时间:2023-02-17 17:21:36
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇物理化学实验报告,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
一,用氧弹热量计测定萘的燃烧热
二,明确燃烧热的定义,了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别
三,了解热量计中主要部分的作用,掌握氧弹热量计的实验技术
四,学会雷诺图解法校正温度改变值
仪器与试剂
氧弹卡计贝克曼温度计普通温度计压片器分析天平台秤万用电表点火丝剪刀直尺镊子扳手苯甲酸柴油氧气钢瓶氧气减压阀
实验数据及其处理
贝克曼温度计读数
苯甲酸
柴油
苯甲酸
柴油
样品质量g
序号
初段
末段
初段
末段
W2
W2
1
2.157
3.458
1.528
3.440
2.2500
39.1769
2
2.162
3.461
1.533
3.480
W1
W1
3
2.169
3.464
1.538
3.520
1.5718
38.5392
4
2.175
3.467
1.541
3.550
样重
样重
5
t>2.180
3.469
1.542
3.558
0.6782
0.6377
6
2.185
3.470
1.544
3.561
点火丝
7
2.190
3.471
1.546
3.568
L2
L2
8
2.194
3.472
1.547
3.570
20
20
9
2.198
3.473
1.549
3.575
L1
L1
10
2.203
3.475
1.550
3.572
16
5.8
消耗
消耗
4
14.2
初段斜率
初段截距
初段斜率
初段截距
0.0051
2.153
0.0023
1.529
末段斜率
末段截距
末段斜率
末段截距
0.0018
3.458
0.0131
3.467
升温中点
12
升温中点
align=right>12.5
中点低温
中点高温
中点低温
中点高温
2.215
3.480
1.558
3.625
温升
1.265
温升
2.066
水值J/℃
14191
热值J/g
45920
4实验讨论
固体样品为什么要压成片状?
答:压成片状易于燃烧,和氧气充分接触,且易于称中。
2.在量热学测定中,还有哪些情况可能需要用到雷诺温度校正方法?
答:实验中要用到温度差校正的都可以用。
关键词:物理化学实验;半开放实验;教学改革
1物理化学实验课堂教学现状
1.1教学方法单一
目前我校物理化学的实验教学模式是让学生自主预习实验讲义,老师讲解实验原理和实验步骤,学生做实验,然后写实验报告。在整个过程中,教师花费了很多的时间去讲解实验原理、注意事项和操作步骤,学生没有时间去思考。整个实验过程中难以发挥学生的主体作用,导致学生兴趣不高,只是机械地按照教师的指导操作一遍,甚至会漏做部分实验。这种现象导致学生对实验兴趣下降,主动性差,还有部分同学袖手旁观。最终必然导致动手能力、综合运用能力以及四大基础化学基础知识融会贯通的能力都不理想,在相关化学竞赛以及研究生复试时表现能力也差。
1.2仪器数量不足,学生积极性差
目前我校物理化学实验教学的仪器设备严重老化,部分已经损坏,数量不能满足实验的需要,只能3-4人1组,甚至4-5人1组,这样学生动手机会少。做实验时也是按照实验讲义的步骤或者老师讲解的步骤来操作,对实验现象不主动动脑思考,即使是实验数据不对都不清楚。实验中出现问题也不会自己想办法来解决,而是直接找老师。部分学生只是在一旁观看动手学生的操作,实验结束后很多同学共用一组数据,实验报告也一模一样,抄袭现象严重。所以做完实验后,学生收效甚微,只是为了完成任务而做实验,完全体现不了学生在教学中的主体作用,更不用谈好的教学效果。
1.3循环实验造成教学效果不理想
由于受仪器数量的影响,只能采用大循环实验的方法,即在同一天开设两个实验,然后进行轮换。教师要在课堂上轮流对学生讲解两个不同的实验,学生在做另外一个实验的时候老师讲的实验原理、基本操作等内容也基本忘记了,造成了时间的浪费。在实验操作环节中,教师只能为个别学生指导,费时又费力,达不到全面指导学生的效果[2]。学生只能在有限的时间内按照实验讲义或者老师讲的步骤去操作,处于被动的学习状态。对于操作失败的实验,受循环实验的时间限制,也不能再次重复实验,大大影响了教学效果。显然传统的实验教学模式已不能满足提高本科教学质量、提高学生的主动性和培养学生创新能力、创新精神的要求,因而建议尝试半开放的实验教学法。所谓半开放性的实验教学方法是指实验课上老师只指出实验的名称,准备好与本实验相关的仪器和实验药品等。而学生通过学习讲义和实验教材,搞懂实验目的、实验原理、实验步骤和注意事项等内容。在实验操作过程中,教师只负责监督实验过程(实验安全和正确的实验步骤等)、解答学生在实验操作中遇到的实际问题。实验室仅在规定时间段向学生开放,学生可以根据自己对实验的预习情况来安排实验时间。对于实验操作不成功或者实验数据不满意的学生,实验时间可以延长。半开放实验教学是一种全新的教学模式,与传统的实验教学模式有着根本的不同。
2物理化学实验半开放教学方法
2.1建立合理的选课制度
半开放教学模式完全不同于传统教学的实验项目和实验时间固定的情况,教师以4-5个实验为一个周期进行轮换。每周选取6-8个时间段(每个时间段为3个课时)为选课学生开放实验。学生可以根据自己的时间安排和对实验的预习情况,选择恰当的实验时间。教师还要建立实验的“网上预约及管理系统”,系统列出开放的时间、实验项目以及人数。教师可以很方便的查到哪些学生在哪个时间段选做了哪个实验。这样的模式既完成了教学计划,又鼓励学生培养了自主学习的能力,并节约了成本。学生在完成必修的实验学时的前提下,根据自己的兴趣选择更多的实验内容,有利于开拓学生的视野和对科研的兴趣。
2.2建立全面的实验内容体系
物理化学实验不仅要让学生掌握实验基本操作技能,还要培养创新能力和综合素质[3]。而物理化学实验包括基础实验、综合性实验和设计性实验3个体系,对不同的体系要采取不同的教学模式。
2.2.1基础实验
物理化学实验中的许多仪器和实验方法对大多数学生来说是完全陌生的,如阿贝折光仪的使用、电导率仪的使用、温度测量与控制技术以及误差分析和数据处理等。基础实验可以训练学生在无机化学实验和分析化学实验中学到的基本技能,并加深学生对物理化学基本理论知识的理解。我校开设的实验有无水乙醇饱和蒸汽压的测定、液体表面张力的测定、环己烷-异丙醇气液平衡相图的绘制、蔗糖水解反应速率常数的测定等。
2.2.2综合性实验
综合性实验是基础实验的提升,它一般涉及两个以上的知识点,要分步实施并将各个实验环节有机地结合在一起,锻炼学生的实验技能和思考能力。综合性实验侧重于培养学生对各个学科所学知识综合运用的能力,使学生能做到融会贯通。目前开设的实验有电导率法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数、电池电动势测定的应用、二组分金属相图的绘制、液相反应平衡常数的测定,希托夫法测定离子迁移数等。
2.2.3设计性实验
要求学生查阅相关书籍和文献资料,设计合理的实验方案,自主选择实验仪器和试剂,独自完成实验操作,观察实验现象并记录实验数据,最后撰写实验报告。为避免学生设计出不切实际的方案,教师要给学生提供研究方向,并将实验室提供的仪器予以说明。通过亲身体会实验过程,学生可以深刻体会到科学实验的严谨性以及理论与实际结合的重要性。开设的实验有:电导的测定及其应用、液体燃烧焓的测定、表面活性剂对蔗糖二级反应速率的影响等。
2.3注重学生的实验预习
教师做好预备实验,系统全面地理解实验内容和相关的知识背景,熟练掌握仪器设备的使用方法和一般性故障排除方法[4]。学生必须在实验前认真学习实验讲义、查阅与本次实验相关的原理,并认真写好预习报告。教师要认真设计教案,注意授课的逻辑性、表达的准确性和科学性,并在上课前采取抽查提问的方式检查学生对实验的预习情况,预习情况不合格的学生不能做实验,否则学生做实验也是稀里糊涂,达不到预期目的。
2.4注重数据记录和实验操作
实验教学的根本目的是培养学生的实验操作能力和严谨的科学态度。物理化学实验基本操作除了无机化学实验和分析化学实验的基本操作外,主要涉及到各种仪器设备的使用,如旋光仪、紫外-可见分光光度计、电导率仪、阿贝折射仪等仪器的使用。教师要严格要求学生规范操作仪器,纠正错误操作。要求学生认真记录实验数据和实验现象,实验结束时,教师认真检查实验数据的准确性并签字确认。对有拼凑实验数据和弄虚作假的学生,责令其重做实验,培养学生实事求是的精神和严谨的科学态度。
2.5提高学生撰写实验报告的能力
写好物理化学实验报告,学生要在课前预习实验的相关理论知识、基本内容以及实验过程。通过书写实验报告使得学生重视实验操作的过程,并让学生对所学知识加以巩固[5]。数据处理采用绘图法、列表法和计算法等,让学生学会用Excel和Origin等计算机软件进行数据处理。通过对实验数据的处理和分析,能找到数据误差产生的原因并找到消除方法。最后要求学生总结实验心得体会,对实验现象的解释和分析以及影响实验结果的原因。这样能让学生更好地掌握实验的知识点,提高学生分析解决问题的能力,激发学习的兴趣。
1独立学院物理化学实验教学存在的问题
1.1学生对物理化学实验重视不够有不少同学把物理化学看作“四大基础化学”中最难的,因此对物理化学实验也有抵触情绪,认为只是理论课的衍生物,没有认识到它对培养分析问题、解决问题能力,培养创新精神的重要作用。学生来做实验只是“走过场”,带有应付的心理,这也给物理化学实验教学带来很大困难。
1.2独立师资力量不足目前大多数独立学院都面临两难的尴尬境地,就是不独立难以规范,太独立又影响办学质量。还有大部分独立学院的师资力量不足,需要向母校聘请一些教师和聘用刚毕业的研究生作为师资来完成教学任务,前者虽然具有较高的教学水平,教学经验丰富,但是思想保守,教学模式化。甚至有的教师没有合理地根据独立学院学生的基础来精减教学内容、改变原来给大一、大二学生上课的教学方式,让学生听课像“雾里看花”,后者虽然活力充沛,思想新潮,但是教学经验不足,他们对部分仪器的工作原理都一知半解,这些都影响了学生学习物理化学实验的积极性。
1.3独立学院学生群体特点独立学院是现代高等教育的产物,学生的基础薄弱,每个学生的学习能力和水平也相差很多。扩招的学生有高考失利的,有高考发挥好而实际学习水平不理想的;有知识面较广,但学习能力欠缺;也有一些偏科严重,这些就形成了独立学院学生群体的多样性。基于这一特点,独立学院以后的教学可以采取多层次性,针对不同层次的学生实施不同的教学模式有利于实现培养“复合型的应用人才”的办学目标[7]。
2自主学习型物理化学实验教学模式的建立
2.1教学内容和教学条件的建立在物理化学实验教学的实践中,虽然也有不少的院校开设了综合性和探索性实验,但由于教学内容和教学条件等方面的原因,一般都是基础实验的叠加,而且是按照实验教师的思路做实验。另外,物理化学理论课和实验课程不同步,有些实验课程早于理论课程,使学生在实验过程中过于依赖实验教材,比较被动,打击了学生做实验的积极性和主动性[8],教学效果不理想。可以从以下几个方面改进:第一要对实验内容进行调整,实验内容紧跟实验设备的更新。例如碳钢在碳酸氢铵溶液中极化曲线的测定实验,实验教材内容过于陈旧,而实验设备是新增的,学生在实验前的预习和所写报告都是按照实验教材进行的,以至于到课堂上再重新熟习实验内容,学生的自主性降低了。第二实验课程应与理论课程进度同步或者稍微滞后,使实验课程真正成为学生学习理论知识和培养能力的课堂。从2013年,怀德学院就改进了部分专业的培养方案,将物理化学实验课程与理论课程同步,通过实验课程的教学,使之成为理论课程引导和深化的手段。第三对简单的验证性实验进行删减,增加综合性和设计性实验,使学生通过简单的验证性实验锻炼其基本操作技能,在此基础上,逐步过渡到综合性和设计性实验,培养其初步的科学研究能力。这一点也是怀德学院和其他独立学院在以后培养综合应用型人才应该重视和努力的方向。独立学院自主学习型教学模式要求教师应该树立“以学生为中心”的教学观[9],相信学生的自主实验和学习能力,在物理化学实验教学中更加注意创设情境式教学,激发学生实验的潜能和内驱力。同时,要求学生应具有自主实验的意识和能力,即将“要我做实验”的被动性转变为“我要做实验”的自主性,不断提高自主实验的水平和能力,实现自己的学习目标。
2.2教学思路和教学目标的建立近年来,大学教育围绕着培养高素质的创新型人才为中心,因此在自主学习型教学模式下,物理化学实验的教学思路也应该围绕这一主题,建立新的教学思路和教学目标。这就要求物理化学实验课程对学生的培养不仅仅是使学生深化物理化学的理论知识和掌握物理化学领域的基本操作技能,更要注重培养学生发现问题和解决问题的基本素养和科研能力。在自主学习型教学模式下,物理化学实验教学目标应该强调学生自主实验的主动性,将学生自主实验的学习能力也作为教学目标的一项指标。学生按照教学大纲的要求,在任课教师的指导下能够自行制定实验的计划和进度,进行自我管理和评价。这样克服了传统教学模式教师占主导地位的弊端,发挥了学生的主体作用。也许物理化学实验课的前期教师讲得很生动形象,学生也产生了学习兴趣和热情,但如果后期不注重理论联系实际,学生的这种学习热情也会慢慢地减弱。就算教师讲了很多有关物理化学对社会发展的贡献,但是如果学生看不到物理化学实验在其专业中的作用,就会产生物理化学实验与其专业没有多大联系的想法,进而会慢慢产生抵触情绪甚至应付心理。因此,教师在物理化学实验教学过程中,要不断拓展知识面,与时俱进,经常阅读相关的科技文献,根据各专业的特点,找出该专业与物理化学实验的契合点,通过形象生动的实例和实验过程中的各种现象,对其加以阐述,进一步培养学生学习的兴趣。
2.3合理科学的实验成绩评定方法的建立为了培养出具有自主学习能力和创造力的学生,达到物理化学实验课程的设定目标,激发学生学习物理化学实验课程的学习兴趣,那么在新的自主学习实验的模式下,新型物理化学实验成绩的评定方法也应该随之而建立。新型的物理化学实验成绩评定方法的建立应该灵活多样,我们对学生物理化学实验成绩评定由原来的单一实验报告百分制转化为采用多层次的五个级制。考核内容可以包括以下五个部分:(1)考勤(10%)。要求学生至少提前5~10min进入实验室,不无故旷课和早退;实验过程中不大声喧哗,不玩手机,没有特殊情况不离开实验操作台。(2)预习报告(15%)。实验前,学生应该查阅相关资料和实验操作手册,了解实验原理、仪器的工作原理及使用、实验步骤、注意事项以及实验的思考题,并将这些写在实验报告上,教师实验前仔细检查并登记预习成绩。(3)实验操作(20%),实验过程操作应规范、正确,实验数据不弄虚作假,实验过程中认真观察实验现象,并将实验数据认真详细地记录在实验报告上,实验结束由教师签字确认,实验数据不正确应重新实验。(4)值日(5%)。实验后整理自己实验台面的仪器,药品放回原处,擦洗台面,当天值日生要打扫实验室地面,由教师检查批准后方可离开。(5)实验报告(50%)。学生能够独立根据原始数据实事求是地处理,可以用一些常用软件,例如excel、origin等进行数据分析处理、绘图,并对思考题以及实验过程中出现的问题进行讨论。
3结语
针对当前独立学院物理化学实验教学实际存在的问题,提出了一些相应的措施和建议。实验教学作为高等教育的重要部分,独立学院自主学习型物理化学实验教学还需要不断探索、不断改进。我们在物理化学实验教学中进行了探索性工作,接下来的任务还很重。例如,开设开放性的实验室和开发一些新的设计性实验;加强理论教学和实验教学的联系;将实验课程内容渗透到独立学院的一些专业,打通它们之间的壁垒,从而开设一些综合性实验;建立更科学合理的评定方案等。通过探索性实践,独立学院的自主学习型物理化学实验教学模式改革也取得了初步成效。只要不断进取,独立学院自主学习型物理化学实验教学模式将会取得更显著的成效。这也更加坚定了独立学院的物理化学实验教学始终要立足于培养应用型人才,为学习其它后续专业课程打下坚实的基础。
作者:杨慧芳朱方单位:常州大学怀德学院基础化学实验室
论文摘要:文章初步探讨了近年来我院在物理化学实验教学管理及实验设备方面进行的改革,提出了进一步深化物理化学实验教学改革的思路。
化学实验是实践性很强的课程,是传授知识、技能、训练科学思维、培养科学精神和品质,全面实施化学教育的最有效形式[1,2],在化学教育中起着重要的作用。物理化学实验是教育部规定独立开设的一门实验课程[3],它要求从事科学研究和从事化学教育的各类人才必须具备完整全面的知识及各种技能,知识可以通过学习获得,各种技能要通过严格的训练才能掌握。当代高校的教育不仅要传授知识,更要注重各种技能的训练。
一
物理化学实验教学的目的是使学生掌握物理化学理论知识及相应的操作技能,培养他们分析问题、解决问题的能力,培养他们将理论应用于实践的能力,具有物理化学理论教学不可取代的作用;是物理化学课程教学的重要组成部分;是一门独立的实践性及技术性很强的课程;是培养学生动手能力和科学研究能力的重要实践环节;在培养学生创新能力、综合能力上发挥着重要的作用。然而在部分高校,物理化学实验教学仍然没有得到足够的重视,认为实验教学是理论教学的辅助部分,是对理论教学的验证。在这种教学理念的指导下,投入不足导致仪器设备陈旧、数量不足,教学程序简单化,不能充分发挥学生的主动性和创造性,不利于学生科学素养,综合能力的培养。要彻底改变这种状况,就必须进行教学内容、教学方法、教学管理秩序等方面的系统改革。本文介绍了我院物理化学实验课进行的一些改革,探讨进一步深化物理化学实验教学改革的思路。
1.增加新的精密仪器及设备,改善实验教学条件。
近几年随着我院的发展,我们使用世行贷款购进了一些新的仪器及新设备,并使用到实验中来。在许多物理化学实验中,传统的测温、测压仪器都是大量含汞的仪器。如在测定液体饱和蒸汽压实验中使用的u型管水银压力计、测量凝固点下降实验中使用的贝克曼温度计、测量大气压实验中使用的水银气压计等。水银是有毒有害的物质,实验过程中一旦操作不慎,发生泄漏,会造成污染,危害教师和学生的健康。为此,我们购进了新型的测温测压仪器,用数字式精密温差测量仪取代了原有的贝克曼温度计,用数字式低真空测压仪取代了原有的u型管水银压力计,用数字式气压计取代了水银气压计。它们的特点是采用新型传感技术,精确度高、稳定性好、无污染。这些仪器的使用不仅解决了实验室的汞污染问题,而且操作简单、读数清晰、测量精度高,使得整个物理化学实验的测温测压手段更方便安全。此外,有许多实验(如燃烧热的测定实验)利用计算机在线测定和处理实验数据。
2.改进旧的教学模式,提高教学效果。
改进旧的教学模式已是形势所迫,势在必行。物理化学实验所用到的仪器、设备具有数量多、投资大等特点,国内大部分高校都受到仪器、设备数量的限制,在同一时间里开设同一个物理化学实验存在一定的困难,多采用在同一时间里开设多个实验,然后再进行轮换。这样做会导致两个方面的不良后果:首先,会造成教师投入严重不足,不能很好地辅导学生。其次,给学生对实验内容的预习带来了很多不便。由于在一学期内要做完那么多实验,势必要在开学后的很短时间内就要开设好几个实验,有些实验的理论知识学生还没有学到,就要进行操作,这样在实验预习环节上学生只能是走马观花,达不到预期的教学效果。目前我们采用延长做实验的时间,由原来的一学期改为两学期;其次实行了小循环实验,即每四个实验内容为一个单元,然后进行轮换,这样做可部分克服以前存在的问题,增加了学生做实验的兴趣,提高了教学效果。
3.加强学生对实验前的预习工作。
实验前预习与否及预习的程度,对实验能否顺利进行起着关键性作用。如果实验前不进行充分的预习,对实验步骤、仪器及设备的结构操作规程及注意事项等一无所知,在实验过程中就会手脚忙乱,造成仪器使用不当,或不能及时记录实验数据,从而导致实验失败。为了保证实验的顺利进行,我们大力加强实验前的预习工作,要求每个学生在做实验前必须认真书写预习报告,由指导教师检查签字确认后,方可进入实验室。让学生在实验前知道实验过程中该做什么不该做什么,做到心中有数,为保证实验顺利有序地进行打下坚实的基础。
4.进一步加强实验成绩的考核制度。
为了促进物理化学实验教学水平的更进一步提高,针对以往对实验成绩的考核只凭实验报告的书写整齐程度和理论考试成绩来评定的弊端,近年来对物理化学实验课成绩的考核做了如下改革:第一制定了“物理化学实验学生成绩考核细则与评分标准”,明确实验成绩考核的具体内容为预习、操作的熟练程度、纪律、安全、实验报告、操作考试、理论考试七部分及各部分所占的比例。第二实行实验教学过程阶段性考试,主要对基本原理、基本操作、基本技能的现场抽题考试,抽题是由学生本人随机抽签,有笔试、口试、现场操作三种形式。通过以上改革,避免了以往只凭实验报告评定成绩的弊端,使实验教学的考核趋向科学化,有利于规范实验教学的管理。
5.增加设计和综合性实验,调动学生的主观能动性。
验证性实验可以使学生对所学的理论知识有更直接的感性认识和加深记忆的作用。但单纯的验证性实验往往使学生处于一个被动的位置上,创造性思维受到一定限制,通过增加设计和综合性实验,学生的主观能动性得到充分的发挥,有利于培养学生发现问题、解决问题的能力。
二
经过几年来对实验教学的不断改革,物理化学实验教学目前有了较大的改观,学生的实验动手能力和研究能力有了较大提高,大大地增加了学生的兴趣,教学效果明显。今后还要继续加大实验教学方面的改革,主要从以下几个方面进行改革:
1.加大对实验室建设的投资力度,进一步改变教学条件。
虽然我院的物理化学实验教学条件在近年来有了很大改善,但还是不能满足国家教委规定的一人一组的要求。以后我们要逐渐加大对实验室建设的投资力度,彻底改变两人一组甚至多人一组的现状。
2.进一步完善实验教学内容,注重能力培养。
物理化学实验课程的内容应该达到培养学生的创新能力和综合素质的目的。而目前物理化学教学内容多数为验证性实验,这样的教学内容已不能满足当前社会对人才培养的要求。因此,有必要对实验教学内容进行适当改革,增加一些应用性较强的设计性、综合性实验,加强学生综合能力的培养。
3.提高实验教师的业务水平,加强师资力量。
加强实验室教师的培训工作,提高业务水平;促进校际间的实验交流与学习;另外让一些理论水平高、对实验教学有经验的理论课教师从事实验教学,通过这种方法可以改善实验室师资队伍的结构,增加实验教学的实力,提高实验教学效果。
总之,物理化学实验教学涉及教学过程的方方面面,需要做大量的工作。物理化学实验教学的改革不是在短时间内就能够完成的,只有不懈努力、不断探索,把注重学生的能力培养作为实验教学的重要任务,把实验教学工作搞好,才能够为国家培养出更多有用人才。
参考文献:
[1]张学军,王锁萍.全面改革实验教学,培养学生创新能力[j].实验室研究与探索,2005,24(1):4-6.
作者:尚宏利 李军 桑雪梅 王敏 单位:重庆理工大学化学化工学院
学生根据指导老师提供的实验题目或自选的实验题目,自行查阅参考资料,自行设计实验方案,自选与组装实验设备,自拟实验操作步骤,实施实验方案,对实验结果进行分析和总结,并以小论文的形式写出完整的实验报告的科学实验的基本训练过程。其基本操作过程一般有三个步骤。准备阶段选题选题主要依据以下几个方面:(1)根据实验教学大纲,结合学生的兴趣、爱好、能力以及知识结构等,且考虑实验室的实际实验条件来指导学生选择课题。(2)所选的课题要有一定的深度,选题覆盖面要广,综合性要强,保证学生对知识能融会贯通、灵活运用,注重提高自身综合运用知识的能力。(3)要结合物理化学设计性实验的形式。物理化学设计性实验一般有四种形式:扩展实验内容,改进实验方法或装置,提高实验的准确性以及开辟新的物理化学实验等。在实验内容的设计上,可以采用以下途径:①用已学过的仪器装置做某些实验体系在实验条件发生重要变化时的探索;②相同的实验方法在新体系中的应用研究;③物理化学研究方法在与生产、生活等跟实际有关的课题方面的应用;④教师科研课题中的子项目等。例如《蔗糖水解动力学实验》设计实验内容添加温度和酸浓度的影响,实验除了测定速率常数和半衰期,还可测定活化能,综合运用了动力学知识,加深学生对速率方程的理解[3]。针对制药专业学生,如果把实验中的催化剂改为酶,除了以上的内容外,还需了解酶催化反应、酶的分离提纯及活性测定等相关理论知识,同时实验方案、步骤及结构分析等都有更高的要求。
查阅资料确定选题后,就要着手收集相关资料。除了物理化学和物理化学实验教材上的理论知识外,还可请教资深老师;或利用图书资料、网上资源等查找相关数据。在搜集充分的文献资料后,将所获取的信息进行阅读、整理和选取,寻找合理的条件,初步拟定实验原理、方法和步骤。为拟定实验方案作好充分的准备。拟定方案(1)拟定方案要遵循三个基本原则:科学性原则、创新性原则、环保性原则。科学性原则要求设计过程都要科学、合理,所采用的设计标准,方法和步骤等都要有一定的物理化学理论依据或实践基础。创新性原则要求实验设计要敢于突破陈规,独到新颖,能反映新观点、新方法和新思路等。环保性原则是指要从环境保护的角度来考虑实验的设置、手段、方法等各方面因素,尽可能采用简约的实验方法和实验装置,用较少的实验步骤和实验药品、仪器,在较短的时间内完成效果明显的实验。培养学生建立绿色化学理念,培养学生用“3R”原则[4](减量化、再利用、资源化)的思维方式来考虑和如何解决化学实验中出现的污染问题,达到较好的环境效应。例如《二元金属相图实验》,实验中使用的铅替换为铋或锌。实验经改进后转变为绿色实验,实验药品用量减少,降低实验成本,且测量结果理想。例如《燃烧热的测定》无需改变实验方法,可以用蔗糖直接代替有毒的萘。(2)拟定方案的要求拟定方案要求学生要充分运用已掌握的理论和实验知识或技能,综合地考虑问题,根据实验的目的和具体要求,寻求科学的、可靠的的实验原理,根据实验原理拟定实验方法;根据实验方法,合理地选择仪器和准备实验器材,周密地分析实验中可能出现的问题,并拟定消除或减少这些问题的措施和办法;最后确定实验的实验步骤,安排实验进程等;完成实验方案后提交指导老师审阅,以确保实验的可行性。实验阶段实施设计性实验的方案是设计性实验操作过程中的关键主体。学生根据自己设计的方案,准备实验仪器,实验药品。认真阅读仪器设备的使用说明,熟悉物理化学实验仪器的性能构造、工作原理、使用方法和注意事项。准确,安全地安装、调试、维护和使用仪器,以便在精密的条件下测量到所需的数据。例如旋光仪的使用,在测量前,要将旋光仪预热,和调零等。学生按操作要求要认真操作、细心观察、作好记录,将测得的数据按设计方案的原理进行处理、分析,培养严谨的科学态度。结果处理阶段学生通过对实验现象的观察,取得有关的数据,通过作图,列表等手段,进行分析、综合、判断等活动来获取结论。在获取结论后,还应对实验的步骤进行反思、讨论和总结,并以论文的形式写出实验报告。
为了客观、公正、全面地反映学生的实验综合能力,制定了成绩评定标准:包括查阅资料、方案设计、实验方法、实验操作、实验结果、协作精神、实验安排、创新内容、环境保护、清洁安全和实验报告。实验报告以论文的形式考评,格式要符合科学期刊的要求,标出标题,摘要,关键词,报告最后还要附有参考文献等。论文的内容除了实验目的,实验原理,实验仪器与药品,实验的操作情况,实验数据和实验结果外,还可以写上实验过程的心得体会,指出实验中的不足、改进的地方及尚待进一步解决的问题,以便供学有余力的学生进一步探索通过开设设计性环保物理化学实验,学生不仅可以接触到一个比较完整的研究工作过程,包括实验选题、实验方案设计、实验现象观察和数据采集、实验结果的分析讨论以及实验报告的撰写等,而且可以大大激发学生的学习兴趣和主观能动性,充分发挥其聪明才智;同时培养了学生的创新精神,实践能力,分析和解决问题的能力、环保意识及严谨的科学态度。总之,我们力争通过实验训练,把学生培养成综合应用型高素质人才。
加强实验预习平台建设与预习要求
加强实验前的预习,是顺利做好实验的关键之一,而提供实验预习平台是激发学生自学能力、培养学生实验兴趣的重要方法之一[4]。因此我们根据自身实验教学实际,依托学校教务处的BB网络教育平台,将实验教学大纲、每个实验的相关内容和整个实验过程视频放在平台上,供学生随时随地上网预习实验,这样可以避免学生没有时间或实验室不空闲的缺点,方便学生进行实验预习。同时要求学生完成实验预习报告,内容有实验目的,实验原理,简捷的实验步骤(最好用方框图表示),最后是实验数据的记录,要求预先画好表格,这样可以更好地理解实验内容。加强实验的预习,还可以提高学生的自学能力。
增加实验前基本理论和实验方法的介绍
因为物化实验是大循环进行的,理论课与实验课并不同步,往往在做实验时,理论课还没有进行。因此在实验内容的安排上,对每个实验,首先介绍基本理论和基本实验方法,使学生对这部分内容有一个全面系统的了解,有助于学生全面掌握实验理论和方法[5]。这样可以解决理论课与实验课时间安排不同步的矛盾,就是说理论课还没有讲到的内容,通过实验前有关理论的讲解,照样可以很顺利的完成实验内容。
加强实验数据处理与教学软件作图训练相结合
物化实验的数据处理相对其它课程比较繁琐,几乎每个实验都要作图。手工作图时误差较大,所以学生每次完成实验报告时间较长并有一定难度,以至于学生对物化实验没有兴趣。我们要求学生可以通过Excel、Origin等一些常用教学软件来完成,这样可以使实验数据的处理变得简单、快捷,消除学生在处理数据时人为引入的各种误差,提高数据处理的精确度,为客观评价学生的实验结果提供依据;同时,避免了繁杂的数据处理过程,提高了工作效率,使实验报告更加合理和具科学性,提高了学生的综合处理数据的能力和综合素质的培养。这种训练同时为毕业环节中论文和设计的各种作图学习打下较好的基础。
增加文献检索学习为毕业环节打下基础
学生在写预习报告时,不仅要求根据实验视频和实验指导书进行预习,而且要求参考不同版本的物化实验书籍,配合选修课《文献资料的查询》上网查阅有关实验的相关数据,写实验报告时,根据自己所测实验数据与查阅文献的数据相比较,计算实验的相对误差并进行分析讨论。通过这种训练,为毕业论文的写作打好基础。
改革实验考核形式提高学生动手能力
以前我们物化实验的考核形式是根据实验报告给出实验成绩。这种形式往往具有片面性。为了提高学生的自学能力和动手能力,我们将实验的预习和实验的操作纳入考核的范围。实验考核方式为“实验预习30%(含课堂提问)+实验操作30%+实验报告40%”,这样可以有目的地引导学生学习,加强学生的实验动手能力,激励学生学习的自觉性,由被动学习变为主动学习。通过以上几方面的物理化学实验教学改革与探索,学生在自学能力的培养、动手能力的提高、学习兴趣和综合素质等方面均有一定的改善和提高。我们将进一步加大物理化学实验的改革力度,以学生为本,以提高实验教学水平和质量为目标,使物理化学实验课教学水平提升到一个更高层次,培养出更多应用型的人才而努力。
作者:周以力 单位:嘉兴学院南湖学院
针对目前的物理化学实验教学的现状,讨论了在物理化学实验课程教学改革中如何激发学生兴趣,拓宽学生视野,构建多样化的实验教学模式,以期达到培养具有创新意识和创新能力的人才目标。
【关键词】
物理化学实验;教学改革
物理化学实验课程是理工科化学专业教学计划中一门重要的基础实验课程,它既与物理化学课程有密切联系,又形成独立的教学体系。它综合了化学专业领域所需要的基本研究方法和技术,其目的是使学生了解物理化学实验的研究方法,掌握物理化学的实验技能,培养学生的分析问题、解决问题的能力。随着2l世纪科技飞速发展,社会对人才素质要求不断提高,不仅是要让学生掌握丰富的理论课知识,更要培养学生的创新能力。要实现这个目标,各学科就要根据其特点提出新要求,想出新办法。因此,物理化学实验的教学十分重要,必须予以高度重视。为此,本文首先剖析了在目前实验教学中存在的一些不利因素,结合本校的实际情况,在初步试行物理化学实验教学改革的基础上,谈谈自己的一些体会和做法。
1物理化学实验教学的现状和弊端
首先,传统的物理化学实验教学,教师常常从实验目的、原理、仪器的使用到实验的方法步骤进行逐一讲解,学生只需按实验教材上的步骤完成操作即可。只是重复学习的知识,少有真正的探索与创新,其次,从教学内容看,传统的物理化学实验项目以验证性实验居多,应用性、设计性和综合性实验占的比例很少。而教师对验证性实验的评价往往是“轻过程,重结果”,对那些动手能力很强但实验结果不理想的学生来说,无形中打击了他们的积极性,这样不能激发学生的积极性和创造热情,更不利于学生思维能力和创新能力的提高。为此,我们将重点分析讨论在教学过程中教师如何有效地改进教学方法以提高教学质量,从而使物理化学实验的教学适应时展的要求,为学生学习创造良好的学习环境,培养学生的创新精神和创新能力。
2重视实验理论课的讲座,培养学生严谨的科学态度
物理化学实验课的目的之一,就是培养学生严谨的科学态度。因此,为了加强学生的操作规范性,以及数据处理的准确性及严谨性,激发学生积极参与的热情,使学生能够很好地融入物理化学实验教学中,在实验课之前开设一定学时的理论课。通过理论课的学习,第一,使学生了解物理化学实验和其他实验课程的不同之处,要严格遵守实验中的各种规范。在理论课上还要告诉学生,要正确对待实验失败,对于实验中遇到的挫折,应该坦然面对,不应该畏惧或者逃避,正是由于这些问题的出现,才能锻炼我们独立处理问题的能力,通过发现问题、分析问题、解决问题才能真正意义上提高大家的实验能力;第二,要强调实验预习的重要性,要求学生在进入实验室之前要对所做的实验充分预习,仔细阅读实验教材的有关内容,了解实验目的和所依据的原理,明确需要测量的物理量和应该记录的数据,并据此写出预习报告,做到心中有数,有备而来。第三,强调利用计算机软件进行数据处理的重要性。物理化学实验中,大部分实验不仅数据繁多,计算量大,而且一些实验要求作图、拟合及求斜率等。采用手工绘图不仅费力费时,而且在曲线拟合或求斜率时造成较大的主观误差。为此我们利用理论课时间,结合实例,讲解Origin软件的使用方法及作图技巧。
3加大设计性实验比例,着重培养学生创新意识和创新能力
现行物理化学实验课程体系仍沿用“化学模式”。因此实验内容多为验证性实验,缺乏设计性和综合性实验,而验证性实验难以真正体现出物理化学的原理、技术在专业和实际中的应用,实验能力的培养应分为三个阶段或层次:首先是掌握基础知识、基本技能和基本方法;其次是能将“三基”融会贯通、综合运用的能力;第三是从实验过渡到研究及生产实践。因此,在选择实验时,使实验内容与代表科技前沿的现代科学技术和科研成果相结合。通过开设综合设计型实验,可以引导学生接触学科发展的前沿,开拓学生的视野,在培养学生的创新能力及实践能力方面十分有利。结合我校的资源环境,我们实验室可以选择与教师科研相关的一些前沿课题,比如,我们在做胶体制备的实验时,可设计利用水热或者共沉淀法制备磁性纳米材料,通过扫描电子显微镜观察纳米材料的形貌,还可利用X-射线衍射仪来测定纳米材料的结构,还可以让学生利用用磁铁吸附分离,观察纳米颗粒的磁性分离情况。根据实验结果,比较两种合成方法的优缺点。
4全面开放实验室,鼓励和引导学生自主设计科研性实验
实验室面向学生全面开放。在专业教学计划规定的有限实验学时数中,要达到既培养学生实验技能和动手能力,又要培养学生创新能力的目标是困难的。但我校每年都有大学生创新项目,再结合开放实验室,对于一些学有余力的同学,展开第二课堂教学,可充分利用学校现有的教学资源,发挥学生的主观能动性,提高其创新能力和自主意识。开放教学可以通过教师根据课程要求和自己的科研课题提出课题,也可以结合生产、实际生活中的问题,在探究中让学生试着用自然科学方法论为依据进行研究。这类实验由老师给出实验目的及要求,鼓励学生通过查阅资料,自行制定实验步骤,独立完成实验,并进行实验结果的讨论,最终实验报告以论文形式提交,通过这样一个比较完整的研究过程训练,使学生能够了解设计型实验的的基木过程和方法,从而对科学研究有感性认识。开放实验室需要学生灵活地和运用所学的物理化学基础知识和基本技能,需要学生掌握各种科学方法。具有严肃认真和敢于创新的精神,这不仅有利于学生科学方法的训练和科学态度的培养,而且给学生提供了充分的独立思考的空间,激发了学生的学习兴趣,极大的调动了其主观能动性,充分发挥其创造力,有利用培养创新人才。激发学生对该实验课程的兴趣,保证大部分同学的参与进来。
5结语
从我校的教学改革实践与探索过程的实效看,基本达到了预期设计的目的和要求。学生通过物理化学实验课程的学习,巩固了物理化学的基础理论知识,熟练地掌握了物理化学实验的基本技能,对培养良好的科学创新精神和独立的科研能力奠定了一定的基础。当然,物理化学实验教学的探索与改革是一项长期而艰巨的工作,还有很多有待研究的内容及发展的空间,也会出现一些新的问题。如何更深入的加大物理化学实验课程教学的改革力度,提高物理化学实验课教学水平,还需要我们运用先进的教育教学理念,不断地探索、研究、总结和实践。
作者:崔荣静 权英 陈梦玲 翟春 单位:常熟理工学院化学与材料工程学院
参考文献:
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[2]穆筱梅,李英玲,徐华等.物理化学实验教学改革探索[J].广州化工,2014(9):212~213.
1.1重视形象化与简约化
首先要让学生了解偏摩尔量仅仅是针对系统的广度性质而言的,系统的强度性质是不存在偏摩尔量概念的。为了便于学生的理解,在讲述这个概念时,可以从简单且易于理解的偏摩尔体积讲起,例如,当乙醇与水混合时,混合前液体的体积之和不再等于混合后液体的总体积,即液体混合物的体积不再具有简单的加和性,这样也便产生了偏摩尔体积的概念。再如,化学势的概念,在讲这个概念时,我们可以先提出问题:“水为什么总是从高处流向低处?”,学生定会回答因为高处的水势能高,这时抓住时机引入化学势的概念,强调化学物理学中的势能相似,势能越高的物体越不稳定,化学势越高的相和物质也越不稳定。因此,物质和化学反应会从化学势高的相自发向化学势低的相转移,即得到化学势判据:ΣνBμB<0,让学生对化学势有个初步了解。这时可以继续设问“常温常压下的水和水蒸气”,“哪一个化学势更高?”,“如果是100℃,常压下呢?为什么?”,“密闭的钟罩内有A、B两杯液体,A杯内是纯水,B杯内是蔗糖水,那么经过足够长的时间两杯液面有什么变化”,进一步加深学生对概念的理解。因此,在教学过程中应该使概念形象化,多举例子,使这些概念更多地联系已经建立的概念,特别是生活常识。
1.2讲练结合,善于总结
物理化学课程的内容复杂,公式多、定律多,为避免学生概念模糊,混淆公式,教师在每节课开始时应复习上节课的重点内容,并顺理成章地引出新问题,讲解本节课程,在每次课结束时也要有个小结,使学生对所学内容有清晰的脉络,也可在此时提出新问题,供学生思考或进行预习。在课堂讲授中也要及时总结,经常将一些相关重要内容放在一起总结、比较,找出规律,特别对一些公式的适用条件要弄清,便于学生掌握和复习。此外,在每章讲授结束后,应进行全章内容的总结,让学生明白本章内容能解决物理化学的什么问题,知识的重点、难点,给学生构建好知识结构框架。
1.3合理运用板书和多媒体
近年来,多媒体手段的引入,为物理化学教学的改进提供了广泛的空间[6]。多媒体教学凭借其形象性和新颖性,调动了学生的学习兴趣。但相对于传统的黑板板书,多媒体教学也有其不足之处[7]。例如,学生普遍反映如果一节课都用多媒体教学,则讲课速度太快、信息量太大,造成学生的视觉疲劳、思想跟不上,甚至对多媒体产生了抵触情绪。大量教学实践活动表明,在物理化学讲授过程中只有将多媒体和板书有机地结合起来,才能更好的激发学生的学习兴趣,增强教学效果,提高教学质量。因此,教师在备课时,应先对各知识点进行分类,针对不同的教学内容采用不同的教学形式,对于理论性强、公式多的章节应以板书为主。例如,对于涉及重要的计算、公式推导等内容,就适宜采用传统的板书形式讲解,这样可以更好地引导学生,跟随教师一步步地思考,从而更有效地激起学生对知识追求和探索的兴趣。而对于那些偏重于介绍性的知识体系,则可以多媒体辅助教学为主,这些知识采用多媒体讲课可以节省时间,而且比较生动、直观。如在讲授界面现象章节时,教师可以适量的加入与那些特殊界面现象有关的图片,如“毛细管永动机”示意图、水面上的水黾、自由下落过程中的球形水滴等相关图片,这些多媒体画面是知识点的直观表现形式,可以帮助学生更好的理解界面的定义。总之,在教学中只有合理运用板书和多媒体才能起到事半功倍的效果。
2加强实验教学,提高实验教学效果
物理化学实验是物理化学课程教学的重要组成部分,在培养学生创新能力和综合能力上发挥着极其重要的作用。物理化学实验教学的目的是使学生掌握物理化学理论知识及相应的操作技能,在培养学生分析问题、解决问题的能力,培养学生将理论应用于实践的能力,培养学生积极的科学创新精神、良好的科学素养和实事求是的科学态度等方面具有不可替代的重要作用。因此,要想提高物理化学的上课质量,必须重视物理化学实验。针对目前物理化学实验教学的现状及存在的问题,本了如下分析,并提出了相应的解决方法。
2.1合理调整物理化学实验的实验内容
长期以来,物理化学实验的内容比较单一陈旧,实验项目多为验证性实验且实验内容基本上固定,缺乏设计性和综合性实验。这样,一方面限制了学生创新意识和能力的培养,另一方面对学生动手能力和思考能力的培养也极为不利[9-10]。实践证明,在开设注重基础的典型的验证性实验的同时,增加探究性实验和设计性综合实验,可以很好的弥补这一不足。对于探究性实验和设计性综合实验,学生通过查阅资料提出其感兴趣的实验方案,由实验老师对其实验方案的可行性进行评估并对学生存在的疑难问题进行提示,学生进入实验室进行实验,独立处理实验报告,并写对本实验的心得体会和改进意见。在物化实验增设探究性实验和设计性综合实验,有利于培养学生的观察能力、实验动手能力、分析和解决问题的能力和科学思维能力,同时也有利于培养学生的创造性思维和创新意识。
2.2改革物理化学实施的组织形式
以往做物化实验常常是两人一组或者更多人一组做实验,这样组员互相依赖,无法独立完成实验过程,导致动手能力强得到的训练机会越多,动手能力越差得到的训练机会越少,造成两极分化的后遗症。同时,也降低了学生做实验的积极性。事实证明,在实验分组方面,根据实验仪器的套数,从学生能力培养的实际出发,可以进行分批实验,实行单人单组。单人单组进行实验,可以让每位学生自己独立操作,完成实验的所有环节。要完成实验,学生必须认真预习、认真操作,这样在无形中增加了学生的动手能力。经过单人单组的训练,每位学生都得到了全面的训练,实验动手能力明显得到提高。
关键词 虚拟现实 实验室 安全
一、“虚拟实验室”的优点
相对于传统的实验教学模式,利用虚拟现实技术创建虚拟实验室,不仅可以节约实践教学成本,突破时间和空间的限制,更有利于学生实践技能和创新能力的培养,是计算机技术在实践教学中应用的一个重要发展方向。想比较传统实验室而言,虚拟实验室具有系统开放灵活,与计算机技术保持同步发展、价格低廉、开发与维护费用低、技术更新周期短、用户可定义仪器功能等优点。
在教学方面,虚拟实验室也具有得天独厚的优势。
(一)立体化、多视角呈现教学内容
以往,教学信息多是以文字、图片、视频、动画等形式呈现,学生受视角限制,缺乏立体感且略显单调、乏味,而利用虚拟现实技术的三维仿真特性,我们可以讲教学内容以三维模型的方式进行立体化多视角地呈现,使学生以真实世界的感受完成学习、提高学习质量。
(二)突破时间和空间的限制
传统的实践教学在实验室进行,需要实验器材、设备等支持,同时,在时间和空间上有很大程度的限制。虚拟实验室彻底打破了时间和空间的限制,提高实践教学效果。例如宇宙天体的形成需要几百万年,通过虚拟现实技术,可以完成呈现并中途改变。又例如,生物中的遗传定律,生活中用果蝇做实验往往需要数月,然而用虚拟现实技术,在一堂课中就可以实现。
(三)远离实验伤害,减低安全隐患
在传统的实践模式中,往往采用播放电视录像的方式来代替一些危险实验。利用虚拟现实技术,学生可以在虚拟场景中完成,丰富感性认识,例如虚拟的化学实验。
(四)创设人性化学习环境,激发学生学习热情。
虚拟实验室交互性好,可操作性强,学生在虚拟现实环境中是一个主动观察者,他可以通过不断进行探索,分析、判断,完成真实实验完成不了的操作,从而激发学生的积极性,加强创造能力。
二、“虚拟实验室”的开发工具
构建“虚拟实验室”有多种方法,目前常用的实现构建技术有:JAVA 、ActiveX、VRML、QTVR、Flash等,这几种技术各有特点。其中,三维的虚拟实验室适宜用VRML技术开发,综合性能较好;二维的虚拟实验室适宜用Flash开发,综合性能比较好。
用这些技术构建虚拟实验室的基本思想是一致的,即用软件方法来模拟硬件设备的功能和实验的物理化学特性。他们具有下面的共同特性:
①与现实中的实验仪器的物理化学特性相一致。②很强的交互和实时反馈的能力。③能够多人合作实验的功能。
就供油安全工程教学来说,主要涉及化学、流体力学以及油库安全工程等多种学科,其中许多内容需要以实验的方式来示教,虚拟技术发挥空间巨大。
三、“体力学虚拟实验室”的开发
(一)实验内容
在“流体力学虚拟实验室”中可以完成“雷诺实验”、“静压强实验”、“能量方程实验”、“动量方程实验”、“文丘里流量计流量系数的测量实验”、“孔口管嘴出流实验”、“沿程阻力实验”、“局部阻力实验”等8个项目的实验项目。
(二)开发工具以及实现方法
1.针对不同的实验分析其机理、规律,建造数学模型,应用Flash自带的ActionScript编写程序。
2.应用Flash制作或手绘实验所需的各种仪器和设备模型,应用Flas技术完成流体摆动,各种状态流动的动画模型。
3.通过动画技术与交互代码的配合实现实验仪器功能的模拟和实验所需的各种效果。
4.应用ASP和Access数据库编写实验报告、自动评判程序以及教师调阅页面。
(三)操作流程
1.登陆实验网页选择实验。
2.学习实验相关原理及在线观看实验演示。
3.进行虚拟实验,在实验报告表单中记录数据、填写实验报告,回答问题。
4.系统自动评测实验结果,教师可以远程抽调学生的实验报告,了解情况予以评判。
5.实验结束,学生可以选择重做实验。
四、“有机化学虚拟实验室”的开发
(一)实验内容
根据有机化学实验课程,将实验内容拆分为8个基本单元操作,包括分馏、熔点测定、简单回流、水蒸气蒸馏、萃取、柱色谱、减压蒸馏和电磁搅拌。其中每个基本单元均由实验原理、实验装置、实验步骤、实验演示等构成,形成了适合教学的有机化学实验内容体系。
(二) 设计思想以及开发工具
该系统采用Powerpoint和VB作为主要开发工具。在课件部分,利用多媒体制作软件Powerpoint链接各章的重点难点,灵活运用了文字、声音、图形、动画等手段,具有很强的真实感和表现力,大大提高了学生的学习积极性。在虚拟实验室部分主要利用VB开发虚拟实验室平台,并完成该课程的主要实验内容。
五、总结
实验室的建设与发展已经成为高校内涵建设的重要内容之一,虚拟技术在实验室建设方面,优势明显,虚拟实验室具有耗资少、配置灵活、交互能力强、仿真程度高等优点,很大程度上解决了硬件设备相对短缺、实验课时和实验场地不够的问题,对于改变传统实验教学模式,促进实验室的开放和提高学生的实践创新能力具有重要作用。
参考文献:
关键词:设计性实验 物理化学 实践教学改革
中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)01(c)-0127-03
Abstract: Objective To explore the value in physical chemistry designing experiment from implementation plan, implementation process, evaluation standards and implementation effect in Xinjiang Pharmaceutical professional students. Methods The 2013 grade of students was chosen as the experimental objects and received the designing experiment. Result Questionnaire survey of satisfaction showed that students'satisfaction degree with the designing experiment was very high. And the designing experiment could improve their comprehensive quality such as learning initiative, practical enthusiasm and the ability of solving practical problems and so on. Conclusion The implementation of designing experiment contributed to prove students'autonomous learning ability, innovation ability, and scientific thinking ability. Moreover, it can also provide a certain reference for other pharmaceutical professional courses.
Key Words: Designing experiment; Physical chemistry; Practice teaching method
对于高等t药院校药学、药物制剂、工程制药专业的学生来说,物理化学是药学专业的重要专业基础课程之一,无论是理论还是实验都在整个医学检验、药学、药剂、工程制药等专业中起着承上启下的作用。新疆特殊的地理环境及多民族聚集的特点,决定了新疆药学专业发展的滞后和不足,但是该院始终坚持“以学生发展为本”,以培养能适应新疆经济建设需要,具有创新精神、实践能力、可持续发展能力和综合素质的研究型及应用型药学人才作为教育目标[1],在药学专业的教学与实践上进行了多年的摸索与改革。当前新疆药学专业物理化学课程的实验项目的设立还是沿用化学模式,缺乏横向联系,实验教学内容偏重验证性,尤其是与药学相关的具有综合性、设计性的实验较少,没能真正体现出物理化学的原理和技术在药学中的应用。为了进一步培养学生独立分析问题、设计与解决问题、科研实验设计和科研创新等方面的综合技能,充分调动学生的积极性、主动性和动手能力,教研室结合药学及物理化学的关联性,学习各高校的优点[2-4],从过去单纯的验证型实验逐渐发展为综合型、设计型等要求更高的实验类型。相比这几种类型的实验,设计性实验在培养学生的综合素质方面具有重要意义[5],因此在紧扣新疆药学专业培养目标,结合各种教学经验[6-10]及实验室目前科研条件基础上,制订出了适合新疆少数民族地区药学专业物理化学的设计性实验项目的实施方案及考评体系,并对实施效果进行了综合评价。
1 设计性实验前期准备
1.1 实验项目的确定
设计性实验是指给定实验项目、目的要求和实验条件,由学生自行设计实验方案、组织实验系统、独立进行操作并得出结果的实验,旨在培养学生的创新意识和创新精神、提高学生分析问题和解决问题的能力,具有实验技能的综合性、实验操作的独立性和实验过程的研究性三个基本特点[11]。从该校物理化学实验条件及与后续药学专业课程实际应用联系出发,确定以“临界胶团浓度CMC的测定”及“药物贮存期的预测”两个实验为设计性实验项目。
1.2 设计性实验提纲的制定
教研室通过集体备课,制定设计性实验的提纲,包括阐明实验的目的要求,实验室现有的仪器设备,图书馆数据资源简介以及设计性实验开展计划。
2 设计性实验的对象与方法
2.1 实验对象
教研组选择了2013级药学专业大二学生78人,其中少数民族学生40人,汉族学生38人,均为4年制全国高考统一招生。
2.2 设计性实验的实施方法
2.2.1 设计性实验的组织实施
由教龄3年以上讲师和副教授组成教研组。每个实验项目指定2~3名指导教师,如果工作量过大,负责教师可自行指定其他指导教师。在教学第十三周将设计性实验项目、具体要求及考评方法介绍给学生,以实验小组(4~5人一组)为单位,每4组学生安排一名指导教师。负责教师负责实验项目的实施过程、各实验室的协调工作及实验教学效果的考评。
2.2.2 学生自主设计实验方案
实验小组以自己的兴趣和能力范畴为原则,自主选择实验项目。根据设计性实验项目要求,结合相关基础理论知识,利用图书馆及网络资源查阅相关的文献资料,了解国内外研究现状。经过小组集体酝酿、讨论确立一个既有科学性又有一定创新的实验方案。然后写出实验的设计报告(包括文献综述、所需实验仪器设备及材料药品、实验方案、实验过程及实验数据处理方案)。
2.2.3 开题和可行性论证阶段
学生对制订的实验方案进行现场PPT论证答辩,指导教师根据考评量表进行评分并对每组实验设计的可行性和正确性进行评价,学生根据意见进行修改,使方案尽可能达到合理、完善、可行,并确定最终实施方案。
2.2.4 实验项目的实施
方案确定并经指导教师审查批准后,即可进行实验。在实验实施过程中,以学生为主体,考验学生能否独立完成实验的能力以及发现问题、解决问题的能力。对学生在实验过程中遇到的问题,指导教师可与学生进行讨论,然后给以讲解。学生完成任务书规定的实验内容后,将实验结果进行整理、统计和分析,写出完整实验报告(内容包括文献综述、实验方法和步骤、结果与讨论、参考文献、建议和体会等)。
2.2.5 设计性实验考评
设计性实验考评包括教师评价,学生互评与学生自评3个部分,旨在考察学生设计实验的全过程,避免只注重结果的评价。指导教师依据每组设计性实验的设计方案、实验完成度、实验报告、开题与答辩等情况进行评分,该部分占设计性实验成绩的60%;学生互评(20%)及自评(20%)则结合方案设计的参与程度、实验动手能力及团队协作、论文书写贡献程度、回答解决问题的能力等进行评分。对小组中做出突出贡献者、能提出较高水平问题或在回答问题表现优秀的学生可以进行加分(每组不超过两名)。实行综合性的考核体系能够激励学生的学习和实验的兴趣,提高综合能力,掌握更多的实验技能和知识,为以后的工作打下扎实的基础[12]。
3 设计性实验效果评价
在设计性实验结束后,对设计性实验教学效果进行了问卷调查,发放调查表78份,回收率100.00%,调查内容及结果见表1。调查结果显示,75%以上的同学赞同设计性实验的实施方式;80%以上的同学认为设计性实验更能调动提高他们的学习主动性、积极性及综合素质;90%以上的同学认为设计性实验的数目在不占用过多学习时间的基础上可适当增加;对设计性实验的选题及实验方式大多数同学更愿意自主完成,而不依赖于指导教师。
4 讨论
经过物理化学设计性实验的实施及效果调查,该实验的优势在于:(1)设计性实验激发了学生的学习兴趣,从实验的积极性、参与度及动手能力等方面都有了较大的提高。 (2)学生能更加主动地探究实验项目的背景并提出比较有深度的问题,实验操作过程更加仔细,操作的规范程度提高。(3)开设设计性实验可培养学生综合运用知识、解决实际问题和分析问题的能力,加强动手能力和论文写作能力,是培养适合社会要求的应用型人才的良好途径。(4)设计性实验可以增加教师与学生的互动与沟通,也能督促教师提高自身的教学水平。物理化学设计性实验效果虽好,但也存在一定的问题。一是由于实验条件有限,每组组员过多,少部分同学的参与程度不高;二是物理化学实验在大二开设,学生整体的科研能力和基础比较薄弱,实验设计不够完善,论文写作上逻辑及思路比较差,结果分析能力低;三是设计性实验较验证型实验更为耗时耗力,但从长远的角度来看,一时的耗时耗力会让学生的自主学习能力提高,能帮助学生锻炼解决问题、分析问题的能力,同时会更加真实地帮助教师获取教学反馈信息,改进教学方式,无疑对提高教学质量是有深远意义的。
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关键词:物理化学;教学改革;实验教学
物理化学是化工、制药、轻工、材料、纺织等专业学生的基础课,是一门应用广泛,极具创新性和发展前途的学科[1]。然而,物理化学作为一门交叉学科,涉及化学、物理学、高等数学等多门学科的内容[2],理论性强,历来被学生们认为公式多、概念多,是一门较难掌握的基础课[3-5]。针对河南科技大学(以下简称“我校”)相关专业的特色及物理化学课程自身的特点,笔者在物理化学课程的教学过程中不断探索和积累经验,在对工科学生的授课过程中取得了良好的教学效果。本文将从如何提高教学质量、培养学生的实践创新能力以及课程考核改革等方面谈一下近几年来对物理化学教学的心得和体会,希望能够对该课程的教学改革工作有所推进。
1教学方法的改革
1.1以点带面,提高课堂教学效率
随着高校教学改革,一些非化学化工专业工科对基础课程的课时数进行压缩,如在我校给环境工程专业《物理化学》课由原来68学时缩减到48学时。那么如何在有限的课时内教好这门基础课呢?笔者认为在实际教学工作中要着眼于提高课堂教学效率。首先,教师要“吃透”教材,认真研究教学内容,掌握教材编排体系各部分的内在联系。其次,要明确教学目的,在教学过程中分清主次,区别轻重,突出重点,解决难点,做到以点带面。比如学习化学平衡一章中理想气体反应的标准平衡常数,首先讲述标准平衡常数的定义,这就是“点”,进而将本章节的其它内容紧紧围绕这个“点”展开,探讨标准平衡常数与反应标准摩尔吉布斯自由能变的关系,以及复相化学反应的平衡常数。同时紧扣课后思考题和习题,采用课堂提问或小测验的方式,加深学生对本章基本概念的理解,增进学生对计算题的解题能力。
1.2理论联系实际,采用启发式教学
在教学中,注重理论与实际相结合,从学生感兴趣的生活化内容入手,培养学生感知与理解,分析及解决问题的能力。例如,在讲授表面物理化学一章时,举出实际生活中的界面现象作为实例,与课本上的理论知识紧密相连,提出“为什么玻璃毛细管内水面上升,汞面下降”、“硅胶吸水,塑料防水”、“水过冷而不结冰,液体过热而不沸腾”等问题。引导学生积极思考并做出回答,这样既培养了学生的发散性思维能力,又使学生体会到学以致用的乐趣和成就感。再如,在讲授化学动力学部分势能面与过渡态理论时,在课堂上展示势能面的三维立体模型,使学生能形象、清晰地理解“过渡态”、“活化能”、“活化络合物”等概念。运用启发式教学,着重培养学生的学习兴趣,使学生在教学过程由被动接受转为主动参与、思考,把传统教学中的以教师为中心的单向传播模式,转变为以“以教师为主导,以学生为主体”的双向感应模式。
1.3新旧结合,融会贯通
由于扩招及高考考试改革方案的改革,使得我校工科学生的化学基础参差不齐,部分学生在高中阶段没有主修化学,化学底子薄弱,进入大学后遇到公式多、逻辑性强的物理化学,普遍感觉学习比较困难。此时要从学生实际出发,摸清学生的底子,不要急于求成,而是保证学生学一点,掌握一点。根据物理化学的课程特点,循序渐进,查漏补缺,不断巩固。教师可利用每节课开头的数分钟时间回顾上一次课的重点内容,这样既注重新旧知识的衔接,又在巩固旧知识基础上增进新知识。如在讲述化学动力学一章反应速率常数与反应温度关系的阿伦尼乌斯方程时,可向学生提及已经学过的化学平衡一章的范特荷夫等压方程及相平衡一章的克劳修斯-克拉佩龙方程,由于这三个方程数学形式上的相近,既加深了学生对所学公式及其应用的理解,又能起到新旧结合、举一反三的教学效果。
1.4利用多媒体教学,制作富有个性化的课件
目前多媒体教学在全国高校已被普遍使用,通过幻灯片播放的教学形式,能在一定程度上提高课时利用率,改变了传统教学中“黑板+粉笔”的单一模式。根据物理化学课程内容特点,笔者在近几年的教学过程中也制作了物理化学多媒体课件。教学方式“画面动起来,老师站起来”,这些措施不仅活跃了课堂气氛,促进了教师和学生的双边互动,也有利于提高学生的学习积极性[6]。例如课堂讲授中通过图文、视频展现一些著名化学家,如焦耳、迈耶尔的生平事迹和简介,创设教学情境,激发学生的学习兴趣,达到寓教于乐的教学效果。再如将化学动力学气体反应的碰撞理论一节采用动画的形式进行教学,使学生能更直观、清晰地理解“活化碰撞”、“碰撞截面”、“概率因子”等理论和概念。我们在发挥多媒体优势同时,不提倡大家采用同一个课件,而是鼓励各位教师根据学生所学专业的不同,有针对性地制作具有个性化的课件。课下各位教师还要跟学生积极交流,根据授课情况和学生的反映不断修改、完善和补充课件。只有不断提高课件的质量,才能充分发挥多媒体教学的优势,才有助于物理化学课程教学质量的提高。
2实验教学的改革
根据课程教学大纲的要求,结合物理化学课程特点和各专业特色,笔者所在的教研室将物理化学的实验教学分为课内实验和创新设计性实验两部分,旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。如冶金专业物理化学实验共40学时,其中,综合性实验24学时,占60%,设计性实验16学时,占40%。课内实验的开设目的是既能反映物理化学课程的主要教学内容,又体现其在本专业的应用,以培养学生的基本操作能力。如冶金工程专业的课内综合性实验“有简单共晶系统相图的绘制”、“原电池电动势的测定”、“最大气泡法测表面张力”及“丙酮碘化动力学方程的确定”,这些实验涵盖了相平衡、电化学、界面化学及化学动力学的内容,并且和冶金传输原理、钢铁冶金学、金属学及热处理、冶金工艺学等专业课程的相关知识有机结合起来。通过课内实验,使学生掌握物理化学的基本实验技能,正确使用各种测量仪器,掌握物理化学的测定方法和原理,并能对实验数据进行科学、合理、有效的分析和评价。而创新设计性实验是让学生为解决实际问题,自行查找资料并制定实验方案和具体步骤,有助于培养学生综合运用物理化学理论知识的能力和动手能力。如课程组教师指导学生利用“电导滴定法”进行食用醋的鉴别。通过电化学一章的学习,学生了解到电导测定可以应用于电导滴定,利用电导滴定法测醋中的总酸度,以区别酿造醋和勾兑醋。鼓励学生根据自己掌握的理论知识,制定具体的实验步骤,并列出自己所需的仪器和试剂。实验过程中学生独立完成实验,实验结束后学生对实验数据进行处理,绘制电导滴定曲线,计算醋中乙酸的含量。通过开展创新设计性实验,学生的独立分析、实际操作和解决问题的能力都得到了锻炼,为以后的继续学习深造和工作实践打下坚实的基础。
3考核方法的改革
为全面衡量学生对所学知识掌握的程度和学习情况,我们结合物理化学课程教学目标和特点,对课程的考核形式、评价方式、考核权重等方面进行改革,制定课程总成绩评分体系,避免一张试卷定成绩的传统考核方式。课程总成绩由平时成绩、实验成绩和期末考试三方面构成。平时成绩占总成绩的15%,包括作业评分、出勤情况、课堂表现和随机测试等。作业即老师布置的课后作业,每次作业上交后按百分制给出成绩,平均成绩即为作业测评成绩。课堂表现主要采取提问的形式,保证课程进行过程中每个学生都被提问至少一次。随机测试为及时检查学生的阶段学习情况,也使得学生了解自身的学习情况,每学期采用3~4次平时测验,通常采取闭卷、笔试的方式。实验成绩占总成绩的15%,包括预习报告、实验准备、操作环节和实验报告处理等。最后的期末考试占总成绩的70%,在试卷命题过程中注重试卷考察知识点的涵盖面、广度、深度和命题的多样性,力求能对学生的记忆、理解和应用水平进行全面考察。这种过程化考核和期末性考试的结合,改变了单纯知识化考核的评价模式,降低了成绩的随机性因素,更注重学生的学习过程,能更好地反映学生对知识的掌握程度。
4结语
为了提高高校教学水平,积极推动素质教育的可持续性发展,改革物理化学课的教学方式和教学内容,已经成为目前工科教育工作中的当务之急。物理化学教学改革属于系统工程,需要各个环节齐头并进。除了对教学内容进行全方位的规划,教学方法、教学手段和评价体系的改革也应与时俱进。路漫漫其修远兮,随着社会的发展和时代对人才的需要,物理化学的教学改革将一如既往。
参考文献
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[5]朱雯,尚通明.物理化学教学改革初探[J].江苏理工学院学报,2007,13(6):81-84.
[关键词]教学改革;无机与分析化学实验
无机与分析化学实验是无机与分析化学课程的重要组成部分,包括无机化学和分析化学两部分内容,是农林院校一门重要的基础实验课程。该课程的主要任务是使学生熟练地掌握化学实验的基本知识和基本操作,培养学生良好的实验习惯和创新思维,最终能运用化学实验方法独立完成测试分析任务[1]。作为大学期间第一门基础实验课程,无机与分析化学实验课程的开设为农学、动物科学、食品科学、生物科学、中药科学、环境科学等学科后续专业实验课的开展打下基础。因此,无机与分析化学实验在农林院校创新应用人才培养上具有重要的作用。传统的无机与分析化学实验教学方法是教师对实验目的、实验原理和实验步骤逐一进行讲解,演示实验涉及的仪器操作,学生被动地听、被动地看,没有独立思考的过程,只是按照实验步骤“照方抓药”完成实验,很难达到实验预期目标[2]。如何变被动为主动,使学生积极主动地参与到实验中,进而发现问题以至创造性地解决问题,是无机与分析化学实验教师必须思考的问题。“重铬酸钾法测定亚铁盐中铁含量”是无机与分析化学实验中一个经典的滴定分析实验,本文以此为例探讨实验教学方式改革,以期提高学生实验的积极性和主动性。
1以设疑的方式指导学生预习实验
亚里士多德说:“思维自惊奇和疑问开始”[3]。为了引起学生的实验兴趣,避免将实验目的、实验原理和实验步骤在实验报告上简单机械地抄一遍当作预习,在上次实验结束前,公布本次实验题目“重铬酸钾法测定亚铁盐中铁含量”,教师就实验原理和实验内容提出问题、设定疑问。比如,滴定分析方法按照反应类型分主要有四种,即酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法。那么这次实验内容属于哪一种滴定分析方法;滴定过程中使用的指示剂是什么;指示剂的作用原理、颜色变化;滴定前为什么要加入硫酸,使用盐酸是否可以;滴定时加入浓磷酸的作用是什么;重铬酸钾为什么能用直接法配制标准溶液;能够用直接法配制标准溶液的物质称作基准物质,那么基准物质需要具备哪些条件,等等。让学生带着这些疑问去预习本次实验、撰写预习报告。上课时教师就其中一部分问题进行提问,达到了巩固学过的理论知识、全面预习并深刻理解本次实验原理和实验内容的目的。
2学生演示、分组讨论实验操作细节
学生参与化学实验的积极性和主动性,很大程度上取决于教师的调动和激发。本次实验涉及的操作有:一是使用电子天平称量重铬酸钾和硫酸亚铁固体药品,二是使用25mL移液管吸取硫酸亚铁待测液。完成本次实验的时间很充沛,而且这两个仪器的操作是前面滴定分析实验中练习过的,因此本次实验首先请学生自愿到前面来演示25mL移液管吸取硫酸亚铁待测液的操作,其他同学认真观看。然后全班分组(4人一组)讨论这位同学的演示操作是否有不规范的地方、怎样操作才是规范的。对于移液管的使用,从无机与分析化学实验这门课开始,教师就再三强调需要注意的细节,可是每学期期末还是有学生在操作时使用拇指来堵住移液管的上端出口。移液管的规范使用步骤中首先是洗涤。洗涤分三步,分别是自来水冲洗、蒸馏水冲洗和待测液润洗。需要注意的是每次润洗吸取的溶液量大约是移液管容量的三分之一。接下来是吸取待测液,很多学生只顾着吸取溶液,吸完才想起没有试剂瓶盛装溶液。因此,在吸取待测液前先要准备好一只干净的锥形瓶。吸取待测液过程中,移液管下端要伸到试剂瓶待测液液面下1cm左右,控制洗耳球吸取溶液的速度,保持移液管中的溶液匀速上升。超过刻度线后即迅速拿下洗耳球,用食指堵住上端出口,再缓慢转动移液管,调整液面高度至刻度线。最后一步操作是转移溶液,需要注意的是移液管下端出口抵在锥形瓶的内壁,锥形瓶倾斜,保持移液管垂直。学生通过小组讨论挑出他人不规范的操作细节,反思自己,进一步明确规范操作移液管的具体步骤,使移液管的操作不规范问题得到明显的改善。
3教师以提醒的方式指导实验过程
滴定过程是实验教学最重要的实验环节。在这一过程中,教师要给予学生全面的指导,及时纠正不规范的操作。我们采取的方式是以提醒为主,鼓励学生自己改正,让学生真正成为实验课堂的主角。例如,滴定管的滴定有三种方式,即连续滴加、逐滴滴加、半滴滴加。本次实验课上发现学生临近滴定终点时不会进行半滴操作,这时建议学生查找课本中滴定分析基本操作部分,也可以观看其他同学操作。通过观察、查找、独立思考这一系列过程,让学生自己掌握半滴滴加操作方法,从而加深印象。在接下来的几次实验课上,发现学生在滴定过程中掌握了半滴滴加的要领,操作十分规范。再如,溶解固体硫酸亚铁样品需要先加硫酸再加蒸馏水,以防止硫酸亚铁发生水解。有学生直接用蒸馏水溶解,发现自己的溶液颜色较其他同学有差别却不知道原因。这时教师间接提醒一下,如硫酸亚铁容易发生哪些反应,使用过程中要注意什么。教师以提醒的方式指导实验过程,不仅培养了学生发现问题、解决问题的能力,而且激发了学生实验的兴趣,体验到成功的快乐。
4及时总结实验情况并布置课后思考题
及时总结实验过程中存在的问题,提出改进措施,规范实验操作,对培养学生良好的实验习惯,提高无机与分析化学后继实验课的教学效果具有重要意义[4]。当学生实验结束后,教师应对全班的实验情况及时进行总结,指出普遍存在的问题并提醒注意事项,表扬表现突出的学生。为了使学生充分理解实验原理和实验内容,掌握本次实验的要点,最后布置思考题[5],要求学生写在实验报告单上。(1)用二苯胺磺酸钠作指示剂,终点颜色为什么由绿色变为紫色或紫蓝色?(2)加有硫酸的硫酸亚铁待测溶液在空气中放置1小时后再进行滴定,对测定结果将有何影响?(3)为准确测得硫酸亚铁中铁的含量,实验过程中需要注意哪些操作步骤?
5学生互相批阅实验报告
实验报告是学生实验的全面总结,撰写实验报告是基本技能训练的一项重要内容[6]。实验数据处理是无机与分析化学实验报告的一项重要内容,必须注意有效数字和相关计算规则。有效数字是指在分析工作中实际能够测量到的数字,其不仅表示数值的大小,还是测量精确程度的反映,它的位数由使用仪器的精密度决定。本次实验数据处理中,有效数字是学生最容易出错的地方。如使用滴定管滴定时,消耗重铬酸钾标准溶液21.20mL,学生容易写成21.2mL,忽略有效数字的最后一位;使用电子天平称量固体药品重铬酸钾0.6020g,有学生在实验报告中写成0.602g。另一方面需要规范的是计算结果的有效数字的保留。无机与分析化学实验中,对于滴定分析结果的计算一般要求浓度和质量百分含量的结果保留4位有效数字,相对误差一般保留1~2位有效数字。为了规范学生的实验数据处理,提高撰写实验报告技能,我们采取学生互相批阅实验报告的教学方式。教师事先讲明批阅实验报告的要求和注意事项,尤其是数据处理部分。强调滴定管的读数要写到小数点后两位,而电子天平称量质量要写到小数点后四位。学生在批阅实验报告的过程中,要仔细检查有效数字的数据记录和处理,检查数据的计算结果是否正确。经过学生参与批阅实验报告这样的过程,实验报告撰写中容易出现的问题尤其是有效数字的使用错误越来越少了。
6结语
在无机与分析化学实验教学中,教师花心思策划整个实验过程,最大程度地调动了学生学习和实验的主动性,提高了学生实验过程中发现问题和解决问题的能力,取得了良好的教学效果。
[参考文献]
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