有机合成方法学范文
时间:2023-10-25 17:36:30
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篇1
关键词: 有机合成化学 学习方法 化学教学 教学方法
有机合成化学是我校应用化学专业精细化工方向本科学生专业方向模块课程,也是高校应用化学专业领域课程。有机合成是有机化学中的一个重要领域,与生化、材料、环保等学科具有密切联系。有机合成是对整个有机化学基础知识的综合运用,是培养学生运用所学理论知识分析问题及解决问题能力的主干课程之一,对提高学生创新能力至关重要[1]-[2]。
1.有机合成化学教学方法现状分析
现代高校化学教育不仅要求教师传授知识,而且教给学生学习方法,启发引导学生钻研问题和发现规律,培养学生获得知识、运用知识和创造新知识的能力。由于有机化合物数目庞大,种类繁多,反应复杂,很多学生对这门学科望而生畏,这就要求教师在有机化学课堂教学中,使用多种教学方法和教学技巧,但是传统有机合成教学方法与一般化学课程的教学方法类似,不能很好地调动学生的积极性。我们以黄培强等人编的有机合成教材为例,可以分成以下几个章节:绪论;逆合成分析法与有机反应概览;基于非稳定碳负离子的碳碳键形成方法;稳定碳负离子的烃基化和酰基化;稳定碳负离子的缩合反应;基于有机硼、硅、锡、钯试剂的碳碳键形成方法;自由基反应;极性颠倒;成环反应;氧化反应;还原反应;有机合成中的保护基;不对称合成;合成策略与复杂目标分子的全合成;有机合成化学的近期趋势。纵观本教材的各个章节不难发现,在教材的开始和结尾均对合成策略进行相应讲解。一般教学方法是分别对每一章节的内容进行学习,最后拿出部分的合成实例进行简单讲解,让学生有有机合成设计的概念。
但是,通过近几年教学我发现,传统教学方法不适合所教学生,主要体现在以下几点:首先,学生基础相对较差,相对其他课程,有机化学知识点多且很难联系在一起,不利于学习记忆,不能很好地掌握基础有机化学讲述的基本知识点;其次,一些同学的学习意识淡薄,只为期末考试及格通过,并试图靠考前突击达到目的;再次,对学生学习监测手段不够高明,期中考试一般不进行,期末考试知识面太窄,难度较浅,不能很好地反映学生的水平。通过以上几点分析,我们发现部分后果:学生只靠死记硬背学习一些基础知识,对于反应机理题根本无心学习,考试直接放弃,除非从教材中死记,对于合成题基本没有明确的解题思路,再加上匮乏的基础知识,基本无法独立解决问题。因此,改进有机化学教学手段与方法,使学生对基础有机化学知识有系统了解和掌握显得尤为重要。
2.串联相关知识,进行系统学习
引导学生在错综复杂的课程内容中找出知识线索和规律,掌握内在联系,提高学习效率。纵观基础有机化学教材我们发现:虽然需要学习的知识点很多,但是章节之间还是有很多规律可循的。教材大多以官能团不同对内容进行讲解,通过不同官能团可以将内容联系起来,在烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醛酮、羧酸之间我们可以用氧化还原反应将其联系起来,胺类、亚胺、醛酮肟、重氮、叠氮和硝基化合物可以通过氧化还原联系起来。按这样两条主线进行记忆会使知识点显得少了很多,记忆的时候也不会那么吃力,有利于同学们学习,但更利于对知识点的运用。我们以氧化反应进行各官能团化合物之间的相互转化为例:烷烃通过脱氢氧化可以得到烯烃,进一步脱氢可以得到炔烃,烷烃也可以进一步脱氢得到炔烃,当然要求换成氧化性能力更强的氧化剂。上述三种烃可以分别通过氧化反应得到相应的醛酮或酸甚至碳和二氧化碳等,但是,选择的反应体系肯定千差万别,这些差别需要我们特别记忆,别无他法,可以死记。但是,我们在记忆的时候也要求灵活,如同样用烃类化合物氧化合成醛酮和羧酸,对催化体系的要求就大不相同,一般合成醛酮不要考虑氧化性较强的氧化剂,高锰酸钾体系不能在中性和酸性条件下运用,重铬酸钾也不能在中性和酸性条件下运用,那么怎么能达到分级氧化的目的呢?那就是控制氧化体系的氧化性,我们可以用氧化性较低的二氧化锰代替高锰酸钾同时控制一些辅助条件,如温度压力等。这样我们可以同时记住多种不同的氧化体系。
3.统筹相关知识,学会灵活运用
在系统掌握了基础知识之后,我们的脑海里应该有一个系统又明确的框架,对于具体的问题还要学会灵活运用。有机合成化学的主要目的是利用已知的、简单的原料合成所需的目标化合物。换句话说,利用相同的底物合成相同的产物,但是中间可以选择的路线有很多种,而且不同合成路线需要的基础知识也是千差万别的,这就要求我们平时有足够的知识积累。然而,有了足够知识积累只是学好有机合成的前提条件,而不是充要条件,接下来我们要解决的主要问题是如何灵活运用所学基础知识。灵活运用可以说是我们学习知识的最高状态,几乎是所有同学都曾遇到的难题。要做到灵活运用,首要问题是灵活掌握,其次才是灵活运用。这就要求同学们把教材中死的知识点学活,例如,同样是羰基官能团,在有机酮和有机醛中可以表现出不同的化学性质,羰基的活性是由碳氧双键的极性决定的,双键的极性越大则羰基的活性越高,反之则越低。由于碳氧电负性的差异,导致双键电子云向氧原子偏移,从而引发双键的断裂,即化学反应的发生。由此我们可以推断:凡是能引起双键电子云向氧原子偏移的因素都可以提高此类化合物的活性,不论是醛羰基还是酮羰基及其他含羰基化合物,那么,为什么醛的活性比酮的活性普遍偏高就不成问题了。反之,改变某个条件有没有可能使酮的活性比醛的活性高呢?答案是肯定的,我们可以想象把酮羰基的一端或两端引入强吸电子的基团,进而提高酮的活性达到甚至超过醛。如靛红这一类化合物的酮羰基的活性非常高有时甚至超过了一般醛的活性,在一般化学反应中可以作为一种特殊结构的醛来应用。
4.结语
在有机合成化学的学习过程中,我们应该首先学会正确的学习方法:串联相关知识,进行系统掌握,对知识点进行统筹并能灵活运用。总之,只有把死的分散的知识点进行系统整理掌握,在自己的脑海形成一定的框架,在具体运用中才能手到擒来,才能顺利找到相关切入点,才能在遇到复杂的有机化合物的合成时,顺利形成相关思路,从而顺利解决问题。
参考文献:
篇2
关键词:游戏美术;临摹;教学内容;教学方法;团队合作
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)51-0105-02
由于数字媒体技术专业的特殊性,学生需要具备良好的数字媒体技术和艺术基础,熟练掌握数字媒体制作技术,能够进行数字媒体作品的设计。数字媒体技术专业的教学与数字娱乐、移动互联网产业、影视等文化媒体及其他数字媒体软件开发和产品设计制作行业的要求相结合,培养面向数字网络时代兼具信息传播理论、数字媒体技术和设计能力的复合型人才。与数字媒体艺术专业相比,数字媒体技术专业在技术和艺术之间更为重视学生技术能力的培养。数字媒体技术专业强调培养具有扎实的计算机基础、具备一定艺术修养,重在应用计算机技术来实现或展现文化创意的复合型高级工程技术人才。但是,由于该专业招收的学生均来自非艺术专业,缺乏艺术基础,在专业课程设置中,会出现美术设计基础类的课程,游戏美术就是其中的一门较为重要的课程。该课程不同于纯粹的艺术设计基础课程,在培养艺术设计能力和提高审美的同时,强调与实践的结合,也就是,游戏美术设计需要与游戏程序设计结合,达到程序的要求,共同实现一个完整的作品。由于游戏美术的内容和形式比较多,仅仅一门课程无法承载其内容,因此,游戏美术设计的教学内容和方法是改革探索的关键点。在游戏美术设计实际的教学过程中,发现课程培养的目标不够明确,与艺术类的游戏美术课程相比较没有自己的优势。教学内容繁杂,方法单一,与实际项目的要求脱节,培养的学生不能很好的把学到的知识和技能运用到实际项目中,针对这些问题,结合当前的数字媒体产业发展、社会的需求,将游戏美术的教学内容调整为以手机游戏美术为主,注重游戏的交互设计和体验设计,与该专业的游戏程序设计课程结合,共同完成可以正常运行的实际游戏项目。
一、游戏美术设计课程教学存在的问题
1.课程的培养目标不够明_。游戏美术设计课程是数字媒体技术专业必修课程,是一门技术和艺术相结合的课程,要求学生掌握数字媒体信息处理的基本知识与方法,掌握数字游戏设计和数字制作的基本理论与方法,了解数字媒体技术专业前沿知识,具有良好的数字制作分析和创作能力、良好的艺术鉴赏与创作能力。大部分艺术类的游戏美术设计课程培养学生具有扎实的游戏原画设计和绘制能力,游戏模型制作和渲染能力,充分发挥美术功底和创意的优势,这样培养的学生能胜任游戏原画设计、游戏模型制作等相关工作。而在培养数字媒体技术专业的学生时,也是从游戏原画开始,包括模型制作、贴图渲染、游戏动画等,强调美术功底的重要性,但是对于没有美术基础的同学们来说有很大的压力,短时间的突击效果也很有限,造成学生对游戏美术没有正确的认识,数字媒体技术专业的技术优势也没有体现出来。只有明确数字媒体技术专业的游戏美术和艺术类游戏美术设计培养目标的区别,发挥媒体制作和开发技术的优势,才能培养出符合社会需求的艺术和技术结合的复合型人才。
2.教学模式和教学内容结构不够合理。现有的游戏美术教学模式中,其中一类偏向于美术基础知识,主要讲游戏美术原画设计,内容包含人物角色设计、怪物NPC设计、场景设计、道具设计,重点讲素描知识、结构透视、动态把握等,以及如何进行原画创作设计。另一类偏向于3D游戏美术设计与制作,强调技术、三维模型的制作、动作设计以及特效的制作。这两类教学内容都要求有较好的美术基础知识,或者需要大量的课时支撑,否则也达不到预期的效果。目前,游戏美术课程的教学内容主要是针对大型的客户端和网页的美术设计,大型的场景、复杂的角色设计及UI界面,注重游戏美术设计方面,而没有注重游戏的交互设计和体验设计研究。要完成一款游戏的所有游戏美术设计,需要大量的时间和较好的美术基础,对于数字媒体技术专业的同学来说,在有限的课时和薄弱的艺术基础上完成这样的任务是比较困难的。这就造成同学们对游戏美术不能有一个完整的了解,不能达到该课程的培养目标。
3.教学方法单一。该门课程采用的教学方法主要是教师讲授、示范,然后学生在实践环节进行验证和实验,有部分创新创意设计。这样的教学方法让学生被动地吸收知识,接收学习任务,而没有发挥自己的主动性,去探索、去尝试,主动寻找学习的方法和途径,完成相应的学习任务。游戏美术设计是一门实践性非常强的课程,要求学生在学习该课程之前掌握一些设计软件的基本操作,如Photoshop的图片处理功能和绘图功能,以方便对模型材质和贴图的处理及绘制。如果学生只是完成教师布置的任务,而没有发挥自己的主动性去弥补在这些方面的不足,仅仅靠课堂学习是远远不够的。游戏美术设计需要同游戏程序设计、游戏策划协同完成工作任务,团队合作精神是每一个游戏工作者必不可少的职业素质。以往在游戏美术设计课程中,学生单独完成自己的作业。这样单方面输入的教学方法容易使学生感到课程的枯燥乏味,加上部分学生在艺术修养上比较缺乏,对课程失去兴趣,造成不良的教学效果。
二、改进游戏美术设计课程教学的措施
1.明确教学的培养目标。根据课程地位制订明确的课程培养目标,只有明确课程的培养目标,才会有合理的游戏美术设计教学内容安排。游戏美术设计课程的教学目标应该以市场为导向,提高学生的审美能力,培养有美术素养、创新能力,同时具备扎实技术功底的符合市场和社会需求的高级创意游戏设计人才。通过游戏美术设计专业理论知识学习和操作技能训练,使学生对游戏美术设计制作流程有较全面的认识,掌握游戏美术设计的基本方法和技巧,能够熟练运用二维设计软件进行游戏的图形界面设计以及界面的交互、场景制作、角色制作,或运用三维设计软件进行三维建模、动画制作及渲染等,以协助游戏程序设计师完成预定的设计目标,完成游戏美术设计的工作。培养学生掌握游戏美术设计理论的基础上,同时具备较强的实践能力、创意设计能力、利用交叉学科知识解决问题的能力。
2.合理安排游戏美术设计课程的教学内容结构,与企业界紧密联系。培养学生创新设计的能力,注重功能和美观的同时,更加关注游戏本身的人性关怀,注重交互设计和用户体验设计。手机游戏行业的发展,增加了市场对手机游戏美术人才的需求。根据市场的需求,以及数字媒体技术专业学生的知识结构,确定了区别于艺术院校的游戏美术课程,即以手机游戏美术设计为主。改革后的游戏美术设计课程内容,分模块进行教学。游戏美术课程的内容包含以下几个方面:游戏角色设计、游戏场景设计、游戏道具设计、游戏界面设计、游戏动画设计、游戏特效设计。在教学过程中,临摹和创作时,均以以上内容作为设计和制作内容,最终完成一款游戏完整的美术设计。
3.积极改进游戏美术设计课程的教学方法。以CDIO的教育理念贯穿到该门课程,注重实践、团队协作精神,重视开拓创新,以实际项目驱动课程进展。单一的输入型教学方法会造成不良的教学效果,为了提升教学效果,借鉴优秀的教学方法是非常必要的。因材施教,先临摹,再创作,以小组完成项目,培养团队协作精神。(1)临摹法。选取优秀的游戏美术设计作品,通过案例分析,提高学生的鉴赏能力,要求学生临摹选取的案例,进行临摹,学习优秀的角色设计、色彩搭配、界面设计等。这是一种快捷有效的学习方法,学生在技能和审美方面都能得到提高。根据游戏设计公司的实际项目要求进行创作,改革过去的直接创作法,先通过优秀案例的临摹,熟悉软件的使用,提高审美能力,再根实际项目的要求进行创作,自愿分组,每组的成员各自负责不同的任务,有效提高学生的实际操作能力、创新能力和团队合作能力。(2)小组分工创作法。原创游戏,策划,讨论阶段的任务(简单的需求分析、交互、界面设计等)目的在于让美术人员了解游戏交互设计师和程序设计师的工作,做程序的同学了解美术设计的任务,便于之后的沟通。
通过对课程教学方法和教学内容的改革,根据问卷调查、课程过程检查、课程最终作品可以看出,课程改革取得了一定的成效。学生对分模块的学习目标更加明确清晰,通过对优秀游戏美术作品的临摹学习,比较容易掌握设计和制作的技巧,获得自信心,从而更有学习兴趣。但是,在课程改革中存在一些不足之处,如果能将教学评价与教学内容和教学方法结合,课程改革将会取得更好的成效。
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
初中时期正是一个人从幼稚走向成熟,从童年走向青年的过渡阶段。他们告别了学习启蒙阶段耳提面命的教育方式,以及较容易,较简单的基础工具学科的学习内容,对于新接触到的多学科知识既感兴趣,又陌生。
2.初中生的学习方式
目前学习方式有三种。S式即spider-蜘蛛,众所周知蜘蛛将自己肚子里的丝不断的向外吐来织网,久而久之这种类型的学生不仅不会进步反而会倒退,自然而然他们也就会掉队。A式即ant-蚂蚁,我们随时都可以见到蚂蚁忙碌的身影,那么他们在忙些什么呢?他们总是把各种各样的东西搬回自己的窝就不闻不问了。这种类型的学生似乎老师安排的事情他们都在认真完成但效果却很不好,为什么呢?因为他们并没有将别人的东西转换为自己的。B式即bee-蜜蜂,他们将他们需要的东西搬回窝里并酿造出蜂蜜来了,将花粉变成蜂蜜了,不仅更有价值了而且成了自己的东西。懂得这种学习方式的学生就会在学习中找到成就感从而使他们更加喜欢学习。
3.提高初中生英语学习成绩的有效步骤
了解了学生的学习方式后,老师就应采取有效的学习步骤来提高他们的英语学习成绩了。通过学习和实践,我将学习分为以下五个步骤:
第一,S-search,搜寻,寻找。任何人的学习最初都得有一个A式学习过程。努力去寻找自己需要的,这是一个积累的过程。对于我们英语学习者来说,积累的过程尤为重要,只有具备一定的知识储备我们才能进行下一步骤。
第二,T-try,尝试。任何人都必须具备努力尝试的学习精神。学习英语必然会遇到很多的困难,不可能一帆风顺。只有每当遇到困难时努力尝试并克服我们才有可能在英语学习方面取得成功。
第三,U-use,使用。无论是看见的,听到的还是想到的,只有通过自己的运用才能记得更牢靠。所以说use也是我们学习英语的一个重要步骤。
第四,D-do,做。Use是一次使用,而do是将所接触到的东西不断的使用、不断地改进,来寻求最好的方法来学习吸收。而对于学生来说do就是不断练习的过程。
第五,y-yourself,你自己。不仅仅是将别人的东西复制在脑海里而是将知识融入了自己的精髓。对于学生来说能够将所学的英语知识灵活的运用就说明知识已经是自己的了。
S-T-U-D-Y正好组成单词study。是不是知道学习英语的有效步骤就一定可以把英语学好了呢?这显然还不够,有了有效的步骤我们还需要有效的方法来完成这些步骤。
4.提高初中生英语学习成绩的有效方法
英语作为一种语言,从掌握到熟练运用需要一个过程。因此在平时的英语教学中,我努力做到以下几点:
4.1 培养学生的学习兴趣。兴趣是最好的老师,只有让学生对英语感兴趣,学生才会认真学。对此,我经常使用多媒体课件上课,使用各种教具如挂图,录音机,抽认卡等激发学生兴趣。
4.2 提高课堂效率。我在课前精心准备,认真备课。使教学方法多样化,为学生创造一种轻松愉快的学习环境。每节课结束前都要对本节课所学内容进行总结归纳,让学生做到心中有数,学习内容能当堂清。
4.3 落实基础知识,强化重点。许多学生学英语总觉得学了后面忘了前面。这是因为基础知识不牢固,怎样做才能让学生学了不那么快就忘呢?我让学生每人准备一个听写本,每天对前一天所学的内容进行听写。每单元学完后,要对学生进行测验,让学生清晰地认识自己的问题所在,以便及时改正,查漏补缺。
4.4 培优转差,个别辅导。针对每个学生的不同情况,我给他们制定一个学习目标,尽量让学生发挥最好。对优生除了课堂上的练习外,教师要再找些难题让他们训练,以扩宽他们的视野。对后进生,我利用课余时间给他们"补火",尽量不让他们掉队。
以上是英语老师应做到的,那么学生又应该做到那些才能提高自己的英语学习成绩呢?
4.4.1 学习活动前的自我调控。(1)设置成绩目标。学生把自己每次英语考试成绩列成表格,参考表格并结合自己的学习现状,在每次考试前给自己设置一个较合适的成绩目标。(2)制定好学习计划。学生结合自己的实际制定一份切实可行的学习计划,包括日计划、周计划、月计划。(3)发挥好预习的功能。预习是有效学习的一个不可或缺的环节。预习时通过阅读教材和做相关习题,从中发现并记录下有困惑的问题,带着最困惑的问题听课,会兴趣倍增,同时必然获得最佳的学习效果。(4)做好学习用具和学习心理的准备。学习前准备好学习用具,调节好学习情绪和精力,充满信心并精神愉快的进入学习状态。
4.4.2 学习活动中的自我调控。(1)意识清楚。在学习活动中清楚地知道学习的内容是什么、为什么学,要完成的计划是什么,要达到的目标是什么。(2)方法得当。比如记笔记的方法应该是一部分来自于教师上课时的说和写,一部分来自于教铺书的学习心得,还有部分来自于自己的答卷思考。(3)意志坚决。是指学生在学习活动中控制自己去执行学习计划,排除有关干扰,保证学习的顺利进行。
4.4.3 学习活动后的自我控制。(1)及时反馈。学生在学习活动后对自己的学习过程和效果进行检查、反馈与评价。(2)总结,巩固强化形成良好的学习习惯。(3)要培养自己的自我完善能力。学生在学习活动后根据反馈的情况对自己的英语学习采取补救措施。(4)每次考试后都要进行自我评价,分析取得的成绩和存在的问题,特别是要分析丢分的原因是什么,各占多少分。
初中英语教学,尤其是普通中学初中英语教学,以我校为例,约有一半甚至更多的学生厌烦和放弃英语学习。究其原因,主要是学生缺乏良好的英语学习心理因素,如缺乏学习英语的动机,英语学习意志薄弱,加上没能形成良好的学习方法和习惯,如记忆词汇的方法不正确;不善于归纳和总结学过的知识;没有预习和复习的习惯,因而英语学习成绩差,从而导致他们厌烦和放弃英语学习。面对这种情况,作为英语老师该如何办呢?实践证明,要改变这种被动局面,英语教师必须要做到:了解学生的心理,了解学生的学习方式,教会学生使用有效的学习步骤,教会学生使用有效的学习方法。
篇4
1什么是化学课程中的经典内容
化学科学史对于经典化学时期与现代化学时期的分期问题存在着两种不同的观点。一种观点认为,以原子序为基础的元素周期系建立以后的化学是现代化学,之前的化学是经典化学,这种观点是以20世纪初卢瑟福的原子核结构实验作为基础;另一种观点认为,现代化学与经典化学的分期以鲍林出版《化学键的本质》一书作为分界线。但是鲍林等人的理论是以量子力学作为基础的量子力学理论的形成也是在20世纪初。因此,这两种观点从时间上讲,时期的划分相距不远。从学术观点上看,二者都是以现代原子、分子结构理论的建立时间作为基础的分期。
从以上的分期来看,现在大学里讲授的化学课程中许多都是经典化学的内容,而且地位非常重要。
如无机化学中的元素化学部分,分析化学课程中经典的容量和重量分析方法,有机化学中很多重要经典合成反应、手性化合物分离方法、布特列洛夫的化学结构学说、凯库勒苯环结构,以及物理化学中的化学热力学理论、电离学说、络合物热力学理论、氧化还原理论等都是经典内容。
2重新评价经典化学内容在现代化学教育中的地位
尽管现代化学科学已出现了诸多新的理论和实验方法,应用了现代仪器分析和信息与计算机技术经典化学的方法仍然在现代化学科学体系中占有举足轻重的地位,主要表现在以下几个方面:
(1)经典化学实验的方法被作为现代方法的标准,很多现代大型化学分析仪器的化学基准物是用经典的化学实验方法分离提纯和分析之后才作为标准的,在判断很多新的化学分析实验方法是否准确时,也是通过与经典方法进行比较后才得到结论。
(2)有些现代的理论和方法中整合了经典的理论和方法,有些是对经典理论和方法的修正和扩展。例如,现代的量热方法,虽然更智能化,却应用了经典化学热力学的原理和量热学方法;又如,现在合成一个有机化合物,其中一些步骤是经典的有机合成反应。还可以发现,有些物理化学的定律在修正之后可以扩大应用范围,甚至适用于其他的化学科学领域;合成化学家将一些经典的化学合成方法改进之后,使其用途更广泛。
(3)在现代化学分析方法的样品预处理方法中^很多都是经典方法或者借鉴了经典方法的原理,而有机化合物在进行波谱分析前,样品先要用经典元素分析方法确定最简式。
(4)现代化学理论并非十全十美,现时无法解决的问题,还要从经典理论和方法中寻求智慧。
同时,应该告诉学生经典理论和方法的局限性及其适用范围。经典理论为了简化解决问题步骤,物质结构以及化学反应模型忽略了很多真实存在的相互作用,有些是经验型的,缺乏定量的逻辑关系,其理论缺乏普适性。经典实验方法一般适用于高的反应物用量,不适用于微量物质的化学反应。
3经典化学教学内容的取舍与讲授课时的确定
随着化学科学的发展,有些经典教学内容应被淘汰,有些内容仍然重要,应该保留。现在化学教学中取舍的原则是什么?经典内容教学课时应该怎样确定呢?
首先,应该保留那些在化学科学发展历史过程中不可忽略的部分,告诉学生这些内容对于现代化学科学的影响。
还有一些内容是无论在科学研究,还是在产业界以及社会服务机构都已不再采用的方法,可是教师认为这些方法的教学可以用来培养学生的科学思维能力。在20世纪80年代,大学化学教科书中还使用硫化氢体系定性分析18种阳离子的实验教学|21,而当时的化学工业界、医药、商检和司法界已开始广泛使用光谱学分析方法,那时的化学教师之所以保留这个体系,是由于他们认为,虽然这个体系很经典却可以帮助学生学会应用简单的化学反应将无机离子分组分离的逻辑思维方法,熟悉常见的化学试剂和仪器的使用方法,而不是简单地仅仅知道使用现代化学分析仪器进样和输出数据结果。后来,由于污染和毒性的原因,这个体系被淘汰掉了。对于这部分内容,可以寻找其他可以使学生得到类似的思维训练的体系代替,同时能够克服以往方法的缺陷。
主张多讲授经典内容的教师认为:除非学生毕业后专业从事经典内容的教学、科研工作,或者他们在产业界和社会服务机构的工作恰恰与这些内容相关,他们可能终身都不会再有机会接触到这些内容。
对于他们来讲,这些内容是第一次学习也是最后一次学习,那么,经典部分的教学就非常重要。
主张少讲授的教师有另外的观点:学生毕业以后需要就业,因为产业界及政府机构会很快更新技术,过多地学习经典课程似乎是多余的,甚至成为教育与现实脱节的一个原因。高等教育正在出现高等基础教育与高等职业教育一体化的趋势,高等教育课程的内容更实用、更适应人才市场需求也是评价大学教育水准的一个重要方面。
教师在教育学生时,应该给予他们一个完整的科学体系,而不是为了实用只去告诉学生这个体系的一些部分。设计现代的化学教学体系时,是仅仅考虑很快谋得职业,还是考虑为学生开辟更广阔的发展前景,这是决定化学课程中经典内容取舍和教学课时时应该思考的问题。
4重新系统化
无论是波义耳出版《怀疑的化学家〉的时代,还是门捷列夫发现化学元素周期律的时代,以及20世纪初由原子结构理论和量子力学推动的化学科学革命的时代,化学科学曾多次重新系统化,化学教育也跟随化学科学的发展多次重新系统化。今天的化学科学出现了很多新的理论和实验方法,如纳米科学、单分子光谱学、新的有机合成方法等;化学教育的注意力也在转移,更趋向生物体系以及能源和环境问题。所以,化学教学也在面临重新系统化的问题。我认为,对教科书,以及理论和实验教学方法的重新系统化应该考虑以下原则。
(1)谨于现代的化学结构和化学反应的理论。
基于经典部分同现代化学科学的联系,用现代化学科学的观点去重新审视经典内容,建立新的化学教育体系,将保留的经典内容整合在新体系中。例如,现代有机化学在讲授苯的性质、结构和化学反应时,仍旧保留了凯库勒苯环结构以及很早以前就已发现的苯的化学反应等经典内容,用分子轨道理论去阐述问/题。
(2)基于教育的规律。
不仅仅是化学科学在发展,教育科学在近20年也在发展,考虑接受教育的主体在变化|31,新的教育方法要融合在新的化学教学体系中,化学教师要与教育心理学、教育社会学专家合作研究建立新体系。
在化学教学中,阐述问题的先后次序往往与科学发现的历史顺序不同。例如,讲授元素化学部分是根据化学元素周期表的顺序,而不是根据元素发现的历史顺序;因为这样讲授学生更容易理解,同时不违背科学规律。
1998年,联合国教科文组织在《21世纪世界高等教育宣言:愿景与行动〉中提出:创新教育的方法是具有批评能力的思考和创造力。宣言肯定了以学生为导向的教学方法,并且指出:新的教育方法还意味着新的教学内容,以及与之相应的新的教学试验方法,不仅仅发展学生的记忆力,还要发展他们的理解力、实际工作技能和创造力。如果采用建构主义14的学习方法,告诉学生一些建构的原则和方法,把用于建构的理论和实验的模块给他们,把经典的和现代的化学知识模块给他们,让他们自己去建构新的化学科学大厦,然后用他们的大厦跟前辈大师的大厦去比较,他们会发现自己应该向大师学习什么,他们也可能还会发现大师的缺陷,无论是在知识模块里,还是在由模块构成的体系中,以及构造的方法,可能都存在问题。当学生能够提出问题,并且懂得为了给出问题的答案如何重新学习时,这才标志着达到了教学的目的。
(3)谨于国际标准化原则。
现在有些化学教师在教学中并没有使用IPAC最新颁布的化学原子量数据;有些化学教师没有访问过UPAC的网站,去认真阅读过跟自己教学的专业有关的专业术语和名词的文章;很多大学化学教学实验室的实验条件数据(TP……)和实验仪器(天平、容量仪器……沫作过国际标准化的校正。教科书中经典内容的编纂和教学应该采用新的名词术语和国际标准数据。
(4)基于智能化原则。
化学教师不应该重复劳动,应该更有创造性地从事教学工作。如建立智能化互联网教学答疑系统,把学生提问率高的问题和答案放在教学网络上,使学生可以自己搜索提问和获得答案。这样,教师可以有更多时间与学生讨论一些有争议的问题。又如在互联网上开辟化学科学教育社区,使教师和学生可以更自由地在不同的时间和空间讨论问题。
智能化教学不仅仅是学生自己编写计算机程序去处理经典化学的计算问题,使用像EXCEL这样的软件,更重要的是,要将经典的化学知识模块化,整合在化学计算机数据库中,设计出虚拟的解决化学问题的程序,这种程序可以判断化学反应的可能性,预言反应产物和动力学途径,以及是不是生态化的反应,还可以控制自动化和机器视觉化化学实验系统。总之,应用智能化技术可以令经典化学实验教学更具有吸引力,而且还可以缩短实验时间,得到更准确的数据,为学生将来在科研和产业界就职打下基础16。
应该注意的问题是,智能化教学系统是为帮助学生建立正确的科学概念设计的。有些教师在PFT中使用了动漫技术、FLASH技术帮助学生理解一些化学科学概念,但是这些技术表达的图像有时与真实的物质结构和化学反应相去甚远,容易给学生造成错误的印象。所以,教学使用的图像应与真实的化学反应图像越接近越好。如果图像是示意的,一定要向学生说明。
(5)基于生态化原则。
生态化的观点认为:如果化学反应过程的反应物和产物以及化学反应能量与自然体系的交换方式,不对自然物种及其食物链构成破坏,不影响生态体系平衡,就可以认为是生态化的化学反应。
现在化学教科书中叙述的一些经典化学分析方法,以及一些高产率的经典有机合成反应,使用对人体有害的试剂,产物也污染环境,这些方法将来可能被淘汰。作为化学科学史的部分,这些方法都曾有过很重要的作用,这些方法的原理对于建立新方法可能作为借鉴和参考。如果课程中保留这些内容,也只是保留原理同时应告诉学生方法中存在的生态问题,将来应用这些方法时,化学反应要根据生态化要求重新设计。
1)对于帮助学生理解原理和学习方法的实验,应尽量选择生态化试剂,考虑产物是不是生态化,比如碱标定实验选用草酸作为基准物比邻苯二甲酸氢钾更符合生态化要求,因为前者是天然产物,它的降解产物也很容易步入自然循环中,不至于对自然生态造成破坏。
2)化学实验教学应该减少试剂用量。现在经典常量化学实验使用试剂量过多,与实际工作要求有很大差距,过高的试剂使用量也造成过多的废弃物。但是试剂减量也会带来一些问题,原来的方法可以观察到的现象可能会观察不到,原来的方法可以得到的准确数据也可能得不到了,所以经典方法的实验化学反应和观察计量用的实验仪器都要重新设计。
3)现实工作中,很多环境、医药的分析工作要分析和处理毒物和污染物,而生态化的替代试剂和方法还没有出现,决定了实验体系还不可能是生态化的。但是为了培养学生的工作能力又不得不保留这些实验方法。因此,要有标准化的防护和处理废弃物的方法。
4)经典化学实验室的设备要及时更新。应将汞温度计换成数字式的;将直接排放水的旧式回流冷凝水管换成电动循环冷凝装置,以节约大量净化过的水;要更换含有毒金属的实验设备和高耗能设备,以节约实验成本,并使实验过程更安全。
5)化学工作者要与生态学专家合作,建立化学实验室的生态评估体系,请生态学专家对化学实验室作出生态化评估|81。因为化学产业的生态化的革命是从实验室开始的,大学化学教学应该帮助学生建立这样的理念。
5小结
现在的化学教师可能是化学教育史上最为辛苦的化学教师。因为他们不仅要懂得化学的历史一经典和现代的化学科学概念的发展沿革,精通化学科学的方法一懂得理论分析、实验技术和数学与计算机的处理方法,清晰地知道化学科学在整个科学体系中的位置以及化学与自然及社会的关系,学会用经典的和现代的哲学观念去思考化学问题,还要懂得全新的教育心理学和教育方法学,懂得艺术和美学,精通获得化学资讯的方法,懂得知识产权的保护,懂得怎样把化学知识市场化等等。由于他们正处在一个化学教育理念和方法转折的时代,他们必须比以往的化学教师付出更多的劳动。