系列光化學反應,形成光化學煙霧污染事件。如1943年9月,發(fā)生在美國的“洛杉磯煙霧”就是光化學污染的典型事件。學到SO2、SO3的性質時,告訴學生硫氧化合物會污染環(huán)境,嚴重危害人們的健康。1952年12月發(fā)生在英國的震驚世界的“倫敦煙霧”事件就屬此例。再如由CO2、CH4等引起的“溫室效應”,氯氟烴引起的臭氧層破壞,塑料形成的“白色污染”等等。以此培養(yǎng)學生形成三個觀念:愛護淡水資源節(jié)約用水的觀念;防止污染,保護良好生態(tài)環(huán)境的觀念;節(jié)約能源,合理利用現(xiàn)有能源的觀念。強化兩個現(xiàn)代意識:科技意識和減災意識
三、養(yǎng)成思維習慣,學會思維方法是落實素質教育的核心 21世紀更需要能力型人才。民族的進步,國家的富強是同整個國民的素質是密切相關的,因而我們應重視學生能力的培養(yǎng)?;瘜W教學中能力的培養(yǎng)主要包括觀察能力、實驗能力、思維能力、自學能力等的培養(yǎng),而發(fā)展思維能力是能力培養(yǎng)的核心。在教學中,我們應使學生養(yǎng)成良好的思維習慣,學會科學的思維方法,諸如求同思維、求異思維、逆向思維和聯(lián)想思維等。
求同思維是教學中常用的思維方式。求異思維是一種創(chuàng)造性思維,要求學生對同一材料從不同角度、不同形式、不同耦聯(lián)關系去探索結論。因此,在化學教學中應注重加強這方面的訓練。例如,二氯苯有三種同分異構體,四氯苯有幾種同分異構體?按常規(guī),學生會先寫出四氯苯的一種結構式,然后用變換氯原子位置的方法逐一去找,此法很慢且易出錯。若能變換角度去考慮:二氯苯的三種同分異構體是二個氯原子在苯環(huán)上分別呈鄰、間、對位,如果我們改換一下觀察問題的角度,把四氯苯看成是苯環(huán)上兩個氫原子分別呈鄰、間、對位,就很容易知道四氯苯也有三種同分異構體。培養(yǎng)學生的求異思維,應做到對一式或一題要多思、多變、多解、多聯(lián),才能使學生的思維不局限于某一固定思維模式之中,受思維定勢的束縛,表現(xiàn)出思維的靈活性、變通性和發(fā)展性。
逆向思維是從順向思維的反方向去思考問題,也就是通常所說的“反過來想一想”。在化學知識中,有大量的可逆思維的素材。如元素的“構、位、性”互推,有機物官能團與化學性質的互推,各種不同濃度的互算,根據(jù)化學方程式的計算,有機化合物合成路線的選擇等逆向思維訓練的教學內容,以此促進學生逆向思維能力的形成和發(fā)展。
聯(lián)想思維是指對有相似特點的事物通過對比聯(lián)想,推測其
它方面相似性的一種邏輯思維方法。化學教學中,有許多物質之間存在著相似的結構特點,因而具有相似的化學特性。如硫氰〔(SCN)2〕與鹵素有相似的結構特點,從而性質也相似。這樣,通過類比聯(lián)想,寫出硫氰與NaOH溶液、乙烯等反應的化學方程式。由醛基官能團的特性,可聯(lián)想到具有這種官能團的物質,如醛類、甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯、葡萄糖等都可能發(fā)生銀鏡反應。由相似性質的氣體可聯(lián)想到其有相同的制備裝置。如:O2、NH3、CH4組,Cl2、HCl組,H2、CO2、H2S組等。學生一旦掌握了聯(lián)想思維的方法,就可舉一反三,減輕學生負擔。四、增強應用化學知識解決實際問題的能力是提高學科素質教育的重要手段
知識的積累,智力的發(fā)展,能力的提高,重在于應用。學生的化學素質不僅在于其掌握化學知識的多少,也不僅僅在于其能解多少化學難題,更重要的是看他能否運用化學知識去理解、解決生活中的化學問題,去學習新知識以適應社會發(fā)展的需要。因此,在化學教學中應緊密聯(lián)系生活、生產、科技等方面的知識,訓練學生應用化學知識解決實際問題的能力。
首先,讓學生從解釋身邊化學現(xiàn)象、處理身邊化學問題做起,引導學生用所學知識去觀察生活、解釋生活中的化學現(xiàn)象,處理一些生活實際中的問題。例如,可結合消防常識介紹一些滅火器的類型、用途及操作方法。如在介紹泡沫滅火器時,可問學生:滅火器中盛裝的是什么溶液?玻璃筒中裝的是什么?鐵筒中裝的是什么?使用時發(fā)生了什么反應?它的滅火原理是什么?滅火時應該怎樣操作?再如學到《硫硫酸》一章的計算題時,不妨讓學生算一算所居住的城市一年由于燒含硫的煤向空氣中排放多少SO2,能形成酸雨的量,酸雨對大自然有什么危害,如何治理等問題,強化學生的環(huán)境保護意識。對農村學生可提出如何科學使用化肥,各種不同的化肥對土壤酸堿性有何影響,并用鹽類水解知識解釋,使學生了解科學種田的重要意義。諸如此類問題,不勝枚舉。
其次,盡可能多地讓學生了解化學對現(xiàn)代社會的影響,了解化學在現(xiàn)代科學技術、生活中占有的重要地位。從電子計算機、生物工程、新材料、新能源、空間技術、海洋工程等領域,擷取富有知識性、趣味性的材料,擴大學生的科學視野,激發(fā)他們的求知欲,增強他們應用化學知識了解自然、了解社會、促進社會發(fā)展的自覺性。
關鍵詞:情景教學;物理化學;課程教學
從2013年開始我國進入產業(yè)結構調整優(yōu)化和轉型升級的新階段,產業(yè)結構的轉型升級在數(shù)量、層次和結構上增加了對既具備扎實理論基礎,又有實踐操作能力的應用技術型人才的多樣需求[1]。有研究表明:目前我國高級工、高級技師和高級工程師等技術應用型人才求人倍率分別高達2.34、2.25、2[2]。為滿足新形勢下對應用技術型人才的需求,我國對高等教育做出了新的部署,提出采取試點+示范引領等方式引導一批普通本科高等學校向應用技術類型高等學校轉型。面對轉型發(fā)展這個現(xiàn)實問題,地方高校以培養(yǎng)高素質應用型人才為目標,積極推進人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新,逐步改革和完善人才培養(yǎng)體系。課程教學在人才培養(yǎng)過程中具有至關重要的作用,為切實提高應用型化學化工專業(yè)特色人才的培養(yǎng)質量,適應當前地方高校應用技術轉型發(fā)展人才培養(yǎng)模式改革的需求,各位教育工作者在教學方面都在認真貫徹教學內容、教學方法和教學手段的改革[3],不斷提高學生理論與實踐相結合的能力,培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力,強化學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。物理化學作為化學化工專業(yè)的核心課程,其與物理學、高等數(shù)學和化學基礎理論具有緊密聯(lián)系,互相滲透。與其它專業(yè)課程相比,物理化學的理論性強,公式繁瑣,模型抽象,內容枯燥,是一門公認的難教難學的課程。在傳統(tǒng)的物理化學教學中,主要以課堂講授為主,機械式地向學生灌輸大量抽象的理論和復雜的公式,致使學生產生厭學情緒,嚴重影響物理化學課堂學習效果。如何通過物理化學課堂教學方法的改革,激發(fā)學生學習興趣,提高學生分析問題,解決問題的能力是物理化學課程教學中亟待解決的問題。情景教學主要是教師圍繞教學內容,有目的地引入或創(chuàng)設一個真實或虛擬的情景,讓學生參與到教學過程中,激發(fā)其主動學習的興趣,通過分析問題、解決問題和掌握問題能力的培養(yǎng),提高學生的思考能力和實踐能力,最終實現(xiàn)教學目標的一種教學方法[4]。筆者在物理化學課堂教學實踐中廣泛采用情景教學法,調動學生學習的積極性,充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用?,F(xiàn)就筆者在實踐教學中通過問題設置、實驗探究、化學史實、多媒體技術、生活實際及社會熱點等方法創(chuàng)設教學情境的應用作簡要介紹。
1創(chuàng)設問題情景,激發(fā)學習興趣
學生學習行為的開展是以其學習心理為基礎的,抓住學生學習心理特點,合理開展課堂教學活動,有助于提高學生學習效果[5]。在化學化工專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案中,物理化學課程基本開設在第五、六學期,此階段學生平均年齡在21歲左右,不僅具有對未知事物強烈的探索欲望,而且具有較強的學習能力和理解能力。在課堂教學中引入積極有深度的問題,能夠引發(fā)學生探求新知的積極性,培養(yǎng)學生自主學習能力。問題情景的創(chuàng)設不僅需要與教學目標相符,緊密聯(lián)系教學內容,還需要基于學生已有的認知水平,具有啟發(fā)性、條理性,同時符合循序漸進的認知規(guī)律才能逐步引導學生啟發(fā)思維、探求新知。例如,熱力學第一定律的應用是化學熱力學基礎內容中的重點,其包含功、熱、焓、熱力學能、熱容等量值計算,涉及到簡單的P/V/T過程、相變化過程和化學變化過程等。該部分內容抽象、枯燥,理論性強,如何引起學生對該部分內容的學習興趣至關重要。鑒于現(xiàn)階段學生好奇心強烈的特點,可以合理設問,引導學生自主探索知識,解決問題。在本學時內容講解時,筆者首先向學生介紹科普知識,例如,近年來我國科學技術的發(fā)展突飛猛進,尤其是航空航天技術的發(fā)展可謂是日新月異,火箭主要依靠攜帶的推進劑(燃料和氧化劑)發(fā)生燃燒反應,釋放大量熱氣從火箭發(fā)動機噴射出,產生推動力,直到火箭達到極高的運行速度。此時學生對航天技術的神秘性產生了情感升華,對航天技術和化學的聯(lián)系產生了濃厚的探知興趣,借此向學生設置問題:火箭這一龐然大物究竟要攜帶多少推進劑才可以完成預定的飛行計劃?引發(fā)學生思考。隨后向學生介紹熱容、相變熱、相變焓、標準摩爾反應焓、標準摩爾生成焓、標準摩爾燃燒焓以及蓋斯定律等定義,協(xié)助學生逐步探討化學反應焓變和熱力學能變、溫度的關系,最后逐步掌握化學反應過程中焓變和熱力學能變的計算,破解火箭飛行需要攜帶多少推進劑的問題。在該過程中,通過科普知識設問,調動了學生學習的積極性,有助于引導學生自主學習,使學生掌握學習的重點,具備解決問題的能力,獲得學習的成就感,提高學習效果。
2設計探究實驗,分析解決問題
物理化學是一門實踐性很強的學科,其學習目的不僅是理解和掌握物理化學的概念和原理本身,更重要的是將所學的知識應用于實踐中,分析和解決實際問題,創(chuàng)造出新成果。教師可以設計與教學內容相關的探究實驗,通過實驗前的科學假設、實驗現(xiàn)象和實驗結果的分析,讓學生在實驗的情景中發(fā)現(xiàn)問題,獲得科學理論、規(guī)律和事實。通過設置探究實驗,既讓學生在增強科學體驗的過程中掌握了科學知識,又激發(fā)了學生探究科學和知識規(guī)律的興趣。美國心理學家杰羅姆•布魯納認為,在教學過程中,學生是一個積極的探究者,教師的作用是要形成一種學生能夠獨立探究的情境,而不是提供現(xiàn)成的知識[6]。在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力及實踐能力的同時,培養(yǎng)學生通過實驗方法分析理論和解決問題的能力亦具有重要意義。例如,精餾分離是有機化學實驗中常見的分離方式,其分離原理是物理化學相平衡相關章節(jié)的重點學習內容。在課時內容學習前,讓學生通過精餾的方式分別分離甲苯-苯混合溶液、乙醇-水混合溶液、氯仿-丙酮混合溶液,利用阿貝折射儀檢測精餾塔頂、塔底餾分的組成。餾分組成差異性的結果致使學生對精餾原理產生濃厚的探知欲,引導學生繪制三種混合溶液的沸點-組成圖,結合沸點-組成圖分析得出精餾是一個部分冷凝和部分汽化過程的連續(xù)過程。通過對比甲苯-苯、乙醇-水、氯仿-丙酮三種組成的沸點-組成圖得出混合溶液沸點組成圖有無極大和極小值類型在精餾過程中塔頂、塔底餾分組成的規(guī)律。探究實驗的引入使學生主動去思考,發(fā)現(xiàn)問題,分析問題,通過實踐的方法獲取抽象的理論知識,做到知識的融會貫通。
3結合化學史實,啟發(fā)學生思維
理論知識體系的建立是科學家們不斷發(fā)現(xiàn)、推測、實踐與驗證的過程,化學的發(fā)展史實際上就是一部運用物理和化學實驗方法進行實驗探究,以獲取化學實驗事實,進而建立學科理論的發(fā)展史?;瘜W史料生動地向學生展現(xiàn)了科學家探知理論的艱辛過程。利用化學史實創(chuàng)設教學情境,可以使學生從發(fā)展的高度,以開闊的視野全面深刻地理解知識理論的演變過程,以辯證和發(fā)展的眼光去看待理論成果,激發(fā)學生完善和發(fā)展科學的興趣和動機[7]。例如,人工降雨技術的發(fā)展,可以追溯到1920年南非科學家開展的“給云注射催化劑”的初步試驗,后經全球各國近50年的實驗,探索出利用強吸水性鹽進行人工降雨解決干旱問題或降低冰雹災害的有效方法。通過向學生播放“人工降雨”紀錄片,使學生深入了解人工降雨的原理,利用強吸水性鹽進行人工降雨的利與弊,人工降雨技術發(fā)展的前景。將表面物理化學理論與科技緊密聯(lián)系起來,使學生直觀地體會到所學理論知識的科學價值,啟發(fā)思維,深化理論學習效果。
4利用多媒體技術,變抽象為具體,洞悉重點知識
多媒體技術的發(fā)展充實了課堂教學,其在教學中的應用,對教育教學改革起到了巨大的推動作用。多媒體輔助教學具有傳統(tǒng)教學無法取代的優(yōu)勢,它能結合圖、文、聲、像、景等,創(chuàng)設逼真的教學情景,化抽象為直觀,化靜止為運動,將知識生動形象地展現(xiàn)在學生面前,使學習變得生動有趣,幫助學生理解抽象的物理化學概論及原理,啟發(fā)學生思維,提高學生的探究能力[8]。例如,在中學化學及大學無機化學中均涉及到電解池的相關原理,相應課本內容均較簡單。由于電解池相關知識點的重要性,物理化學在電化學反應的平衡與速率章節(jié)中再次重點介紹了電解池。心理學研究表明,人們對世界的感知認識總是首先注意那些新的信息,因為它們具有刺激性和吸引力,同樣學生對學習的興趣也在于它是否能提供新的信息[7]。筆者在教學實踐中首先向學生展示電解鋁工作車間的照片、生產過程的錄像,然后推動學生猜測電解鋁槽的結構,隨后結合電解槽的側面剖析圖引導學生了解電解鋁的原理,最后在此基礎上概括總結電解池的相關知識內容。筆者通過利用多媒體技術,將電解池的工作原理具體到化工生產車間應用中,通過計算機模擬化學實驗原理,不僅可以提高實踐教學的質量,同時無形中調動了學生的學習興趣,提高了學生的探究能力。
5聯(lián)系生活實際,結合社會熱點,做到學以致用
學習知識的最大價值在于能夠應用所學知識解決其生活中遇到的實際問題,做到知識的遷移與應用。物理化學知識在實際生活和生產中具有重要應用,在環(huán)境問題、能源問題、食品安全和藥品安全等方面與教學內容相關的教學情境比比皆是。在教學實踐過程中聯(lián)系生活實際,結合社會熱點,創(chuàng)設真實的教學情景,有助于使學生了解所學知識的價值意義。例如,2016年山東警方破獲案值5.7億元非法疫苗案,涉案疫苗未經嚴格冷鏈存儲運輸銷往全國18個省市,引起社會一片恐慌。疫苗是一種脆弱的生物制劑,對溫度的要求敏感,溫度的高低直接關系到疫苗的保質期。筆者在化學反應速率與溫度的關系相關學時內容講授過程中結合該教學情境,引導學生學習阿倫尼烏斯方程,利用阿倫尼烏斯方程的不定積分和定積分形式剖析速率系數(shù)與溫度的關系,再結合已學的化學反應速率方程,計算出不同保存溫度下疫苗的保質期。在該學習過程中,學生清晰地了解了疫苗冷藏儲存的重要性,綜合掌握了化學反應速率方程和阿倫尼烏斯方程的應用,學習目標得到明確,學習效果得到提高。
6結語
物理化學是一門重要的理論課程,傳統(tǒng)教學模式已經不能滿足當下應用技術轉型教育的需求,如何進一步提高教與學的質量,培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應用型人才,需要授課教師不斷的探索、改革和實踐。在物理化學實踐教學中,通過創(chuàng)設豐富多彩的教學情景,有助于激發(fā)學生的學習興趣,促使學生主動學習,提高教學效果。同時,在不同的情景教學中可以提高學生分析問題、解決問題的能力,培養(yǎng)學生的探究能力和創(chuàng)新能力。情景教學的形式多樣化,如何創(chuàng)設與教學內容緊密聯(lián)系的教學情景,做到有目的地組織教學,有目標地培養(yǎng)人才,對一線教育工作者提供了新的挑戰(zhàn)和機遇。
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關鍵詞:化工過程開發(fā)與設計;課程;教學實踐
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)22-0153-02
隨著我國科學技術和國民經濟的迅猛發(fā)展,社會對化學類專業(yè)人才的要求已發(fā)生了很大的變化,對于綜合性大學化學類專業(yè)學生的培養(yǎng)目標和教學改革都提出了新的更高要求。當前,為了配合國家的大眾創(chuàng)業(yè)的要求,使得有關應用性質的工程技術類的課程已受到相應的重視,其教學內容的深度和廣度也在不斷地加強?;み^程開發(fā)與設計是我校應用化學專業(yè)和高分子材料科學與工程的培養(yǎng)計劃中最后一門理論課程,作為大學四年學習的收官課程,在大學教學過程中,這門課對于培養(yǎng)學生在化工過程開發(fā)與設計方面,從事應用和開發(fā)研究能力起到了特定的作用。
由于現(xiàn)在招生規(guī)模的擴大,很多高校的實驗設備的更新沒有跟上,我校的情況也一樣,使得一些實驗性較強的課程內容受到影響,實驗場地和儀器設備無法滿足課程教學的要求,有些實驗無法做到一人一臺套,有些實驗是兩個人一起做,存在一人做一人看的情況,在沒有辦法的情況下,很多學校采取的是重視學生的基礎理論知識的傳授,注重在課堂上講述課程理論,理論的系統(tǒng)性很強,但是工程實踐性的訓練較少,畢業(yè)生的知識點在基礎理論研究方面具有明顯的優(yōu)勢,但是畢業(yè)生缺乏現(xiàn)代工業(yè)生產所必需的工程技術知識,對生產設備、生產控制和生產管理了解甚少,使得其應用能力較弱的弊病依然普遍存在。故很多化學專業(yè)的畢業(yè)生在畢業(yè)分配后的相當長時間內無法適應所從事的技術類的工作。
為了進一步加強工程實踐性教學,我們在2005年對應用化學專業(yè)開始開設了《化工過程開發(fā)與設計》這門課程,2011年開始在高分子材料科學與工程專業(yè)也開設這門課程,通過近10年的教學實踐活動,我們在教學中邊學習,邊改革,逐步形成了一些自己特色的教學方法。
一、教師隊伍建設
現(xiàn)在由于我?,F(xiàn)在引進的博士教師基本上都是從高校到高校,理論知識較強,但是工程應用背景的教師很少,在化學工程領域研究的教師更少,從生產一線走出的教師沒有,如何進行此門課程的教學,使學生在畢業(yè)前的最后一門課程中,對化工開發(fā)與設計有個較好的了解,我們積極采取各項措施,努力提高教師的教學水平。
1.聘請國內著名企業(yè)技術人員來我校進行講學,我們請了九江石化的原總調度來我校對兩個專業(yè),4個班的學生進行講學,結合他自己創(chuàng)辦的超高分子聚乙烯工廠的辦理過程,通過項目的過程,使大家了解一個從化學到化工的全過程,對從實驗室到公司的流程有深刻的了解,明白化學和化工的不同,了解它們之間的差別,使得老師在課堂講述上能夠做到有的放矢,不會憑空想象。
2.選派青年教師到企業(yè)去參觀考察,結成校企聯(lián)合,教師通過和企業(yè)合作,了解企業(yè)的科研動態(tài),和企業(yè)合作,完成企業(yè)的一些項目,在完成項目的過程中,進一步掌握化工開發(fā)的內容。這么多年,我們一共選派了5名教師到中石油、江西星火、寧國生力農化等國有大型企業(yè)、合資企業(yè)和獨資企業(yè)進行進修,和企業(yè)聯(lián)合搞研發(fā),對企業(yè)的一些工藝進行改進,在充實自己的化工工藝知識外,還獲得了很多橫向項目,同時使企業(yè)的生產效率得到了很好的提高,實現(xiàn)了校企雙贏。另外由于教師和企業(yè)的良好的溝通,使得我們兩個專業(yè)的部分學生也在這些企業(yè)進行實習,有的還和這些公司簽約了。
3.積極靈活引進具有工業(yè)背景知識的教師,當無法在招聘渠道上招到在企業(yè)從事過生產實踐活動的教師的時候,我們采用聘請企業(yè)技術人員當我們的客座教授,或者訪問學者等方式,來解決實踐背景教師短缺問題。我們先后聘請了中石油和江西星火公司的高級工程師作為我們的客座教授,面對面地對此課程進行答疑,在課程快結束的時候,請他們過來,把同學們在這個課程中主講教師沒有講述明白的內容進行集中解答,增加了學生和企業(yè)人員的互動。
二、教學內容建設
隨著市場經濟的發(fā)展,大量化學專業(yè)的畢業(yè)生進入廠礦企業(yè)從事應用性工作。如何提高畢業(yè)生的綜合素質,特別是化學工程方面的綜合能力,如生產設備、質量控制和生產管理,掌握化學新產品、新工藝和新技術的研究開發(fā)方法等,可以進一步增強他們對社會的適應能力。所以在教學過程中我們積極抓住應用關,在課程內容上融入應用意識,使學生明白,化學的本質還是在于應用,進一步加強了包括“化工過程開發(fā)與設計”課程在內的工程技術課程體系,以提高畢業(yè)生在化學領域內從事應用性工作的能力。
《化工過程開發(fā)與設計》講述的主要內容有:緒論,開放放大方法,試驗方法,技術經濟,反應器的設計,工藝流程的合成與優(yōu)化,投資、成本、折舊和盈利,市場預測和生產規(guī)模,概念設計和基礎設計等內容。為了加強對學生聯(lián)系生產實際分析問題和解決問題的能力的培養(yǎng),重點講述“工藝流程的合成與優(yōu)化”和“概念設計和基礎設計”。當然就化工過程開發(fā)與設計所涉及的內容而言,這課程仍然講述的是一個概要,其重點也仍然只是介紹應用和開發(fā)與設計研究中一些最基礎的思想方法,以加強技術、經濟等觀點的訓練,也使學生初步了解化工廠從無到有的過程,心里有個大致的流程概念。
在教學內容上,選講了若干應用實例,如在講述化工過程開發(fā)步驟時,講述了合成氨氮發(fā)展史、尼龍-66的開發(fā)以及我們研發(fā)的有機錳的研發(fā)過程與生產過程,使學生了解化工過程與開發(fā)的意義和艱苦性。在講述試驗一章時間,講述了中空膜生物床處理生活污水的中試研究,全面介紹了膜的種類、價格以及生產地和使用壽命等,除了掌握實驗的基本方法之外,還順帶講述了資料的查找和市場的相應信息,使學生更加了解研發(fā)的過程。在講述物料衡算和能量衡算時,對比講述了有化學反應和無化學反應的操作過程的物料和能量問題,從中使學生明白化工開發(fā)與化學熱力學和物理化學以及化工儀器與儀表的聯(lián)系,更加了解各個學科的相關性等。在工藝流程與優(yōu)化中,講述了合成路線和操作方式的選擇,全面介紹了工藝流程的合成與優(yōu)化問題,從優(yōu)化過程講述到化工經濟,使學生更容易接受,特別是在化工經濟學方面,通過折舊等相關知識的介紹,使得學生對在化工開發(fā)過程中的經濟效率有較好的印象,這些對于培養(yǎng)學生的市場經濟觀念、提高他們的工程技術素質都具有重要意義。
同時在課后,我們精選了一定量和課程內容相關的習題,通過習題的訓練幫助學生學習和掌握本教材的內容,以便于教學。在每一章的結尾都附有參考文獻,以便學生進行深入探討時參考,通過老師的努力,拿到了一些企業(yè)的從籌建到生產的相關文獻,讓同學們了解企業(yè)發(fā)展的歷程,樹立創(chuàng)辦企業(yè)的信心。
三、采用不同的教學方法
在教學上,我們采用多種模式,以課堂教學為主,同時也以專題報告、課堂討論和大學生課外活動為輔,積極通過許多個案來提高學生的學習積極性,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維能力,通過許多真實的個案的講解,使得學生明白化工過程開發(fā)與設計的苦與樂,給學生播下化工創(chuàng)業(yè)的種子,同時又提醒了在以后創(chuàng)業(yè)道路上的艱難。
同時利用化工仿真軟件進行輔助教學,我們購買了幾種不同的化工仿真軟件,可以模仿合成氨、硝化制硝基氯苯、高純氯乙酸制備等,學生可以在仿真軟件商設計不同的工藝參數(shù),模仿不同的工況條件下的化工反應過程,根據(jù)這些反應條件來對反應全過程進行開發(fā)設計。
把一部分見習內容安排在課程中間,本課程安排在2個時間段進行,先上2周左右的概念課,使學生對化工過程有個大概的感性認識,然后到工廠進行實習和見習1周,我們有段時間挑選的工廠是剛剛成立的公司,規(guī)模不大的精細化工公司,可以使學生對工廠的總體布局一目了然,從而使學生對一般的精細化工開發(fā)過程有較深的了解,在此期間把要進行的畢業(yè)設計安排下去,使學生帶著問題繼續(xù)下面的課程。
四、課題設計教學
對于實踐性很強的化工過程開發(fā)與設計這樣的課程,課題設計實驗是對理論課程最好的注釋,為了加強學生對課程內容的理解,我們采用“校企聯(lián)合”的授課方式,根據(jù)企業(yè)化工開發(fā)過程中存在的一些技術難題,把此問題作為專業(yè)實驗課題,設計了系列特色的專業(yè)實驗,如為中石油進行理論年產10000噸磺酸鈣的設計、為星火公司進行了年產10噸金屬致鈍劑的小型工藝優(yōu)化設計,并且把篩選好的個別設計方法中的某個工藝在這些企業(yè)中進行中試。
我們開設的此門課程在近10年來的教學過程中,逐步形成了“以企業(yè)課題為研發(fā)點,以綜合開發(fā)性為目標,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才體系”的課堂內外教學模式,受到大部分學生的歡迎,根據(jù)同學們的建議,把開始的24節(jié)課提高到了32節(jié)課。
參考文獻:
[1]張浩勤,章亞東,陳衛(wèi)航.化工過程開發(fā)與設計[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002.
關鍵詞:化學實驗;發(fā)散思維;創(chuàng)新教育;創(chuàng)造水平;創(chuàng)新能力
中圖分類號:G632 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2014)06-125-01
化學是一門以實驗為基礎的科學,化學實驗是化學教學內容的重要組成部分,在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性方面起著獨到的作用。但事實上不少的教師忽視實驗教學,常常出現(xiàn)了一些教師在教學中讓學生“背實驗”,在黑板上“做實驗”或一味利用現(xiàn)代教育技術手段“看實驗”等現(xiàn)象。而化學實驗的真正內涵一動手、動腦、觀察、探索等卻被棄之一邊。在化學教學中實施素質教育,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力,就必須重視化學實驗。下面就化學實驗在進行創(chuàng)新教育中的作用談幾點認識。
一、化學實驗可激發(fā)學生的求知欲望
良好的學習興趣是學生學習活動的重要動力?;瘜W實驗給學生展示的是直接的、真實的化學現(xiàn)象和過程,學生被千變萬化的現(xiàn)象所吸引,被有理論有實驗、符合科學原理的設計所感染,同時對造型獨特、科學合理的實驗儀器感興趣,從而產生對化學實驗濃厚的興趣和好奇心,而且在教師講授知識的同時,學生能及時方便地動手實驗,通過觀察到的實驗現(xiàn)象或進一步的實驗探索,驗證教師所傳授的知識或發(fā)現(xiàn)、解決新的問題,激發(fā)學生的求知欲,而求知欲是產生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造力的源泉。在化學教學中利用實驗激發(fā)學生的興趣和求知欲,關鍵是要進行實驗教學改革,教師可指導學生大膽地進行一些探索性實驗或設計新的實驗過程,采用新的實驗方法去發(fā)現(xiàn)新的問題、探索物質的新的相關性。另外,還可對教材中安排的實驗進行適當?shù)臄U展和深化。例如;我在講授有機化學時,有機物反應機理復雜,教材實驗少,學生聽起來枯燥深奧,這時教師可在上課時增加一些有趣的實驗,如用白蠟、丙酮、凡士林、煤油等物質制造護磚地板蠟;用牛油、椰子油、氫氧化鈉、波美氏 38 度溶液、香料等制造香皂;用硫酸鐵、甘油、苯甲醉、玫瑰香水等制造棕黑色染發(fā)水等,這些實驗既有趣又實用,可及時驗證實驗的效果,進一步激發(fā)了學生的求知欲。
二、化學實驗可培養(yǎng)學生的發(fā)散思維
發(fā)散思維就是在思維過程中,充分發(fā)揮人的想象力,從一點向四面八方想開去,通過知識、觀念的重新組合,找出更多更新的可能性答案、設想或解決方法,這是一種開放性的思維方式,相對于發(fā)散思維,還有一種用于平常問題解決過程的思維方式――集中思維。所謂集中思維就是從眾多的信息中引出一個全新的正確的答案或大家認為是最好的解決辦法。發(fā)散思維和集中思維是人在創(chuàng)造過程中所不可缺少的兩種思維方式,創(chuàng)造過程也是創(chuàng)造性思維過程,創(chuàng)造性思維主要是發(fā)散思維和集中思維的辯證統(tǒng)一,人的創(chuàng)造活動的全過程需經過發(fā)散思維和集中思維的多次循環(huán)才能完成?;瘜W實驗一方面可使學生及時動手進行驗證性實驗,以期得到的實驗現(xiàn)象或結論與教師或教材提供的標準相符,以達求同,這個過程中訓練和發(fā)展了學生的集中思維。另外一方面,更重要的是,由于化學現(xiàn)象之間存在著多種聯(lián)系,而且與反應條件密切相關,會呈現(xiàn)多種多樣的變化。對某一化學現(xiàn)象或間題的揭示也可能有幾種不同的實驗方法和途徑,這就為訓練學生的發(fā)散思維提供了有利條件,學生可利用自己熟悉掌握的化學實驗儀器,根據(jù)某一課題去設計探索多種實驗方案,從中找出幾種合理的實驗方案。例如:在中學化學中,要制取氯氣,教師可指導學生分別實驗:高錳酸鉀跟濃鹽酸反應,氯酸鉀跟濃鹽酸反應,食鹽、硫酸和二氧化硫反應,漂白液跟濃鹽酸反應等幾種不同的制取氯氣的方法,然后進行比較分析,找出一定條件下合理的實驗方案,在此過程中學生的發(fā)散思維可得到培養(yǎng)和訓練。
三、化學實驗可培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力
從化學科學的發(fā)展歷史來看,化學定律、化學新物質的發(fā)現(xiàn)、新物質的合成等無不是通過實驗進行的,新理論的提出也只有通過實驗的檢驗才能被確定下來,可以說化學科學的發(fā)展史實際上就是以化學實驗為手段進行化學探索,發(fā)現(xiàn)新規(guī)律、新物質的歷史。在化學教學中,學生針對一定的問題設計實驗方案,然后進行實驗數(shù)據(jù)收集,再對收集到的數(shù)據(jù)進行比較分析,最后得到結論,這是學生在學校中的創(chuàng)造活動,而這一活動主要是靠化學實驗來實現(xiàn)。因此,化學實驗是學生進行創(chuàng)造性活動的重要手段。
四、化學實驗可推動教師創(chuàng)造力水平
知識經濟需要創(chuàng)新知識、創(chuàng)新人才。培養(yǎng)創(chuàng)造性人才,需要創(chuàng)造型教師。所謂“創(chuàng)造型”教師,即熱愛創(chuàng)造活動、有較強的創(chuàng)新意識;能創(chuàng)造性地講課。在課堂教學中,表現(xiàn)出創(chuàng)造性、靈活性,不斷創(chuàng)造新的教學方法;鼓勵學生的探索精神和創(chuàng)新意識。作為創(chuàng)造型的化學教師,既要懂得如何根據(jù)化學學科的特點,以化學實驗為主要手段,去培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性,又要自學應用化學實驗進行探索和創(chuàng)造活動。化學實驗特點如外界條件影響較大,反應機理復雜,有些反應不徹底副反應多、產物不唯一等,促使教師要不斷進行探索,產生對化學實驗所用儀器、藥品及實驗方法等進行創(chuàng)造性改進的靈感,同時針對化學實驗的復雜性,要有效地指導學生的創(chuàng)造活動。教師必須先思維、先實驗、先探索,由此而產生的責任感也使教師不斷進行探索,努力提高自己的創(chuàng)造力和教育水平。
綜上所述,化學實驗是化學教學內容的重要組成部分,搞好化學實驗對激發(fā)學生學習化學的興趣之培養(yǎng)觀察力、實驗能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維,進行創(chuàng)造性教育有著獨特的功能,發(fā)揮著積極的作用,因此,我們應重視、強化實驗教學。
參考文獻:
[1]創(chuàng)新設計思維培養(yǎng)[OL].互聯(lián)網(wǎng)-其它管理文獻-道客巴巴.