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以科研促进“化学综合实验”教学模式改革的探索与实践

出处:论文网
时间:2018-08-24

以科研促进“化学综合实验”教学模式改革的探索与实践

  中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2017)06-0001-02

  “提高学生综合素质,培养学生创新能力”是新世纪人才培养的重要目标。从事化学专业人才培养的高校教师应当将综合素质和创新能力的培养贯穿于整个教学工作中,将理论知识的传授和实践能力的训练有机融合[1-2]。“化学综合实验”课程的设置恰能符合这一人才培养方向。综合实验不仅是化学理论知识、方法原理的综合,而且是实验手段、实验基本操作技能、实验仪器设备的综合。近年来,各大院校均对“化学综合实验”课程的设置进行了整合与更新,优化了课程知识结构,追踪科技前沿,提高学生学习兴趣和创造力。在此形势下,以科研促进教学显示出了不可忽视的作用。在黑龙江大学化学学科教研人员的科研水平逐步提高的背景下,学院提倡将教师的科研课题引入到“化学综合实验”的教学中,以科研促教学,以教学辅助科研。学生在课程中不但体验到了科学研究的基本思路和过程,还学习和观摩了一些大型、先进科学仪器的操作与维护,这既培养了他们科学的思维方式又锻炼了他们实事求是、严谨的科学态度和刻苦钻研的科学作风。

  一、以科研促进“化学综合实验”教学模式改革的方案设计

  (一)合理设置实验项目

  合理地设置实验项目,不断更新先进、新颖的实验内容是与时俱进的教学理念的完美体现,也是响应国家关于“抓紧建立更新教学内容的机制,加强课程的综合性和实践性,重视实验课教学,培养学生实际操作能力”号召的必要措施[3]。首先,针对“化学综合实验”的教学特点,教师应根据自己的科研方向,结合当前的研究热点确定合适的实验内容。转化为实验教学项目的研究成果必须是成熟的科研成果,确保实验整体的科学性、系统性、实用性和先进性。为此,结合学生的知识背景和化学研究领域的热点,我们围绕教师承担的国家以及省部级科学基金项目,衍生出相??的综合性实验。例如,作者多年来一直从事固体电化学及器件方面的科研工作,研究课题涉及了固体氧化物燃料电池(SOFC)相关材料的合成与性质研究。因此选择课题中实验方法比较成熟的一部分开发为“化学综合实验”课程内容。我们设立了综合实验“固体电解质纳米粉的制备、陶瓷成型及离子电导率的测试”。固体氧化物燃料电池以其发电效率高、能量密度大、燃料使用范围广等优点受到广泛关注。电解质作为SOFC的主要组成部分之一,其主要作用是在阴极、阳极之间传递氧离子和对燃料及氧化剂的有效隔离。目前Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)是SOFC中研究最热、利用最广泛的电解质材料。YSZ的离子电导率不仅与掺杂浓度有关,而且还与粉体的制备工艺、烧结密度密切相关。这个实验课程的完成过程,既让学生领略了新能源领域的最新发展动态,了解了新型绿色能源的研究背景和重要意义,又让他们学习了固体氧化物燃料电池的工作原理及对其相关部件的要求和发展现状,同时还了解了电解质材料的制备工艺对其离子电导率等相关性能的影响,又让学生从全方位角度领会和理解了新型燃料电池材料研发人才应该具备的知识和技能以及燃料电池关键材料开发领域的技术状态。为了提高学生的创新能力,我们还在实验中安排一些自由设计环节,比如在陶瓷成型和烧结工艺环节中,学生可以自主设计实验参数和操作来获得实验结果,并对结果进行分析与讨论得出一些非预见性的结论,从中引导和启发学生的创新思维。

  (二)详尽介绍课题,开展资料调研,学生制定实验设计报告

  作为科研成果转化成具体综合实验内容的教学过程的主导者,教师应该在实验开展之前给学生详细地介绍课题研究的意义和背景。尽量将学生掌握的理论知识结合起来讲解实验相关原理和内容,拓展知识面,让学生充分感受理论学习的重要性,提高学以致用的积极性。同时提出实验要求,实验开展过程中的重点和难点等,并提出一些与实验关键内容有关的问题,布置学生自主查阅相关的文献资料和书籍,制定详细合理的实验方案。通过查阅的资料并经过分析和讨论,学生整理出详尽的实验设计报告,内容应该包含以下内容:研究背景和国内外研究现状、实验的目的和意义、实验材料和实验仪器设备、实验方案和具体实验步骤、实验结果与讨论(包括数据记录与处理以及对实验结果的分析讨论)。教师要认真审阅学生提交的实验设计报告,保证实验方案的合理性和可行性。对不符合要求的实验设计报告教师要及时与学生讨论并做出完善和修改。对于有些学生的创新性设计要尊重其想法并在实验条件允许的情况下合理地布置实施。整个文献调研和实验设计环节,不但使学生掌握了基本的文献检索和调研手段而且促进了学生将理论课程知识与实践的横向联系,充分调动了学生进行科研的主观能动性。有效避免了以往照方抓药,学生不动脑思考的弊端,提高了学生的综合素质[4]。

  (三)建立健全仪器设备使用与管理制度

  综合实验要求学生具有安排与开展专业实验的综合能力,在此阶段的学生经过了基础实验对基本实验技能和动手能力的训练,更要将理论知识联系实验过程,培养创新思维,感悟科研的真谛。在此过程中,2―3人一组的实验模式既要求大家有独立自主的动手能力,又要求他们发扬团队精神,协作精神,集思广益,讨论问题,解决问题,保证实验的顺利进行。

  “化学综合实验”课程开展中大型表征和测试仪器的使用是保证实验顺利完成的必要因素之一。由科研项目转化而来的实验项目往往用到的是项目指导教师课题组或者专业实验室的相关仪器和设备。教师在学生开展实验之前应当带领学生参观实验室,把需要用到的实验仪器和设备的用途、操作规程做介绍,必要的项目需要亲自示范操作。比如,在“固体电解质纳米粉的制备、陶瓷成型及离子电导率的测试”实验中教师需要事先为学生讲解并且示范陶瓷压片模具的使用方法、高温炉的使用方法和电化学工作站的测试方法。在整个实验进行过程中,实验室或者实验中心应当做好仪器设备开放使用的安排,并且加强实验室管理,建立健全实验室规章制度,制定仪器设备具体操作规程和管理措施以保障实验教学的顺利完成。   在实验进行的过程中,学生要按照设计好的实验路线认真操作,记录好实验现象和实验数据。教师全程跟踪指导,在学生遇到问题的时候引导释疑,在实验结束后进行点评和总结[5]。

  (四)按照科技论文标准撰写实验报告,进行实验结果汇报

  实验报告的撰写是对整个实验过程中的现象和结果的综合分析与讨论,是最能体现学生分析和总结能力的环节。在此环节中,我们摒弃过去固定模式的实验报告形式,要求学生以科技论文的形式完成数据讨论与总结,对数据的处理不再是简单的数据罗列和图形展示,要从中总结和归纳数据变化规律,与实验设计过程中的理论预期相对照,解释现象和原因,做到环环相扣,实验结果与理论推导相互验证。完成实验报告的撰写之后,每一名?W生还要对其实验结果进行汇报和答辩。实验结果的口头汇报及答辩不仅极大地提高了学生的学术交流能力,也是对以往综合实验成绩评价方式的重要改革。我们将综合实验的成绩评定分成几大部分,前期文献调研和实验方案设计、实验过程以及报告撰写与答辩各占不同比例,重点落在实验过程和报告撰写与答辩上。公开汇报实验结果的方式既体现了成绩评定的公平性,又有效避免了同组学生报告雷同的现象。同时,对于优秀的实验论文,可以让学生进一步完善并推荐其在校级以上级别的刊物上发表,激发学生做科研的成就感[6]。

  二、以科研促进“化学综合实验”教学模式改革的效果分析

  依托于学校的科研学术背景,挑选合适的科研项目内容转化为“化学综合实验”教学内容有效地保证了课程内容的先进性和实践性。产学研相结合的方式将学科的发展新动态迅速融入课堂,激发了学生对科研的兴趣和热情。强化了学生的理论课程知识,强调学科之间的交叉与渗透,拓展知识面,提高学生的理论知识掌握水平。在整个科研项目化的综合实验训练过程当中,学生通过文献调研的环节锻炼了对文献知识的梳理和内化重构,提高了科研思维的能力和水平。还学会了一些大型仪器设备的使用和操作,培养和锻炼了学生自主设计实验、完成实验、分析问题和解决问题的能力。分组式的上课模式培养了学生的团队精神和协作精神,为今后的工作和学习奠定了基础。实验报告论文的撰写和口头宣讲过程不但培养了学生的综合分析能力更促进了学生科研沟通与交流的能力,科学的考核和评价体系实现对学生的知识考核和创新能力素质考核的有机结合,激发学生的竞争意识和创新意识。

  “化学综合实验”是训练化学专业的学生创新能力和实践能力的拔高过程,有效地利用教师科研优势,以科研促教学,教学助科研,不断整合和更新教学内容,追踪现代科技发展前沿,注重课程的先进性、实践性和综合性,以培养和提高学生的创新能力与综合素质为目标,走教学与科研相结合的道路,为学生素质和能力的培养提供了新的途径。

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