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關(guān)鍵詞:工科基礎(chǔ)化學(xué);實(shí)踐教學(xué);教學(xué)模式
中圖分類號(hào):G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2013)39-0245-03
化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,學(xué)科的發(fā)展離不開實(shí)驗(yàn),學(xué)生為了更好地理解化學(xué)的本質(zhì)也離不開實(shí)驗(yàn)。工科學(xué)生通過(guò)大學(xué)階段學(xué)習(xí),必須培養(yǎng)以下基本素質(zhì):動(dòng)手能力、觀察能力、思維能力及創(chuàng)新能力,這些能力的培養(yǎng)離不開實(shí)踐教學(xué),因此,在工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,一方面強(qiáng)調(diào)其教學(xué)的重要性,另一方面為達(dá)到其應(yīng)有的教學(xué)效果,必須在教學(xué)模式及教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行必要地教學(xué)改革,以達(dá)到教書育人的目標(biāo),適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求[1-3]。貴州大學(xué)大學(xué)化學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)我?;瘜W(xué)工程與工藝、生物工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、無(wú)機(jī)非金屬材料等專業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,雖然教學(xué)任務(wù)繁重,但在學(xué)校加強(qiáng)本科教學(xué)的大環(huán)境下進(jìn)行了大量的教學(xué)改革工作,特從以下幾方面作介紹,以達(dá)到加強(qiáng)交流,共同提高的效果。
一、加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)
為了更好地共享人力資源與實(shí)驗(yàn)資源,我校于1998年將原四大基礎(chǔ)化學(xué)教研室合并成大學(xué)化學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心,建立工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),達(dá)到資源共享,從基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)整體的層面上審視與調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與模式,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的整體性與科學(xué)性。教學(xué)是個(gè)人行為,但教育是整體行為。為了提高我校工科化學(xué)教學(xué)整體教育效果,中心積極倡導(dǎo)以下教學(xué)理念:服務(wù)意識(shí)、平等意識(shí)與創(chuàng)新意識(shí)。教育是服務(wù)型行業(yè),教師必須提高服務(wù)意識(shí)與服務(wù)能力。服務(wù)對(duì)象是學(xué)生與社會(huì),教學(xué)過(guò)程也就是服務(wù)過(guò)程,學(xué)生是我們服務(wù)的“上帝”;服務(wù)內(nèi)容:知識(shí)、見識(shí)、思想,三者中知識(shí)是著力點(diǎn),見識(shí)寓于知識(shí)之中來(lái)體現(xiàn),思想是升華,通過(guò)教師的態(tài)度與學(xué)識(shí)潛移默化,再通過(guò)學(xué)生的理解與思維加工,轉(zhuǎn)化為個(gè)人的潛質(zhì)?;诖怂枷?,必須建立新型師生關(guān)系,平等意識(shí)是其核心內(nèi)容之一,平等體現(xiàn)在兩個(gè)方面:人格平等、思想平等,具體體現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中必須相互尊重,由于教師與學(xué)生在知識(shí)量、知識(shí)結(jié)構(gòu)、人生閱歷等信息事實(shí)上的不平等,需要教師提高素養(yǎng)來(lái)平衡這種事實(shí)上不平等的關(guān)系。創(chuàng)新意識(shí)不僅是對(duì)學(xué)生的要求,同時(shí)也是對(duì)教師的要求,沒有創(chuàng)新能力,不了解創(chuàng)新潛質(zhì)的特征,怎么能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力呢?《禮記·學(xué)記》中對(duì)教與學(xué)給了很精辟的說(shuō)明:“是故學(xué)然后知不足,教然后知困。知不足然后能自反也,知困然后能自強(qiáng)也。故曰教學(xué)相長(zhǎng)也?!苯膛c學(xué)是相輔相成、對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系。中心為了提高教學(xué)質(zhì)量,積極鼓勵(lì)教師以多種方式進(jìn)行再教育學(xué)習(xí),學(xué)成后盡量提供科研條件,為教師的“學(xué)”提供場(chǎng)所,在教學(xué)中將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材,達(dá)到更有效的教學(xué)效果。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式改革
實(shí)踐教學(xué)在工科教育中是非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié),工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)一方面驗(yàn)證與重復(fù)重要理論內(nèi)容,以規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作與培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣,另一方面更重要的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力與創(chuàng)新意識(shí),以滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力相結(jié)合,理論驗(yàn)證與創(chuàng)新思維相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)新模式。基于以上對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識(shí),我們對(duì)傳統(tǒng)的課帶化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和模式進(jìn)行改革,建立分層次、分階段的三門實(shí)驗(yàn)課程,并以獨(dú)立考核的方式進(jìn)行授課;在內(nèi)容上進(jìn)行大幅度更新并縮減驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,更多的引入教師在科研項(xiàng)目中的內(nèi)容,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新。實(shí)驗(yàn)體系循序漸進(jìn)的安排,由基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)逐漸進(jìn)入小型綜合實(shí)驗(yàn),再進(jìn)入大型綜合、研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,安排充分的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí),使學(xué)生在動(dòng)手能力與創(chuàng)新意識(shí)方面得到較為全面系統(tǒng)的培養(yǎng)提高。
我校工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)階段教學(xué),以凸顯實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性、獨(dú)立性與層次感?!洞髮W(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)Ⅰ》以無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主,介紹基本實(shí)驗(yàn)操作原理與規(guī)范,數(shù)據(jù)處理基本原則,內(nèi)容自成體系,將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)融為一體;《大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)Ⅱ》以有機(jī)化學(xué)及物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主,介紹有機(jī)合成的基本知識(shí),物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)定基本原理與方法;《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ》以儀器分析的基本理論與方法為指導(dǎo),設(shè)計(jì)了綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將現(xiàn)代研究手段與開放實(shí)驗(yàn)?zāi)J较嘟Y(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的研究能力、設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力。在三門實(shí)驗(yàn)教材中,均增加了不同類型的綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了有效利用實(shí)驗(yàn)室資源,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,體現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的個(gè)性化要求,我們委托專業(yè)軟件公司開發(fā)化學(xué)實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng),目前已在實(shí)驗(yàn)課程中廣泛使用。學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)中選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)時(shí)間,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),提交預(yù)習(xí)報(bào)告與實(shí)驗(yàn)報(bào)告,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)管理的信息化?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)體現(xiàn)三個(gè)基本思想:競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、以人為本、因材施教?!案?jìng)爭(zhēng)機(jī)制”中的競(jìng)爭(zhēng)主體是教學(xué)資源,包括實(shí)踐教學(xué)的教師,實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目及教學(xué)環(huán)境與管理。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開放模式,以不局限于教學(xué)區(qū)域、教學(xué)人員及實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目方式,在學(xué)生選擇中產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,淘汰陳舊實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目,提高實(shí)踐教學(xué)教師水平,合理調(diào)配與利用區(qū)域教學(xué)資源?!耙匀藶楸尽斌w現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的人性化,同時(shí)也是教學(xué)過(guò)程中一種價(jià)值觀的潛移默化。教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生為主體,充分體現(xiàn)尊重與信任,將在教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生意想不到的教學(xué)效果,而且產(chǎn)生的社會(huì)效應(yīng)與長(zhǎng)遠(yuǎn)效應(yīng)是不可估量的。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)預(yù)約選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)J?,給學(xué)生充分學(xué)習(xí)的自由與權(quán)力,但要加強(qiáng)管理,在網(wǎng)絡(luò)預(yù)約實(shí)驗(yàn)?zāi)J较到y(tǒng)中,充分考慮高效與科學(xué)。“因材施教”是中國(guó)古代教育思想的智慧。目前大學(xué)教育中批量化生產(chǎn)模式是值得商榷的。但高校擴(kuò)招后學(xué)生數(shù)量的猛增給個(gè)性化教育帶來(lái)了影響。我們?cè)诖蠡瘜W(xué)實(shí)踐教學(xué)中,擬采取靈活的考核方式及實(shí)踐活動(dòng)的多元化,以滿足不同層次學(xué)生的成長(zhǎng)需求。如建立綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái),增加綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;鼓勵(lì)學(xué)生參加SRT計(jì)劃或參與教師科研活動(dòng),這些活動(dòng)以合理方式納入學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核體系。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式多元化
考核是教學(xué)過(guò)程中的重要手段,考核是指揮棒,引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)價(jià)值觀,從而影響到學(xué)生的專業(yè)價(jià)值觀與人生價(jià)值觀??己艘w現(xiàn)科學(xué)化,要與人才培養(yǎng)的目標(biāo)結(jié)合起來(lái),要重視學(xué)習(xí)過(guò)程,將過(guò)程考核與目標(biāo)考核結(jié)合起來(lái)??己瞬皇菫殡y學(xué)生,而是在一個(gè)大的框架或規(guī)則下讓學(xué)生有更多機(jī)會(huì)展示自己的才能與潛質(zhì)?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力的責(zé)任,為了配合此教學(xué)目標(biāo),考核方式應(yīng)該多元化。《大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)Ⅰ》及《大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)Ⅱ》均建立了科學(xué)合理的考核方式,學(xué)生平時(shí)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范及實(shí)驗(yàn)結(jié)果與報(bào)告納入平時(shí)成績(jī)的范疇,每門課程設(shè)立一個(gè)考核性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,學(xué)生從進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室到提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告整個(gè)過(guò)程都納入考核范圍,另外進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)考試,以上三個(gè)方面按照不同比例匯集成最終成績(jī)。《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ》除了與其它兩門課程考核內(nèi)容相同之外,另外增加了一個(gè)綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生可以完成規(guī)定性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,也可以自選題目,在老師同意后進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn),亦可以進(jìn)入教師科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行一段時(shí)間的協(xié)助科研活動(dòng),此過(guò)程考核不以成敗論結(jié)果,主要考核學(xué)生視野,學(xué)生協(xié)作精神與創(chuàng)新精神,更重要的是給學(xué)生機(jī)會(huì)發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。學(xué)生實(shí)驗(yàn)的考核,對(duì)于教師來(lái)說(shuō)是一個(gè)繁瑣的工作,教師的責(zé)任心是完成該項(xiàng)工作的重要保障。
四、規(guī)劃與發(fā)展
學(xué)無(wú)止境,教亦無(wú)止境。為了達(dá)到更好的實(shí)踐教學(xué)效果,我校大學(xué)化學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心從以下幾方面將進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué):
1.將每門實(shí)驗(yàn)課程中十項(xiàng)最重要基本操作列為學(xué)生必須掌握操作,并將其標(biāo)準(zhǔn)操作制作視頻,置于化學(xué)實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng),讓學(xué)生有更多機(jī)會(huì)觀摩與學(xué)習(xí);
2.建立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)平臺(tái),讓學(xué)科發(fā)展新技術(shù),新方法能及時(shí)進(jìn)入學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中來(lái);
3.綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更多與教師科研聯(lián)系起來(lái),體現(xiàn)前沿性與實(shí)用性。該項(xiàng)的實(shí)現(xiàn)與中心教師的整體科研能力發(fā)展密切相關(guān)。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:無(wú)機(jī)化學(xué);實(shí)驗(yàn)課教學(xué);改革;試驗(yàn)
【中圖分類號(hào)】G633.8
前言
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科院校實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分,不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰凸こ虒?shí)踐技能,更是啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維,創(chuàng)新能力的重要方法和途徑。無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程等工科專業(yè)學(xué)生進(jìn)校后接觸的第一門專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。但是因?yàn)楹芏嘣?,無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在這一些問題亟待解決,比如無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容多,但是給的學(xué)時(shí)很少;實(shí)驗(yàn)老師講得比較多學(xué)生動(dòng)手的時(shí)間很少。為解決以上的矛盾,培養(yǎng)出具有良好實(shí)驗(yàn)技能和綜合能力,符合社會(huì)需求的人才,無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行了以下幾個(gè)方面改革。
一、無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革試驗(yàn)的方向
首先,無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)臉課教學(xué),自成體系, 獨(dú)立于無(wú)機(jī)化學(xué)課程之外 , 自成一門基拙課秘開設(shè) , 在地位上保證了教學(xué)質(zhì)量。 其次,加強(qiáng)實(shí)臉教學(xué)的組織領(lǐng)導(dǎo)、配備專職的實(shí)臉指導(dǎo)教師 , 建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)小組,在組織上保證了教學(xué)質(zhì)量。最后,建立無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的考查和考試制度,在制度上保證了教學(xué)質(zhì)量。
無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是化學(xué)系一門重要的專業(yè)課。但多年來(lái), 該門課程一直處于無(wú)機(jī)化學(xué)課的從屬地位,所承擔(dān)的任務(wù)主要是驗(yàn)證無(wú)機(jī)化學(xué)中的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)。因此,無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué), 成了無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于沒有把無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)放在應(yīng)有的地位, 結(jié)果造成教師不愿意教、不愿意學(xué)的竭面 , 影響了無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量的提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué), 培養(yǎng)學(xué)生具有一定的獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究活動(dòng), 確定了無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的基本內(nèi)容如下:
1、實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)
目的的要求, 學(xué)生必須掌握實(shí)驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)技能包括玻璃細(xì)工、量度儀器(臺(tái)天平、分析天平、 比重計(jì)、 溫度計(jì)、 量筒、 移液管、容量瓶… ) 的使用 , 加熱 ( 水浴 、 砂浴 、 油浴 ) 、 蒸發(fā) 、過(guò)濾 ( 常壓過(guò)濾、減壓過(guò)濾、 熱過(guò)濾等 ) , 分離 ( 漏斗分離、離心分離 ) 、分餾 、 萃取、烘干、灼燒、冷卻 、結(jié)晶、滴定, 以及常用試液和試劑的配制, 儀器和裝置 , P H計(jì), 分光光度計(jì)的使用等。
2、基礎(chǔ)理論和元素化合物知識(shí)基礎(chǔ)理論和主要元素及其重要化合物的性質(zhì)、制取,是無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的主要內(nèi)容, 通過(guò)實(shí)驗(yàn), 學(xué)生可以獲得大量、生動(dòng)的感性知識(shí),因此無(wú)機(jī)化學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué),是學(xué)生獲得無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)的重要方式。其主要內(nèi)容,包括基本定律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、溶液和、膠體溶液, 反應(yīng)速度與化學(xué)平衡, 電離平衡與溶解平衡, 氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)、 絡(luò)合物, 主要元素及其重要化合物的性性質(zhì), 制取等。
二、無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革初步試驗(yàn)的步驟
1、完善實(shí)驗(yàn)課程體系
以往的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,以“理論驗(yàn)證、性質(zhì)驗(yàn)證”為主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并且每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容是固定的。這類單一驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),占用了大量的學(xué)時(shí),操作卻很簡(jiǎn)單,不但學(xué)生的操作技能得不到很好的訓(xùn)練,而且還僵化了學(xué)生的思維和動(dòng)手能力,更無(wú)從談及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.所以,針對(duì)這一情況,我們對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系和內(nèi)容進(jìn)行了一系列的調(diào)整,改變了側(cè)重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的狀況,加強(qiáng)了基本操作和常用儀器使用訓(xùn)練,增強(qiáng)了學(xué)生能力培養(yǎng)作用較大的無(wú)機(jī)制備實(shí)驗(yàn)和綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),努力使體系和內(nèi)容趨于完善和科學(xué)。
2、加強(qiáng)基本操作訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)基本操作實(shí)驗(yàn)占所開出實(shí)驗(yàn)的25%左右.對(duì)于無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的這些特點(diǎn),在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上培養(yǎng)學(xué)生操作的規(guī)范性是非常有必要的也是最基本的要求,同時(shí)也是無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中的重中之重。所以,實(shí)驗(yàn)老師將基本操作的訓(xùn)練的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)通常放在實(shí)驗(yàn)課程的前部先完成。這樣做的好處是突出操作訓(xùn)練,盡量不牽涉或者較少的牽涉無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)和原理,以便學(xué)生能夠集中精力的學(xué)習(xí)掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作。學(xué)生只有掌握好基本操作,后續(xù)課程才能順利進(jìn)行,才談得上觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析解決實(shí)際化學(xué)問題的能力的培養(yǎng)。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),新生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc大學(xué)要求的差距,較之化學(xué)理論知識(shí)的差距更大.若像以往將基本操作訓(xùn)練與化學(xué)原理相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn),勢(shì)必沖擊基本操作的掌握,學(xué)生顧此失彼,收效不大。特別是近年來(lái)學(xué)生負(fù)擔(dān)過(guò)重,預(yù)習(xí)不充分,問題尤為突出。
3、合理調(diào)整及精簡(jiǎn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)
將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比例從所占開出實(shí)驗(yàn)的80%降至33%左右。通過(guò)簡(jiǎn)單現(xiàn)象來(lái)驗(yàn)證結(jié)果,“照方抓藥”式的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多,不但不能真正發(fā)揮驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的作用,而且容易導(dǎo)致學(xué)生不能正確認(rèn)識(shí)科學(xué)的研究方法。另外,該類實(shí)驗(yàn)占用了大量的學(xué)時(shí)操作卻很簡(jiǎn)單,很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,許多學(xué)生對(duì)此類實(shí)驗(yàn)不重視,實(shí)驗(yàn)操作草草了事,收效甚微。為此,我們通過(guò)合理調(diào)整、合并及精簡(jiǎn)將此類實(shí)驗(yàn)壓縮為總學(xué)時(shí)的 33%左右。學(xué)生由過(guò)去被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí),大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也使學(xué)生的個(gè)性、特長(zhǎng)、能力有了發(fā)展的空間。初步培養(yǎng)了學(xué)生從多角度、多方位去分析和解決問題,有效地訓(xùn)練了學(xué)生的發(fā)散思維。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力意義
4、實(shí)驗(yàn)課總成績(jī)
實(shí)驗(yàn)課總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期終考核成績(jī)兩部分組成,分別占60%和40%.總成績(jī)可用下式求算:
總成績(jī) =A1+A2+A3+…+An /n×60% +B×40% 其中 A1~An 為每個(gè)實(shí)驗(yàn)的成績(jī),n為實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù),B為期終考核成績(jī).這種考核方法不僅能比較全面地評(píng)估學(xué)生對(duì)于技術(shù)操作、知識(shí)應(yīng)用以及實(shí)驗(yàn)態(tài)度的情況,而且還能夠綜合的反映出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的動(dòng)手操作能力、觀察能力以及真實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能水平,從而更好的激發(fā)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性,促進(jìn)學(xué)生能夠按照教學(xué)的要求來(lái)很好的完成每個(gè)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中得到全面良好的訓(xùn)練,達(dá)到教書育人、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。
結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐,我們深切感到以上改革的方法是可行的,也是有效的,不僅使學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析和解決問題的能力大大提高,而且學(xué)會(huì)了初步的科學(xué)研究過(guò)程,滿足了工科無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。
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【關(guān)鍵詞】化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)設(shè)計(jì);研究
初中化學(xué)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的學(xué)科,對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)剛剛接觸這門課程,難免會(huì)有一點(diǎn)不適應(yīng)。同時(shí)化學(xué)課程中的實(shí)驗(yàn)又需要學(xué)生進(jìn)行不斷的探究?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生開闊視野,拓展思路。同時(shí)也有助于化學(xué)專業(yè)概念的理解和學(xué)習(xí)?;瘜W(xué)中的實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生不斷探究,不斷提出質(zhì)疑,是一種比較直觀的教學(xué)方法。所以化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)初中新課標(biāo)化學(xué)課程來(lái)說(shuō)是十分重要的。
一、初中新課程化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)原則
1.科學(xué)性原則:對(duì)于初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō),一般實(shí)驗(yàn)注重科學(xué)性,首先要有科學(xué)的理論知識(shí)作為基礎(chǔ),其次要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作過(guò)程和步驟,最后要根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟和操作獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這個(gè)過(guò)程是非常嚴(yán)格的,都是建立在客觀事實(shí)的基礎(chǔ)上的,這樣是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的所在,化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法和觀察能力,從而提高學(xué)生的實(shí)踐能力和科學(xué)素質(zhì)。所以化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注重實(shí)驗(yàn)本身的科學(xué)性,并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的材料和器材必須是在能接受的范圍之內(nèi)的,同時(shí)實(shí)驗(yàn)的難度不能超過(guò)所學(xué)內(nèi)容。不管是探究性實(shí)驗(yàn)還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)都要保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性。
2.創(chuàng)造性原則:初中新課標(biāo)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要具備一定的創(chuàng)新性,創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟上,要有一定的新穎性。并且充分體現(xiàn)出創(chuàng)造性,不要照搬全收,在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上加入新鮮的事物,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在符合學(xué)生學(xué)習(xí)范圍和認(rèn)知程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新,讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)由易到難,循序漸進(jìn),通過(guò)創(chuàng)新性的思維讓學(xué)生接受新的知識(shí)和理念,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新思維
3.可行性原則:初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須是教材上的相關(guān)實(shí)驗(yàn),或者教材實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的升華和改革。而且化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要和平時(shí)的日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐以及先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合。但是不能超越學(xué)生的知識(shí)范圍和接受能力,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須切實(shí)可行,具備實(shí)施性,能夠保證學(xué)生能夠順利完成。
4.安全性原則:化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般都要接觸一些實(shí)驗(yàn)器材和材料,有些材料和器具是存在一定危險(xiǎn)性的。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前,教師要正確講解實(shí)驗(yàn)材料的特點(diǎn),以及實(shí)驗(yàn)器材的使用方法和注意事項(xiàng)。盡量避免使用易燃易爆和有毒性的材料和藥品,同時(shí)盡可能的設(shè)計(jì)危險(xiǎn)小的實(shí)驗(yàn),不要讓學(xué)生直接接觸材料和器材。一定要保證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的安全性。
5.趣味性原則:?jiǎn)渭兊幕瘜W(xué)理論知識(shí)教學(xué)沒有辦法讓學(xué)生直觀清晰的理解化學(xué)知識(shí),在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的同時(shí),要輔助的學(xué)習(xí)一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)要能夠完全調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,提高學(xué)生對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。所以化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要具備一定的趣味性來(lái)吸引學(xué)生的注意。也只有充滿趣味性的實(shí)驗(yàn)才能讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣,同時(shí)能夠緩沖緊張的學(xué)習(xí)帶來(lái)的壓力。
二、初中新課程化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)方法
初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般來(lái)說(shuō)可以分為探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。探究性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指將教材提供的一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行延伸和升華,改變實(shí)驗(yàn)中的某些條件,使其成為未知實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn),需要學(xué)生進(jìn)一步探究和分析思考的實(shí)驗(yàn)。探究性實(shí)驗(yàn)一般會(huì)提出問題,學(xué)生通過(guò)學(xué)過(guò)的化學(xué)專業(yè)理論知識(shí)來(lái)探索改變實(shí)驗(yàn)條件以后會(huì)得出怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。探究性實(shí)驗(yàn)主要是發(fā)揮學(xué)生的主體意識(shí),實(shí)現(xiàn)以教師為引導(dǎo)的輔助教學(xué),全面激發(fā)學(xué)生的求知欲和探究學(xué)習(xí)能力。而驗(yàn)證性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是通知、驗(yàn)證、運(yùn)用的設(shè)計(jì)模式。學(xué)生們通過(guò)具體的化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證相關(guān)的化學(xué)概念和化學(xué)結(jié)論,這種方式的化學(xué)實(shí)驗(yàn)比較死板,生搬硬套,沒有創(chuàng)新可言,步驟是提出實(shí)驗(yàn)問題、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但是可以提升學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和記憶能力。
1.探究性實(shí)驗(yàn):二氧化碳與水反應(yīng)可以生成碳酸,那么二氧化硫與水反應(yīng)會(huì)生成什么?
設(shè)計(jì)方案:
科學(xué)性原則:基于對(duì)物質(zhì)科學(xué)性分析,首先驗(yàn)證水能否使藍(lán)色石蕊試紙變色,其次驗(yàn)證二氧化硫氣體能否使干燥的藍(lán)色石蕊試紙變色,最后驗(yàn)證二氧化硫氣體能否使?jié)駶?rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅。實(shí)驗(yàn)裝置如圖:
可行性原則:二氧化硫易溶于水,酸能使?jié)駶?rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅,二氧化硫不與濃硫酸反應(yīng)。
安全性原則:裝置E的作用是吸收二氧化硫不污染空氣,二氧化硫有毒,能與堿溶液反應(yīng)生成鹽和水。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程:
1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裝置C內(nèi)石蕊試紙的顏色始終沒有變化,這說(shuō)明二氧化硫不能使干燥的藍(lán)色石蕊試紙變色,二氧化硫不能使干燥的藍(lán)色石蕊試紙變色。
2.實(shí)驗(yàn)裝置D中膠頭滴管中的蒸餾水在二氧化硫氣體生成之前滴到藍(lán)色石蕊試紙上,未見試紙顏色發(fā)生變化,當(dāng)有二氧化硫氣體通過(guò)時(shí)發(fā)現(xiàn)濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅.此現(xiàn)象說(shuō)明水不能使干燥的藍(lán)色石蕊試紙變色。
3.二氧化硫溶與水生成酸,酸能使干燥的藍(lán)色石蕊試紙變紅色。此過(guò)程中反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2+H2O=H2SO3
初中化學(xué)新課標(biāo)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)提出比較高的要求,說(shuō)明了化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)課程教學(xué)中的重要意義。所以在今后的教學(xué)過(guò)程中,教師要加大化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)力度,充分提高學(xué)生的實(shí)踐能力和操作能力,在適應(yīng)新課標(biāo)的前提下,全面提高學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)化學(xué)的綜合能力。
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關(guān)鍵詞:科研設(shè)計(jì);有機(jī)化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類號(hào):G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9132(2016)33-0017-02
DOI:10.16657/ki.issn1673-9132.2016.33.009
本文結(jié)合學(xué)生在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中存在的問題,提出了“科研設(shè)計(jì)性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)”。這類教學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力,解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)思維能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度等良好的科研素質(zhì)能起到一定的引導(dǎo)作用。
一、保證基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)操作
在課程教學(xué)內(nèi)容方面,傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是在于培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知一般的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理和知識(shí)、熟悉相應(yīng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器操作和進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的有機(jī)合成;對(duì)于學(xué)生方面的要求,傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是要求學(xué)生規(guī)范操作,培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能,積累實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),為以后進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)奠定一定的基礎(chǔ)。本文提出的科研設(shè)計(jì)性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是建立在傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)教學(xué)基礎(chǔ)上,要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前必需熟悉實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、?shí)驗(yàn)原理及特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)方案及設(shè)計(jì)要求、儀器的正確使用方法等,因此,實(shí)驗(yàn)前必須作好預(yù)備工作。在選擇基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí),不需要單獨(dú)開設(shè)基本操作實(shí)驗(yàn),而是將實(shí)驗(yàn)操作直接融入基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中,這不僅有利于讓學(xué)生更加直接體會(huì)規(guī)范的操作,而且在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤也能及時(shí)糾正。
二、增加自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
在學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上,教師可以增加自主設(shè)計(jì)型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由教師有機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況而給出題目、達(dá)到的目標(biāo)以及主要方法等,同時(shí)也要提醒設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)。自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇,不但要重視合成結(jié)果,而且要重視學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的思路以及對(duì)結(jié)果的分析手段,因而學(xué)生得到的是對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的全方位理解。這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生需要根據(jù)教師給出的提示并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案自己主動(dòng)查閱文獻(xiàn)資料,然后將所查閱到的相關(guān)文獻(xiàn)和知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握。例如,將乙酸丁酯的制備由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生設(shè)計(jì)與教材不同的合成路線,在該過(guò)程中,教師也要給予一定的建議保證實(shí)驗(yàn)的可行性。在自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,大多數(shù)同學(xué)根據(jù)設(shè)計(jì)好的方案能夠完成相應(yīng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn),但是仍有少數(shù)同學(xué)未能夠合成出目標(biāo)產(chǎn)物,因此,他們需要對(duì)自己實(shí)驗(yàn)失敗的原因進(jìn)行分析與探討以找出相關(guān)原因,這樣不僅有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也可以提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的掌握。更重要的是,這種教學(xué)提高了學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力,并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行合理有效的分析,這對(duì)于提高他們的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)興趣是非常有效的。此外,自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新的積極性,獨(dú)立工作能力、解決問題的能力和科學(xué)的思維方法具有很好的效果。因此,自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的有效環(huán)節(jié),也為他們以后從事相關(guān)的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。
三、科研設(shè)計(jì)性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
在前面自主設(shè)計(jì)性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,將教師科研項(xiàng)目融入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,有助于提高學(xué)生的科研能力。科研項(xiàng)目通常是一個(gè)交叉學(xué)科,往往會(huì)涉及多個(gè)方向,因此,將科研項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,不僅在于提高學(xué)生的探究能力和知識(shí)整合能力而且對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力也是非常有效的。對(duì)于科研設(shè)計(jì)性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇方面可涉及其他學(xué)科與有機(jī)化學(xué)相聯(lián)系的綜合性問題,如核磁共振技術(shù)、紅外光譜和拉曼光譜分析等。教師在給出課題方面應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度和廣度應(yīng)該有適度的把握,如果設(shè)計(jì)的課題太難,容易打消學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,過(guò)于簡(jiǎn)單的課題又難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,只有設(shè)計(jì)難度適中的課題,學(xué)生才能夠根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行合理設(shè)計(jì),這樣也有利于在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題后教師給予合理的指導(dǎo)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到問題要積極與教師進(jìn)行深入的交流和溝通,對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)有了充分的理解和調(diào)研才能保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。由于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)通常需要多個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn),因此學(xué)生可以采取團(tuán)隊(duì)合作,有效分工的方法。學(xué)生遇到問題可以一起討論,各抒己見,這樣他們不僅可以對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)方案和科學(xué)研究有了新的認(rèn)識(shí),還能從中提出新問題,拓寬思維,為今后從事獨(dú)立的科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外,學(xué)生直接參與到教師的科研活動(dòng)當(dāng)中,有利于改善教與學(xué)的關(guān)系,激發(fā)了學(xué)生的科研創(chuàng)新意識(shí)并把學(xué)生引入真實(shí)的科研環(huán)境中。學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中有了切身的體驗(yàn)與思考,潛移默化中提高了他們的創(chuàng)新能力。
四、增加合作與討論部分
當(dāng)學(xué)生參與到教師課題當(dāng)中后,會(huì)遇到各種各樣具體的實(shí)際問題,比如,實(shí)驗(yàn)條件的摸索,對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行表征的手段,表征儀器的使用等,這些都是從課本中難以學(xué)到的。因此,在科研設(shè)計(jì)性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生需要加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作,多與周圍同學(xué)和教師探討實(shí)驗(yàn)進(jìn)展與遇到的難題,同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)知識(shí)的自主學(xué)習(xí),這樣才能保證科研項(xiàng)目的順利完成。教師也可以定期開展相應(yīng)的課堂課程,對(duì)從事相同項(xiàng)目的學(xué)生進(jìn)行深入細(xì)致的指導(dǎo),及時(shí)幫助和督促他們實(shí)驗(yàn)工作的順利開展。
關(guān)鍵詞:交通規(guī)劃;教學(xué)實(shí)驗(yàn);系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2016)29-0241-03
一、項(xiàng)目背景
交通規(guī)劃是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于鞏固學(xué)生的理論知識(shí)體系、增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力具有重要作用。同濟(jì)大學(xué)交通學(xué)院是最早引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的交通仿真分析軟件,并用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究機(jī)構(gòu)之一。在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中,國(guó)外交通仿真分析軟件雖然起到了積極的作用,但始終存在著理論基礎(chǔ)要求高、輸入輸出過(guò)程抽象、使用方法復(fù)雜等問題,并不適合理論基礎(chǔ)仍然較為薄弱的本科學(xué)生。近兩年交通工程系開展的畢業(yè)生調(diào)研發(fā)現(xiàn),學(xué)生普遍反映應(yīng)該在本科階段課程中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、培養(yǎng)動(dòng)手能力,而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)工具有限、實(shí)驗(yàn)手段單一且使用不便。
隨著網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中逐漸開始發(fā)揮重要作用[1-3]。同時(shí),國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新不斷支持,越來(lái)越多的交通數(shù)據(jù)得以開放。因此,通過(guò)建設(shè)一套交通數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng),把不同渠道、不同類型的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、存儲(chǔ),作為虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐。再通過(guò)用戶交互界面,讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)交通數(shù)據(jù)的內(nèi)容,并結(jié)合具體課程需求引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多維度的數(shù)據(jù)挖掘分析,可以達(dá)到良好的教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果。
開發(fā)“交通規(guī)劃虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”的目標(biāo),就是針對(duì)交通工程專業(yè)本科學(xué)生(特別是低年級(jí)學(xué)生),設(shè)計(jì)一個(gè)高度圖形化、形象化、綜合性的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具。學(xué)生能夠利用這種虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具,更加“簡(jiǎn)便和直觀”地模擬交通工程專業(yè)課學(xué)習(xí)中的常見問題(如交通需求分析、交通供給分析、交通方案評(píng)價(jià)、交通狀態(tài)分析、交通行為分析等),彌補(bǔ)現(xiàn)有的交通仿真軟件在實(shí)際使用過(guò)程中理論基礎(chǔ)要求高、操作過(guò)于復(fù)雜、綜合性不夠等不足。通過(guò)開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),使學(xué)生能夠在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中及時(shí)鞏固理論知識(shí)、培養(yǎng)分析問題和解決問題的綜合技能,增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣,進(jìn)而提高其創(chuàng)新能力。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,將遵循以下原則:
1.科學(xué)規(guī)劃:針對(duì)提升實(shí)驗(yàn)效率、提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的緊迫需求,充分考慮依托GIS技術(shù),建立交通規(guī)劃虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),為提升學(xué)院實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信息化水平奠定基礎(chǔ)。
2.資源共享:充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源、數(shù)據(jù)資源和信息系統(tǒng)資源,實(shí)現(xiàn)資源的更高效、更規(guī)范、更安全、更可靠管理和共享;
3.應(yīng)用主導(dǎo):以技術(shù)和體制上的可行性為基礎(chǔ),采用主流成熟技術(shù),充分利用現(xiàn)有的可利用設(shè)備和設(shè)施。
三、系統(tǒng)功能
1.總體設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)擬將出租車、公交車、定點(diǎn)數(shù)據(jù)等多源交通數(shù)據(jù)接入虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺(tái),具體功能模塊分為數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、作業(yè)提交、作業(yè)展示(見圖1),系統(tǒng)功能流程見圖2。
2.詳細(xì)設(shè)計(jì)。
(1)數(shù)據(jù)獲取。數(shù)據(jù)獲取主要指獲取兩類數(shù)據(jù):城市GIS數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)車輛數(shù)據(jù)。系統(tǒng)初始化后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求,加載不同城市的GIS數(shù)據(jù)(見圖3)和不同類型的實(shí)驗(yàn)車輛數(shù)據(jù)(見圖4)。載入兩類數(shù)據(jù)后,可以看到城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和車輛軌跡數(shù)據(jù),為開展實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。
(2)數(shù)據(jù)展示。如上節(jié)所述,系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)后,即在系統(tǒng)界面將數(shù)據(jù)以圖形形式展示出來(lái),可直觀觀察實(shí)驗(yàn)車輛與城市道路網(wǎng)絡(luò)的空間形態(tài)。學(xué)生可設(shè)置多種條件查詢道路網(wǎng)絡(luò)的基本信息(見圖5)、實(shí)驗(yàn)車輛信息、各時(shí)段車輛軌跡信息等。對(duì)于一些外部數(shù)據(jù),例如從百度地圖下載的興趣點(diǎn)數(shù)據(jù),學(xué)生可以將其編輯到GIS數(shù)據(jù)中,并進(jìn)行自定義的分析。
(3)數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能主要包括交叉口評(píng)價(jià)、道路評(píng)價(jià)、路網(wǎng)評(píng)價(jià)。交叉口評(píng)價(jià)包含平均排隊(duì)長(zhǎng)度,交叉口擁擠度(見圖6)。道路評(píng)價(jià)包含旅行時(shí)間、路段延誤、平均速度、路段擁擠度等(見圖7)。路網(wǎng)評(píng)價(jià)包含平均速度、擁堵路段比例、擁擠指數(shù)等(見圖8)。除直接使用系統(tǒng)功能外,學(xué)生也可以直接調(diào)用原始實(shí)驗(yàn)車輛軌跡數(shù)據(jù)開展自行分析。
(4)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。學(xué)生通過(guò)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)得到的結(jié)果,可以導(dǎo)出成電子表格。學(xué)生既可以將導(dǎo)出數(shù)據(jù)作為最終結(jié)果保存,也可以將導(dǎo)出數(shù)據(jù)作為研究的中間數(shù)據(jù),繼續(xù)深入挖掘。圖9為導(dǎo)出結(jié)果示意圖。
系統(tǒng)還提供一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)站模塊,用于學(xué)生提交作業(yè)。網(wǎng)站分為三個(gè)權(quán)限:管理員、教師、學(xué)生。管理員負(fù)責(zé)賬戶分配,按學(xué)籍號(hào)分配學(xué)生權(quán)限,學(xué)生按學(xué)籍號(hào)登錄系統(tǒng),提交作業(yè)。教師登陸后可在線瀏覽學(xué)生作業(yè),對(duì)于優(yōu)秀作業(yè),可以公開,所有學(xué)生可以看到。同時(shí)設(shè)置師生交流區(qū),可以針對(duì)作業(yè)進(jìn)行交流溝通。
四、結(jié)語(yǔ)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)已成為國(guó)內(nèi)大專院校教學(xué)改革的熱點(diǎn)。教育部將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)作為“高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容,是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物”,并計(jì)劃分年度建設(shè)一批具有示范、引領(lǐng)作用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,持續(xù)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè),推動(dòng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新。本項(xiàng)目利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、理論教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者自身的思考融為一體,為交通規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有力工具,逐步實(shí)現(xiàn)交通規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式。
參考文獻(xiàn):
[1]文福安.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)教育信息化,2008,(21).