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有關(guān)高職化工專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)改革探索論文
物理化學(xué)課程是大學(xué)化學(xué)化工類各專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,是南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院(簡稱南京化院)與南京工業(yè)大學(xué)合作的高職-普通本科分段培養(yǎng)(簡稱“3+2”)化工類專業(yè)的專業(yè)核心課程,也是轉(zhuǎn)段考試的必考科目之一。許多化工企業(yè)在招聘普通員工時(shí),對(duì)員工的專業(yè)知識(shí)深度要求并不高,關(guān)鍵要看員工是否具備合理的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新思維能力。物理化學(xué)不僅是化工專業(yè)核心課程,更重要的是在培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新思維能力方面有著獨(dú)特的作用。作者以南京化院“3+2”應(yīng)用化工專業(yè)的物理化學(xué)課程教學(xué)為例,分析高職物理化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題,探索高職物理化學(xué)課程的教學(xué)改革,以期達(dá)到良好的教學(xué)效果。
1高職物理化學(xué)課程教學(xué)存在的問題
1.1物理化學(xué)教學(xué)要求高
在“3+2”應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)高職人才培養(yǎng)方案中,物理化學(xué)課程理論課為88~96學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課24學(xué)時(shí),安排在第二學(xué)年的第3、4學(xué)期開設(shè),參照采用南京工業(yè)大學(xué)本科物理化學(xué)(B)教學(xué)大綱,采用教材為天津大學(xué)編《物理化學(xué)》(第五版,上、下冊(cè))。第3學(xué)期《物理化學(xué)》(一)理論課為44~48學(xué)時(shí),需講授的內(nèi)容主要有:氣體,熱力學(xué)第一定律,熱力學(xué)第二定律,多組分系統(tǒng)熱力學(xué),化學(xué)平衡。第4學(xué)期《物理化學(xué)》(二)理論課為44~48學(xué)時(shí),需講授的內(nèi)容主要有:相平衡、電化學(xué)、界面現(xiàn)象、化學(xué)動(dòng)力學(xué)。課程教學(xué)課時(shí)少,知識(shí)容量大,教學(xué)難度相當(dāng)大。
1.2高職院校學(xué)生基礎(chǔ)薄弱
高職院校所招生源大多是高考低分段學(xué)生和中職畢業(yè)生,多數(shù)學(xué)生中學(xué)數(shù)理化基礎(chǔ)薄弱,學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自覺性較差,抽象思維和邏輯思維能力不強(qiáng)。許多學(xué)生對(duì)熱力學(xué)的一些基本概念如狀態(tài)函數(shù)、熵、熱力學(xué)第二定律表述等難以理解。盡管第一學(xué)年已經(jīng)學(xué)習(xí)過了高等數(shù)學(xué)、物理、無機(jī)與分析化學(xué)等先修課程,可是有些學(xué)生連基礎(chǔ)物理知識(shí)和簡單的微積分運(yùn)算也沒能很好掌握,遇到熱力學(xué)的功和熱的計(jì)算,不知如何下手。這些不利因素增加了物理化學(xué)教學(xué)的難度。
1.3物理化學(xué)傳統(tǒng)教法效果不佳
物理化學(xué)傳統(tǒng)教法是授課教師首先參照南京工業(yè)大學(xué)本科物理化學(xué)(B)教學(xué)大綱制定相應(yīng)的課程教學(xué)計(jì)劃,熟練備課后,開始授課。由于教學(xué)課時(shí)少,內(nèi)容多,教師上課以講授理論知識(shí)為主,上課進(jìn)度比較快,滿堂灌,學(xué)生被動(dòng)接受。物理化學(xué)中包含許多抽象概念,由數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出的結(jié)論、公式,而公式的應(yīng)用條件又是由具體的物理過程來決定。教師授課要先解釋基本概念,然后要進(jìn)行基本理論闡述及公式推導(dǎo),再講結(jié)論以及公式的應(yīng)用,講例題(需板書),最后再布置一定量習(xí)題讓學(xué)生課后復(fù)習(xí)。這種傳統(tǒng)教學(xué)方法對(duì)于那些數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)扎實(shí)、邏輯思維能力較強(qiáng)的學(xué)生比較適用,他們會(huì)上課專心聽講,認(rèn)真思考,作筆記,課后認(rèn)真復(fù)習(xí)記憶,但這些學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)只占少部分,不超過35%。多數(shù)高職學(xué)生不能適應(yīng)這種快節(jié)奏的傳統(tǒng)教法,他們上課沒有作筆記的習(xí)慣,對(duì)物理化學(xué)教學(xué)中一些理論闡述及公式推導(dǎo)的反應(yīng)是—不懂;有些學(xué)生甚至連完成課后練習(xí)都感到困難,時(shí)間一長,對(duì)物理化學(xué)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼心理,失去興趣。采用這種傳統(tǒng)教學(xué)模式的結(jié)果是教師付出了辛勤勞動(dòng)卻沒有收到良好的教學(xué)效果。
面對(duì)目前我校高職物理化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題,如何培養(yǎng)具備必需的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的高技術(shù)技能型人才?物化教師必須探索高職物理化學(xué)課程的教學(xué)改革,做好高職物理化學(xué)課程建設(shè)工作。
2高職物理化學(xué)課程教學(xué)改革的實(shí)踐
我國高職教育人才培養(yǎng)模式的基本要求是:高職教育必須面向地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè),適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和就業(yè)市場的實(shí)際需要,培養(yǎng)基礎(chǔ)理論知識(shí)適度,技術(shù)應(yīng)用能力強(qiáng)、知識(shí)面較寬、素質(zhì)高的高技術(shù)技能型人才;以“應(yīng)用”為主旨構(gòu)建課程和教學(xué)內(nèi)容體系。因此,高職教育培養(yǎng)學(xué)生不能按照“學(xué)術(shù)型”人才來培養(yǎng),高職院校專業(yè)基礎(chǔ)類課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)側(cè)重“實(shí)用性”,貫徹以培養(yǎng)綜合職業(yè)能力為導(dǎo)向的能力本位課程觀和教育觀。
2.1以“應(yīng)用”為主旨來選擇教學(xué)內(nèi)容
物理化學(xué)作為一門理論性較強(qiáng)的化工類專業(yè)基礎(chǔ)課,在高職段教學(xué)內(nèi)容的選擇上應(yīng)遵循“以應(yīng)用為目的,以必需,夠用為度”的原則。原來參照采用的南京工業(yè)大學(xué)本科物理化學(xué)(B)教學(xué)大綱,與南京化院高職段培養(yǎng)目標(biāo)存在差異,對(duì)高職生不適用,需調(diào)整。為此,物化教師重新制定了高職物理化學(xué)教學(xué)大綱和課程教學(xué)計(jì)劃,具體章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容、課時(shí)量以及教學(xué)要求也做了相應(yīng)調(diào)整。具體做法是:(1)加強(qiáng)基本概念、基本原理及基本公式的教學(xué);不再對(duì)教材內(nèi)容面面俱到,突出教學(xué)重點(diǎn),使學(xué)生牢固掌握物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),夯實(shí)基礎(chǔ)。簡化有關(guān)抽象概念的講授和復(fù)雜的教學(xué)推導(dǎo),如熵函數(shù)的導(dǎo)出,麥克斯韋關(guān)系式,化學(xué)勢的多種表示式,開爾文公式的推導(dǎo)等,這些內(nèi)容多數(shù)高職生很難理解和掌握,可少講或不講,減少一些課時(shí)。(2)注重物理化學(xué)基本原理及基本公式的應(yīng)用;比如將物理化學(xué)原理與生產(chǎn)或生活實(shí)際相結(jié)合,補(bǔ)充應(yīng)用例子,可以增加一些課時(shí),使學(xué)生加深對(duì)基本原理的理解。(3)注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力與思維能力;增加一定量習(xí)題課,補(bǔ)充一些綜合應(yīng)用思考題,讓學(xué)生能運(yùn)用物理化學(xué)基本原理分析和解決實(shí)際問題。(4)標(biāo)注一些提高性或拓展性的應(yīng)用知識(shí),讓學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)或教師選講,滿足學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展的知識(shí)需要和綜合能力的提高。
2.2以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向來改進(jìn)教學(xué)方法
多數(shù)高職學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)物理化學(xué)的前兩個(gè)月,對(duì)化學(xué)熱力學(xué)的基本概念和計(jì)算公式模糊不清,學(xué)習(xí)很吃力。所以物化教師應(yīng)徹底改變傳統(tǒng)的滿堂灌、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)方法,要正確處理好教與學(xué)的關(guān)系,要以學(xué)生為主體,讓學(xué)生參與教學(xué)過程,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,激發(fā)他們的求知欲望,采取多種教學(xué)方法相結(jié)合來組織教學(xué)。
2.2.1精心組織教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力
由于物理化學(xué)教學(xué)課時(shí)有限,教師在授課前應(yīng)正確把握授課內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn),確定哪些重點(diǎn)內(nèi)容需要精講,哪些內(nèi)容略講,哪些內(nèi)容可以讓學(xué)生自學(xué),哪些內(nèi)容需要討論學(xué)習(xí)等。如熱力學(xué)第一定律中PVT變化過程W、Q、△U、△H的計(jì)算,化學(xué)反應(yīng)熱△rHm的計(jì)算,(Qp,m恒壓反應(yīng)熱)與△rUm(QV,m恒容反應(yīng)熱)的關(guān)系式Qp,m=QV,m△rHm-△rUm=∑BvB(g)·RT,以及基爾霍夫公式等屬于重點(diǎn)內(nèi)容;熱力學(xué)第二定律中熵判據(jù)、吉布斯函數(shù)判據(jù)及其應(yīng)用,恒溫過程吉布斯函數(shù)變量△G計(jì)算通式△G=△H-T△S等屬于重點(diǎn)內(nèi)容,特別是公式△rGm=△rHm-T△rSm在化學(xué)反應(yīng)方向判斷、化學(xué)平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算中廣泛應(yīng)用,需要精講。因此,在課堂教學(xué)中應(yīng)多舉一些計(jì)算化學(xué)反應(yīng)△rGm的例子,并讓學(xué)生參與討論,判斷化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的方向。凡重點(diǎn)講授的內(nèi)容均布置一定量的課后習(xí)題,讓學(xué)生通過解題來加深對(duì)物理化學(xué)基本原理及公式的理解記憶。
熱力學(xué)中麥克斯韋關(guān)系式、偏摩爾量與化學(xué)勢、逸度與活度等抽象內(nèi)容只作簡要介紹。另一方面,對(duì)于在無機(jī)與分析化學(xué)中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的部分內(nèi)容,如化學(xué)平衡常數(shù)表示式及平衡移動(dòng)原理、動(dòng)力學(xué)中的簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)特征、電化學(xué)中的電極電勢計(jì)算等,在物理化學(xué)中涉及時(shí)可以略講。對(duì)于那些教材闡述較為詳細(xì)學(xué)生又能讀懂的內(nèi)容,如熱力學(xué)中可逆體積功、焦?fàn)枌?shí)驗(yàn)、焦?fàn)?湯姆遜實(shí)驗(yàn)等可以預(yù)先布置思考題,安排學(xué)生帶著問題自學(xué),然后下次課檢查學(xué)生的自學(xué)情況,就思考題的結(jié)論在課堂提問,認(rèn)真自學(xué)過的同學(xué)自然會(huì)踴躍發(fā)言,最后由教師進(jìn)行歸納總結(jié)。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力,又節(jié)省了課時(shí),提高了課堂教學(xué)效率。
2.2.2加強(qiáng)習(xí)題訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生思維能力
學(xué)生是教學(xué)的主體,教師是教學(xué)的主導(dǎo)。高職學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自覺性較差,思維能力不強(qiáng),因此,教師在教學(xué)過程中要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,采用啟發(fā)式教學(xué)法。首先,要注意培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣。引導(dǎo)學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法,如“課前預(yù)習(xí)→課堂筆記→課后復(fù)習(xí)”等;每次下課前都給學(xué)生布置一定量習(xí)題和思考題,同時(shí)下達(dá)預(yù)習(xí)任務(wù)。其次,教師應(yīng)加強(qiáng)習(xí)題課、討論課的組織。在習(xí)題課上教師精選部分中等難度以上的習(xí)題來啟發(fā)學(xué)生思維,講解時(shí)重點(diǎn)放在解題思路與方法上;然后讓一、二名學(xué)生到臺(tái)上演算,最后教師進(jìn)行總結(jié),對(duì)學(xué)生演算的結(jié)果進(jìn)行分析,若還有錯(cuò)誤,就指出錯(cuò)誤,并給出正確答案。通過習(xí)題課,要讓學(xué)生明白,正確理解公式而不是死記硬背是學(xué)好物理化學(xué)的關(guān)鍵,要真正掌握物理化學(xué)基本原理,演算一定量的習(xí)題是必不可少的。
對(duì)于一些聯(lián)系化工生產(chǎn)實(shí)際的思考題,可以組織討論課來加以解決。如相平衡一章中,講完二組分實(shí)際溶液氣-液平衡相圖和精餾原理后,布置了兩個(gè)思考題:(1)為什么工業(yè)上常產(chǎn)生95%酒精?只用精餾含水酒精的方法是否可能獲得無水酒精?(2)常壓下若將環(huán)己烷(沸點(diǎn)80.7℃)和苯(沸點(diǎn)80.1℃)的混合物進(jìn)行常規(guī)精餾,能否將二者分開?需采用什么辦法?讓學(xué)生上網(wǎng)查找文獻(xiàn)資料后再回答。討論課上教師采用啟發(fā)式教學(xué),指出問題的關(guān)鍵所在:二組分實(shí)際溶液氣-液平衡相圖有什么特征?能形成最低恒沸物的二組分實(shí)際溶液精餾獲得什么產(chǎn)品?許多同學(xué)都能積極主動(dòng)地在課堂上發(fā)表自己的見解,課堂氣氛活躍,教師最后再歸納總結(jié)答案:問題(1)在常壓下,H2O-C2H5OH二組分溶液能形成最低恒沸物(恒沸點(diǎn)78.1℃),恒沸組成:含乙醇95.57%,而純乙醇的沸點(diǎn)為78.4℃,所以含水酒精用普通精餾方法是不可能獲得無水酒精的。問題(2)常壓下環(huán)己烷(沸點(diǎn)80.7℃)和苯(沸點(diǎn)80.1℃)的混合液能形成最低恒沸物(恒沸點(diǎn)77.3℃),三個(gè)沸點(diǎn)相差太近,用常規(guī)精餾方法不可能將環(huán)己烷和苯分開?梢约尤氲谌N組分丙酮(共沸劑),由資料查出丙酮與環(huán)己烷能形成最低恒沸物(恒沸點(diǎn)53.1℃),共沸精餾時(shí)丙酮與環(huán)己烷可以從塔頂蒸出,從而將環(huán)己烷和苯分開。聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的課堂討論極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深了學(xué)生對(duì)物理化學(xué)原理的理解,提高了學(xué)生的思維能力。
2.2.3加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生操作能力
重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和知識(shí)應(yīng)用能力訓(xùn)練,是高職院培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才的關(guān)鍵。物化實(shí)驗(yàn)是鞏固學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)及提高應(yīng)用能力的一個(gè)重要方法,同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。目前南京化院開設(shè)的物化實(shí)驗(yàn)有:反應(yīng)速率常數(shù)測定,反應(yīng)平衡常數(shù)測定,物質(zhì)燃燒熱的測定,雙組分氣-液平衡相圖測繪,以及電化學(xué)參數(shù)的測定等。物化實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,不僅包括基本操作能力、觀察并收集數(shù)據(jù)的能力;還包括處理實(shí)驗(yàn)異常情況能力,處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力等。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法,讓學(xué)生探求實(shí)驗(yàn)方法。例如,講完化學(xué)熱力學(xué)后,給學(xué)生布置任務(wù):測定某個(gè)固體有機(jī)物的燃燒熱,要求學(xué)生提前寫好實(shí)驗(yàn)方案。該實(shí)驗(yàn)測定步驟較復(fù)雜,從樣品準(zhǔn)備,點(diǎn)火絲的安裝,氧彈充氧到量熱計(jì)的安裝,溫度測量等每一步都需要學(xué)生仔細(xì)操作,并掌握一定的技巧,否則就會(huì)因點(diǎn)火不成功或燃燒不完全而引起實(shí)驗(yàn)失敗。同時(shí)要求學(xué)生認(rèn)真作好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的觀測記錄。實(shí)驗(yàn)完成后要求學(xué)生會(huì)運(yùn)用已學(xué)過的△rHm與△rUm的關(guān)系式,以及基爾霍夫公式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,得到的最終計(jì)算結(jié)果即是所測物質(zhì)燃燒熱。學(xué)生通過圓滿完成燃燒值測定實(shí)驗(yàn),不僅培養(yǎng)了動(dòng)手能力而且提高了運(yùn)用熱力學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生在校期間,通過完成一定數(shù)量的物化實(shí)驗(yàn),可以掌握物理化學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)方法和思維方法,這對(duì)于學(xué)生將來走上工作崗位后進(jìn)行創(chuàng)造性思維是十分有利的。
通過精選教學(xué)內(nèi)容,改進(jìn)教學(xué)方法,2012級(jí)“3+2”應(yīng)用化工專業(yè)學(xué)生的物理化學(xué)學(xué)習(xí)狀況有了較大改善。大多數(shù)同學(xué)都重視物理化學(xué)課程學(xué)習(xí),對(duì)學(xué)過的物理化學(xué)基本概念、原理、公式有了較深刻印象;并且,大二第4學(xué)期《物理化學(xué)》(二)期末考試成績也提高了很多?梢,物理化學(xué)教學(xué)效果有了較大提高。
3結(jié)語
根據(jù)高職與普通本科分段培養(yǎng)“3+2”化工類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo),加強(qiáng)高職物理化學(xué)課程建設(shè)和實(shí)施教學(xué)改革;在教學(xué)中以學(xué)生為主體,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,有利于提高物理化學(xué)課程教學(xué)效果,有利于培養(yǎng)具備合理的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu),具有較強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)能力以及思維能力的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。
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