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摘 要: 针对环境工程专业的物理化学教学的特点, 作者从教学内容与已授课程的衔接,与环境工程专业的衔接,以及理论课程与实验教学环节的衔接三个方面探讨教学体会,以帮助同仁提高教学质量和学习效率。
关键词: 环境工程专业 物理化学 教学体会
物理化学是化学科学的理论基础,它是从研究化学现象和物理现象的相互联系入手,应用物理学的观察、测量和数学的处理方法来探求探索化学变化过程中普遍性规律的一门科学。研究物理化学的目的在于探讨物质变化的基本规律,并用以解决生产实践和科学实验中的有关问题。物理化学是学习化学、化工、环境、生物、材料等专业的重要基础课程。
环境工程是一门由多学科到跨学科的庞大科学体系组成的新兴边缘科学,它与自然科学、社会科学和技术科学相结合,是现代科学技术向深度广度进军的标志,是人类认识和改造自然进一步深化的表现。对环境工程专业的学生来说物理化学是一门重要的基础课程,是继无机化学、分析化学、有机化学之后的一门理论化学课程,同时又为后继课程如环境生态学、大气污染控制等的学习提供方法和理论指导,在基础课程和专业课程之间起着承上启下的枢纽作用。物理化学本身理论性较强,内容较抽象概念,公式较多,一直被学生视为比较难以掌握的课程,加之部分工科学生的理科基础相对薄弱,因此,如何以传授知识、培养能力、提高素质为宗旨,通过物理化学教学方法的改革和授课体系的重组,使环境工程专业的学生全面系统地掌握物理化学知识,是物理化学教师必须思考的问题,是一项艰巨的改革任务。我在教学过程中注意不断积累经验,不断改进教学方法,根据实际的教学经验,从以下三个方面谈谈教学体会。
1.注重与已授课程的衔接与融合
环境工程专业的物理化学理论课时数一般为48学时,相对于化学专业而言,课时数减少一半,教师要在48学时内将物理化学所有内容讲完、讲好、讲透的确有一定的难度,因此,教师需要在教学过程中注重与已授课程的衔接与融合,做到突出重点、强化难点[1]。环境工程专业的学生一般在大一已经学习了无机化学及分析化学,其中有关化学热力学、化学平衡、化学动力学等章节知识与物理化学的部分知识重叠。到大二学习物理化学时,若照本宣科、面面俱到,不仅学生没兴趣,而且会加重学生的负担。若能将学生已有的知识和经验很自然地融合到物理化学教学中,就会收到事半功倍的效果。比如热力学第一定律的内容在无机化学中已有讲解,在讲授该部分内容时,教师应启发学生回顾在无机化学中学到的热力学知识,让学生自己提出这些定律的基本内容与基本概念,而教师只要对体系与环境、热与功、内能与焓、热力学第一定律等重叠内容做复习性介绍就可以了[2]。这样一方面可以尊重学生个体已有的知识和经验,另一方面学生的学习活动由被动地接受知识变为积极主动地建构知识,从而大大提高学生的学习兴趣,使学生学习时能感到知识的渐进性。与此类似,热力学第二定律、化学平衡等内容学习也应该积极引导学生去回忆,让环工专业学生积极主动地参与到教学活动中去,同时可以节省一定的教学课时。此外,在教学热力学时,教师应适当删除某些理论性较强的内容,如Joule实验、节流膨胀、热力学基本方程、Maxwell关系式等内容,重点加强焓、熵、Gibbs函数、平衡原理的实际应用等内容的理论教学。考虑到学生后续课程的专业特点,重点强化溶液、表面现象、胶体化学教学内容。电化学部分的讲授应重点强化电解质溶液理論、电解的教学内容,淡化电池热力学内容。动力学部分应重点强化反应速率方程,淡化反应历程[3]。
2.注重教学内容与环境工程专业的衔接
长期以来物理化学的教学给学生留下一个错觉:物理化学原理和所学专业很难有直接关联。事实上,物理化学是研究物质的化学运动形式和物理运动形式之间的相互关系,掌握物质化学运动的一般规律的科学[3]。正因为如此,物理化学理论在环境保护中起了很大的作用,物理化学与环境工程的相关专业有着紧密的联系,它的理论和方法被运用到环境保护中,对推动环境保护事业的发展具有积极作用,为此教师可以将物理化学知识与环境专业相联系激发学生学习积极性。比如在讲解化学反应热效应时,应提醒学生在水处理过程、污泥消化处理、热污染控制等许多方面都涉及热化学计算问题。在电化学部分讲解时,可以向学生介绍有关电化学方法在污水处理中的应用,其应用技术包括内电解法、电凝聚法、电浮选法、电解氧化法、电解还原法及电渗析法等[4]。每种方法可以举一个小实例,将理论与实际相结合,提高学生的学习兴趣。在讲解表面现象这一章时,教师可以向学生介绍一些常用的吸附剂,如活性炭、天然黏土等,给出这些吸附剂的吸附特点和应用实例,如2005年松花江水污染事件中就是用活性炭作为吸附剂吸附苯和硝基苯。在胶体化学部分应向学生介绍凝聚剂和乳化剂,以及它们在水处理过程中的应用[5]。也可以作为课后作业,让学生去查找有关凝聚剂和乳化剂的资料,让学生自己去了解胶体化学在环境中的具体应用,为后续课程(水污染控制工程、土壤及地下水污染与修复技术)的教学打下很好的伏笔。教师在教学过程中适当介绍和引导,将物理化学的理论知识与环境工程专业相联系,一方面可以激发学生的学习积极性,提高学生的学习兴趣,另一方面可以使枯燥的理论教学变得生动有趣。
3.注重理论课程与实验教学环节的衔接
物理化学实验是物理化学课程教学的重要组成部分,教师开好物理化学实验课可以使学生掌握物理化学理论知识与相应的操作技能,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。因此,物理化学实验具有物理化学理论教学不可取代的作用,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作用[6]。
但目前物理化学实验的教学与同类其它学科的实验教学相比还是一个薄弱的环节。其首要原因是没有足够的课时,开设实验较少,师资、财力都没有大的投入,有的学校的环境工程专业甚至不开设物理化学实验。其次,没有配套的实验教材,完全套用理科化学的实验教材。最后,在物理化学实验教学教学方法上存在的主要问题是实验课理论化,实验内容多为验证性的,教师讲实验、讲仪器,学生再做实验。这种单一的实验教学模式影响了学生积极参与实验的兴趣,对学生创新能力的培养也是极为不利的[7]。
因此,对于环境工程专业的物理化学实验,首先要保证足够的实验课时,实验课时与理论课时之比应不少于1∶3,如条件允许可以实行开放式管理,给学生足够的空间和时间,增加动手的机会,充分调动学生的主动性、创造性,进而提高学生对化学知识的灵活应用能力和独立解决实际问题的能力。其次要加强教材建设,精选一些必做实验,取消一些陈旧过时的实验,增加与环境工程专业相关的实验内容,尽量选择与环境工程专业紧密结合的实验进行,如胶体的制备及其聚沉值的测定,溶液吸附法测定活性炭的比表面,等等。最后要改革传统的教学方法,使学生变被动为主动。实验前应要求学生预习并写预习报告,教师可针对实验原理、实验步骤检查学生预习情况。教师讲实验的重点,应根据学科特点放在各类测量技术对化学量测量的依据和原理及应用范围方面,让学生了解各类仪器的构造、设计思想、最基本的电子线路及正确的使用方法。这样,学生实验时思路清晰,操作准确,兴趣提高,主动性强,独立处理和解决问题的能力就会得到提高。
4.结语
总之,物理化学是一门基础理论性和实践性都很强的学科,对环境工程专业基础理论的作用和影响是巨大的,它在教学中占有极为重要的地位。教学是一个复杂的系统工程,是一个涉及到多方面的问题,受到教师的知识水平、学生的接受能力、教学方法和教学手段等多方面因素的影响,只有不断地改进教学方法,与时俱进,教师才能提高教学效果,强化教学质量。
参考文献:
[1]刘彬.环境工程专业普通化学和物理化学融合教学的改革[J].大学化学,2003,18,(4):27.
[2]李琳.浅谈环境工程专业物理化学教学中的备课体会[J].中国科教创新导刊,2008,3:125.
[3]朱云贵,曹庆林,李学良.非化工类普通化学与物理化学课程的综合改革[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2002,16,(5):23.
[4]杨绮琴,方北龙,童叶翔.应用电化学[M].广州:中山大学出版社,2005.
[5]石国乐.给水排水物理化学[M].北京:机械工业出版社,2006.
[6]吕丹,刘利,张进,姚思童.物理化学授课过程中的教学体会[J].沈阳教育学院学报,2009,11,(1):59.
[7]王祥洪,胡武洪,秦宗会.大学物理化学实验教学改革探讨[J].科技创新导报,2009,2:138.
关键词: 环境工程专业 物理化学 教学体会
物理化学是化学科学的理论基础,它是从研究化学现象和物理现象的相互联系入手,应用物理学的观察、测量和数学的处理方法来探求探索化学变化过程中普遍性规律的一门科学。研究物理化学的目的在于探讨物质变化的基本规律,并用以解决生产实践和科学实验中的有关问题。物理化学是学习化学、化工、环境、生物、材料等专业的重要基础课程。
环境工程是一门由多学科到跨学科的庞大科学体系组成的新兴边缘科学,它与自然科学、社会科学和技术科学相结合,是现代科学技术向深度广度进军的标志,是人类认识和改造自然进一步深化的表现。对环境工程专业的学生来说物理化学是一门重要的基础课程,是继无机化学、分析化学、有机化学之后的一门理论化学课程,同时又为后继课程如环境生态学、大气污染控制等的学习提供方法和理论指导,在基础课程和专业课程之间起着承上启下的枢纽作用。物理化学本身理论性较强,内容较抽象概念,公式较多,一直被学生视为比较难以掌握的课程,加之部分工科学生的理科基础相对薄弱,因此,如何以传授知识、培养能力、提高素质为宗旨,通过物理化学教学方法的改革和授课体系的重组,使环境工程专业的学生全面系统地掌握物理化学知识,是物理化学教师必须思考的问题,是一项艰巨的改革任务。我在教学过程中注意不断积累经验,不断改进教学方法,根据实际的教学经验,从以下三个方面谈谈教学体会。
1.注重与已授课程的衔接与融合
环境工程专业的物理化学理论课时数一般为48学时,相对于化学专业而言,课时数减少一半,教师要在48学时内将物理化学所有内容讲完、讲好、讲透的确有一定的难度,因此,教师需要在教学过程中注重与已授课程的衔接与融合,做到突出重点、强化难点[1]。环境工程专业的学生一般在大一已经学习了无机化学及分析化学,其中有关化学热力学、化学平衡、化学动力学等章节知识与物理化学的部分知识重叠。到大二学习物理化学时,若照本宣科、面面俱到,不仅学生没兴趣,而且会加重学生的负担。若能将学生已有的知识和经验很自然地融合到物理化学教学中,就会收到事半功倍的效果。比如热力学第一定律的内容在无机化学中已有讲解,在讲授该部分内容时,教师应启发学生回顾在无机化学中学到的热力学知识,让学生自己提出这些定律的基本内容与基本概念,而教师只要对体系与环境、热与功、内能与焓、热力学第一定律等重叠内容做复习性介绍就可以了[2]。这样一方面可以尊重学生个体已有的知识和经验,另一方面学生的学习活动由被动地接受知识变为积极主动地建构知识,从而大大提高学生的学习兴趣,使学生学习时能感到知识的渐进性。与此类似,热力学第二定律、化学平衡等内容学习也应该积极引导学生去回忆,让环工专业学生积极主动地参与到教学活动中去,同时可以节省一定的教学课时。此外,在教学热力学时,教师应适当删除某些理论性较强的内容,如Joule实验、节流膨胀、热力学基本方程、Maxwell关系式等内容,重点加强焓、熵、Gibbs函数、平衡原理的实际应用等内容的理论教学。考虑到学生后续课程的专业特点,重点强化溶液、表面现象、胶体化学教学内容。电化学部分的讲授应重点强化电解质溶液理論、电解的教学内容,淡化电池热力学内容。动力学部分应重点强化反应速率方程,淡化反应历程[3]。
2.注重教学内容与环境工程专业的衔接
长期以来物理化学的教学给学生留下一个错觉:物理化学原理和所学专业很难有直接关联。事实上,物理化学是研究物质的化学运动形式和物理运动形式之间的相互关系,掌握物质化学运动的一般规律的科学[3]。正因为如此,物理化学理论在环境保护中起了很大的作用,物理化学与环境工程的相关专业有着紧密的联系,它的理论和方法被运用到环境保护中,对推动环境保护事业的发展具有积极作用,为此教师可以将物理化学知识与环境专业相联系激发学生学习积极性。比如在讲解化学反应热效应时,应提醒学生在水处理过程、污泥消化处理、热污染控制等许多方面都涉及热化学计算问题。在电化学部分讲解时,可以向学生介绍有关电化学方法在污水处理中的应用,其应用技术包括内电解法、电凝聚法、电浮选法、电解氧化法、电解还原法及电渗析法等[4]。每种方法可以举一个小实例,将理论与实际相结合,提高学生的学习兴趣。在讲解表面现象这一章时,教师可以向学生介绍一些常用的吸附剂,如活性炭、天然黏土等,给出这些吸附剂的吸附特点和应用实例,如2005年松花江水污染事件中就是用活性炭作为吸附剂吸附苯和硝基苯。在胶体化学部分应向学生介绍凝聚剂和乳化剂,以及它们在水处理过程中的应用[5]。也可以作为课后作业,让学生去查找有关凝聚剂和乳化剂的资料,让学生自己去了解胶体化学在环境中的具体应用,为后续课程(水污染控制工程、土壤及地下水污染与修复技术)的教学打下很好的伏笔。教师在教学过程中适当介绍和引导,将物理化学的理论知识与环境工程专业相联系,一方面可以激发学生的学习积极性,提高学生的学习兴趣,另一方面可以使枯燥的理论教学变得生动有趣。
3.注重理论课程与实验教学环节的衔接
物理化学实验是物理化学课程教学的重要组成部分,教师开好物理化学实验课可以使学生掌握物理化学理论知识与相应的操作技能,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。因此,物理化学实验具有物理化学理论教学不可取代的作用,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作用[6]。
但目前物理化学实验的教学与同类其它学科的实验教学相比还是一个薄弱的环节。其首要原因是没有足够的课时,开设实验较少,师资、财力都没有大的投入,有的学校的环境工程专业甚至不开设物理化学实验。其次,没有配套的实验教材,完全套用理科化学的实验教材。最后,在物理化学实验教学教学方法上存在的主要问题是实验课理论化,实验内容多为验证性的,教师讲实验、讲仪器,学生再做实验。这种单一的实验教学模式影响了学生积极参与实验的兴趣,对学生创新能力的培养也是极为不利的[7]。
因此,对于环境工程专业的物理化学实验,首先要保证足够的实验课时,实验课时与理论课时之比应不少于1∶3,如条件允许可以实行开放式管理,给学生足够的空间和时间,增加动手的机会,充分调动学生的主动性、创造性,进而提高学生对化学知识的灵活应用能力和独立解决实际问题的能力。其次要加强教材建设,精选一些必做实验,取消一些陈旧过时的实验,增加与环境工程专业相关的实验内容,尽量选择与环境工程专业紧密结合的实验进行,如胶体的制备及其聚沉值的测定,溶液吸附法测定活性炭的比表面,等等。最后要改革传统的教学方法,使学生变被动为主动。实验前应要求学生预习并写预习报告,教师可针对实验原理、实验步骤检查学生预习情况。教师讲实验的重点,应根据学科特点放在各类测量技术对化学量测量的依据和原理及应用范围方面,让学生了解各类仪器的构造、设计思想、最基本的电子线路及正确的使用方法。这样,学生实验时思路清晰,操作准确,兴趣提高,主动性强,独立处理和解决问题的能力就会得到提高。
4.结语
总之,物理化学是一门基础理论性和实践性都很强的学科,对环境工程专业基础理论的作用和影响是巨大的,它在教学中占有极为重要的地位。教学是一个复杂的系统工程,是一个涉及到多方面的问题,受到教师的知识水平、学生的接受能力、教学方法和教学手段等多方面因素的影响,只有不断地改进教学方法,与时俱进,教师才能提高教学效果,强化教学质量。
参考文献:
[1]刘彬.环境工程专业普通化学和物理化学融合教学的改革[J].大学化学,2003,18,(4):27.
[2]李琳.浅谈环境工程专业物理化学教学中的备课体会[J].中国科教创新导刊,2008,3:125.
[3]朱云贵,曹庆林,李学良.非化工类普通化学与物理化学课程的综合改革[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2002,16,(5):23.
[4]杨绮琴,方北龙,童叶翔.应用电化学[M].广州:中山大学出版社,2005.
[5]石国乐.给水排水物理化学[M].北京:机械工业出版社,2006.
[6]吕丹,刘利,张进,姚思童.物理化学授课过程中的教学体会[J].沈阳教育学院学报,2009,11,(1):59.
[7]王祥洪,胡武洪,秦宗会.大学物理化学实验教学改革探讨[J].科技创新导报,2009,2:138.