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[關鍵詞] CDIO;化工實踐教學;項目設計;實訓改革
[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]10054634(2016)060097040引言
隨著社會科技的飛速發展,化工行業對工程技術人才的要求越來越高。化學工程專業作為理工科專業之一,實施 CDIO 教育模式成為化工專業教學改革的重要方向之一[1]。化工實踐教學是化工專業課程體系中的重要組成部分,其內容包含化工實訓、化工仿真、化工認識實習、化工生產實習、本科生科研立項、專業課程設計、化學反應工程實驗、化工原理實驗及畢業設計等實踐環節。進行化工專業實踐教學的CDIO 模式改革,不僅可以提高教學質量,而且可以培養學生的工程素質、創新意識和團隊意識,提高就業競爭力。
1基于CDIO教育理念構建化工專業實踐教學體系按照 CDIO 工程教育模式要求,教學過程要以學生為主體,教學內容安排設計型及綜合型內容,引導學生主動學習,提供更多的實踐動手機會[2]。基于燕山大學省級化學實驗教學示范中心的化工實踐教學體系,是按照CDIO的工程理念對實踐教學內容重新整合設計,構建了課程教學演示、化工仿真操作、實訓綜合、化工設計、科研創新5個層次的化工實踐教學體系平臺,兼顧基礎性、綜合性、研究性,如圖1所示。1.1基礎型
基礎型包括教學演示和仿真操作。教學演示是使用化工設備多媒體素材庫及化工原理實驗仿真軟件, 以真實直觀的仿真界面和豐富的資料展示實際過程;仿真操作內容使用了“聚丙烯聚合工段仿真系統”和“苯胺生產3D虛擬仿真系統”等仿真系統[3],可以在計算機上真實地再現化工生產過程。仿真操作是學生在掌握化工產品的工藝流程及操作步驟的基礎上,用計算機模擬化工產品生產過程中的開車、停車、正常運行及事故處理,彌補了傳統實習學生無法親自動手操作的不足。通過局域網互聯的教師站,教師可以實時修改培訓內容,匯總并分析學生成績等。
1.2綜合型
綜合型內容由化工實訓基地的多套化工實驗裝置組成,如圖 1所示,這些實驗裝置的操作幫助學生樹立工程實踐概念,使其在完成化工產品的生產操作的同時在化工過程基本原理和化工實踐之間建立起緊密聯系。例如,在“化工生產工藝流程優化實驗裝置”的實訓過程中,要求學生通過仿真DCS控制系統進行生產操作,由原料乙烯、氧氣及冰醋酸經過換熱器預熱,在氣固相管式反應器中反應生成產品醋酸乙烯酯,粗產品經過水洗釜、氣液分離器分離后進入精餾塔進行精餾,得到的純醋酸乙烯酯在聚合反應釜中發生聚合反應得到聚醋酸乙烯酯。該項目要求學生在掌握“三傳一反”基本原理基礎上,學會熟練操作并完成各項工藝參數的控制。該項目的實訓操作不僅使學生理解了氣固相催化反應器、氣液分離器、醋酸乙烯酯精餾塔及聚合釜等化工單元設備的基本原理,而且可以培養學生的工程實踐能力,實現基本理論與工程實踐的結合。
科研創新型主要是在化工設計和科研方面。化工設計型按照CDIO的工程理念及教育模式要求,將本科生第6學期的化工原理課程設計、第7學期的專業課程設計及畢業設計環節整合到一起,由點到面,從局部到整體,對學生的分析和解決問題能力、創新意識和團隊意識進一步訓練。例如“丙烯腈合成工段設計”題目中,在化工原理課程設計中,要求學生在掌握化工過程基本原理后,根據老師給定的設計任務完成氨中和塔、空氣飽和塔或反應器等某一化工單元的設計計算,而在專業課程設計中,要求學生在完成某一化工單元的設計任務基礎上完成丙烯腈合成工段的初步設計與計算及工藝流程圖的繪制,在畢業設計時候,則要求學生在專業課程設計基礎上進行完整的工藝設計,包括主要設備的工藝計算、工藝設備、原料消耗、能耗表、排出物表及帶控制點的工藝流程圖等。
科研型是鼓勵學生自主創新,積極參加創新與設計競賽等。例如,學生在教師的指導與帶領下,完成了“基于Aspen plus的聚醋酸乙烯酯生產工藝流程仿真及優化”和“平推流與全混流反應器系統仿真”等創新項目,并在由中國化工學會、中國化工教育協會、教育部高等學校化工類專業教學指導委員會主辦的第九屆全國大學生化工設計競賽中榮獲全國二等獎、華北賽區一等獎的優異成績。
2基于CDIO模式的化工實踐教學體系改革與實踐2.1改革實訓內容,培養學生工程實踐能力
1)課堂教學引入討論環節,培養學生工程分析能力。 按照CDIO的教育理念,課程的教學過程應圍繞著設計項目展開。在化學反應工程教學實踐過程中,分別針對課程重點內容“均相反應過程”和“氣固催化反應工程”燒擄才帕肆醬翁致劭危由教師指定兩章的討論選題內容。例如,針對“氣固催化反應工程”中的難點“固定床反應器計算”,要求學生在擬均相模型求解算法和Aspen Plus反應器計算中選題,學生在討論課前需進行相關文獻資料的查閱整理,討論完后由小組派出代表進行主題發言,其他同學討論主題發言同學的意見,最后由教師進行總結。討論課使學生的綜合能力、創新能力及團結協作能力都得到了加強和鍛煉。
2)采用3D虛擬現實仿真,提高學生學習興趣。CDIO的教育理念倡導“做中學”的教學方法,讓學生在知識的學習和應用之間形成良性互動。3D虛擬現實仿真技術[4]營造了“自主學習”的環境,學習者可以通過自身與信息環境的相互作用獲得知識與技能。在化學反應工程教學實踐中[5],使用了“苯胺生產3D虛擬仿真軟件”等仿真系統。如圖2所示,學生在掌握了苯胺生產的工藝流程及流化床反應器的內部結構基礎上,在3D虛擬生產環境中貼近真實地體驗實際操作的感受,在激發了濃厚學習興趣的同時更深刻理解了所學的專業知識,提高了學生分析和解決生產操作中各種問題的能力。
2.2采用項目式教學,培養學生工程設計創新能力和團隊協作能力CDIO倡導“基于項目的教育與學習”。在化學反應工程教學實踐過程中引入了Aspen Plus工藝軟件進行三級項目設計[5]。項目要求學生結合實際問題從Aspen Plus反應器模塊中進行選題,學生要采用類似討論課的方式分組完成反應器的選型及計算模塊選擇、物性方法及參數的設定、計算過程和結果輸出、項目報告及答辯等工作,以答辯的形式進行驗收。
三級項目的實施為后續的專業課程設計和畢業設計等實踐環節打下了良好的基礎,學生通過對反應器模塊設計的熟練運用,掌握了分析和設計化工過程的基本技能,同時也加深了對反應器設計基礎知識的理解。例如,在“乙烯法生產聚醋酸乙烯酯工藝設計”畢業設計題目中,學生按設計任務對氣固相催化反應器、油水分離器、醋酸乙烯酯產品精餾塔、水洗釜及聚合釜等化工生產單元進行分析,在完成設計計算后通過操作“化工生產工藝流程優化實驗裝置”來驗證計算結果。此類項目設計與實施是對學生的工程設計能力和團隊協作能力的進一步提高。
2.3利用化工實踐教學平臺,培養學生工程實踐能力CDIO的含義為構思―設計―實現―運作[6]。將這一理論應用到化工實踐過程上,就是化工過程的合成、設計、分析、評估和實現。利用圖 1所示的綜合型化工實訓裝置,選擇具有實際應用背景的產品開發項目,企業工程技術人員和校內教師作為指導教師相互協作,指導學生組成團隊合作完成設計案例。例如,在“聚乙烯醇合成工段工藝”設計題目案例中,以“化工生產工藝流程優化實驗裝置”為基礎進行二次開發,利用Aspen Plus工藝軟件設計了以聚醋酸乙烯酯為原料合成聚乙烯醇的工藝方案,初步完成了聚乙烯醇合成工段工藝設計計算、主要設備計算選型及工藝流程優化等工作。
2.4成績評價體系的改革
在化學反應工程教學實踐中,按照CDIO的教育理念,建立了一套完整實踐考核體系[5],依據全程監控的理念從7個方面進行考核,見表 1。其中,討論課、仿真操作及項目設計是考核的主要內容,學生在鞏固反應器基本知識的基礎上,又熟悉了應用Aspen Plus軟件進行反應器設計的基本內容,并通過平推流和全混流反應器的實驗操作做到了理論和實踐的結合,真正實現了“做中學”。期末的閉卷考試只占總成績的50%,閉卷考試分值的弱化也避免了以往學生考試突擊及作弊的現象。
2.5加強校企合作,突出教師工程素質培養
校企合作及企業的參與是真正實現CDIO 工程教育模式的關鍵途徑。全方位的校企合作不僅可以實現化工專業實踐與科學研究、工程實際及社會應用的有機結合,而且對教師的工程素質的提高有很大幫助。學校和秦皇島華瀛磷酸有限公司及中國阿拉伯化肥有限公司建立了長期的合作關系,積極推進校企共建平臺建設,利用學校現有的科研平臺及信息資源等主動服務于企業,幫助企業解決實際問題,加大企業參c高校人才培養的步伐,并由企業工程技術人員和校內教師共同指導學生來完成項目案例,保障實踐教學的實施。
表1化學反應工程教學實踐成績評價
序號內容比例%考核方式1出勤5簽到2作業5作業內容及完成情況3討論10分組答辯、報告及PPT4仿真操作10仿真在線測試5項目設計10分組答辯、報告及PPT6實驗10分組操作表現及實驗報告7期末考試50閉卷考試3結束語
基于CDIO教育理念的化工實踐教學體系,在實踐教學的過程中效果明顯,提高了化工專業的教學質量,培養和鍛煉了學生的工程創新能力和團隊意識。結合學校的人才培養和教學理念,在化工實踐教學體系構建與實踐過程中,不斷深化CDIO工程教育改革,繼續構思與設計以構建實施新的人才培養方案。
參考文獻
[1] 顧佩華,沈民奮,李升平,等.從CDIO到EIPCDIO汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究,2008 (1):1220.
[2] 申延明,劉東斌,樊麗輝.化學工程與工藝專業應用型人才培養體系的構建與實踐[J].化工高等教育,2014(3):13.
[3] 宋建爭,李建軍,張永強.化工虛擬仿真實驗教學探索與實踐[J].教學研究,2014,3(37):107109.
[4] 夏迎春,吳重光,張貝克.現代化工仿真訓練工廠[J].系統仿真學報,2010,22(2):370375.
[5] 李建軍,宋建爭.化學反應工程教學改革探索與實踐[J].化學教育,2015(10):5961.
[6] 查建中.工程教育改革戰略“CDIO”與產學合作和國際化[J].中國大學教學,2008(5):1619.
Construction and exploration of chemical engineering practice system
teaching based on the concept of CDIO education
Li Jianjun,Zhang Yongqiang
(College of Environmental and Chemical Engineering,Yanshan University, Qinhuangdao 066004,China)
關鍵詞:化學教學;化學反應原理;教學思考
中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:A 文章編號:1992-7711(2016)03-0058
隨著高中化學新課程改革的進一步深化,探究式教學正日益成為中學化學課堂教學的重要教學方式,特別是關于元素化合物知識的教學,實驗探究法更是備受青睞。相比之下,對高中選修模塊“化學反應原理”的部分,由于是學習較系統的無機化學反應的基本原理和規律,知識內容本身抽象復雜,知識要求高和理論性強等特點,歷來是高中化學教學中的難點。在實際教學中,對這部分內容的處理方式,教師們更多的是掰開揉碎地講,還唯恐學生不懂,陳述性教學和直接呈現結論的接受式教學模式仍較為常見。
運用實驗探究的方法對理論課進行教學,即以一定的載體實施理論課的教學,其意義是深遠的,體現在不僅能提高學生的學習能力,還能提高教師的教學素養,這種嘗試也是本次課程改革大力倡導的學習方式。事實上,探究課型符合大多課型的教學,在化學反應原理知識的學習中,學生的理論知識如果是以建構的方式獲得,是他們在主動參與探究、合作學習的過程中,通過假設、觀察、實驗、交流、推理、歸納等過程感悟和體驗的結果,這樣獲得的知識更有價值,更能幫助學生在能力和素質方面得到提高。以下筆者結合自己在化學反應原理部分課堂教學實踐中的體會,探討開展與實驗相結合的探究式教學的相關思考。
一、探究學習選題要恰當
仔細研究選修模塊“化學反應原理”,不難發現,教材對知識呈現方式都做了較大的變革,在教學中可我們以直接感受到教材對探究活動的重視,其中有一些知識的結論沒有直接說明,而要求學生通過實驗和推理自己歸納總結,如“影響化學反應速率的因素”中濃度、溫度、催化劑對反應速率的影響,“化學平衡”中濃度、溫度對化學平衡移動的影響;有些部分以化學的基礎知識為體系編寫,知識的產生和聯系運用了探究的方法,如“鹽類水解”中探究鹽溶液的酸堿性;探究促進或抑制FeCl3水解的條件等。對這些內容的教學,我們應該改變已往習慣的原有學科教學知識體系的教學方式,充分利用教材中這些最富個性和特點的探究活動欄目開展探究活動,指導學生通過探究活動對化學學科知識體系進行構建。
二、重視探究學習的預備環節,注意引導監督
完整的探究活動涉及提出問題、猜想與假設、制定計劃、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等要素。而在實際的課堂教學中,由于受教學時間的限制,學生的基礎及實驗條件的不足等原因制約,要使探究實驗順利進行,保證師生集中精力解決核心問題,我們可以將探究活動的一些環節延伸至課外,在課前做充分的探究準備,提前安排學生準備開展實驗探究的知識,保證在實驗探究過程中,學生將主要精力集中于對核心問題的探求。
以人教版選修4化學反應原理 第二章第三節 化學平衡(第2課時)中“濃度、溫度對化學平衡移動的影響”一節課為例,學生原有的知識基礎是這樣的:在本節課教學之前,或者在必修模塊中,或者在選修模塊中,學生已經建立了化學平衡的概念。知道了處于化學平衡時,正逆反應仍在進行,且正反應速率等于逆反應速率等。就這一節課而言,課堂教學中,學生要集中主要精力去探究濃度、溫度對化學平衡移動的影響。他們需要有化學平衡的概念、濃度、溫度、壓強、催化劑等對化學反應速率的影響,化學反應的熱效應等基礎。
考慮到課堂教學時間有限,不能因為這些知識的欠缺而造成探究核心問題教學的障礙。因此,結合學情,可先將復習化學反應速率改變的影響條件(探究的預備)在課前完成,也就是將探究學習延伸至課外。在課外,組織學生自主完成本節課的一些準備工作(包括知識準備),課堂教學中,集中精力解決核心問題。
新課程倡導學生自主學習,需要我們為學生提供自主學習的時間與空間,并且加以督促指導,保證自主學習的效果;同時,在課堂教學中,的確用上了課前自主學習的基礎,這對學生來講,無疑是一種很好的引導,還可以緩解探究實驗耗時與課時緊張的矛盾,從而提高學習活動的效率。
三、設置驅動性問題,激發學生的思考
在實驗探究環節,需要教師精心設計問題,激發起學生對所解決問題的探究欲望,產生探究的動機,同時引導學生明確實驗探究的目的,避免活動的盲目性。
仍以“濃度、溫度對化學平衡移動的影響”一節課為例,學生通過必修的學習,已經建立了化學平衡的概念,知道條件改變,平衡會移動,但平衡怎樣移動,學生是不清楚的。教師如果在教學引入環節利用以下演示實驗,設計一個局部的探究性問題,會有較好的收效。教學程序如下:
1. 往5mL 0.01mol?L-1 的FeCl3溶液中滴入幾滴0.03mol?L-1 的KSCN溶液。
2. 請學生說出在Fe3++3SCN-Fe (SCN)3中,當達到化學平衡時,有些什么特點?(實驗現象,你想到了什么?得出了什么結論?這樣可以激發起學生的已有認識,即對可逆反應和化學平衡知識的回憶)。
3. 提出問題:當向上述平衡混合物中,加入飽和FeCl3溶液時,可能會出現什么現象?
4. 假設與猜想:(可以追問,做出這樣的假設的依據是什么?學生會有怎樣的回答呢?學生能否想到加入飽和FeCl3溶液后,Fe3+濃度增大了,利用第2節所學知識,可知正反應速率增大了,此時,正反應速率與逆反應速率不再相等,反應已不再處于平衡狀態。如果學生不能達到上述水平,我們應該提供適度的知識支持)
5. 實驗驗證
6. 獲得結論:濃度的變化可能引起正逆反應速率不再相等,最終建立新的化學平衡。然后,教師和學生一起梳理認識,明確濃度改變,平衡移動規律。
7. 新的問題:還有哪些因素可能引起化學平衡的移動?(學生如果能夠主動提出這些問題當然好,教師可以順勢組織下面的教學活動;如果不能提出問題,教師可以啟發學生思考影響化學反應速率的因素有哪些,或以探究預備中的知識提供支持)。讓學生自己設計并完成探究實驗,在此基礎上,教師帶領學生研究溫度改變,平衡的移動規律,得出相關的結論,并且明確研究的大體思路和實驗證據。最后,讓學生自己研究壓強改變,平衡如何移動?讓學生提出假設,說明假設的依據,并且讓學生設計實驗方案,尋找實驗的證據。
這樣三個條件對平衡影響的教學處理思路不同,逐漸加大開放度,逐漸培養學生的研究意識與思路。
以上設計,是在充分考慮學生的已有基礎上,設置驅動性問題,不斷地尋找新的知識生長點,而且實際上也是同時給學生搭了一個臺階,引領他們不得不認真思考為什么影響化學反應速率的因素也是影響化學平衡移動的因素,其本質原因是什么等有關問題,對于一般學生來說這樣的做法比拋出一個大問題讓學生自由分析更有效。這樣更能體現教師的引導者的作用,并且可避免探究過程產生的學生不知道該做什么的問題。
只有讓學生處于不斷的思考與期待之中,才能使課堂具有內驅力,使課堂成為培養學生“樂于探究”的載體。
四、探究教學要做到收放自如
探究學習的開展,對教師提出了更高的教學要求,更要花費精力,統籌組織好各個教學環節,使之落到實處。在探究學習中開放度大,學生活動也多,需要教師有較強的調控課堂能力和功底,否則,只會看到表面熱鬧,實效卻很低的結果。這就要求我們在探究學習中做好“收”的工作。比如在學生分組實驗后的表達與交流階段,較常見的一種場景:在其他小組代表發言交流時,某些學生仍然忙于自己的實驗,思維的興奮點還停留在實驗上,不能及時轉到下一環節,也就無法分享他人的經驗和心得,既耽誤了自己也會影響到其他同學。這時就需要教師有良好的調控能力,收攏學生,引導他們學會傾聽與分享,保證各小組探究成果得到提升。
此外,學生的探究活動有別于科學研究,受基礎知識的制約,學生在自主探究活動中會遇到不少困難,如果完全放手讓學生做,時間難以控制,課堂秩序也難以控制,探究效果也會大打折扣,這時也需要教師做好“收”的工作,把學習活動的焦點重新聚集到正確的方向。當然,這種“收”不同于幫助學生設計好實驗方案,限制學生的思維角度,而是幫助學生認識到如何進行探究實驗才能更快、更好,如先設計好實驗步驟再做、做實驗時同伴互助等。
探究教學中組織活動應該做到能放能收、收放自如,而且收比放更重要,這是教師主導作用充分發揮的體現,更是關系到探究教學活動是否有效的問題。因此,教師關注學生學習活動的表現,及時做出指導,以及對學生經過學習活動后得到的結果進行及時評價和反饋,勢必成為評價課堂教學好與壞、優與劣、成功與失敗的關鍵要素。
關鍵詞 高職 精細化工 項目化教學
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A
“精細化工生產”探討的是精細化工產品生產技術,主要包括表面活性劑、日用化學品、合成材料、涂料和粘膠、食品添加劑、香料和香精等精細化工產品的生產技術和基本原理。①
本課程的教學設計思路是以化工生產技術人員的相關工作任務和職業能力分析為依據,以職業能力培養為重點,設計典型教學項目。使學生能夠掌握精細化工生產的基本過程、基本操作,增強安全環保意識,提高分析問題和解決問題的能力,同時培養學生良好的職業道德和職業素質。
1 教學目標設計
1.1 知識目標
理解精細化工生產常見的合成單元反應的基本原理和基本規律;理解精細化工生產各種工藝因素對反應過程的影響;掌握檢索相關文獻資料的知識;掌握設備選用、原料選用、工藝流程組織相關知識;了解精細化工生產中常見問題及產生的原因。
1.2 能力目標
能通過文獻、網絡收集相關資料,制定精細化工生產方案;能用化學反應規律指導實際反應過程;在操作過程能及時發現問題,并能對問題進行獨立判斷,提出合理的解決方案;能正確收集、整理生產數據,對生產結果進行分析;能組織生產工藝流程、選用設備和編制操作規程。
1.3 素質目標
培養學生自主學習、自我學習的興趣與能力;培養學生的團隊合作精神;樹立安全生產、清潔生產、經濟生產的意識;樹立規范操作意識。
2 教學項目設計
選擇了典型精細化學品,②設計成六個教學項目,讓學生在完成具體項目的過程中學會相關理論知識,發展職業能力,并為學生的可持續發展奠定良好的基礎。
項目內容一般是以典型精細化學品為制備和生產為引導,涵蓋相關的基本知識。每個項目包括收集產品資料、選擇生產工藝、設計產品小試方案等子項目。收集的產品資料包括產品的物理化學性質、工業應用、目前的產量和需求量等信息。選擇生產工藝包括原料選擇、生產路線選擇、生產設備選擇、產品質量控制等方面。設計產品小試方案包括所需耗材和儀器設備、合成或提取原理、操作步驟等內容。
2.1 制備肥皂
以洗衣皂的生產為引導,引領學生學習表面活性劑和洗滌劑的相關知識。要求掌握表面活性劑的基礎知識;掌握皂化反應的基本原理和影響因素;理解典型表面活性劑的結構、性質和用途;了解洗滌的基本過程;掌握洗衣皂的生產工藝。要求能選用合適的原料;能解說洗衣皂生產工藝;能實驗制備洗衣皂。
2.2 制備洗潔精
以十二烷基硫酸鈉的合成和洗潔精的生產為引導,要求理解硫酸化反應的基本原理和影響因素;掌握典型表面活性劑十二烷基硫酸鈉的生產工藝方法及其操作技術;掌握洗潔精的主要組成、配方設計原理和生產技術。將洗發香波、洗衣粉的生產作為擴展知識。要求能選用合適的生產原料;能設計十二烷基硫酸鈉合成路線;能解說十二烷基硫酸鈉生產工藝;能實驗合成十二烷基硫酸鈉;能設計洗潔精配方,實驗配制洗潔精。
2.3 制備雪花膏
以雪花膏的生產為引導,學習化妝品相關知識。要求了解化妝品的類別;掌握典型品種的配方原理和生產工藝;掌握化妝品的乳化操作技術。要求能設計雪花膏配方;能實驗制備雪花膏。
2.4 合成增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯
以鄰苯二甲酸二辛酯的生產為引導,學習合成材料加工用化學品相關知識。要求理解合成材料加工用化學品的定義、類別和作用;理解酯化反應、鹵化反應等單元反應的基本原理和影響因素;掌握典型增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯的合成原理和生產技術要點。要求能熟練利用工具書、網絡資源查詢化工產品信息;能選用合適的原料;能選用鄰苯二甲酸二辛酯生產設備;能讀懂鄰苯二甲酸二辛酯生產工藝流程圖;能實驗合成鄰苯二甲酸二辛酯。
2.5 制備聚乙烯縮甲醛膠水
以聚乙烯縮甲醛膠水的生產為引導,學習膠黏劑相關知識。要求理解膠黏劑基本概念、粘接的基本原理,了解典型膠黏劑特點;掌握典型產品聚乙烯縮甲醛膠水的合成方法和生產工藝。要求能選用合適的生產原料;能設計聚乙烯醇縮甲醛合成路線;能實驗合成聚乙烯醇縮甲醛膠水。將固體膠棒的制備作為擴展知識。
2.6 提取茶葉中咖啡因
以咖啡因的生產為引導,學習食品添加劑相關知識。要求了解食品添加劑的分類及代表產品;了解防腐劑、抗氧化劑、乳化劑等的用途和發展趨勢;掌握咖啡因的合成方法和生產工藝。要求能設計咖啡因提取路線;能實驗提取茶葉中的咖啡因。
3 教學實踐過程
3.1 課前準備
實施項目化教學,需要教師收集資料,充分備課。不僅要設計好項目的具體實施要求和評價方法,還要根據學生的情況實時調整教學的具體內容,控制項目實施過程走在正確的軌道上。同時需要學生根據項目實施要求,查找資料,做好課堂匯報的準備。
3.2 課堂教學
3.2.1 項目匯報
學生以組為單位,提交匯報PPT文稿。每組可選擇一名同學作發言人主持匯報,其他組員可以補充。然后其余組和老師向該組提問,組員回答問題。在各組匯報、回答問題之后,老師進行總結,并講解相關知識,點評各組的匯報。各組根據匯報情況,討論之后,修改完善產品小試方案并再次提交給老師審核。
3.2.2 實踐操作
各組在實訓室里,按產品小試方案制備精細化學品,老師記錄好學生表現,對各組的操作過程和最終產品進行評比評價。
3.2.3 項目總結
操作結束后,學生提交產品小試報告,經過討論后各組派代表發言,進行項目總結。之后老師再對整個項目實施過程進行總結。
4 教學效果
項目化教學提高了學生的學習積極性、主動性,鍛煉了學生的獨立性。傳統教學中教師安排好實驗內容,準備好實驗儀器,學生只需按部就班,依賴性強,缺乏獨立思考解決問題的能力。在項目化教學過程中,學生更加自由,面對問題的機會更多。例如在合成十二烷基硫酸鈉時,需要氯化氫氣體吸收裝置,臨時找不到合適的玻璃彎管,學生很快想到辦法,利用鐵架臺、膠管和玻璃漏斗搭建吸收裝置。在討論膠管的耐腐蝕性能后,得出結論,氯化氫雖然會縮短膠管的使用壽命,但短期使用沒有問題,且膠管的成本低,所以決定采用這個方法,實踐證明他們的方法是可行的。在解決問題的過程中不僅鍛煉了學生的能力,也增強了他們的信心。
5 需注意的問題
5.1 合理選取內容
在選擇教學內容時需考慮與其它課程的關系,避免重復。例如我們應用化工技術專業開設了“化學涂料生產技術”課程,在“精細化工生產”中就不再選擇涂料生產的內容。
5.2 提前布置任務
為使學生有充分的時間查閱資料,整理信息,形成文稿,做好準備,在下個項目開始前至少一周的時候就要布置任務。
5.3 給予過程指導
在課前準備階段,與學生進行交流溝通,檢查學生的準備進度,指導學生順利完成項目匯報的準備工作。指導的過程是很好的與學生交流的過程,是教學的一個重要部分。
5.4 做好耗材準備
實驗實訓耗材計劃一般在開學前制訂,以便保障教學正常開展。但在產品小試方案中,學生所選原料可能在耗材庫中沒有,需要臨時準備。
項目化教學的效果是有目共睹的,但是具體的實施方法還需要我們不斷地探索,在實踐中進行改進和完善。
注釋
關鍵詞:化學教學;遷移能力;教學策略
中圖分類號:G633.8 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)07-0105-03
一、遷移能力概述
(一)遷移能力的界定
本研究將遷移能力定義為:遷移能力是直接影響已經獲得的知識、技能、以至方法、情感和態度與學習新知識、新技能之間所發生的相互影響的效率,使該活動得以順利完成的個性心理特征。
(二)遷移的分類
遷移的類型可以從許多不同的角度來進行劃分,常見的有以下幾種劃分角度:
1.從遷移的影響及結果方面來看,可將遷移分為正遷移和負遷移。一種學習對另一種學習起促進作用,產生積極影響的遷移叫正遷移。例如:學習了氧氣的制取及性質的基本原理,就會影響到后面學習氫氣的制取及性質。一種學習對另一種學習起干擾或抑制作用,產生消極影響的遷移叫負遷移。常表現為歪曲了原有的概念,對后續的學習產生不利的影響。
2.從遷移產生的情景來看,可將遷移分為橫向遷移與縱向遷移。橫向遷移是指在內容及難度上相似或相差不大的兩種學習之間的遷移。例如:化學中學習的化學反應等知識可以遷移到生物中表示光合作用的過程等。縱向遷移是指在不同難度、不同概括程度的兩種學習之間的相互影響而發生的遷移。例如:復分解反應與酸堿中和反應就存在著縱向遷移。
3.從遷移產生的方向來看,可將遷移分為順向遷移和逆向遷移。順向遷移,即先前學習對后續學習的影響,當學習者面臨新的學習情境和新的問題情境時,學習者如果利用已學的知識、技能獲得了新知識并解決了新問題。例如:在學習氫氣的制取與收集時,之前學過的氧氣的制取與收集就起到了重要的作用等。逆向遷移是指后續學習對先前學習的影響,當學習者原有的知識、技能不足以使其學習新知識,掌握新的技能,而是通過后續的學習對原有的知識進行補充或修正。例如:金屬與酸的反應以及金屬活動性順序表對酸的性質起到了補充的作用等。
4.從遷移的內容上,可將遷移分為一般遷移與特殊遷移。特殊遷移是指某一領域的學習對另一種學習有直接的特殊的適應性,將獲得的經驗重新組合并直接應用。例如:學習了化學反應方程式的書寫后,直接讓學生寫出之前學過的化學反應的方程式等。一般遷移是指獲得的一般原理、態度等后,內化成自己的經驗并運用到具體實例中。例如:學習了質量守恒定律后,利用質量守恒定律解決相關的問題。
(三)遷移能力的特征
遷移能力在化學學習的遷移活動中主要表現為以下特征:
1.能動性。學生在遷移活動中能夠表現出努力、自覺、積極的特點。例如:學生在學習了元素符號、化學式之后,看見一種物質的名稱,便會主動嘗試寫出該物質的化學式。
2.應變性。是指在學生在具體的化學遷移活動過程中,能夠針對具體的情況,將原來所學的知識、方法等進行調整,創造性地解決新的問題。
3.穩定性。學生在具體的與化學相關的活動中,能夠在較長時間內順利地運用所學知識及現有能力進行分析問題和解決問題。
二、學生遷移能力培養的影響因素
(一)學生的認知結構
研究者認為學生認知結構的發展在化學學習中可表現為以下幾個階段:
1.感知知識。學生對知識的感知是形成認知結構的基礎,學生在化學學習過程中,必須借助一定的化學知識,才能形成良好的化學認知結構。例如:在魯教版化學教材第一單元第一節《奇妙的化學》中,演示實驗鎂條的燃燒可以讓學生通過觀察實驗現象來感知化學知識。
2.建立概念。透過現象看本質使人們認識事物的規律之一,學生學習化學就要透過化學反應現象,認識化學實質。化學概念反映了化學的實質,學生認識化學實質就是在自己的認知結構中建立起相應的化學概念。
3.把握原理。原理是教材知識體系的核心,在中學化學學習中,學生只有把握住化學原理,才能真正實現主動學習、主動遷移,例如:通過學習物質的組成,能夠使學生在學習化學的過程中從宏觀世界走進微觀世界,并對以后的學習起到了積極的作用。
(二)學生的概括能力
針對化學學科,概括能力從以下幾個方面對化學的學習產生影響:
1.性質概括。性質是化學研究的重要組成部分。在化學學習中,不可能把每一種物質的性質都列舉出來,學生應對物質的性質進行歸類概括。例如:通過對氧氣與鐵的反應,酸與鎂的反應總結金屬的性質等。
2.原理概括。化學學科的各種基本原理、規律等都具有比較高的概括性,學生只有真正理解這些原理的本質,才能將其應用到實際問題中,才能實現積極的遷移。例如:學生學習質量守恒定律,只有真正理解了質量守恒定律內在含義,理解了定律中三個層面的本質才能利用質量守恒定律來解決相關的實際問題。
3.關系概括。有些學生認為化學學起來很困難,主要原因是因為初中化學中涉及的物質的性質、概念以及反應的現象等都比較分散,學生很難對其內在的聯系進行概括,學生只有對其從內在聯系上進行概括,才能產生積極地遷移,進而學好化學。例如:通過對氧氣與鐵、鎂的反應,酸與鎂、鐵的反應總結金屬的性質將分散的知識整合成一個整體。
4.方法概括。只有掌握好的方法才能更好地分析問題、解決問題,在中學化學學習中,學生要想建立清晰、有序的認知結構,就要對方法進行概括,進而對思路進行概括。例如:通過粗鹽的提純學習了出去可溶性雜質的方法,從而引導學生對物質的分離與提純進行方法及思路上的概括,以提高學生的概括能力。
(三)定式干擾
一般情況下,定式干擾主要表現在以下幾個方面:
1.記憶定式。主要表現為認知結構中原有的舊知識對新知識產生干擾,導致在學習新知識時產生困難。例如:在將氧氣的性質時,化合反應與氧化反應是從兩種不同的角度對化學反應進行分類,但因兩者同時出現,又都是對化學反應分類,相互之間會產生干擾。
2.理解定式。學生在學習過程中,由于種種原因,對概念、原理等的理解有所偏差,導致在學生應用該原理解決實際問題時,會遇到困難。例如:學生在學習分子、原子等概念時,學生認為分子是由原子構成的,所以認為分子的體積比原子大而忽略了構成分子的原子的種類問題。
3.類比定式。類比作為一種常見的思維模式,學生在學習中常常會以偏概全,缺少理性的思考。例如:學習復分解反應時,學生通常忽略復分解反應發生的條件,認為酸、堿、鹽之間一定會發生復分解反應等。
參考文獻:
【關鍵詞】命題 化學復習 實驗 策略
在高考化學中,對實驗能力的考查是重點,它的導向功能在這里的到了很好的表現。筆者結合近幾年高考實驗試題分析,針對考察內容的特點和命題走向,在化學實驗復習備考中提幾點建議:
1 歸納總結、對比分析,掌握常見儀器裝置的用途
根據實驗目的要求合理選擇實驗用品(儀器和藥品)是進行化學實驗的前提。要正確選擇實驗用品,首先必須明確實驗儀器等的用途。因此在實驗復習的過程中必須重視儀器裝置的用途復習。
在中學化學實驗中,有不少實驗都會使用到同一儀器。復習時,必須把使用同一儀器的多過實驗放在一起,通過對比復習分析,理解其中的道理,就能夠較好的掌握該種儀器的用途。例如,在測定硝酸鉀在水中的溶解度實驗、制取乙烯的實驗、制取硝基苯的實驗、石油分餾實驗等都要用到溫度計,但由于要測定溫度的物質或環境不同,因此溫度計水銀球的位置也不同。把它們放在一起比較,可以提高復習效率。
2 深入挖掘、分析研究。科學規范地進行實驗操作
有些科學規范的實驗操作是順利進行化學實驗的可靠保證,在復習過程中必須充分重視。對實驗操作的復習,必須結合具體的實驗,努力從以下四個角度去認識:(1)對操作原理的認識(解決實驗操作理論依據的問題);(2)對操作方法的認識(解決如何操作的問題);(3)對操作目的認識(解決為何要安排這樣的操作);(4)對錯誤操作造成后果的認識(解決為何要這樣操作的問題)。只有按照四個角度對實驗操作進行挖掘和研究,才能深刻領會實驗操作的實質與內涵。
有些實驗操作的方法會因實驗儀器裝置等的不同而存在差異,這就必須抓住實驗操作原理、結合具體實驗來確定操作方法。例如,裝置氣密性檢查操作,凡涉及氣體制備、收集和氣體反應的儀器裝置,都要進行這一操作。操作檢驗所依據的原理為:通過氣體發生器和附設的液體構成密封體系,依據改版體系壓強時產生的現象(如氣泡的產生、頁面的升降等)來判斷儀器裝置是否密封。但由于不同實驗儀器裝置的差異,檢驗所采用的操作與方法也有所區別,有的采用微熱(加熱)法,操作程序為:利用熱源(手或酒精燈等)對儀器裝置微熱——觀察是否有氣泡——移開熱源——觀察是否形成水柱。
3 重視儀器裝置功能的開發,培養創新能力
在化學實驗過程中,對于同一儀器和裝置,通過不同的操作或一定的組合、改進,就可以實現儀器裝置功能的拓展,例如,洗氣瓶裝置,采用不同的操作,可開發出不同的用途:(1)用作排氣集氣裝置;(2)用作排水集氣裝置;(3)可用于測量化學反應中產生氣體的體積;(4)可用作安全裝置;(5)可用作尾氣吸收裝置;(6)可用作觀察氣體排放快慢的裝置,(7)可用作凈化和干燥裝置;(8)可用作反應器,等等。
4 全面分析課本實驗,挖掘內涵。提高應試遷移能力
高考試題具有“回歸基礎,在教材中實驗或演示實驗的基礎上進行改進,創設新情景,提出性問題,考查學生的創新意識”的特點,這為復習指明了方向和方法。在復習過程中,必須重做中學階段重要的、有代表性的幾個課本實驗:
(1)粗鹽提純、犖取與分液、中和滴定(含標準液配制)、蒸餾石油等操作實驗
(2)氨氣、氫氣、氯氣、乙酸乙酯的制取實驗
(3)化學反應速率與化學平衡、同周期,同主族元素性質遞變的理論實驗
(4)氯氣、硫酸、硝酸、鋁和鐵及其化合物、乙醛等物質的性質實驗
通過重做以上實驗,進一步鞏固實驗基本操作以及掌握物質制備、物質性質和化學理論研究(探究)等實驗的實驗技術和要領,建立穩定的遷移信息資源庫。具體地說,就是在重做這些實驗時,要求對每個重做的實驗做到“一個了解、五個會”。即了解實驗目的、步驟和原理;學會控制條件、學會使用儀器、學會觀察分析、學會解釋結果得出相應結論以及學會設計簡單的實驗方案。
5 強化習題選編、訓練和講評
綜合實驗題屬于能力考查題,能有效地考查學生的觀察能力、思維能力、實驗能力。其命題思路是依據化學實驗本身具有很強的包容性和兼容性的特點,將化學實驗的考查與化學其他板塊的知識甚至是其他學科的知識、方法等有機地結合,實現學科知識的綜合考查,考查的內容可以是元素及其化合物的有關知識,也可以是化學基本原理的有關知識,同時包括實驗基本原理和基本技能。在復習過程中,教師要通過精心研究、分析、比較、篩選,把一些有針對性和代表性的典型習題進行整理,有計劃、分階段地進行訓練。讓學生了解這些試題的主要類型、功能和特點,掌握典型題目的解題思路、方法、技巧、步驟及注意事項,進行強化訓練,增強他們的題型意識。要學生明白高考實驗考什么、怎樣考、只有學生對實驗題的功能,考查范圍、考查特點弄清楚、才能理順解答實驗題的思路。引導學生在分析典型綜合實驗題的過程中積累經驗,達到知識與能力相結合,真正提高實戰能力。
6 訓練文字表達能力,答題要明確,簡練
關鍵詞:化學反應工程;教學改革;實踐
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.200
化學反應工程是化工類專業的一門核心課程。該課程以物理化學、化工原理、化工熱力學等化工專業基礎課為先修課程,其主要研究物料從進入反應器到離開為止的全過程,主要解決過程中的反應動力學和反應器分析與設計兩個基本問題。化學反應工程內容涉及多學科,理論較抽象,數學模型多,計算復雜繁瑣,有些方程只能通過數值計算求解。因此有不少學生把化學反應工程認為是大學中最難學的課程之一[1-3]。
重慶三峽學院是一所普通本科院校,學校人才培養目標是培養應用型技術人才。在化學反應工程的教學中,結合學生的實際情況,讓學生能系統掌握本課程的內容,使教學內容達到較為合理的程度,力求把化學反應工程基本觀點與相關基礎知識緊密聯系起來,著重培養寬口徑、厚基礎、應用型化工高級人才。為此,以培養學生綜合運用基礎知識分析、解決實際問題的能力為目標,把課程的理論研究與教學方法、手段等方面研究相結合,積極地進行教學改革探索與實踐[4-6]。
1 教材的選擇和教學內容的精選
優秀的教材是課程教學的基本保證。有關化學反應工程的教材版本很多,體系編排差別較大,所涉及到的內容大都符合教學大綱的規定,因此合理選擇教材對于教學和學習非常重要。根據我校的實際情況,在研究多個版本教材的基礎上,認為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材、由陳甘棠教授主編的《化學反應工程》(第三版)符合教學內容及授課體系,該書定為我校化學反應工程課程教材。該書內容經典系統,覆蓋面大,循序漸進,篇幅較短,易于學生掌握。其它版本的教材當中,朱炳辰教授主編的《化學反應工程》更注重反應工程研究方法介紹,并在相應章節中論述了反應工程學科的新進展,便于讀者深入鉆研。兩本教材各有特色,可互為補充。另外選取優秀的外文版教材譯本作為學生的參考書,讓學生涉獵到化學反應工程學科的前沿知識,開拓視野。
課程教學內容要力求體現本學科的科學性、先進性和適用性。教師只有掌握了該課程的知識結構特點,才能夠抓住教學重、難點,精心選擇教學內容。化學反應工程課程的基本內容包括反應動力學和反應器設計與分析兩個方面,依據化工過程中的化學反應與反應過程中的動量、熱量和質量傳遞關系來講解,并對反應器進行設計與分析,闡明反應動力學基本原理。在實際的教學中,教師應清楚課程各部分知識的結構層次與相互關系,緊緊圍繞反應工程學科的兩個基本問題,把基本觀點與基礎知識聯系起來,從工程分析的角度討論化學反應工程中的重要概念。因此任課教師備課時必須認真鉆研教材,了解本學科發展動態及前沿,精心組織講課內容,合理安排,突出重難點,內容詳實。重點講授氣-固相催化反應本征動力學與宏觀動力學、理想流動反應器、反應器中的混合及對反應的影響等章節,突出工程意識,增強學生分析問題和解決問題的能力。對于氣-液反應及反應器、氣-液-固三相反應工程和多流體相的反應過程等內容,進行適當講解。同時努力拓寬教學內容信息,把學科研究的最新工業化成果向學生介紹,激發他們的創新意識和工程意識。對于本課程與其他學科領域交叉形成的一些新的分支,如聚合反應過程、生物反應工程、電化學等,以學生自學為主,達到開拓學生的視野和培養學生創造力的目的。
2 采用靈活多樣化的課堂教學模式
課堂教學是化學反應工程理論教學的主要環節。本課程涉及較多工程數學知識,且要求有一定的邏輯思維能力,由于學生的數學基礎比較薄弱,專業基礎知識面也不寬,課堂講授的內容和方法必須適當,才能收到較好的教學效果。在化學反應工程課程的教學過程中,采用多種多樣的n堂教學方法,改變完全以教師為中心的講授式教學為多種教學方法并用, 以達到提高學生學習的主動性,提高課堂教學效果。下面介紹主要采用的幾種教學方法。
2.1 講授式教學
教師系統地向學生傳授學科知識。教師在講授每一章時都可先用幾分鐘的時間,采用圖示的方法,概括本章主要內容和基本理論結構框架,讓學生領會教學目標,明確教學思路和重、難點以及具體應用實例,特別要聯系實際和知道如何應用到相應的具體計算當中。在每一堂課開始時,都應該有承上啟下的對上一節課的內容相應的總結,使學生能夠將知識有機地結合起來。教師在講授過程中要詳細講解典型內容,并要突出重、難點。如氣-固催化反應和氣-液反應過程,可以根據反應物分子必須接觸碰撞才能進行反應的共同特點入手,講解其最基本的反應步驟。讓學生了解其共性后,能夠舉一反三,推導出相應的液-液、液-固反應過程,既調動了學生學習的積極性,又能使學生牢固掌握基本理論。
2.2 互動式教學
即授課過程中教學雙方經常進行交流互動。教師可以選出教材中較為典型的章節或例題,首先提出問題,由學生自行閱讀課本,讓學生帶著問題自主學習,以學習課程知識為重點,讓學生自行討論閱讀的內容后,全班討論或小組討論,最后教師強調并總結該部分內容中的關鍵概念和原理等。每次課程結束時,教師可以給學生布置總結本次課程內容的任務,下次課上隨機抽出幾位學生對前一次課的內容進行提綱挈領式的回顧,由此達到督促學生課后自主復習,及時消化,保證知識的連貫性,達到溫故而知新的目的。互動式教學方法能夠促使學生自主學習,新問題的提出,又能刺激學生主動想法獲取問題答案,學生上課的積極性很快提高,取得了良好的教學效果。
2.3 歸納對比法教學
化學反應工程教材中的概念抽象,公式繁多,教學推導過程復雜。歸納對比法在化學反應工程的教學過程和指導學生復習鞏固知識過程中起著重要的作用,可以把零散的、不成系統的基本概念知識系統化、理論化。例如,將理想反應器和非理想反應器,連續反應器和間歇反應器,平推流反應器和全混流反應器,等溫恒容反應與等溫變容反應,流化床反應器和固定床反應器等基本概念進行對比。通過比較,找出概念的相同點和不同點,把相近的概念區別開來,從而達到簡化、概括和記憶的目的。除了本學科之內的概念比較外,也可以不同學科進行比較。如把反應器中三傳問題與化工原理中的單元操作相比較,把宏觀動力學與物理化學課程的本征動力學相比較,有意將化學反應工程和已經學過的課程進行聯系,以加深學生對該課程學習的興趣。將復雜的概念用列表、提綱等簡單明了的形式表達出來,使學生在“識同辨異”中增進學習興趣,在“歸納”中滲透,在“對比”中鞏固,最終達到提高學習效率的目的。
2.4 案例教學法[7]
化學反應工程教材中的很多化工案例,內容過于簡略,學生很難從中真正領會到案例的作用。對于教學過程中選用的一些能夠反映技術發展前沿和創新科研的工業實例,可采用案例教學法。從化工實踐中選取合適的案例,進行專題討論,充分調動學生學習的積極性,發揮學生在學習中的主體作用,使他們通過積極的思維后主動獲取知識。在案例教學的討論中要注意教材中前后章節內容的連貫性,不孤立分割每一章節內容,要讓同學意識到,所學的知識不是獨力的而是共同為解決實際問題服務的。例如在講授固定床氣-固相催化反應時,選擇學校實習基地宜化化工集團公司合成氨多段絕熱固定床反應器的案例,結合生產實習認識,對固體催化劑的裝載具體要求,反應器的具體實際類型和操作條件、操作方式等進行詳細講解和討論,讓學生深刻體會氣-固相反應的過程、固定床催化器的特點、使用情況和選型原則等,初步掌握化工生產過程分析問題和解決問題的方法,培養學生理論聯系實際能力。案例教學可以給學生留下深刻的印象,從而激發他們的創造欲,使他們成為推動學科發展與技術進步的新生力量。
3 理論教學與實踐教學充分融合
在教學過程中,化學反應工程課程組教師充分認識到理論教學與化工專業實驗和化工設計的統一性,理論知識能指導實踐,科學實踐又能幫助將感性認識上升為理性認識后,再應用到實踐中去。抓住各實踐教學環節的機會,將本課程中的理論融入實踐教學之中。
由于校院兩級投入的加大,實驗條件和實踐教學條件有了較大的發展。針對本課程所設置的教學實驗有多釜串聯反應器停留時間分布測定實驗、管式反應器烴類裂解反應實驗、苯酐合成實驗、固定床與流化床的流動特性測定實驗和乙苯脫氫制苯乙烯實驗。現在開設的化工專業實驗中,有很多實驗是和理論課程緊密相連的,只要科學合理安排理論教學和實驗教學,就能使二者有機結合,為本課程的實踐教學提供良好的支撐。進行相關實驗能夠進一步強化學生所學的理論知識,讓學生在實驗過程中認識真正的反應器,并將所學理論知識運用到反應器的操控和數據的處理。改變那種老師“抱著走”的單一教學方法,提高學生學習的積極性和主觀能動性。
課程設計是完成課程教學后對該課程基本知識和技能進行綜合應用的一個教學環節,通過課程設計培養學生解決生產實際問題的能力和知識的綜合應用能力。為了進一步深化學生對化工反應器的認識,建成了仿真計算實驗室,仿真實驗室安裝有化工設計模擬軟件,為學生化工設計實踐提供了良好條件。化學反應工程課程的主講教師也是化工設計指導老師,學生以小組為單位,教師提出設計課題,學生查閱工程手冊等資料,采用CAD 繪制設計圖紙,并通過答辯完成課題設計。通過反應工程的課程設計,初步培養學生的工程理念。
化學工程與工藝專業的學生都必須要經歷認識實習和生產實習等實踐環節。化學反應工程課程組教師充分利用這些實踐教學環節,引導學生把課程理論知識與現場生產實踐相結合。例如在實習中,給學生下達任務,了解相關工業反應器的形式和特點,其中所發生反應的類型和特點,記錄反應器進出物料組成和流量等數據,利用該數據進行物料衡算,計算主產物的收率、選擇性等,使學生利用所學知識,體會到所學知識在實際工作中的作用,激發學生學習興趣,實現理論與工程實際的緊密結合。
4 改革考核方式
考試具有測評教師教學水平和學生學習效果的功能,還有引導學生積極學習的“無形指揮棒”作用。考試制度的改革可以同時有效促進教學內容、方法和手段的改革。考試通常有開卷和閉卷兩種,各有特點。本課程采用平時成績(占20 %)和期末考試成績(占80 %)相結合的考核方法。化學反應工程課程試題多年來一直堅持教考分離,每次考試試卷由其他教師按基本要求從試題庫出70%的考題,主講教師根據各自的講課特點出30%的考題組合而成。這種命題方式既考慮了課程的基本要求,實施教考分離,又能充分發揮各主講教師自己的講課特色,要求學生體會課堂教學的內容。
平時成績按照學生平時出勤、作業、課堂回答問題及課堂練習考核、寫小論文、寫專題報告等情況綜合評定給出。平時學生可以上學校化學反應工程精品課程網站,自主學習,使學生的綜合素質得以提高。
期末筆試考核學生必須掌握和熟記的基本理論、數學模型與計算方法等,按照期末筆試答題情況給出期末成績。這種綜合評定成績方式督促學生注重綜合素質的提高,對學生良好的學風建設起到了促進作用。任課教師在每次考試后,要求必須對試卷進行詳細分析和課程總結,找出試卷中學生存在的共性問題和薄弱環節,為下一輪教學起到借鑒和促進作用,并注意在教學過程中不斷改進和完善,實現教與學兩方面共同提高。
5 結束語
在當今實施素質教育、培養創新型人才的社會大背景下,化學反應工程作為一門工程學科,要求學生系統掌握反應工程課程的內容,能夠把反應工程基本觀點與工程知識緊密聯系起來,從工程應用分析的角度來討論重要的工程概念。通過課堂教學與專業實驗、生產實習相結合以及創建課外實踐教學活動平臺和考試形式等多方面的教學改革,并比較了改進前后的教學方法對教學效果的影響進行,發現不同的內容采取相應的教學方法,學生更便于理解掌握教學內容,收到了良好的教學效果。化學反應工程的教學改革還只做了初步的改革探索與實踐,每個學校具體情況都不一樣,應根據自己的專業方向和辦學特色做進一步的探討。
參考文獻:
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【關鍵詞】初中化學;分層教學模式;施教
一、前言
隨著我國中小學布局的調整與學校本身的發展,一些學校的辦學規模發生一定的改變,學生的人數也呈現增長的趨勢。因而,在課堂教學過程中,教師所面對的學生其學習水平必定是不一樣的,初中化學課堂教學同樣是如此。針對這種情況,為了促進化學學科的快速發展,且在實踐教學中貫徹新課程改革的教育理念,對新型的教學模式進行研究與探討,具有極為重大的現實意義。
二、分成教學模式概述
分層教學模式指的就是在班級教學過程中,根據教學大綱中的有關規定,從不同類別的學生實際情況下手,規定不同層次的要求,展開不同層次的教學活動,進行不同層次的輔導行為,開展層次不同的測驗,以便有效激發不同層次學生的學習熱情與興趣,并且在各自的“最近發展區域內”獲得最大限度的成長,充分的實現自身的學習任務,從而實現全體學生整體素質的有效提升。
三、初中化學課堂分層教學模式的具體應用
1.對學生進行分層
教師在教學過程中,依據全班學生的化學水平、化學成績、智力水平以及自主學習水平等情況,并且聯系學生自愿報名的情況,將全班學生分成三個層次,即甲是優秀生,乙是中等生,丙是差等生。
2.分層教學目標的合理設置
有研究指出,在化學學科教學過程中,“一刀切”的現象極為普遍,無法充分滿足不同層次、不同水平學生的化學學習需求,進而出現優秀生“吃不飽”,一般生“吃不消”,而學困生“吃不了”的情況。針對上述中所提及的狀況,化學教師在課堂教學過程中,應當對教學目標進行科學合理的分層,即對不同層次的學生設置不同水平的教學目標,并且在化學課堂中將所制定的教學目標告訴學生,讓各個層次的學生清楚了解自身所要達到的教學目標;不同層次教學目標的實行,必須在課堂教學開展之前予以確定,進而最大限度的展現教學目標的導向作用與強化功能,從而獲得事半功倍的課堂教學效果。例如在對“制取氧氣”一節進行講解時,對甲、乙、丙三個層次的學生設定不同的目標,對甲層次的學生設定較高的目標,即對選擇發生裝置的規律進行歸納總結,初步構建“論述分析、設計實驗、開展實驗”的教學思路;對于乙層次的學生,制定提升層的教學目標,即初步掌握化學實驗制取新物質的基本原理,了解在化學反應中催化劑參與與否等等;對于丙層次的學生,制定較為基礎的教學目標,即認識實驗室制取氧氣的基本原理,掌握化學的分解反應,并且區分分解反應與化合反應之間的不同。
3.分層施教
(1)分層施教是關鍵。在分層教學模式當中,分層施教是最為重要的一個環節。在課堂教學過程中,教師一方面要依據課程標準中的要求,教材中的相同內容,在一定的時間與進度中,對全班學生展開同步教學,對學生講解最為基礎的教學內容,進而達到最為基礎的教學目的。另一方面,教師必須因材施教,依據每個學生的不同情況,展開異步教學,使各個層次學生的心理活動面向不一樣的教學目標,展開層次不同的提問,以便實現分層教學與群體教學和諧一致。
(2)分層提問。在課堂教學過程中,為了使各個層次的學生都可以發散思維、獲得知識,教師應當有層次的展開提問,并且在學生討論之后自由發表各自不同的見解與意見,使學生的思維能夠獲得有效的培養。例如在講解“硫酸”一節時,教師在對 的檢驗方式進行講解之后,對不同層次的學生提問:甲層次的學生:為何要添加稀硝酸?假使硝酸將部分白色沉淀溶解,這意味著沉淀內存在什么離子?乙層次的學生:發生怎樣的化學反應?化學反應的方程式是什么?可以使用其他的試劑來替代嗎?丙層次的學生:在對 進行檢驗時,需要添加的化學試劑是什么?
教師在課堂教學過程中,應當注意一定的策略,以便時各個層次的學生都有機會來提問、回答問題,教師通過以上提問,讓各個層次的學生都了解檢驗 的具體方法。教師在課堂教學過程中,應當適度的提問差等生、學困生,從而有效激發起學習的欲望;在講解新知識的過程中,應當積極提問中等生;在對重、難點問題進行分析的過程中,應當對優等生進行提問,進而實現同步進步的目標。
四、結束語
綜上所述,在初中化學課堂中采取分層教學的模式展開教學,能夠有效地的調動學生學習化學知識的熱情與興趣,使各個層次水平的學生都能夠在自身原本的基礎之上,獲得一定水平的提高,另外,在實行分層教學的過程中,也推動了化學教師全方位教學水平的提高。
參考文獻:
關鍵詞:比較法;初中化學
中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0568(2013)09-0137-02
比較法是認識世界、學習化學的重要方法,通過比較法,我們可以更好地區分相同的事物和不同的事物,可以從不同的視角認識同一個事物,既能豐富我們的生活,又能幫助我們更好地學習。
一、初中化學中比較法的基本概況
很多學者認為“比較是一切理解思維的基礎,我們正是通過比較來了解世界的一切。”廣泛運用比較法能夠幫助我們更好、更清晰地認識世界。
比較法是化學教學中常用的一種思維方法。所謂比較,就是通過對事物進行對比、比較,排除視角和主觀因素,得出客觀事物的共同點與不同點。比較法是認識事物本質的基礎,是學生學習與教師教學的重要方法。初中化學是一門基礎性的科學入門知識,恰當地運用比較法教學,可以幫助學生在比較中了解、辨析事物,進而加深對事物本質的理解與認識。
二、初中化學中比較法的常見類型
1.列表比較法。列表比較法是指教師在講授化學概念或原理時,根據事物的內部聯系,總結出事物的共性與個性,并以表格形式表達出來,直觀而又方便。比如,“人類自身保護”這一話題,教材上的解釋很繁瑣,學生也不一定能完全理解,這個時候,表格就直觀地表達出來,學生也就一目了然了。
2.實驗比較法。化學離不開實驗,學生通過實驗可以比較出不同物質的各方面差別,便于學生加深理解。教師可以引導學生通過化學實驗,直觀地洞察事務的本質。
3.分析比較法。由于受年齡、閱歷的影響,初中生在認識事物時存在著很大的局限性,很難把相似的兩個事物透徹地區分開來。為此,教師可以引導學生通過分析比較來區分事物,從而加強對事物本質的理解。
三、初中化學中比較法的應用
比較法在化學教學中得到了廣泛應用,它既可以比較同類事物,又可以比較異類事物,還可以比較同一事物的不同方面,不同事物的不同方面,可以是定義、概念的比較,也可以是狀態、性能的比較。
1.基本概念比較。比較法廣泛應用于初中化學中。人教版初級中學化學課本中許多抽象的、易混淆的、不容易理解的概念,就需要用比較法來區分。通過比較,可以區分這些事物之間的隸屬關系、相似關系、并列關系以及對立關系等。比如,元素與原子的比較。
通過對它們各方面的具體比較,可以更好地區分元素與原子這兩種不同物質。可以明白:原子是化學變化的最小粒子,而元素是一類原子的總稱。例如,氧氣分子與水分子都有氧原子,核電荷數為8,也就是盒內有8個質子,那么它們就被統稱為氧元素。原子可以相互結合成分子。教師在概念教學中可以廣泛采用比較法。
通過概念比較,可以對四種化學反應進行分析比較,直觀而又清晰,從而得出更系統、清晰的認識。
2.基本原理比較。化學基本原理在化學課本中占有很大比重,原理反應也是比較復雜的。如果對這些原理進行比較分析,就方便了學生的記憶與理解,便于學生化學體系的構建。
例如,氧化反應與還原反應比較。反應前后,有元素化合價發生變化的,那么這個反應就是氧化還原反應,沒有發生變化的就是非氧化還原反應。化合價高,也被氧化發生氧化反應;化合價低,則被還原發生還原反應。
又如,不同物質與同一物質的反應,可以比較出不同物質的相似之處。例如,CaO(白色或淡黃色;熔點2572°C;PH值為12;可與酸反應,不可與堿反應);K20(淡黃色;熔點為350°C;PH值為14;可與酸反應;不可與堿反應)。由此可以得出CaO與K2O化學性質相似,PH值相近,與酸與堿反應也極為相似,兩個都是堿金屬的氧化物,在周期表中排列相鄰,化學性質也相似。
3.實驗比較。化學離不開實驗,化學實驗教學是充滿趣味的。在實驗中通過比較法可以更直觀地認識事物的不同本質。通過實驗過程中產生物體顏色的不同,可以區分各類物質。如果產生固體的顏色是紅色,那可能是銅、氧化鐵。是綠色可能是:堿式碳酸銅。如果產生液體的顏色是無色的,可能是水或雙氧水。如果是藍色溶液,可能是硫酸銅溶液、氯化銅溶液或者硝酸銅溶液等。
4.物質的性質比較。
碳與一氧化碳性質比較:
通過比較對碳與一氧化碳物質有了系統了解,可以更好地指導今后的學習。對鐵離子、鋁離子與鈉離子氧化性的比較,則可以依據氣態氫化物穩定性隨非金屬性減弱而減弱,金屬性則依鈉,鋁,鐵的順序減弱,從而得出氧化性鐵離子大于鋁離子,大于鈉離子。通過此類比較,可以把握物質的不同性質。
四、結語
比較法在初中化學教學中的應用是非常廣泛的,是一種非常好的學生學習方法與教師教學方式。比較法的采用可以更好地區分抽象的、易混淆的事物,因此,我們應該加強比較法在化學教學中的應用。
參考文獻:
[1]徐柱榮.淺談“教、學、練”在初中化學中的應用[J].家教世界,2012,(02)29.
根據國家環保局統計,我國主要河流普遍存在有機污染,湖泊的水體富營養化嚴重,飲用水安全程度急速下降,而工業廢水是水源污染的主要來源之一。目前被廣泛運用的廢水處理方法有化學法、物理法、生物法,以及這些方法的綜合利用。電吸附技術用于廢水處理具有安全、能耗低、無二次污染等優點,業界對其的關注度日益增長。
在電吸附過程中,具有吸附作用的電極材料起著非常重要的作用。與金屬電極材料相比,新型炭材料具有更大的比表面積,良好的孔結構,化學惰性表面,一直是電吸附電極的首選材料。近幾年,國內外主要研究包括以活性炭、活性炭纖維作為電極的電吸附技術。普通的活性炭在作電極的時候,往往需輔以高分子粘合劑成型,使得電阻增大。而活性炭纖維不僅具有豐富且分布窄的1~3 nm的微孔,使其具有1 000~3 000 m2/g的高比表面積,而且纖維直徑一般在10~13μm之間,外表面積可達1.5~2m2/g,另外,還含有一定量的以羧基、羥基、羰基為主的含氧基團,容易與吸附質接觸,擴散阻力小;且相對于粉末活性炭和粒狀活性炭,其吸附和脫附速度更快,有利于吸附分離,所以被廣泛應用于廢水處理中。
1、電吸附處理廢水的基本原理
1.1 電吸附理論及雙電層模型
在電吸附體系中,由于電極與溶液的分界面上存在一個具有電容特性的,可以進行充電放電的雙電層,使得電極提供電子或正電荷充當充電電荷,而溶液提供陽離子或陰離子用以充當放電電荷。在這個體系上施加不發生化學反應的電壓的情況下’電極充電時水中的離子將會富集在電極上(見圖1)。這樣,如果電極具有一定的吸附作用,水中這部分富集離子將會被吸附。
Zou等人使用x射線衍射和N2吸附技術測試了活性炭(AC)以及中孔炭材料(OMC)表面的孔徑大小和分布。發現AC中含有大量的微孔和一定量的中孔,而OMC中則主要是有序的中孔。他們利用循環伏安法測試表明:當OMC和AC分別作吸附工作電極時,其吸附的離子數量分別是11.6、4.3 μmol/g。根據這一結果,中孔比微孔在決定炭材料電吸附能力上更重要,提高中孔結構控制微孔結構是提升電吸附材料的兩個重要策略。
此外,Han等人對電吸附前后ACF的表面結構進行了分析對比,結果表明ACF的比表面積大小和中孔(2~50 nm)容積隨著電壓增加而增大。該作者認為活性炭纖維在電極輔助下吸附能力的提升是因為在電壓作用下ACF的比表面積和平均空洞尺寸大小增加了。
1.3 電吸附過程中的化學反應
很多研究表明在活性炭纖維電吸附處理廢水的過程中,ACF所起的作用不僅僅是吸附作用。Fan等人在使用活性炭纖維對莧菜紅偶氮染料進行電吸附研究中發現,當電壓高于0.6 V時其陽極極化曲線上出現明顯的氧化峰,說明在該體系里較高的電位會導致染料的氧化和降解。易芬云研究證實了ACF表面的羥基、酚羥基以及堿性基團能起到催化作用。陳水挾通過實驗也發現某些有機物在吸附過程中可以使ACF發生氧化還原過程。
2、活性炭纖維電吸附處理廢水的影響因素
2.1 活性炭纖維電吸附動力學
Han通過實驗證實了活性炭纖維電吸附過程能更好地與Langmuir曲線擬合。從大量文獻中發現,隨著時間的增加,溶液中的吸附質濃度減小,而當溶液中的吸附質濃度減小到一定程度,或該吸附反應進行到一定時間,吸附質濃度保持穩定。Conway的實驗也表明:在其他條件不變的情況下,ACF對NaSCN的吸附曲線也符合第一吸附理論。
2.2 pH值的影響
在利用電吸附方法處理含NaCl結晶紫染料廢水的實驗中,當pH值分別為3.0、5.5、7.0、9.1時,觀察脫色率與時間的變化圖線發現,在pH值為7.0時脫色效果最佳;當pH值為3.0時,脫色效果最差。研究人員認為這是因為當廢水中存在C1—時,C1—會在活性炭纖維電極上被氧化生成C1O—進而氯氧化溶液中的有機物。此時,溶液的pH值直接影響了C1O—的多少,從而影響活性炭纖維電吸附水處理的效果。
另外,在Huang等人研究了用硝酸和殼聚糖溶液分別改性ACF,然后調控ACF表面使其Zeta電位為0 mV,再測溶液的pH值分別為8.2、2.2。這表明了pH值會影響ACF表面的Zeta電位。
2.3 電壓的影響
探索電壓對活性炭纖維電吸附過程的影響的研究工作有很多。在處理酸性橙7號(A07)的實驗中發現當電壓在0.8V后,溶液發生化學反應,此時該過程已不屬于單純的電吸附過程;在0~600 mV的電壓范圍,電吸附對染料的去除率最高的電壓是600 mVo在600 mV電壓下,ACF對A07的吸附率和吸附容量分別比不施加電壓增加120%和115%。
Conway等人通過在實驗過程中改變通入電流的正負性發現電吸附的微觀過程:在炭氈電極電吸附過程中,改變通入電壓的正負在剛開始的一段時間里會發現解吸附,但是隨著時間的延長又會出現再吸附現象。解吸附的原因是通入的反向電壓在炭氈電極上中和了最初已存在的電荷,產生對被吸附物質的電荷排斥;而再吸附現象出現的原因是在工作電極帶上反向電荷的同時,對電極也帶上了相應的反向電荷,這樣炭氈電極上就產生了對溶液中相反離子再吸附。