有機合成方法學范文
時間:2023-10-25 17:36:30
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篇1
關鍵詞: 有機合成化學 學習方法 化學教學 教學方法
有機合成化學是我校應用化學專業(yè)精細化工方向本科學生專業(yè)方向模塊課程,也是高校應用化學專業(yè)領域課程。有機合成是有機化學中的一個重要領域,與生化、材料、環(huán)保等學科具有密切聯(lián)系。有機合成是對整個有機化學基礎知識的綜合運用,是培養(yǎng)學生運用所學理論知識分析問題及解決問題能力的主干課程之一,對提高學生創(chuàng)新能力至關重要[1]-[2]。
1.有機合成化學教學方法現(xiàn)狀分析
現(xiàn)代高校化學教育不僅要求教師傳授知識,而且教給學生學習方法,啟發(fā)引導學生鉆研問題和發(fā)現(xiàn)規(guī)律,培養(yǎng)學生獲得知識、運用知識和創(chuàng)造新知識的能力。由于有機化合物數(shù)目龐大,種類繁多,反應復雜,很多學生對這門學科望而生畏,這就要求教師在有機化學課堂教學中,使用多種教學方法和教學技巧,但是傳統(tǒng)有機合成教學方法與一般化學課程的教學方法類似,不能很好地調動學生的積極性。我們以黃培強等人編的有機合成教材為例,可以分成以下幾個章節(jié):緒論;逆合成分析法與有機反應概覽;基于非穩(wěn)定碳負離子的碳碳鍵形成方法;穩(wěn)定碳負離子的烴基化和酰基化;穩(wěn)定碳負離子的縮合反應;基于有機硼、硅、錫、鈀試劑的碳碳鍵形成方法;自由基反應;極性顛倒;成環(huán)反應;氧化反應;還原反應;有機合成中的保護基;不對稱合成;合成策略與復雜目標分子的全合成;有機合成化學的近期趨勢。縱觀本教材的各個章節(jié)不難發(fā)現(xiàn),在教材的開始和結尾均對合成策略進行相應講解。一般教學方法是分別對每一章節(jié)的內容進行學習,最后拿出部分的合成實例進行簡單講解,讓學生有有機合成設計的概念。
但是,通過近幾年教學我發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)教學方法不適合所教學生,主要體現(xiàn)在以下幾點:首先,學生基礎相對較差,相對其他課程,有機化學知識點多且很難聯(lián)系在一起,不利于學習記憶,不能很好地掌握基礎有機化學講述的基本知識點;其次,一些同學的學習意識淡薄,只為期末考試及格通過,并試圖靠考前突擊達到目的;再次,對學生學習監(jiān)測手段不夠高明,期中考試一般不進行,期末考試知識面太窄,難度較淺,不能很好地反映學生的水平。通過以上幾點分析,我們發(fā)現(xiàn)部分后果:學生只靠死記硬背學習一些基礎知識,對于反應機理題根本無心學習,考試直接放棄,除非從教材中死記,對于合成題基本沒有明確的解題思路,再加上匱乏的基礎知識,基本無法獨立解決問題。因此,改進有機化學教學手段與方法,使學生對基礎有機化學知識有系統(tǒng)了解和掌握顯得尤為重要。
2.串聯(lián)相關知識,進行系統(tǒng)學習
引導學生在錯綜復雜的課程內容中找出知識線索和規(guī)律,掌握內在聯(lián)系,提高學習效率。縱觀基礎有機化學教材我們發(fā)現(xiàn):雖然需要學習的知識點很多,但是章節(jié)之間還是有很多規(guī)律可循的。教材大多以官能團不同對內容進行講解,通過不同官能團可以將內容聯(lián)系起來,在烷烴、烯烴、炔烴、鹵代烴、醛酮、羧酸之間我們可以用氧化還原反應將其聯(lián)系起來,胺類、亞胺、醛酮肟、重氮、疊氮和硝基化合物可以通過氧化還原聯(lián)系起來。按這樣兩條主線進行記憶會使知識點顯得少了很多,記憶的時候也不會那么吃力,有利于同學們學習,但更利于對知識點的運用。我們以氧化反應進行各官能團化合物之間的相互轉化為例:烷烴通過脫氫氧化可以得到烯烴,進一步脫氫可以得到炔烴,烷烴也可以進一步脫氫得到炔烴,當然要求換成氧化性能力更強的氧化劑。上述三種烴可以分別通過氧化反應得到相應的醛酮或酸甚至碳和二氧化碳等,但是,選擇的反應體系肯定千差萬別,這些差別需要我們特別記憶,別無他法,可以死記。但是,我們在記憶的時候也要求靈活,如同樣用烴類化合物氧化合成醛酮和羧酸,對催化體系的要求就大不相同,一般合成醛酮不要考慮氧化性較強的氧化劑,高錳酸鉀體系不能在中性和酸性條件下運用,重鉻酸鉀也不能在中性和酸性條件下運用,那么怎么能達到分級氧化的目的呢?那就是控制氧化體系的氧化性,我們可以用氧化性較低的二氧化錳代替高錳酸鉀同時控制一些輔助條件,如溫度壓力等。這樣我們可以同時記住多種不同的氧化體系。
3.統(tǒng)籌相關知識,學會靈活運用
在系統(tǒng)掌握了基礎知識之后,我們的腦海里應該有一個系統(tǒng)又明確的框架,對于具體的問題還要學會靈活運用。有機合成化學的主要目的是利用已知的、簡單的原料合成所需的目標化合物。換句話說,利用相同的底物合成相同的產(chǎn)物,但是中間可以選擇的路線有很多種,而且不同合成路線需要的基礎知識也是千差萬別的,這就要求我們平時有足夠的知識積累。然而,有了足夠知識積累只是學好有機合成的前提條件,而不是充要條件,接下來我們要解決的主要問題是如何靈活運用所學基礎知識。靈活運用可以說是我們學習知識的最高狀態(tài),幾乎是所有同學都曾遇到的難題。要做到靈活運用,首要問題是靈活掌握,其次才是靈活運用。這就要求同學們把教材中死的知識點學活,例如,同樣是羰基官能團,在有機酮和有機醛中可以表現(xiàn)出不同的化學性質,羰基的活性是由碳氧雙鍵的極性決定的,雙鍵的極性越大則羰基的活性越高,反之則越低。由于碳氧電負性的差異,導致雙鍵電子云向氧原子偏移,從而引發(fā)雙鍵的斷裂,即化學反應的發(fā)生。由此我們可以推斷:凡是能引起雙鍵電子云向氧原子偏移的因素都可以提高此類化合物的活性,不論是醛羰基還是酮羰基及其他含羰基化合物,那么,為什么醛的活性比酮的活性普遍偏高就不成問題了。反之,改變某個條件有沒有可能使酮的活性比醛的活性高呢?答案是肯定的,我們可以想象把酮羰基的一端或兩端引入強吸電子的基團,進而提高酮的活性達到甚至超過醛。如靛紅這一類化合物的酮羰基的活性非常高有時甚至超過了一般醛的活性,在一般化學反應中可以作為一種特殊結構的醛來應用。
4.結語
在有機合成化學的學習過程中,我們應該首先學會正確的學習方法:串聯(lián)相關知識,進行系統(tǒng)掌握,對知識點進行統(tǒng)籌并能靈活運用。總之,只有把死的分散的知識點進行系統(tǒng)整理掌握,在自己的腦海形成一定的框架,在具體運用中才能手到擒來,才能順利找到相關切入點,才能在遇到復雜的有機化合物的合成時,順利形成相關思路,從而順利解決問題。
參考文獻:
篇2
關鍵詞:游戲美術;臨摹;教學內容;教學方法;團隊合作
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)51-0105-02
由于數(shù)字媒體技術專業(yè)的特殊性,學生需要具備良好的數(shù)字媒體技術和藝術基礎,熟練掌握數(shù)字媒體制作技術,能夠進行數(shù)字媒體作品的設計。數(shù)字媒體技術專業(yè)的教學與數(shù)字娛樂、移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、影視等文化媒體及其他數(shù)字媒體軟件開發(fā)和產(chǎn)品設計制作行業(yè)的要求相結合,培養(yǎng)面向數(shù)字網(wǎng)絡時代兼具信息傳播理論、數(shù)字媒體技術和設計能力的復合型人才。與數(shù)字媒體藝術專業(yè)相比,數(shù)字媒體技術專業(yè)在技術和藝術之間更為重視學生技術能力的培養(yǎng)。數(shù)字媒體技術專業(yè)強調培養(yǎng)具有扎實的計算機基礎、具備一定藝術修養(yǎng),重在應用計算機技術來實現(xiàn)或展現(xiàn)文化創(chuàng)意的復合型高級工程技術人才。但是,由于該專業(yè)招收的學生均來自非藝術專業(yè),缺乏藝術基礎,在專業(yè)課程設置中,會出現(xiàn)美術設計基礎類的課程,游戲美術就是其中的一門較為重要的課程。該課程不同于純粹的藝術設計基礎課程,在培養(yǎng)藝術設計能力和提高審美的同時,強調與實踐的結合,也就是,游戲美術設計需要與游戲程序設計結合,達到程序的要求,共同實現(xiàn)一個完整的作品。由于游戲美術的內容和形式比較多,僅僅一門課程無法承載其內容,因此,游戲美術設計的教學內容和方法是改革探索的關鍵點。在游戲美術設計實際的教學過程中,發(fā)現(xiàn)課程培養(yǎng)的目標不夠明確,與藝術類的游戲美術課程相比較沒有自己的優(yōu)勢。教學內容繁雜,方法單一,與實際項目的要求脫節(jié),培養(yǎng)的學生不能很好的把學到的知識和技能運用到實際項目中,針對這些問題,結合當前的數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會的需求,將游戲美術的教學內容調整為以手機游戲美術為主,注重游戲的交互設計和體驗設計,與該專業(yè)的游戲程序設計課程結合,共同完成可以正常運行的實際游戲項目。
一、游戲美術設計課程教學存在的問題
1.課程的培養(yǎng)目標不夠明_。游戲美術設計課程是數(shù)字媒體技術專業(yè)必修課程,是一門技術和藝術相結合的課程,要求學生掌握數(shù)字媒體信息處理的基本知識與方法,掌握數(shù)字游戲設計和數(shù)字制作的基本理論與方法,了解數(shù)字媒體技術專業(yè)前沿知識,具有良好的數(shù)字制作分析和創(chuàng)作能力、良好的藝術鑒賞與創(chuàng)作能力。大部分藝術類的游戲美術設計課程培養(yǎng)學生具有扎實的游戲原畫設計和繪制能力,游戲模型制作和渲染能力,充分發(fā)揮美術功底和創(chuàng)意的優(yōu)勢,這樣培養(yǎng)的學生能勝任游戲原畫設計、游戲模型制作等相關工作。而在培養(yǎng)數(shù)字媒體技術專業(yè)的學生時,也是從游戲原畫開始,包括模型制作、貼圖渲染、游戲動畫等,強調美術功底的重要性,但是對于沒有美術基礎的同學們來說有很大的壓力,短時間的突擊效果也很有限,造成學生對游戲美術沒有正確的認識,數(shù)字媒體技術專業(yè)的技術優(yōu)勢也沒有體現(xiàn)出來。只有明確數(shù)字媒體技術專業(yè)的游戲美術和藝術類游戲美術設計培養(yǎng)目標的區(qū)別,發(fā)揮媒體制作和開發(fā)技術的優(yōu)勢,才能培養(yǎng)出符合社會需求的藝術和技術結合的復合型人才。
2.教學模式和教學內容結構不夠合理。現(xiàn)有的游戲美術教學模式中,其中一類偏向于美術基礎知識,主要講游戲美術原畫設計,內容包含人物角色設計、怪物NPC設計、場景設計、道具設計,重點講素描知識、結構透視、動態(tài)把握等,以及如何進行原畫創(chuàng)作設計。另一類偏向于3D游戲美術設計與制作,強調技術、三維模型的制作、動作設計以及特效的制作。這兩類教學內容都要求有較好的美術基礎知識,或者需要大量的課時支撐,否則也達不到預期的效果。目前,游戲美術課程的教學內容主要是針對大型的客戶端和網(wǎng)頁的美術設計,大型的場景、復雜的角色設計及UI界面,注重游戲美術設計方面,而沒有注重游戲的交互設計和體驗設計研究。要完成一款游戲的所有游戲美術設計,需要大量的時間和較好的美術基礎,對于數(shù)字媒體技術專業(yè)的同學來說,在有限的課時和薄弱的藝術基礎上完成這樣的任務是比較困難的。這就造成同學們對游戲美術不能有一個完整的了解,不能達到該課程的培養(yǎng)目標。
3.教學方法單一。該門課程采用的教學方法主要是教師講授、示范,然后學生在實踐環(huán)節(jié)進行驗證和實驗,有部分創(chuàng)新創(chuàng)意設計。這樣的教學方法讓學生被動地吸收知識,接收學習任務,而沒有發(fā)揮自己的主動性,去探索、去嘗試,主動尋找學習的方法和途徑,完成相應的學習任務。游戲美術設計是一門實踐性非常強的課程,要求學生在學習該課程之前掌握一些設計軟件的基本操作,如Photoshop的圖片處理功能和繪圖功能,以方便對模型材質和貼圖的處理及繪制。如果學生只是完成教師布置的任務,而沒有發(fā)揮自己的主動性去彌補在這些方面的不足,僅僅靠課堂學習是遠遠不夠的。游戲美術設計需要同游戲程序設計、游戲策劃協(xié)同完成工作任務,團隊合作精神是每一個游戲工作者必不可少的職業(yè)素質。以往在游戲美術設計課程中,學生單獨完成自己的作業(yè)。這樣單方面輸入的教學方法容易使學生感到課程的枯燥乏味,加上部分學生在藝術修養(yǎng)上比較缺乏,對課程失去興趣,造成不良的教學效果。
二、改進游戲美術設計課程教學的措施
1.明確教學的培養(yǎng)目標。根據(jù)課程地位制訂明確的課程培養(yǎng)目標,只有明確課程的培養(yǎng)目標,才會有合理的游戲美術設計教學內容安排。游戲美術設計課程的教學目標應該以市場為導向,提高學生的審美能力,培養(yǎng)有美術素養(yǎng)、創(chuàng)新能力,同時具備扎實技術功底的符合市場和社會需求的高級創(chuàng)意游戲設計人才。通過游戲美術設計專業(yè)理論知識學習和操作技能訓練,使學生對游戲美術設計制作流程有較全面的認識,掌握游戲美術設計的基本方法和技巧,能夠熟練運用二維設計軟件進行游戲的圖形界面設計以及界面的交互、場景制作、角色制作,或運用三維設計軟件進行三維建模、動畫制作及渲染等,以協(xié)助游戲程序設計師完成預定的設計目標,完成游戲美術設計的工作。培養(yǎng)學生掌握游戲美術設計理論的基礎上,同時具備較強的實踐能力、創(chuàng)意設計能力、利用交叉學科知識解決問題的能力。
2.合理安排游戲美術設計課程的教學內容結構,與企業(yè)界緊密聯(lián)系。培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計的能力,注重功能和美觀的同時,更加關注游戲本身的人性關懷,注重交互設計和用戶體驗設計。手機游戲行業(yè)的發(fā)展,增加了市場對手機游戲美術人才的需求。根據(jù)市場的需求,以及數(shù)字媒體技術專業(yè)學生的知識結構,確定了區(qū)別于藝術院校的游戲美術課程,即以手機游戲美術設計為主。改革后的游戲美術設計課程內容,分模塊進行教學。游戲美術課程的內容包含以下幾個方面:游戲角色設計、游戲場景設計、游戲道具設計、游戲界面設計、游戲動畫設計、游戲特效設計。在教學過程中,臨摹和創(chuàng)作時,均以以上內容作為設計和制作內容,最終完成一款游戲完整的美術設計。
3.積極改進游戲美術設計課程的教學方法。以CDIO的教育理念貫穿到該門課程,注重實踐、團隊協(xié)作精神,重視開拓創(chuàng)新,以實際項目驅動課程進展。單一的輸入型教學方法會造成不良的教學效果,為了提升教學效果,借鑒優(yōu)秀的教學方法是非常必要的。因材施教,先臨摹,再創(chuàng)作,以小組完成項目,培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。(1)臨摹法。選取優(yōu)秀的游戲美術設計作品,通過案例分析,提高學生的鑒賞能力,要求學生臨摹選取的案例,進行臨摹,學習優(yōu)秀的角色設計、色彩搭配、界面設計等。這是一種快捷有效的學習方法,學生在技能和審美方面都能得到提高。根據(jù)游戲設計公司的實際項目要求進行創(chuàng)作,改革過去的直接創(chuàng)作法,先通過優(yōu)秀案例的臨摹,熟悉軟件的使用,提高審美能力,再根實際項目的要求進行創(chuàng)作,自愿分組,每組的成員各自負責不同的任務,有效提高學生的實際操作能力、創(chuàng)新能力和團隊合作能力。(2)小組分工創(chuàng)作法。原創(chuàng)游戲,策劃,討論階段的任務(簡單的需求分析、交互、界面設計等)目的在于讓美術人員了解游戲交互設計師和程序設計師的工作,做程序的同學了解美術設計的任務,便于之后的溝通。
通過對課程教學方法和教學內容的改革,根據(jù)問卷調查、課程過程檢查、課程最終作品可以看出,課程改革取得了一定的成效。學生對分模塊的學習目標更加明確清晰,通過對優(yōu)秀游戲美術作品的臨摹學習,比較容易掌握設計和制作的技巧,獲得自信心,從而更有學習興趣。但是,在課程改革中存在一些不足之處,如果能將教學評價與教學內容和教學方法結合,課程改革將會取得更好的成效。
A Study on Teaching Contents and Methods Renovation in Game Art Design Course
LI Qing,WEN Wu
(Chengdu University of Information Technology School of Computer Science,Chengdu,Sichuan 610225,China)
篇3
1.初中生心理特征
初中時期正是一個人從幼稚走向成熟,從童年走向青年的過渡階段。他們告別了學習啟蒙階段耳提面命的教育方式,以及較容易,較簡單的基礎工具學科的學習內容,對于新接觸到的多學科知識既感興趣,又陌生。
2.初中生的學習方式
目前學習方式有三種。S式即spider-蜘蛛,眾所周知蜘蛛將自己肚子里的絲不斷的向外吐來織網(wǎng),久而久之這種類型的學生不僅不會進步反而會倒退,自然而然他們也就會掉隊。A式即ant-螞蟻,我們隨時都可以見到螞蟻忙碌的身影,那么他們在忙些什么呢?他們總是把各種各樣的東西搬回自己的窩就不聞不問了。這種類型的學生似乎老師安排的事情他們都在認真完成但效果卻很不好,為什么呢?因為他們并沒有將別人的東西轉換為自己的。B式即bee-蜜蜂,他們將他們需要的東西搬回窩里并釀造出蜂蜜來了,將花粉變成蜂蜜了,不僅更有價值了而且成了自己的東西。懂得這種學習方式的學生就會在學習中找到成就感從而使他們更加喜歡學習。
3.提高初中生英語學習成績的有效步驟
了解了學生的學習方式后,老師就應采取有效的學習步驟來提高他們的英語學習成績了。通過學習和實踐,我將學習分為以下五個步驟:
第一,S-search,搜尋,尋找。任何人的學習最初都得有一個A式學習過程。努力去尋找自己需要的,這是一個積累的過程。對于我們英語學習者來說,積累的過程尤為重要,只有具備一定的知識儲備我們才能進行下一步驟。
第二,T-try,嘗試。任何人都必須具備努力嘗試的學習精神。學習英語必然會遇到很多的困難,不可能一帆風順。只有每當遇到困難時努力嘗試并克服我們才有可能在英語學習方面取得成功。
第三,U-use,使用。無論是看見的,聽到的還是想到的,只有通過自己的運用才能記得更牢靠。所以說use也是我們學習英語的一個重要步驟。
第四,D-do,做。Use是一次使用,而do是將所接觸到的東西不斷的使用、不斷地改進,來尋求最好的方法來學習吸收。而對于學生來說do就是不斷練習的過程。
第五,y-yourself,你自己。不僅僅是將別人的東西復制在腦海里而是將知識融入了自己的精髓。對于學生來說能夠將所學的英語知識靈活的運用就說明知識已經(jīng)是自己的了。
S-T-U-D-Y正好組成單詞study。是不是知道學習英語的有效步驟就一定可以把英語學好了呢?這顯然還不夠,有了有效的步驟我們還需要有效的方法來完成這些步驟。
4.提高初中生英語學習成績的有效方法
英語作為一種語言,從掌握到熟練運用需要一個過程。因此在平時的英語教學中,我努力做到以下幾點:
4.1 培養(yǎng)學生的學習興趣。興趣是最好的老師,只有讓學生對英語感興趣,學生才會認真學。對此,我經(jīng)常使用多媒體課件上課,使用各種教具如掛圖,錄音機,抽認卡等激發(fā)學生興趣。
4.2 提高課堂效率。我在課前精心準備,認真?zhèn)湔n。使教學方法多樣化,為學生創(chuàng)造一種輕松愉快的學習環(huán)境。每節(jié)課結束前都要對本節(jié)課所學內容進行總結歸納,讓學生做到心中有數(shù),學習內容能當堂清。
4.3 落實基礎知識,強化重點。許多學生學英語總覺得學了后面忘了前面。這是因為基礎知識不牢固,怎樣做才能讓學生學了不那么快就忘呢?我讓學生每人準備一個聽寫本,每天對前一天所學的內容進行聽寫。每單元學完后,要對學生進行測驗,讓學生清晰地認識自己的問題所在,以便及時改正,查漏補缺。
4.4 培優(yōu)轉差,個別輔導。針對每個學生的不同情況,我給他們制定一個學習目標,盡量讓學生發(fā)揮最好。對優(yōu)生除了課堂上的練習外,教師要再找些難題讓他們訓練,以擴寬他們的視野。對后進生,我利用課余時間給他們"補火",盡量不讓他們掉隊。
以上是英語老師應做到的,那么學生又應該做到那些才能提高自己的英語學習成績呢?
4.4.1 學習活動前的自我調控。(1)設置成績目標。學生把自己每次英語考試成績列成表格,參考表格并結合自己的學習現(xiàn)狀,在每次考試前給自己設置一個較合適的成績目標。(2)制定好學習計劃。學生結合自己的實際制定一份切實可行的學習計劃,包括日計劃、周計劃、月計劃。(3)發(fā)揮好預習的功能。預習是有效學習的一個不可或缺的環(huán)節(jié)。預習時通過閱讀教材和做相關習題,從中發(fā)現(xiàn)并記錄下有困惑的問題,帶著最困惑的問題聽課,會興趣倍增,同時必然獲得最佳的學習效果。(4)做好學習用具和學習心理的準備。學習前準備好學習用具,調節(jié)好學習情緒和精力,充滿信心并精神愉快的進入學習狀態(tài)。
4.4.2 學習活動中的自我調控。(1)意識清楚。在學習活動中清楚地知道學習的內容是什么、為什么學,要完成的計劃是什么,要達到的目標是什么。(2)方法得當。比如記筆記的方法應該是一部分來自于教師上課時的說和寫,一部分來自于教鋪書的學習心得,還有部分來自于自己的答卷思考。(3)意志堅決。是指學生在學習活動中控制自己去執(zhí)行學習計劃,排除有關干擾,保證學習的順利進行。
4.4.3 學習活動后的自我控制。(1)及時反饋。學生在學習活動后對自己的學習過程和效果進行檢查、反饋與評價。(2)總結,鞏固強化形成良好的學習習慣。(3)要培養(yǎng)自己的自我完善能力。學生在學習活動后根據(jù)反饋的情況對自己的英語學習采取補救措施。(4)每次考試后都要進行自我評價,分析取得的成績和存在的問題,特別是要分析丟分的原因是什么,各占多少分。
初中英語教學,尤其是普通中學初中英語教學,以我校為例,約有一半甚至更多的學生厭煩和放棄英語學習。究其原因,主要是學生缺乏良好的英語學習心理因素,如缺乏學習英語的動機,英語學習意志薄弱,加上沒能形成良好的學習方法和習慣,如記憶詞匯的方法不正確;不善于歸納和總結學過的知識;沒有預習和復習的習慣,因而英語學習成績差,從而導致他們厭煩和放棄英語學習。面對這種情況,作為英語老師該如何辦呢?實踐證明,要改變這種被動局面,英語教師必須要做到:了解學生的心理,了解學生的學習方式,教會學生使用有效的學習步驟,教會學生使用有效的學習方法。
篇4
1什么是化學課程中的經(jīng)典內容
化學科學史對于經(jīng)典化學時期與現(xiàn)代化學時期的分期問題存在著兩種不同的觀點。一種觀點認為,以原子序為基礎的元素周期系建立以后的化學是現(xiàn)代化學,之前的化學是經(jīng)典化學,這種觀點是以20世紀初盧瑟福的原子核結構實驗作為基礎;另一種觀點認為,現(xiàn)代化學與經(jīng)典化學的分期以鮑林出版《化學鍵的本質》一書作為分界線。但是鮑林等人的理論是以量子力學作為基礎的量子力學理論的形成也是在20世紀初。因此,這兩種觀點從時間上講,時期的劃分相距不遠。從學術觀點上看,二者都是以現(xiàn)代原子、分子結構理論的建立時間作為基礎的分期。
從以上的分期來看,現(xiàn)在大學里講授的化學課程中許多都是經(jīng)典化學的內容,而且地位非常重要。
如無機化學中的元素化學部分,分析化學課程中經(jīng)典的容量和重量分析方法,有機化學中很多重要經(jīng)典合成反應、手性化合物分離方法、布特列洛夫的化學結構學說、凱庫勒苯環(huán)結構,以及物理化學中的化學熱力學理論、電離學說、絡合物熱力學理論、氧化還原理論等都是經(jīng)典內容。
2重新評價經(jīng)典化學內容在現(xiàn)代化學教育中的地位
盡管現(xiàn)代化學科學已出現(xiàn)了諸多新的理論和實驗方法,應用了現(xiàn)代儀器分析和信息與計算機技術經(jīng)典化學的方法仍然在現(xiàn)代化學科學體系中占有舉足輕重的地位,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)經(jīng)典化學實驗的方法被作為現(xiàn)代方法的標準,很多現(xiàn)代大型化學分析儀器的化學基準物是用經(jīng)典的化學實驗方法分離提純和分析之后才作為標準的,在判斷很多新的化學分析實驗方法是否準確時,也是通過與經(jīng)典方法進行比較后才得到結論。
(2)有些現(xiàn)代的理論和方法中整合了經(jīng)典的理論和方法,有些是對經(jīng)典理論和方法的修正和擴展。例如,現(xiàn)代的量熱方法,雖然更智能化,卻應用了經(jīng)典化學熱力學的原理和量熱學方法;又如,現(xiàn)在合成一個有機化合物,其中一些步驟是經(jīng)典的有機合成反應。還可以發(fā)現(xiàn),有些物理化學的定律在修正之后可以擴大應用范圍,甚至適用于其他的化學科學領域;合成化學家將一些經(jīng)典的化學合成方法改進之后,使其用途更廣泛。
(3)在現(xiàn)代化學分析方法的樣品預處理方法中^很多都是經(jīng)典方法或者借鑒了經(jīng)典方法的原理,而有機化合物在進行波譜分析前,樣品先要用經(jīng)典元素分析方法確定最簡式。
(4)現(xiàn)代化學理論并非十全十美,現(xiàn)時無法解決的問題,還要從經(jīng)典理論和方法中尋求智慧。
同時,應該告訴學生經(jīng)典理論和方法的局限性及其適用范圍。經(jīng)典理論為了簡化解決問題步驟,物質結構以及化學反應模型忽略了很多真實存在的相互作用,有些是經(jīng)驗型的,缺乏定量的邏輯關系,其理論缺乏普適性。經(jīng)典實驗方法一般適用于高的反應物用量,不適用于微量物質的化學反應。
3經(jīng)典化學教學內容的取舍與講授課時的確定
隨著化學科學的發(fā)展,有些經(jīng)典教學內容應被淘汰,有些內容仍然重要,應該保留。現(xiàn)在化學教學中取舍的原則是什么?經(jīng)典內容教學課時應該怎樣確定呢?
首先,應該保留那些在化學科學發(fā)展歷史過程中不可忽略的部分,告訴學生這些內容對于現(xiàn)代化學科學的影響。
還有一些內容是無論在科學研究,還是在產(chǎn)業(yè)界以及社會服務機構都已不再采用的方法,可是教師認為這些方法的教學可以用來培養(yǎng)學生的科學思維能力。在20世紀80年代,大學化學教科書中還使用硫化氫體系定性分析18種陽離子的實驗教學|21,而當時的化學工業(yè)界、醫(yī)藥、商檢和司法界已開始廣泛使用光譜學分析方法,那時的化學教師之所以保留這個體系,是由于他們認為,雖然這個體系很經(jīng)典卻可以幫助學生學會應用簡單的化學反應將無機離子分組分離的邏輯思維方法,熟悉常見的化學試劑和儀器的使用方法,而不是簡單地僅僅知道使用現(xiàn)代化學分析儀器進樣和輸出數(shù)據(jù)結果。后來,由于污染和毒性的原因,這個體系被淘汰掉了。對于這部分內容,可以尋找其他可以使學生得到類似的思維訓練的體系代替,同時能夠克服以往方法的缺陷。
主張多講授經(jīng)典內容的教師認為:除非學生畢業(yè)后專業(yè)從事經(jīng)典內容的教學、科研工作,或者他們在產(chǎn)業(yè)界和社會服務機構的工作恰恰與這些內容相關,他們可能終身都不會再有機會接觸到這些內容。
對于他們來講,這些內容是第一次學習也是最后一次學習,那么,經(jīng)典部分的教學就非常重要。
主張少講授的教師有另外的觀點:學生畢業(yè)以后需要就業(yè),因為產(chǎn)業(yè)界及政府機構會很快更新技術,過多地學習經(jīng)典課程似乎是多余的,甚至成為教育與現(xiàn)實脫節(jié)的一個原因。高等教育正在出現(xiàn)高等基礎教育與高等職業(yè)教育一體化的趨勢,高等教育課程的內容更實用、更適應人才市場需求也是評價大學教育水準的一個重要方面。
教師在教育學生時,應該給予他們一個完整的科學體系,而不是為了實用只去告訴學生這個體系的一些部分。設計現(xiàn)代的化學教學體系時,是僅僅考慮很快謀得職業(yè),還是考慮為學生開辟更廣闊的發(fā)展前景,這是決定化學課程中經(jīng)典內容取舍和教學課時時應該思考的問題。
4重新系統(tǒng)化
無論是波義耳出版《懷疑的化學家〉的時代,還是門捷列夫發(fā)現(xiàn)化學元素周期律的時代,以及20世紀初由原子結構理論和量子力學推動的化學科學革命的時代,化學科學曾多次重新系統(tǒng)化,化學教育也跟隨化學科學的發(fā)展多次重新系統(tǒng)化。今天的化學科學出現(xiàn)了很多新的理論和實驗方法,如納米科學、單分子光譜學、新的有機合成方法等;化學教育的注意力也在轉移,更趨向生物體系以及能源和環(huán)境問題。所以,化學教學也在面臨重新系統(tǒng)化的問題。我認為,對教科書,以及理論和實驗教學方法的重新系統(tǒng)化應該考慮以下原則。
(1)謹于現(xiàn)代的化學結構和化學反應的理論。
基于經(jīng)典部分同現(xiàn)代化學科學的聯(lián)系,用現(xiàn)代化學科學的觀點去重新審視經(jīng)典內容,建立新的化學教育體系,將保留的經(jīng)典內容整合在新體系中。例如,現(xiàn)代有機化學在講授苯的性質、結構和化學反應時,仍舊保留了凱庫勒苯環(huán)結構以及很早以前就已發(fā)現(xiàn)的苯的化學反應等經(jīng)典內容,用分子軌道理論去闡述問/題。
(2)基于教育的規(guī)律。
不僅僅是化學科學在發(fā)展,教育科學在近20年也在發(fā)展,考慮接受教育的主體在變化|31,新的教育方法要融合在新的化學教學體系中,化學教師要與教育心理學、教育社會學專家合作研究建立新體系。
在化學教學中,闡述問題的先后次序往往與科學發(fā)現(xiàn)的歷史順序不同。例如,講授元素化學部分是根據(jù)化學元素周期表的順序,而不是根據(jù)元素發(fā)現(xiàn)的歷史順序;因為這樣講授學生更容易理解,同時不違背科學規(guī)律。
1998年,聯(lián)合國教科文組織在《21世紀世界高等教育宣言:愿景與行動〉中提出:創(chuàng)新教育的方法是具有批評能力的思考和創(chuàng)造力。宣言肯定了以學生為導向的教學方法,并且指出:新的教育方法還意味著新的教學內容,以及與之相應的新的教學試驗方法,不僅僅發(fā)展學生的記憶力,還要發(fā)展他們的理解力、實際工作技能和創(chuàng)造力。如果采用建構主義14的學習方法,告訴學生一些建構的原則和方法,把用于建構的理論和實驗的模塊給他們,把經(jīng)典的和現(xiàn)代的化學知識模塊給他們,讓他們自己去建構新的化學科學大廈,然后用他們的大廈跟前輩大師的大廈去比較,他們會發(fā)現(xiàn)自己應該向大師學習什么,他們也可能還會發(fā)現(xiàn)大師的缺陷,無論是在知識模塊里,還是在由模塊構成的體系中,以及構造的方法,可能都存在問題。當學生能夠提出問題,并且懂得為了給出問題的答案如何重新學習時,這才標志著達到了教學的目的。
(3)謹于國際標準化原則。
現(xiàn)在有些化學教師在教學中并沒有使用IPAC最新頒布的化學原子量數(shù)據(jù);有些化學教師沒有訪問過UPAC的網(wǎng)站,去認真閱讀過跟自己教學的專業(yè)有關的專業(yè)術語和名詞的文章;很多大學化學教學實驗室的實驗條件數(shù)據(jù)(TP……)和實驗儀器(天平、容量儀器……沫作過國際標準化的校正。教科書中經(jīng)典內容的編纂和教學應該采用新的名詞術語和國際標準數(shù)據(jù)。
(4)基于智能化原則。
化學教師不應該重復勞動,應該更有創(chuàng)造性地從事教學工作。如建立智能化互聯(lián)網(wǎng)教學答疑系統(tǒng),把學生提問率高的問題和答案放在教學網(wǎng)絡上,使學生可以自己搜索提問和獲得答案。這樣,教師可以有更多時間與學生討論一些有爭議的問題。又如在互聯(lián)網(wǎng)上開辟化學科學教育社區(qū),使教師和學生可以更自由地在不同的時間和空間討論問題。
智能化教學不僅僅是學生自己編寫計算機程序去處理經(jīng)典化學的計算問題,使用像EXCEL這樣的軟件,更重要的是,要將經(jīng)典的化學知識模塊化,整合在化學計算機數(shù)據(jù)庫中,設計出虛擬的解決化學問題的程序,這種程序可以判斷化學反應的可能性,預言反應產(chǎn)物和動力學途徑,以及是不是生態(tài)化的反應,還可以控制自動化和機器視覺化化學實驗系統(tǒng)。總之,應用智能化技術可以令經(jīng)典化學實驗教學更具有吸引力,而且還可以縮短實驗時間,得到更準確的數(shù)據(jù),為學生將來在科研和產(chǎn)業(yè)界就職打下基礎16。
應該注意的問題是,智能化教學系統(tǒng)是為幫助學生建立正確的科學概念設計的。有些教師在PFT中使用了動漫技術、FLASH技術幫助學生理解一些化學科學概念,但是這些技術表達的圖像有時與真實的物質結構和化學反應相去甚遠,容易給學生造成錯誤的印象。所以,教學使用的圖像應與真實的化學反應圖像越接近越好。如果圖像是示意的,一定要向學生說明。
(5)基于生態(tài)化原則。
生態(tài)化的觀點認為:如果化學反應過程的反應物和產(chǎn)物以及化學反應能量與自然體系的交換方式,不對自然物種及其食物鏈構成破壞,不影響生態(tài)體系平衡,就可以認為是生態(tài)化的化學反應。
現(xiàn)在化學教科書中敘述的一些經(jīng)典化學分析方法,以及一些高產(chǎn)率的經(jīng)典有機合成反應,使用對人體有害的試劑,產(chǎn)物也污染環(huán)境,這些方法將來可能被淘汰。作為化學科學史的部分,這些方法都曾有過很重要的作用,這些方法的原理對于建立新方法可能作為借鑒和參考。如果課程中保留這些內容,也只是保留原理同時應告訴學生方法中存在的生態(tài)問題,將來應用這些方法時,化學反應要根據(jù)生態(tài)化要求重新設計。
1)對于幫助學生理解原理和學習方法的實驗,應盡量選擇生態(tài)化試劑,考慮產(chǎn)物是不是生態(tài)化,比如堿標定實驗選用草酸作為基準物比鄰苯二甲酸氫鉀更符合生態(tài)化要求,因為前者是天然產(chǎn)物,它的降解產(chǎn)物也很容易步入自然循環(huán)中,不至于對自然生態(tài)造成破壞。
2)化學實驗教學應該減少試劑用量。現(xiàn)在經(jīng)典常量化學實驗使用試劑量過多,與實際工作要求有很大差距,過高的試劑使用量也造成過多的廢棄物。但是試劑減量也會帶來一些問題,原來的方法可以觀察到的現(xiàn)象可能會觀察不到,原來的方法可以得到的準確數(shù)據(jù)也可能得不到了,所以經(jīng)典方法的實驗化學反應和觀察計量用的實驗儀器都要重新設計。
3)現(xiàn)實工作中,很多環(huán)境、醫(yī)藥的分析工作要分析和處理毒物和污染物,而生態(tài)化的替代試劑和方法還沒有出現(xiàn),決定了實驗體系還不可能是生態(tài)化的。但是為了培養(yǎng)學生的工作能力又不得不保留這些實驗方法。因此,要有標準化的防護和處理廢棄物的方法。
4)經(jīng)典化學實驗室的設備要及時更新。應將汞溫度計換成數(shù)字式的;將直接排放水的舊式回流冷凝水管換成電動循環(huán)冷凝裝置,以節(jié)約大量凈化過的水;要更換含有毒金屬的實驗設備和高耗能設備,以節(jié)約實驗成本,并使實驗過程更安全。
5)化學工作者要與生態(tài)學專家合作,建立化學實驗室的生態(tài)評估體系,請生態(tài)學專家對化學實驗室作出生態(tài)化評估|81。因為化學產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化的革命是從實驗室開始的,大學化學教學應該幫助學生建立這樣的理念。
5小結
現(xiàn)在的化學教師可能是化學教育史上最為辛苦的化學教師。因為他們不僅要懂得化學的歷史一經(jīng)典和現(xiàn)代的化學科學概念的發(fā)展沿革,精通化學科學的方法一懂得理論分析、實驗技術和數(shù)學與計算機的處理方法,清晰地知道化學科學在整個科學體系中的位置以及化學與自然及社會的關系,學會用經(jīng)典的和現(xiàn)代的哲學觀念去思考化學問題,還要懂得全新的教育心理學和教育方法學,懂得藝術和美學,精通獲得化學資訊的方法,懂得知識產(chǎn)權的保護,懂得怎樣把化學知識市場化等等。由于他們正處在一個化學教育理念和方法轉折的時代,他們必須比以往的化學教師付出更多的勞動。
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