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1化學知識體系的龐大與無機化學教學時數的限制
隨著學科的發展和知識的豐富,無機化學的教學內容越來越多,書越編越厚,除了化學平衡和元素化學的知識外,還有物理化學的熱力學,反應動力學,電化學及“結構化學”的原子結構等內容,知識點密集且理論性強。以我校化學工程與工藝專業為例,所用教材為天津大學楊宏孝等主編,高等教育出版社出版的無機化學第四版,550頁,教學時間為54學時,在如此短的時間內學完全部內容,顯然是很費力的。因此大學老師的授課方式和對學生的引導就顯得至關重要。
2學生自身條件的局限
無機化學的授課對象是剛剛考入大學的大一新生,一方面他們在高中早已習慣了題海戰術,習慣了中學那種死記硬背的學習方法,面對課時少,知識面廣,思維跳躍性強的大學有著強烈的不適應。在實際學習過程中,他們在學習初期很容易產生眼高手低的感覺,輕視學習,隨著課堂進度加快,中后期面臨著信息量大﹑重復少﹑練習少,心理準備不足,普遍感到學習起來很吃力,茫然不知所措,很容易產生焦躁和厭煩的情緒,甚至越來越不喜歡學習,這樣直接影響到他們后期的學習。另一個方面他們正處在由中學角色到大學角色的轉型期,他們中大都是缺少鍛煉的獨生子女,以前在生活和學習上極大程度地依賴老師和父母,現在突然失去監督和管理,茫然不知所措。很多學生都反映大學老師上課內容多,講課速度快,很多時候都聽不懂老師講的是什么,課后自己看書也不太明白,導致出現“教師忙于講解,學生難以理解”的尷尬局面。其根本原因是忽視對學生學習積極性和自主學習能力的培養,不能突出學生的主體地位。面對大學授課時間少,授課內容多的情況,培養學生的自學能力,突出學生的主體地位顯得尤為重要。
3課程教學內容知識陳舊,缺少靈活性
在長達三十多年的時間里,無機化學一直以化學反應原理,物質結構基礎,元素化學為課程教學基礎內容,知識點更新不大,而且還含有中學的內容。以元素部分為例,元素部分的知識瑣碎,系統性不強,而教材中往往只是羅列材料,削弱了理論對學習元素化合物知識的指導作用,講起來平淡乏味,不利于學生理解和掌握,難以激發學生的興趣。
4落后的傳統教學模式的限制
“以教師為中心,以課堂為中心,以教材為中心”的單一傳統教學模式,使學生對無機化學的學習感到很枯燥,認為是一大堆的英文符號和沒完沒了的數據以及無窮無盡的計算,嚴重地影響了學生學習無機化學知識的積極性,從而難以為社會提供創造性人材,達不到新的教育機制對“無機化學”教學目標的要求。
5師生之間缺乏及時的溝通交流
從老師的角度來看,學生有點太怯于與老師溝通了。大學的老師有一個共同的特點就是與學生溝通較少,很多學生每周只能和老師見上一兩面。相對于高中時同老師的見面頻率而言,明顯少了很多。師生間面對面交流的機會隨之也就大大減少,三成大學生整年“師生零交流”。從學生的角度來看,學生們通常只有在課上或是課間時才會和老師有互動,盡管大多數學生和老師愿意相互交流,但有時候似乎缺乏有效的溝通途徑。
6理論教學與實驗教學的不同步性
化學工程與工藝專業理論課進度相對實驗課有些滯后,導致實驗環節時學生對基礎理論知識不理解,對實驗步驟懵懵懂懂,多數學生完全按照實驗書所給的步驟來做,不加以任何思考,這樣就導致實驗做完原理步驟忘完,完全達不到通過實驗課的學習培養學生的科研能力和科學素養的目的,還會讓學生認為這是一種負擔。針對以上問題,優化無機化學課程的結構和內容,改革教學方式,貫徹新的教學理念,正確引導學生建立正確的學習方法,提高學習興趣和自學能力,培養學生的創新意識和創新能力,并使學生在有限的教學時間內,盡可能多地掌握無機化學基礎知識是擺在我們面前的一項重要任務,勢在必行。
二、具體改革內容、改革目標和擬解決的關鍵問題。
1教學內容的改革
課堂教學內容的變革決定了課程改革的效果,在教學改革過程中要探索先進的教學理念,不斷提高無機化學課程教學水平,使該課程在提高學生素質和能力方面發揮更大的作用。具體內容如下:
1.1精選教材內容,突出重點,分散難點
無機化學課程以“二結構、三原理、四平衡”的基本理論和元素化合物知識為主線,主要講述化學的基本原理和元素的性質以及相關化學反應。在教學過程中既要加強與中學化學教學內容的聯系,又要協調好無機化學與物理化學、有機化學和分析化學中的部分內容的關系,把握好同一知識點在不同學科之間的銜接,避免重復,更好地精簡課時,提高效率。現有的無機化學教材有很多與中學化學,基礎化學,分析化學重復的內容,四大化學反應,原子分子結構是工科無機化學的重要基礎理論,也是教學的難點和重點。
1.2加強無機化學教學內容的針對性
以本專業企業生產、學生就業、考研的實用性為出發點選擇擬講授的內容,形成化學與工程專業,乃至應用化學,材料和環境等專業的全方位的培養模式。工科基礎化學的教學改革應在注重課程整體性的基礎上,選取教學內容,在以突出知識主線的前提下,把握好知識的深度與廣度的平衡,就是在講清楚重要知識的基礎上,讓化學原理與專業知識有機結合。
1.3理論教學與實驗同步,開放性實驗輔助理論教學
對化學工程與工藝專業的學生來說,實驗課的學習也在教學過程中也有著重要的作用,通過對實驗課的學習能夠培養學生的科研能力和科學素養,為成為高素質化工類應用人才打下堅實的基礎。基礎理論知識的理解對學生的實驗技能有著指導性的意義,所以要保證理論教學與實驗教學的同步性,這樣既能保證學生掌握基礎的實驗技能,又能促進其對基礎理論知識的理解。對于理論課進度相對滯后的實驗課,在實驗課環節,教師要在實驗前將實驗知識與理論知識相結合并給予學生系統化,詳細化的講解,不能就實驗講實驗,能為學生引申的盡可能引申,這樣可以使學生做到心中有數,有的放矢,這樣既保證了學生掌握基本的實驗技能,也有利于其對后續基礎理論知識的理解和掌握,理論教學與實驗教學相輔相成,更好地培養了學生的動手能力,思考問題分析問題解決問題的能力以及理論聯系實際的能力,進而培養了學生的科研能力和科學素養。
1.4引入多媒體演示教學
針對工科學生結構化學基礎薄弱的情況,為避免教材中單純羅列抽象概念的情況,引入多媒體輔助課堂演示教學,制作三維多媒體課件,通過計算機直觀地向學生描述原子的結構,原子軌道圖形,雜化軌道形狀與空間取向,化學鍵的形成及空間圖像等,以動畫形式生動逼真地模擬雜化形成的全過程,充分地利用了多媒體教學的圖、形、聲等特點,使課堂教學形象生動,易懂易記。教師也可以在備課過程中對多媒體課件不斷地進行修改和完善,使教學內容更加完整、充實。
1.5建立一定的平臺及時與學生進行溝通交流
針對師生之間缺乏及時溝通交流的情況,可以建立面對面的平臺或群平臺等,能夠讓學生遇到不懂的問題,包括學術問題題和個人煩惱等等,進行及時的溝通交流,引導學生充分利用業余時間,查閱無機化學相關的文獻,拓寬其知識面,調動其學習積極性,培養其自學能力。今年我帶的化工班特地建了一個群,對實驗中存在的問題及時進行溝通交流,對于好的素材師生共享,加深了師生之間的互相了解,拉近了師生之間的距離,從而提高了學生學習的主動性和積極性。有時候學生會因為一個老師,而喜歡上一門課。
2教學方法的改革
教學方法的改革是課程改革的重要環節,教師應該從教和學兩個方面改善教學方法,將化學基礎知識融于生活,科研和生產,從而培養學生的學習興趣。具體做法如下:
2.1做好新舊知識的銜接,引導學生利用已有的知識解決新問題
培養學生養成課前預習課后復習的習慣,在講授過程中,教師通過設問,提問等方式,引導學生對以前所學的知識進行回憶,引導學生積極思考,用已有的知識解決新問題,這樣就使得學生在學習新知識點的同時,復習鞏固舊知識,從而增強學生學習的成就感和學習無機化學的信心。
2.2引入學生參與的制度,充分調動學生的積極性
對于深度不高的教學內容,鑒于學時所限,可以引入學生參與的制度,提前讓學生查資料,鼓勵學生用PPT形式,做幾分鐘的演講,這樣就由原來的只有教師講授轉為師生通講,充分調動學生課余時間學習的積極性,課后采用互評的形式,這樣不僅鍛煉了學生敢于發言的勇氣,也讓學生更好地積累經驗,為下一次的成功打好基礎。
2.3以科研促進教學,讓專業知識與實際生活緊密結合
無機化學知識點多,理論性很強,學生學起來普遍感到枯燥,很難產生學習興趣。在教學過程中,教師要將課本上的理論與有關的科技研究成果和生活中的具體事例相結合,既有利于避免教學內容的空洞抽象、枯燥乏味,也有利于拓寬學生的知識面,同時還能更好地激發學生學習的興趣。同時也可以安排不同的學術講座,就科學領域前沿的熱點問題展開交流和討論,例如,非金屬材料科學,稀土金屬在人類生產生活的作用,生態環境保護等課題,以豐富學生的第二課堂,讓他們覺得自己所學的知識與社會的發展息息相關,從而增強了學生對本專業學習的信心。
2.4以提高教學質量為核心,培養學生的學習興趣和自主學習能力
針對大一學生要完成從高中到大學過渡的特點,實現從以教師講授為主向以學生自學為主的轉變,教師在課堂教學中要采取有效方法(例如,把化學基礎知識融入生活,將化學基礎知識融入生產,將化學基礎知識融入科研等),激發學生的學習興趣,保證學生的主體性和創造性的發揮,以實現學生智力和非智力因素和諧發展,使學生由“不想學、不會學”轉變為”我要學、我會學”。這對于培養學生終生的學習習慣,促進學生學習能力的發展,幫助學生積極思考等具有非常重要的意義。
3考核方式的改革
考核是檢查教師教學效果和評價學生學習成效的必要方法,也是教學的重要環節。能夠督促學生平日的學習和客觀的評價學生的學習情況,調整如下:
3.1多元化考核評價體系的構建是檢查教學效果的重要舉措
在高校中普遍存在部分學生平時不學習,考前臨時突擊的現象。為了避免這種不良學習風氣的滋生,應構建多元化的考核體系,以學生的平時考核(占30%)和期末考核(占70%)進行綜合評定。考試進行的載體是試卷,試卷要以能力測試為主導,考查學生對所學基礎知識、基本技能的掌握程度和綜合運用所學知識分析、解決實際問題的能力作為命題的指導思想。在考試題型多樣化的前提下,要將基礎知識與綜合能力相結合,注重對分析問題和解決問題能力的考查。因此命題教師應在期末考試中增加一定比例的綜合素質題,以考察學生綜合運用所學知識、原理來分析和解決實際問題的能力,從而實現通過考試來檢查教學效果的目的。
3.2嚴格平時考核是鞏固課堂教學效果的一個重要環節
在構建的多元化考核評價體系中,學生的平時考核(共計30分)共分為三個部分:出勤情況和課堂表現(占5分);作業及隨堂階段性考試(占10分);專業小論文或小報告(占15分)。布置每個學生根據所學的知識點及試題規范化要求出一份自己認為有質量的試題及答案上交,老師從學生所出的題中擇優選取,考試結束后指導學生互相批改并作出評價,這樣不僅提高了學生的學習興趣同時有力地促進了學生解題能力及綜合運用知識的能力。通過大量閱讀文獻,撰寫小論文,做小報告,從而拓寬學生的知識面,也把平時成績真正的落到實處。最后一次課,我對三個班的學生做了一個調查,在講臺上做報告,撰寫論文,出一套試卷,讓學生任選一樣去做,會怎么選?最后參與的學生65人,做報告,46%,論文:35%,出試卷,19%。選擇做報告的主要原因是具有挑戰性,可以很好鍛煉自己的語言表達能力,并在此過程中體會到了老師工作的不易,培養其在以后的學習和工作中學會尊重別人的勞動;撰寫論文有利于拓寬自己的知識面,發現有很多東西值得進一步學習;通過出試卷發現了自己在學習中存在的問題,加深了對書本知識的理解和掌握。
3.3明確的考核制度可以促進學生端正學習態度
明確的考核制度可以促進學生端正學習態度,促使學生養成一個良好的學習習慣。而且這種針對學習過程的每個環節的量化記錄,有利于教師掌握學生的學習動態,根據平時記錄反饋的信息,及時調整教學方法、優化教學管理,使教學效果進一步提高。
三、結語
石油加工工藝學課程是化學工程與工藝專業的重要專業課程之一。該課程的教學中應注重培養學生的工程概念,建立工程意識,提高綜合運用知識和解決實際問題的能力。完善與優化石油加工工藝學課程體系與內容,進一步提高課程教學質量與人才培養水平,是各石油高校人才培養的重要任務與研究課題,需要同行進行長期不懈的探索和努力。我校在原有教學大綱基礎上,增加工程實踐內容,提高學生的工程意識和分析問題解決問題的能力;教學方式多種化,板書與多媒體結合,引入相關的聲像資料、圖片資料,幫助學生深入理解授課內容;成績評定中增加文獻撰寫部分及討論部分成績,提高學生查閱、加工文獻及表述能力。
2教材的選定
以林世雄主編的石油煉制工程(第四版)為主,參考侯祥麟主編的中國煉油技術,沈本賢主編的石油煉制工藝學,陳紹洲主編的石油加工工藝學等優秀教材,適當增加石油資源高效利用、清潔燃料生產和石油煉制工業關鍵技術的新發展等新內容,形成具有自己特色的課程內容,與時俱進,擴大知識范圍,為學生提供更大的學習空間。
3每章增加課后習題
為了提高學生的學習效果及自我總結能力,每章增加不同類型的課后習題與思考題。包括石油產品有哪些分類及各自用途等基礎性習題;冬天柴油車掛蠟如何處理等與實際生活相關的習題;如何根據油品的特性實現油品的安全管理等與實際生產相關的習題。學生即掌握了基礎知識,又可以運用所學知識來分析和解決實際問題。另外每章結束后要求學生對本章重要知識點進行總結,再相互交流,把握主線,整體思路清晰。
4教學方法改革
4.1現代教育技術的應用多媒體教學課件以它圖文并茂、動靜結合的表現形式,達到增強了學生對抽象概念、圖形性質和學科定理的理解與感受,從而極大地提高了課堂的教學效果。石油加工工藝學課程具有專業性強,需要良好的專業知識鋪墊;知識綜合性強,涉及內容廣泛,內容復雜,新工藝技術、新標準繁多;應用性強,理論與實際密切結合等特點,決定了該課程的授課形式必須多樣化,達到最好的教學效果。所以授課中把新工藝、新標準等以多媒體的形式講授,既直觀、形象、又便于學生了解掌握,節省教師畫圖、畫表的時間,在有限的教學時間里實現了大容量、高效率的教學。運用視頻將理論與專業實驗、仿真素材等緊密聯系起來,如對實沸點蒸餾先進行理論介紹,再播放視頻,一動一靜,將枯燥的理論以實際過程表現出來,提高學生的學習效果。課外學習平臺也不斷完善,包括授課視頻、實驗視頻、課件、配套習題、實際問題解決方法等,用現代技術及豐富生動的內容吸引學生的學習興趣,提高學生自主學習的能力。
4.2啟發式與對比式教學相結合為了改變大學生在中學階段養成的被動式、機械式的學習方式,變被動為主動,增加學習的積極性,提高對知識的渴望與興趣,本課程的講授過程中大量采用啟發式教學。如在講授清潔燃料生產時,先通過圖片了解現在全球氣候變化帶來的影響,并給出具體數據,再討論導致的原因。汽車尾氣的排放就是源頭之一,為了改善全球氣候,減少汽車尾氣排放的污染物是當務之急,這就要求提高燃料的質量,即生產清潔的汽油和柴油。應用啟發式教學,從我們切實能體會到的事情出發,引導學生運用所學知識去解決實際問題,既可以把問題簡單化,又增加了學生的學習積極性和興趣。除了啟發式教學外,還并用對比式教學方式,兩者相互補充。如把汽油和柴油進行對比講解,找出異同點,便于學生的理解與掌握。先指出汽油機與柴油機的雖然都是活塞式發動機,工作過程都是由進氣、壓縮、膨脹做功、排氣4個過程構成,但兩者的壓縮比、進入氣缸的氣體、著火方式等不同,所以對燃料的要求不同。汽油和柴油在發動機中燃燒不正常時都會發生爆震,且爆震現象相同,但是產生爆震的原因及時期卻完全不同,兩者用不同的指標來表示其抗爆性,由此得出各自的理想組分。通過對比歸納,內容清晰,層次分明,相似的知識點不易混淆,便于理解與掌握,取得了良好的教學效果。
4.3小組討論形式進入課堂為了提高學生的學習積極性,我們會不定期的提出一些與石油相關的問題,鼓勵學生通過各種渠道(期刊、報刊、互聯網、電視等)收集資料進行了解,之后在課堂上進行分組討論,把枯燥乏味的理論知識結合到我們的生活中,學生積極性較高,課堂氣氛高漲。比如緒論講完之后提出問題:石油與你有多大關系,你一天消耗掉多少石油?在下次課中用部分時間進行分組討論,在激烈的討論中,同學們各抒己見,真正了解到了我們的衣食住行確實離不開石油,但石油又是什么,它又是如何加工成我們想要的產品呢?有了疑問和好奇心,增強對本課程的興趣。
4.4培養獨立查閱并加工文獻的能力在授課過程中提出幾個比較熱門的課題,如原油價格對國民經濟的影響?煉化企業如何實現清潔燃料的生產?現代煉油工業發展趨勢?中國的能源安全及戰略問題等。學生根據個人興趣,選取某一個課題,獨立查閱文獻并經過整理完成一份報告,提高學生查閱加工文獻的能力,為以后畢業論文奠定良好的基礎,又加深對某一方面的深刻理解。
4.5加強工程意識與理論的聯系石油加工工藝學是一門專業課,除講授理論內容,還引入大量工業生產和科學研究案例,提升學生工程意識與理論聯系實際的能力,真正做到理論與工業生產緊密相連。如以遼陽石化加工原油-俄羅斯原油為例,根據原油性質、實沸點蒸餾數據及直餾產品性質,確定加工方案;以遼陽石化550萬t/a常減壓裝置為例,講授常減壓裝置工藝流程、主要設備、直餾產品性質等,運用實測數據進行產品實沸點切割計算,分離精確度計算等;增加解決實際問題的環節,如當某一側線產品出現頭重尾輕的時候應如何調節操作?本專業定期聘請工廠有經驗的專業技術人員到學校進行講課,介紹工廠相關裝置概況、原料及產品、市場需求、主要設備及生產工藝流程、從事化工行業要注意的安全事項等事項,使學生不但有了安全意識,也對實際生產過程有所了解,有利于理論知識的理解,引起學生對自己未來工作的興趣,提高學習動力。專業實驗最能反映專業特色,是與本專業學科發展關系最密的實踐性教學環節,因此我們不斷對專業實驗教學環節進行改善,除了開設傳統的驗證性實驗外,又增加了設計型、研究型實驗;建設煉油化工與自動化仿真培訓中心,強化學生的工程實踐與運行能力;鼓勵學生參加“中國石化-三井化學杯”大學生化工設計競賽,聘請設計院人員與教師共同指導,培養學生的創新思維和工程技能,培養團隊協作精神,增強學生的工程設計與實踐能力,實現“卓越工程師教育培養計劃”。
5教師實踐能力的提高
作為石油加工工藝學課程的老師,本人除了具有豐富的理論教學經驗,也具有實際生產經歷,曾在中石化滄州煉油廠催化裂化裝置工作兩年,每年參加知道學生下廠生產實習實踐教學環節,并于2012年在遼陽石化煉油廠進行為期一個月的實踐培訓,因此對煉油加工工藝過程及主要生產設備的操作及工作原理頗為了解。在理論教學過程中,能夠將實際生產與理論知識結合在一起,并對生產中遇到的問題作為實例進行分析、講解,提高了學生的學習積極性及理論聯系實際,分析問題和解決問題的能力。從事石油加工工藝學課程的教師除了擔任理論教學外,還擔任專業實驗、畢業設計論文、生產實習及實踐教學環節的指導工作。在學校、學院的推薦下,每年都有青年教師到中石油遼陽石化公司的生產一線進行實習,并派專業教師參加相應的技能培訓,定期聘請工廠專業技術人員到學校進行講座,以提高青年教師的工程實踐能力。
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1.1建立數學模型
工程上的計算是以函數,尤其是數值函數為基礎的。所謂數值函數就是說在函數的定義域中每一點x就可得位移的f{x}值,此值成為f在x處的值。例如,如何表示空氣的cp{T,P}函數?我們可以利用計算機,輸入程序,就會得到很精確的結果。除了上述問題,還有很多化學工程的數據處理的過程模擬,如:非線性方程求解、線性方程組的迭代求解、常微分方程數值解、偏微分方程數值解等等,都是先建立一個數學模型,然后帶入計算機,最終得出一系列結果的。
1.2Office軟件在化學工程中的應用
隨著計算機的普及,越來越多的人把原本紙上的工作轉移到計算機中去了。化學工程學科需要處理大批文檔工作。譬如,化工論文的書寫、化工文獻的編輯、化工產品的說明,這些文檔中常常會有大量的圖表、公式、特殊符號,會話費人們大量的精力和時間,進而影響新信息的及時傳播。有了Office中的Word軟件,處理上述問題就方便多了。Word軟件能夠比較輕松地輸入各種文檔,還可以對文檔進行多種編輯處理。編輯化工論文時經常用到的功能如:
(1)改變字體大小。
(2)隨意設定版面。
(3)利繪圖工具繪制實驗流程圖,并修改。
(4)利用公式編輯器編輯數學公式及化學反應式。
(5)可插入表格及頁碼。
(6)復制和刪除方便。Excel工具的強大的分析數據功能可以將數據進行統計,然后將其規律性地展示出來。在處理化工數據時,我們可以利用Excel工具進行求平均值、自編公式計算等。
1.3Origin在化學工程數據處理中的應用
Origin是具有較強功能的實驗數據處理軟件。可利用Origin進行圖形生成,我們可以在軟件中輸入實驗后得到的數據,通過軟件得到實驗數據曲線圖。為利用Origin工具繪制的實驗數據圖。通過圖形或曲線,可以清晰明了地把大數據展示給他人,并從中發現數據之間的規律,以便更好地進行實驗。
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