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关键词:多媒体;高分子化学;课堂教学
中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)36-155-01
高分子化学是化学、化工、材料及相关专业的一门重要的基础课,学习效果的好坏直接影响到学生实际能力的培养,随着高分子科学与其他学科的交叉渗透,高分子专业教育体系正朝着培养整体素质高、有较强的创新能力,能适应科学技术发展需要高分子专业人才的方向发展,本文通过对高分子化学课堂教学中使用多媒体的实践体会,探讨多媒体在高分子化学的课堂有效的使用方法。
一、多媒体在教学中的优势
1、信息量大,可以有效的提高教学质量
教学的任务是给学生传授丰富的知识,但传统的教学方法教学的速度慢,范围比较狭窄,课堂的信息量较少,然而使用多媒体教学可以有效的增加课堂的信息量,通过使用多媒体来充实课堂的内容,强化教学效果,丰富感知材料,使学生感受到传统教育无法实现的东西。大大提高了学生在有限的课堂时间内所接触到的知识的数量。通过多媒体教学制作高质量的课件,可以激发学生的求知欲,提高教学效果。
2、生动性好,有助于学生提高学习兴趣
多媒体技术通过对声音、图像、视频的综合处理,创造了一个图文并茂,生动逼真的教学环境,形成生动活泼的学习氛围,从而能使复杂的问题简单化,静态图像动态化跟踪演示过程,激发学生的学习兴趣,真正的改变传统的教学模式,所以适合复杂、抽象的教学内容,使学生直观的了解教师所传授的知识,激发学生的学习兴趣和求知欲。
3、共享性好,有助于合理利用教学资源
在传统的教学中,好的教学方案,由于传播和表达不变,教师间缺乏交流,在某种程度上造成了知识和经验的浪费。而多媒体教学可以长久的保存课件并通过互联网进行传播,便于老师和学生间的互相交流,实现了多媒体信息的应用和共享,改变了传统教育中资源利用率低的问题。采用多媒体教学可以改变学生的思维受时间和空间的局限,丰富了学生的知识,培养了学生的自学能力,提高教学资源的利用率。
二、多媒体在高分子化学教学中的应用
高分子化学是高分子材料专业必修的基础课,高分子化学的重点是聚合反应。同时涉及聚合物的应用、反应等方面。课堂中理论推理比较严谨,学生要掌握好理论并应用在生产实际中,这要求教师有一个合理有效的教学方法,才能让学生顺利掌握好这门课程。
1、展示实物的图片,让学生认识各种化学聚合物质
对刚接触高分子化学的这门课的学生来说,这些物质的名称对学生来说仅仅是一个符号,应用多媒体教学可以将实物介绍给学生,帮助学生记忆化合物名称和作用,可以达到事半功倍的效果。
2、利用化学软件搭建化学实验
近几年高校不断的扩招使教育经费投入不足,如果在网络中搭建实验平台,建立学生互动平台模拟实验,可以节省教学资源和场地,运用相关的软件可以让学生自己动手参与实验,学生在实际的操作中就可以掌握相关的知识,有效的提高了课堂效率。
3、模拟聚合物生产流程
高分子材料专业毕业的学生,以后多在研究部门工作。教师理论授课中要理论和实际结合,将高分子化学的理论和工业的实际生产联系起来,指导实际生产,为实际生产提供参数,如温度,催化剂用量等。对于一些复杂的生产工艺过程可以利用多媒体制作课件帮助学生理解,为以后的工作打下坚实的基础。
三、多媒体和其他教学手段并用,提高教学质量
1、选择合适的教学内容,制作课件
教学是一个个性化的过程,不同的教师有不同的思路和教学方法。可以借鉴别人的教学资料,却不能依赖于别人,学生的层次不同,对知识的接受能力不同,应该根据学生的不同需求,运用不同的教学方法,研发不同的教学课件。对学生进行因材施教。尤其要注意是要注重理论联系实际,让知识学有所用。
2、用传统的教学方法结合多媒体进行教学
运用多媒体教学是传统教学方法不可比拟的,它不但可以使教学变得生动有趣,而且还可以增加学生的学习热情,但先进的教学手段不一定产生良好的教学效果,如果能将传统的教学方法和多媒体教学联合在一起,才能让学生学得更快记得更牢。
四、合理有效利用多媒体
近几年来多媒体已经在教学中得到了广泛的应用,高分子化学理论性强,学生理解起来比较困难,教师在课堂中运用多媒体可以使抽象的问题具体化,有效的增加学生学习的兴趣和感性认识。但是在多媒体的教学中也存在一些问题。
1、讲课的节奏快,教师忙于讲解缺少和学生的沟通少,在学生没有充分预习的情况下很难跟上老师的教学思维,教学的效果比较差。
2、幻灯片内容设计不当,文字过多,重点不突出,学生不知道学习的重点是什么,不便于学生的记忆,因此教师只有合理运用多媒体并辅以传统的教学方法才能使学生对知识的接受变得容易。
五、总结
不断完善教学方法,是高分子化学课堂改革的内容之一,作为专业教师我们将深入研究,总结经验,使高分子化学的教育符合社会发展的需要,培养出高分子材料的专业技术人才。
参考文献:
关键词:高分子化学实验 实验教学 教学改革 能力培养
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)07(a)-0155-02
材料之于现代人类活动是必不可缺的,《高分子化学实验》是材料学相关专业学生必不可缺的是专业实验课程,通过该课程可以进一步强化学生对《高分子化学》课程中理论知识的理解,实现了理论与实际的有机结合,巩固和加强基础理论和基本技能。通过几年的教学实践发现,由于传统的实验都是学生按照实验指导书的步骤操作,只要按照讲义“照本宣科”,很多学生并不能主动去理解实验的目的和意义,只是完成任务,实验的现象、结果以及操作过程等,并没有给学生留下深刻记忆,这对学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力,乃至创新能力的培养都是十分不利的。所以作为教育工作者应该认识到“授人以鱼不如授人以渔”,对于实验课程,不能让学生简单的重复操作指南,更应该调动他们的学习积极性,提高学生的学习品质。这样就要求教师要对《高分子化学实验》课程进行改革和创新,不仅是从教学内容上,教学方法和手段也要更新升级。结合该专业的教学体验,做了一些尝试,取得了一定效果。
1 优化课程内容,增强实验教学趣味
高分子化学的基础实验对于刚接触的学生来说非常陌生的、全新的。通过基础性实验可以使学生对实验室仪器设备的使用和基本实验操作技术的掌握,具有很好帮助作用,使学生将理论知识从书本落实到实际,增强理论知识的直观认识。但是单纯的验证性实验只是让学生“看”不能“记”,降低了学生的学习积极性和主动性。因此,必须对基础验证性实验进行改革,使其成为综合性、设计性的实验,同时要注意内容设计的趣味性和生动性。
例如:很多学校都开设了“聚甲基丙烯酸甲酯合成(PMMA)”的实验[1],传统的教学方法,就是让学生预习实验指南,按照步骤操作做出结果即止,在实验的过程中不重视实验现象和过程的描述与分析,只考虑是否产出产品,学生很难引起兴趣。调整了实验内容,通过加入小昆虫等形成“人工琥珀”、制作特定形状的模具和定制预想的展示框等,调动学生进行实验的积极性。同时启发学生进行思考,通过查阅相关文献,比较自由基聚合以及离子聚合等机理的不同,在实验过程中掌握相关的合成原理、方法和工艺。在教学过程中,将往届学生遇到的问题在实验室投影仪中播放,如:各反应阶段气泡的形成及处理、影响等,让学生产生对照,并进行思考,采取相应的解决措施。学生和老师围绕实验产生的现象和问题进行讨论,讨论结束后老师进行总结,加深印象,并且对此次学生的实验过程进行影像存档。
2 改善教学方法,提高实验教学效果
在以往的实验课教学中,只是按照传统做法,让学生自己先预习,然后来到实验室以后进行简单说明,再让学生操作。学生很难形成直观有效理解。近几年,借助于该专业的仿真实训平台,采取了一些改革手段。每次实验开课之前,首现开设了“高分子化学实验技术讲座”,在仿真实验室,将高分子化学实验涉及的原料制备与精制、各种玻璃仪器和设备的使用、成套装置的安装过程、高分子化学几种聚合方法以及一些基本的材料性能测试过程,都通过仿真系统给学生展示,这样就能给学生奠定一个比较好的实验知识基础,保证了学生从高分子化学理论课过渡到实验课的知识结构的衔接性和完整性、针对性。同时,在指导学生实验过程中,注意积累材料。例如:每届学生做实验,在实验过程中都会出现各种各样的问题,一方面要在实验报告中体现;另外要及时保存影像,通过对比,总结出规律,使学生能够对实验现象更加深印象。高分子化学作为材料学等相关专业的基础课,为后续的课程奠定了理论基础,而高分子化学实验则是验证这一理论基础必不可缺的一环。后续课程的许多理论由于反应周期过长等原因,学生很难通过在实验室做实验来进行验证和理解,没有感性认识。对此,在高分子化学实验过程中合理引导学生对后续的课程开展感性认识,如:高分子流体的粘弹性、分级试验、结构和性能的关系等。由于实验时间有限,采取多种形式加深学生在高分子化学实验中的收获,例如:对于自选项目,建议两组学生一组做乳液聚合实验;另一组做反向乳液实验,两组同时进行,互相观察实验现象,分析问题解决问题,共同分享实验成果,可以共同形成两份实验报告,这样就提高了学生的实验能力,增加了他们的实验收获。在专业的实习基地中包括一家塑料薄膜加工企业,在进行高分子化学实验的过程中,联系企业带领学生入场参观,对整个企业的生产加工过程进行学习,这样就可以使学生对大规模的高分子材料实验加工过程有直观认识,并且回到学校实验室后通过实验进行基本的验证,对相关的现象进行分析,巩固了理论知识,调动了学生积极性。
3 科研促进教学,培养学生科研能力
在高分子化学实验的教学过程中,除了优化实验教学内容、改革教学方法以外,还要注重学生综合能力的培养,这其中对于理工科学生来说无论是就业还是继续深造,科研能力的培养是非常重要的。在高分子化学实验教学过程中,建议专业的教师利用自身的实验研究课题、实验室仪器和氛围,吸引学生参与到教师的科研项目中,一方面给研究团队注入了新鲜的血液;另一方面可以使学生在浓厚的学术氛围中得到熏陶和能力提升。学生通过参与到教师的科研项目中,可以进一步将基础实验加以提升,不仅对合成、结构分析等进一步深入,同时可以提高科技文献的阅读综合分析能力、科技论文的书写水平提高等;通过参与到科研项目中,提高了学生的学习积极性,使学生学到的实验知识和技能得到了用武之地,使学生由被动学习变为主动学习,让自身潜能得到了发挥。以教学与科研互动为教学模式,讲课内教学和课外教学形成有机的互动,形成了实验教学与教师科研的相得益彰,提高了科研仪器设备的使用效率,科研仪器为教学服务得到了大大提升,实现了实验室的科学合理的开放,提升了实验资源的共享,进一步能够开设源于科研项目的设计性实验,存进学生科研能力的培养。通过几年的实践,该专业学生中很多通过参与教师的科研项目,从而衍生出自身的一些课题想法,在教师的指导下,参与到校内外组织的“挑战杯”“创新创业项目”等竞赛,多名学生取得了好成绩,同时通过此举,很多学生发表了具有自己思路的论文,有部分学生的实验性论文在教师的指导下发表到了SCI、EI以及核心期刊上,这对学生的就业以及深造都提供了很好助力。
几年的高分子化学实验教学改革,为今后的实验教学积累了一定经验,同时也取得了阶段性的进展,学者们将继续深入研究高分子化学实验,积极探索本科实验教学方法,面向社会需求,不断丰富实验的内涵,调动学生学习的积极性和主动性,在提高学生综合能力的同时,注意可持续发展,走出不断创新之路,为培养能够服务于地方经济建设的实用型毕业生做出努力。
传统的高分子化学实验为一些经典的验证性实验,教学内容步骤标准化、模式化,学生只能被动的接收,按方抓药,无须动脑思考、分析。这种教学方式的优点是保证了实验教学的顺利进行,培养了学生基本的实验技能和熟悉实验仪器的操作,但对于学生动手能力、思考能力、团队协作能力、研究能力的培养效果甚微。这种实验教学方式不利于培养学生的科学精神、分析解决问题的能力和创新能力,且造成学生学习兴趣下降,使得实验课程“弱化”,而把大部分的时间放在了帮助学生获取知识和记忆知识上,忽略了实验课程在整个大学教育过程中的重要性和必要性。导致学生到大四毕业论文环节,则充分暴露了学生实验操作不规范、实验技能较差、实验意识薄弱、科学研究精神欠缺等缺点。很多教师已经认识到了传统实验课程的缺点和局限性,也提出了很多的教学改革方法,其中包括了研究性高分子化学实验课程。研究性高分子化学实验课程让学生参与了实验配方设计、实验的实施,实验结果的分析讨论,突出了学生作为课堂主体,教师辅助学生完成实验课程,提高课堂上教师与学生的互动,活跃了课堂气氛,激发了学生的兴趣,有利于学生深化理论知识的理解,充分锻炼动手能力、综合分析能力、科学研究能力,为学生的综合全面发展奠定坚实的基础。现有文献虽然充分论述了研究性实验的优点和作用,但尚没有文献从备课到实施、总结、详细论述研究性实验的实验方案和实施方法。张玉琦等提出了在实验课程中增设研究性实验,并结合聚合物微球乳液实验项目提出了新的实验内容,但没有详细地叙述如何设计并实施该实验。张晓云提出了将研究性实验替代基础验证性实验,并简单的介绍了《丙烯酰胺的水溶液聚合》实验的做法,也没有详细深入的分析、研究和介绍各环节的实施方法与注意事项。胡先海等详细介绍了在高分子化学实验教学中采用研究性学习需要采用的几种研究方式,并详细解读了各种研究方式的优点。但这些研究方式可能无法在一个实验中全部应用。不同的实验采用的研究方法也不同。但文献未结合某个实验详细介绍研究性实验设计及实施方案。本文根据作者理念和文献报道的关于研究性实验的理论,结合具体的高分子化学实验《有机玻璃的制备》,详细论述了该高分子化学实验如何设计成研究性实验,介绍各环节需要做的工作及其作用。
2研究性实验设计和实施
2.1实验准备
根据对研究性实验的理念和理解,从充分调动学生学习兴趣,让学生参与每一个教学环节,体现学生学习主体的目标出发,教师从软件和硬件上准备实验。对于《有机玻璃制备》实验,教师需要根据四大聚合方法之一的本体聚合理论知识,分析该实验方案中各实验参数是否可变?可变范围为多少?变化后对实验过程其他参数、实验现象、实验结果是否有影响。各实验参数之间具有一定的关联性,例如其它条件一致,反应温度降低,反应时间则会延长,或引发剂用量越低,反应时间越长。在设计实验时,需要注意到各参数之间的相互关联性。根据实验参数是否可变,修改指导书内容,将可变的实验参数空白。在上课之前,要求学生根据已学的理论知识,并查找相关文献资料,初步确定自己的实验参数。在动手做实验之间,教师和学生讨论相关参数的可行性,学生需说明采用这个数据的理由和依据。通过上述准备工作,教师能够更好地指导学生实验参数的制定,对于学生定的不合理实验参数具有一定的预测。有利于在课程中,顺利完成实验参数的探讨和设计环节。学生通过参与上述实验参数的设计,对该实验的理论知识进一步进行了复习,对实验原理把握更加准确,充分理解各原料作用和各实验参数内在含义。同时,有利于促进学生的自主学习、自主思考、独立研究能力和查阅文献等科学研究基础功底,为后续该实验的顺利开展、大四本科毕业环节的顺利进行,以及今后工作打下良好的基础。
2.2实验预演
为了使教师对不同参数下的实验进程和实验现象有一个整体的把握,教师需要对不同参数下的实验进行预演,把握各参数之间的关系,更好的指导学生实验参数的设定,并进行理论指导。但是,由于高分子化学的特殊性,实验条件存在一定的变化范围,加上可变的实验参数较多,因此,可设计出的配方数较多。在预演环节,教师不可能对所有参数的实验进行预演,为了对实验进行具有一个清晰、整体的把握,对预期的上下限参数实验进行预演,并根据实验能否进行、实验现象是否明显、实验所需时间是否在课时内,实验是否存在一定的危险性等,调整各参数的上下限范围,防止实验的不可进行和危险性实验的发生。在《有机玻璃制备》实验中,从理论分析来说,反应温度越低,引发剂用量越低,聚合反应速率越慢,当低至一定程度时,反应有可能无法进行,因此需要对低温、低引发剂条件下的实验进行预演,掌握该条件下,各步反应所需的时间和实验现象。相反,当反应温度较高,引发剂用量较多时,反应速率越快。由于该实验为放热反应,反应速率过快,会导致爆聚现象的发生,因此需要对高温、高引发剂含量的实验条件进行预演。为了对不同条件下的实验进程和实验参数有良好的把握,需要对中等条件的实验进行预演,比较低温、低引发剂,高温、高引发剂和中温、中等含量引发剂的实验进程和实验现象有何不同。根据实验预演结果、实验课时的安排、硬件条件等客观因素,修改实验参数范围,以便于更好的指导学生实验参数的设定。经过实验预演步骤,教师对各实验参数下的实验进程和实验步骤做到了心中有数,对整个实验进行能够起到良好的指导作用。
2.3学生预习
作为学习的主体,需要对整个实验内容进行预习,联系理论知识,对整个实验的操作过程和基础理论知识有一个基础的了解。并罗列操作和理论问题,方便在课堂上解决,加深对知识的理解和掌握。在提高动手能力的同时,实现理论与实践的结合。教师的一切努力,只为学生能够掌握知识,提高动手能力,锻炼学生理论联系实际,提高解决问题的科研能力。教师在力所能及的范围内,提高学生的学习积极性,但如果学生不配合,教师努力的效果就会大打折扣。因此,学生预习实验内容是非常重要的,为后续实验课程的开展奠定基础。对于《有机玻璃制备》实验,学生在预习过程中,需要做好以下几方面的内容:
(1)该实验的基本原理;
(2)实验的操作过程;
(3)操作和理论上存在的问题;
(4)根据理论知识和查阅文献,初步确定本组实验参数。这一步需要小组学生团结协作,共同确定。经过预习,学生复习了理论知识,初步掌握了实验的操作。并通过团队合作,提高了学生的协作精神,小组互通有无,共同提高。
2.4实验实施
实验的实施是整个实验课程的中心环节。优秀的实验方案设计,需要良好的实验实施才能实现最终的目的。因此,教师需要根据课时对每个环节进行细致的安排,确保实验的顺利进行以及学生对知识的掌握。根据前期的实验设计、准备、预演,实验的实施可按照以下步骤开展:
(1)教师介绍本次实验的内容,以及该实验设计的基础理论知识;
(2)从基础理论知识引出实验参数的设定,小组汇报本组实验参数及其设定理由,由同学讨论是否合适,教师引导,并最终确定参数;
(3)教师根据各组参数设定情况,有目的的引导各组学生参数的分布。尽量使各组实验参数具有一定的差异性,并具有不同的实验现象和实验结果;
(4)教师演示实验操作。对于特别需要注意的环节,则着重说明;
(5)学生操作实验;
(6)在实验实施过程中,由学生或教师提出问题,学生观察实验现象,通过理论与实际的结合,教师与学生互动探讨问题。对于《有机玻璃制备》实验过程中,可能出现的问题如下:
(1)在预聚过程中,锥形瓶为什么需要晃动?晃动频率不同,对结果是否有差异?措施:可以让一组学生尝试不晃动锥形瓶,观察现象。现象:出现爆聚。学生观察有机玻璃制备过程中的爆聚现象。解释:甲基丙烯酸甲酯聚合是一个放热反应,晃动锥形瓶主要是为了将反应热释放,并让单体流动,各处单体均匀聚合。晃动频率不同,主要影响散热及不同位置单体聚合程度的差异。晃动过慢也会出现爆聚。
(2)达到预聚的时间存在差异的原因是什么?解释:主要取决于引发剂的用量及预聚合温度。引发剂用量较多、聚合温度越高,完成预聚时间就越短。反之,时间越长。
(3)在灌模时,产生气泡的原因是什么?如何防止气泡产生?解释:由于模具三面封闭,一端开口,里面存有空气。如果竖直模具直接倒入液体,液体充满开口端,里面的空气无法排出,则容易产生气泡。措施:将模具倾斜,从模具的较低处缓慢注入,将模具里的空气从无液体的开口处缓慢赶出,液体充满模具,则无气泡。
(4)灌模后,为什么还是需要低温聚合后,再高温聚合?措施:将一组样品直接置于高温下聚合过夜,观察现象。现象:模具中的预聚体也会出现爆聚的现象,出现大量的气泡,并溢出模具。解释:预聚后体系中聚合物分子量较小,如果直接高温聚合,仍会产生爆聚。通过实验课程的实施,学生能够系统的掌握整个实验的操作及其注意事项,对不同参数带来的影响也有了感观的认识,加深了对理论知识的理解,提高了动手能力,并养成了研究比较的良好科研精神,为后续的本科毕业论文提前做好训练。
2.5总结报告
总结报告是实验课程的成果总结,反应了学生对实验操作和理论知识的掌握,是教师考察课堂教学效果的重要手段。对于研究性实验,其报告需要充分体现研究性。实验的总结报告需要包含以下几方面的内容:
(1)全班实验参数和实验数据汇总;
(2)根据各小组实验现象和实验结果差异,教师引导学生讨论,探讨差异存在的原因;
(3)以小论文的形式提交实验总结报告。锻炼学生科研写作能力,为后续的本科毕业论文和工作奠定基础。对于《有机玻璃制备》实验,可能出现的问题如下:
(1)预聚程度的控制。温度越低,引发剂越少,预聚合的时间越长;
(2)预聚程度的把握。预聚程度对后续的操作和实验具有一定的影响,预聚程度过低,倒进模具时容易漏液,预聚程度过高,太粘稠,不易倒入模具,且容易爆聚;
(3)产品出现气泡。产品出现气泡的原因可能有:a.倒入模具时未赶出气泡;b.预聚程度过低,小分子单体残留过多,小分子挥发导致气泡;
(4)产品透明度。气泡、表面光洁度对有机玻璃的透明性具有较大的影响。通过上述总结,学生学会了有机玻璃的制备,并掌握了其中的基础理论知识。并深刻理解如何控制有机玻璃产品质量,学到了理论课堂上学不到的知识,深化了理论知识,锻炼了科学研究能力。
3小结
[关键词]高分子基础教学;信息化教改设计;课程思政设计;教学诊断与反思;职业技术教育教学
受疫情影响,各大院校都面临传统线下教学模式难以开展的现状。为响应教育部的“停课不停学”的号召,维持正常教学秩序和教学计划,各院校纷纷在疫情防控期间开展在线教学和疫情后常态化教学模式改革的推广应用。化工专业领域学习课程《高分子基础》的教学也要打破传统,建立基于职教云和在线虚拟仿真操作网络平台的课程设计体系,充分利用网络课程和在线虚拟仿真操作的交互性、共享性、开放性和自主性等基本特征,开展线上线下混合式教学改革活动,并结合课程教学资源挖掘“课程思政”内涵,在润物细无声中达到德技双修的教学目标。
1《高分子基础》信息化教改的设计理念
《高分子基础》课程信息化教学改革设计理念是以就业为导向,根据行业专家对高分子化工类专业所涵盖的岗位群进行职业能力分析,以单体来源、合成方法、路线到聚合成原理、方法为主线,紧紧围绕主线的需要选择课程内容,围绕与职业活动相关的“项目”工作过程,借助信息化手段与技术展开教学,创设学习—工作情境,以职业能力分析为依据,以工作任务为载体,设定职业能力培养目标,综合考核学生的专业能力、方法能力和社会能力。
2《高分子基础》信息化教改的设计思路
《高分子基础》信息化教改的设计思路首先是要做好课程的整体设计,从设计说明,学情和教材分析,学习目标和内容、教学模式和方法设计、学习资源、企业岗位实践和考核设计等方面做好全面布局和实施计划,并根据“课程思政”教学改革工作总体目标,遵循教书育人规律和学生成长规律,明确课程育人目标、在课程整体设计中体现课程思政,挖掘思政素材。其次,教师还要在教学实施过程中精心做好每一次课的教学单元设计,优化课程单元教学方案、健全评价体系,实现红专并进。
3《高分子基础》信息化教改具体实践
3.1精选现有的网络资源,设计教学活动整体方案,优化首次单元教学。本课程的教学活动整体设计为两大模块,模块一为理论知识学习,可细分为五个教学情景,即识别聚合物与聚合反应、连锁聚合、逐步聚合、聚合物化学反应和聚合方法;模块二为高分子合成基本技术,即高分子合成仪器和装置认识学习情景,高分子合成实训基本操作。要想在有限的课时内实现行之有效的教学改革,首先需要遵循“对岗位、依规程、练操作”的课程建设理念,整体教学设计时要精选现有的网络资源,完善符合本课程特点的校本资源,并在平台上进行课程信息分类,包括课程介绍、教学标准、课程导学、单元教学设计等教学信息;教学资源包括PPT、教案、试题库以及微课视频。其次是做好首次课教学设计优化。心理学研究表明,学生的学习成绩与学习兴趣有显著相关性。首次课讲好,才能将学生的注意力抓起来,调动其学习兴趣。心理学家皮亚杰强调,在教学过程中应特别重视学习兴趣的诱发,因为认识是一种积极主动的不间断的建构活动,不断构建自身的智力和思维能力。教学的目标之一是使学生能够自发的学习,就必须创设有趣的学习情景,激发学生的好奇心和求知欲。因此,首次课对诱发学生的学习兴趣是十分重要的,值得授课者思量。在首次教学中,结合当下疫情防控中应用到的高分子材料进行介绍,再通过现实生活中高分子材料在衣、食、住、行等方面的广泛应用举例,让学生感受到本课程所教授的高分子材料的实用性和广泛性,借此消除学生对本学习领域的陌生感,进而再通过高分子界的名人逸事润物细无声进行课程思政,激发学生的学习热情。学习激情调动后,紧接着布置整体教学设计任务,以便学生积极主动配合教学,使本课程信息化教学改革起好步并开好头。3.2坚持改革创新,优化线上线下混合式教学过程。目前一次完整的单元教学设计,包括课前、课中、课后三阶段,每个阶段都必须根据本次课的教学内容进行精心设计。综合使用职教云平台资源建设、腾讯课堂直播、QQ群答疑多平台混合模式展开教学,全方位多维度达成课程教学目标。教学过程设计如图1所示:课前,教师在网络平台上传课程任务和相关课件及微课资源,做好学生自主学习的领路人;学生接受学习任务后,自主学习线上资源,完成预习任务。学生还可以充分利用平台的交互性,在课前回复里将疑问及时反馈给教师,便于教师更好地了解学生预习情况并及时调整上课内容和授课方式方法。课中,教师依据课前预习情况有的放矢的强化学生的薄弱知识点,在课堂适当的时候插入名人逸事活跃课堂气氛,吸引学生注意力并充分调动其学习兴趣,然后循序渐进,提出相关问题,引导学生深入思考。在教学中不要一味的采用“灌入”式教学,应将课中更多的时间交还给学生,开展小组合作讨论式教学,让学生更加积极主动参与教学活动,从而激发学生学习的积极性。学完一个重要知识点后,要及时进行检测,这也是检验线上线下教学成果的关键阶段。教师可以通过设计线上线下相结合的教学方案,进一步巩固知识点的学习。线上,学生按时完成平台上的讨论、提问、头脑风暴、小测验等形式的活动,教师及时批阅反馈,利用平台共享性让学生更快知道自己学习中的不足;线下,教师可采取抽查或学生互评的方式,全面地了解学生学习中可能遇到的困难,根据学生遇到的各种困难、问题和不足,有针对性的进行面对面指导。线上线下结合的方式,也将对没有按时参与并提交教学活动的学生有更好的督促作用。课后,教师及时引导学生梳理知识点,并用思维导图进行归纳总结。布置适量课后练习以巩固复习消化当堂所学的相关知识,并推送相关学习拓展资源。3.3精心设计实践教学方案,在模块二实践教学环节中引入执业操作规范,采用翻转课堂教学融入思政元素。本课程理论教学仅仅36学时,为了巩固学生的理论知识,并使学生将来就业能适应新产品研发及小试实验工作岗位,本课程还设计了为期一周26学时的集中训练实操。精选代表性实训项目,并将学生分成4~5人小组,每组派一人担任小组长,负责仿真软件教师站学员成绩检测汇报并配合教师做好实训项目预习报告检查工作。实训第一天先集中线下讲解,并选派做事认真负责的学生配合实验教辅人员做好一周实验项目的前期准备工作;然后根据抽查预习情况,将学生分成两路分别在实验室和仿真练习室进行四个实验项目实操训练和典型的聚合反应单元仿真操作,然后进行交换。两名指导教师分别下组到学生中进行实训项目实操指导,另外指导教师再根据职教云平台中反馈的学生完成提问、讨论等教学活动的情况,进行点评,并针对完成任务困难的学生,一对一指导。模块二实践教学环节设计特色之一是采用虚实结合方式完成实践性教学。即精选具有代表性的聚合合成实验和北京东方仿真公司开发的典型聚合反应单元仿真操作软件两者结合,让学生在完成实训项目工作任务的过程之中,引出该项目所涉及的相关理论知识,达到职业教育“必须,够用,实用”的教学要求。特色之二是利用往届学生仿真操作录像引领学生模仿操作,指导大多数学生初步学习练习,学习效果较高,并鼓励学生练熟后再录制下来进行展评,起到很好的示范引领和激励作用。针对个别学生操作中的问题,通过学生发起屏幕分享实施个性化指导,并通过腾讯课堂录播回看功能兼顾类似问题学生的分享指导,起到很好的教学效果。特色之三利用实践教学中聚合反应时间较长,学生搭建装置投料生产稳态监控等待结果的碎片化时间进行课程思政。再比如结合聚合物的识别任务,将高分子材料专业大赛的比赛项目之一渗透到教学任务之中;同时将高分子材料鉴别操作赛项操作规范引入实践教学任务训练之中。在培养学生专业技能的同时,也兼顾学生的职业素养,培养其求真务实、精益求精的工匠精神和踏实严谨、追求卓越、热爱劳动等优秀品质。特色之四是采用翻转课堂教学融入思政元素,将有限的专业课程教学延伸至课外,指导学生利用业余时间查阅资料,收集整理与课程教学内容相关的思政教学元素,制作项目汇报课件、轮流汇报讲课、组内点评、别组提问及教师点评。在项目汇报教学活动中实施课程思政并做好评价测评。要求教师课前深入挖掘思政素材,将任务分解到每个小组,并设计好汇报测评考评表。学习情景汇报测评表设计如下:这样学生既在查阅资料的过程中锻炼了检索、归纳、概括知识的能力,在汇报测评过程中又锻炼了语言表达能力,极大地拓宽了学生的视野,也无形中渗透了课程思政元素,培养了学生积极进取、奉献社会的情怀。
4信息化教改诊断与反思
4.1教学效果。结合时展,构建信息化教学环境,增强学生学习兴趣,提高学习效率,提升学习效果。强化课堂设计,教师不仅传递知识,更关注学生能力的培养和训练,点亮学生的心智,促进德智体美劳全面发展。从北京东方仿真公司易思在线平台上记录的学生练习典型聚合反应单元操作数据分析,全部同学经过多次反复练习后,成绩均能达到九十分以上。4.2教学反思。美国学者波斯纳提出教师成长=经验+反思。教师应从教学内容、方法、手段、顺序和效果五个方面进行反思,记录整个教学过程中的成功与失败并进行整理、分析从而进一步创新教育教学模式与方法,提高自身教学水平,为课程思政教育的开展创造前提。尤其是首次课不仅要优化教学设计,还要及时反思,因为首次课主要引导学生进入高分子世界,起入门的作用,重在培养学生学习的兴趣,使学生在轻松愉悦的情景中探索高分子世界的神奇,引导学生正确的理解高分子的概念之间的区别与联系。同时结合学习任务和背景知识进行课程施政教学,重点进行人文和环境教育渗透,对学生进行精神境界的熏陶,激发学生探索真知的热情。兴趣是最好的老师,教学活动中充分调动学生参与学习活动,突出学生主体地位,体现“做中学、做中教”;让积极参与学生带动学习不积极的,让基础好的带领基础薄弱的,这样能起到事半功倍的作用。
综上所述,通过课前、课中、课后精心的教学设计,利用智慧职教云平台和学习QQ群等信息化的手段,采用线上线下混合式教学,运用多种教学方法,充分调动学生对高分子基础课程的学习兴趣,并在润物细无声中融入思政元素,有效解决教学的重难点。这样的教学设计得到了同行和学生的一致好评,可为其他课程教学或者其他相关学科教学提供借鉴。
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关键词: 研究生培养;材料科学与工程;化学
材料是人类文明与社会进步的物质基础与先导,是实施可持续发展战略的关键;材料技术是现代高科技与新经济的三大重要组成部分,在以高科技为主要特征的知识经济时代,世界各国在产业政策、科学研究、教育与人才培养等方面都给予了材料科学重点支持、优先发展的政策。随着我国社会经济和科学技术的发展,对材料科学与工程专业人才的知识结构与实践能力提出新的要求,因此,高校材料科学与工程专业人才培养方案需要做出相应的调整,以满足社会经济发展对材料科学与工程专业人才的需求。
我国材料科学与工程教育改革迅速发展,几乎全国所有设有材料专业的院校均已不同程度地参与了材料科学与工程教育改革,借鉴欧美诸国材料科学与工程教育模式与体系,培养模式由“专业培养”向“学科培养”发展,从狭窄的专业教育向全面的素质教育转变,从钻研狭窄的单科教育向建立工程意识教育转变;同时,吸收欧美国家的“材料学科共同基础知识”作为重要的教学内容,课程设置从学科式课程向整合式课程转变,专业课程从中心地位向载体地位转变,课程内容从以学科发展为中心向以培养学生为中心转
变[1]。总体来说,我国高校材料教育正在不断打破旧的专业范围的约束,向其它专业甚至其它一级学科渗透。在这样的背景下,深化我校材料科学与工程领域人才培养方案的改革成为必然的选择。
一、国内材料与化学学科研究生培养现状分析
调研对象为国内“985”高校的材料与化学学科研究生最新培养方案,学科涵盖材料科学与工程、化学两个一级学科,材料学、材料物理与化学、材料加工工程,高分子化学与物理、应用化学五个二级学科[2]。调研结果分析表明,国内高校材料与化学学科研究生培养方案中,课程设置具有如下特点:
(1)除了政治、英语、数学等公共必修课外,课程设置的基本模式为:专业基础课+专业选修课(包括必修的学术活动、专业外语等)。
(2)专业基础课的数量少,且必修,或者提供少量课程供选择;所设课程都为各方向的基础和共性的理论、测试方法、制备技术和实验技能等。
(3)专业选修课根据各自的研究方向提供很多课程供选择。大部分学校开设的专业选修课都在10门以上,如天津大学为材料学硕士生开设了24门专业选修课;哈尔滨工业大学分别为材料科学与工程硕士生和博士生开设了35门和14门专业选修课;上海交通大学为材料学、高分子化学与物理和应用化学博士生都开设了20门专业选修课;南京大学为应用化学硕士生开设了26门专业选修课。
(4)对学术活动(读书报告、参加学术会议、听学术讲座)、前沿进展或专题研讨、外语文献阅读提出了越来越高的要求和标
准[3]。几乎所有高校都将上述课程列为必修,并对其考核标准提出了更高要求。如哈尔滨工业大学规定研究生参加跨学科学术讲座5次,并在全系范围内做学术报告2次(其中至少1次使用外文),并鼓励参加国际学术会议。
(5)各高校均倾向于按一级学科设置课程[3,4]。如中南大学、浙江大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、清华大学等均按材料科学与工程一级学科设置了硕士生和博士生的课程体系;四川大学、华东理工大学、北京理工大学、南开大学等按化学一级学科设置了高分子化学与物理、应用化学的硕士生课程体系。
(6)规定或鼓励跨学科修课,以提高综合素质,拓宽知识面和优化知识结构。
二、我校材料学科研究生培养现状分析
我校材料类人才培养源于1953年成立的哈尔滨军事工程学院“金工金相”专业,至今已有55年的办学历史。随着“哈军工”主体南迁长沙,学校原专业体系进行了相应的调整,材料类与化学类合并组建材料工程与应用化学系,先后开设了“金属材料”、“复合材料”、“军用材料工程”、“应用化学”等专业,为国家和军队培养了大批优秀的高级技术人才。
随着高新技术发展对材料科学与工程人才培养需求的变化以及国内外材料科学与工程教育改革的不断深入,我校材料学科研究生的培养现状越来越不能适应新的历史条件下国民经济发展和军队现代化建设对材料科学与工程专业高级人才的需要,突出表现在如下几个方面:
(1)按二级学科设置培养方案,与学科交叉融合的大趋势不相适应。我校材料类研究生培养按“材料学”、“材料物理与化学”、“材料加工工程”3个二级学科设置培养方案,此外,还有“高分子化学与物理”、“应用化学”、“军事化学与烟火技术”3个化学类二级学科硕士点,涉及6个二级学科,分布在“材料科学与工程”、“化学”、“化学工程与技术”、“兵器科学与技术”4个一级学科中。而近年来,随着我校材料学科与化学学科相互交叉融合,逐渐形成了以化学基本原理为学科基础,材料工程为专业方向的特色学科体系,涵盖结构材料(耐高温与轻质复合材料)、功能材料(光电功能材料)、材料化学(电池能源材料)、军事化学(含能推进材料)4个特色学科方向。上述6个二级学科交叉融合于这4个特色学科方向中,且各二级学科间的界限逐渐模糊,如结构材料方向不仅具有“材料学”的学科属性,还具有“材料加工工程”与“高分子化学与物理”的部分学科属性。因此,这种按二级学科设置的研究生培养模式不再代表我校材料学科特色学科方向发展。
(2)专业方向划分过细,不利于教学资源的合理配置。我校材料与化学类6个二级学科硕士点涉及的研究生培养专业方向达19个,而每年的招生规模小于40人(2008级博士研究生13人,硕士研究生25),并且培养规模有逐年减少的趋势,这样每个专业方向年招生规模在2人左右。这必然带来两个方面的弊端:一是要开设数量众多的专业课程(如每个专业方向开设1~2门专业课程,则专业课程的数量达38门之多),而听课的学员可能只有1~2人,这既加重了教员的负担,又浪费了日益紧缺的教学资源;二是过多的专业方向不利于教学条件的建设。
(3)课程体系不够优化,不能满足跨学科培养的需求。我校自2004年开始暂停“军用材料工程”专业的本科招生计划,而材料学科又是我校的优势学科,所以本校“应用化学”专业的本科生绝大多数选择报考材料类研究生,呈现较普遍的跨学科培养现象。应用化学专业的本科生由于材料科学基础理论知识缺乏,必然会影响其研究生阶段的课程学习与后续的论文研究,而在培养方案的课程设置中并没有将材料学科共同基础知识作为主要的教学内容,反而是各类专业课程处于中心地位,这必然会制约人才培养的质量。此外,在课程设置中过于重视理论教学,而忽视了实践性课程教学,不利于学员创新思维与动手能力的培养。
三、我校材料科学与工程研究生培养方案的改革
在全国材料科学与工程教育改革的大趋势下,为了适应新的历史条件下国防和军队现代化建设对材料类专业高级人才的需要,结合我校材料学科与化学学科交叉融合的学科特点,开展材料科学与工程研究生培养的改革,包括人才培养模式、课程体系、实践性教学环节等内容。主要工作体现在如下几个方面:
(1)突破学科界限,按一级学科组织人才培养。顺应国内外材料科学人才培养改革的主流,突破材料与化学学科界限,按一级学科的模式组织人才培养,不再按二级学科进行区分,而是按“大材料”的思想,下设“结构材料”、“功能材料”、“材料化学”、“军事化学”4个特色学科方向。在课程设置上,摒弃材料与化学相互独立的模式,跨材料科学与工程和化学两个一级学科设置课程体系,将材料与化学共性的基础理论作为基础课程的主体,突显材料与化学的交叉融合。具体课程体系结构如表1所示。
上述课程体系的构建是基于材料与化学学科的内在关联性,将化学定位于材料的基础学科,而材料学科定位于化学学科的工程化方向之一。因此,材料与化学类研究生完全可以采取大学科群培养模式,跨材料和化学两个一级学科设置课程体系,完全打通材料与化学课程,不再区分学科门类。这种培养模式虽然在国内同类高校中还不曾采用,是一种培养模式的创新;但和国内众多重点高校鼓励研究生跨一级学科选修课程的精神是相符的。因此,材料与化学大学科研究生培养模式应该是一种有益学科融合,增强研究生学科基础知识的不错选择。
(2)优化课程体系,强化实践性教学环节。按照学科知识体系优化设计研究生课程,课程体系和内容的设计力争做到体现学科内涵、学科基础和学科前沿。在专业课程设置上,大幅压缩专业课程数量,有针对性地开设高水平专业课程,实现专业课程从中心地位向载体地位转变。〖JP2〗如表1所示,每个学科方向限设专业课程3~4门,且可以跨学科方向选修。在教学内容的编排上,充分考虑“复杂电磁环境”等信息化条件下联合作战的重大需求,用科学技术进步、军事训练和武器装备发展的最新成果充实更新教学内容,如将《功能材料》课程改造成《信息功能材料学》,增设《伪装隐身技术》、《生物材料学》、《含能材料性能计算原理》等课程。〖JP〗
在实践性教学环节方面,注重研究生动手能力的培养,除开设大量的课程实验外,还增加了《高等合成化学实验》和《材料制备实验》2门实验课程。在实验内容的选取上紧密结合我校科研特色,如聚碳硅烷制备与有机硅树脂合成实验、C/SiC复合材料制备与聚合物复合材料构件制备实验、功能陶瓷材料制备与性能表征实验等。这不仅培养了研究生综合应用所学知识解决实际问题的能力和创新精神,而且使研究生提前熟悉科研设备,对后续科研工作的开展也是大有裨益的。
(3)强调自学和研讨,强化研究生学术活动。突出强调研究生的自学能力,要求研究生参加各种学术研讨活动,且明确参加学术会议、学术讲座、专题研讨等学术交流活动的等级和次数要求,如博士研究生必须参加不少于20次(硕士研究生为10次)的学术交流活动(其中至少有4次为跨学科交流活动),本人至少主讲3次。至少应参加一次国际学术会议或全国性高水平学术会议并。并要在参加每次学术交流活动后,撰写不少于500字的总结报告。同时强化研究生文献查阅能力,明确要求博士研究生在开题报告前应至少全文阅读相关技术文献资料80篇(硕士研究生为50篇),其中外文文献资料不少于阅读总量的1/2,达到熟练的文献检索和综述能力,能够对文献进行分析总结,提出该研究方向的发展动态和发展潜力以及需要进一步研究的关键问题,并写出不少于7000字的文献综述报告。
四、结束语
我校材料科学与工程学科通过本轮人才培养方案的改革,基本理顺了人才培养与学科建设的关系,达到了更新人才培养观念、优化课程体系、改善创新环境与增强自主学习之目的。但人才培养的改革是一项长期的工作,需要持续不断地创新与实践,才能永保人才培养方案的科学性与时代性。
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摘要:《高分子纳米材料》是我校高分子材料专业开设的一门专业选修课。在分析了课程的目的、特点和教学存在问题的基础上,详细阐述了运用视频课程、颠倒课堂、电子产品辅助教学等多元化教学手段,实现本课程的教学改革。
关键词:高分子纳米材;教学改革;颠倒课堂
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)49-0080-03
一、引言
纳米科学与技术是20世纪80年代末期兴起的,经过三十多年的发展,纳米技术已逐步迈出实验室走向市场,其商业化应用在全球范围内迅速展开。全世界都认识到,纳米技术将引起新一轮的产业变革,未来拥有并掌握纳米技术及其应用的国家将更具备核心竞争力。纳米材料科学是涉及到凝聚态物理、胶体化学以及材料的表面和界面等多门学科的交叉科学,而高分子纳米材料同样是涉及高度交叉的综合性学。纳米结构的聚合物材料由于尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应使材料具有独特的性能而在机械、光、电、磁、微处理器件、药物控释、环境保护、纳米反应器及生物化学等方面具有广阔的应用前景[1],从而掀起了对纳米结构聚合物材料研究的热潮。在纳米科技迅速发展的大背景下,很多高校的材料专业开设了“纳米材料”或“纳米技术”相关课程[2-3]。但据作者所知,江南大学是少数对高分子材料专业开设《高分子纳米材料》课程的高校之一,笔者结合自己的授课经验以及《高分子纳米材料》课程的特点,从其现在面临的题及采用多元化教学手段等方面研究探索该课程的教学改革。
二、课程特点及现有问题
《高分子纳米材料》课程介绍高分子纳米材料的独特性能、制备方法,并将其和学科发展前沿联系起来,主要教学内容侧重如下几个方面:(1)高分子纳米材料的基础知识(包括基本效应、特殊性质);(2)高分子纳米材料的制备方法;(3)高分子纳米材料的表征方法;(4)特殊功能的纳米材料(如高分子纳米复合材料、高分子纳米涂料、生物医用高分子纳米材料、光/电/磁性高分子纳米材料、超疏水/疏油(双疏)性高分子纳米材料);(5)高分子纳米材料的应用及生物安全性问题。涉及较多的应用研究型内容、既有理论又有实践,强调理论和实践的结合,且课程的知识点较多,知识的交叉性强。
本课程的开设旨在为具有高分子材料与工程学科背景的学生增加纳米科学及技术的基础知识。通过学习本课程,学生对高分子纳米材料的发展趋势和研究热点有了很深的理解,涉猎了未来高分子纳米材料的重大学科领域。学生的创新思维以及能力得到了不同程度的提升。
作为典型的交叉学科,《高分子纳米材料》课程的教学具有一定的难度。首先,课程内容涉及知识面广,该课程主要解决以下问题:“什么是纳米技术”、“怎么制备高分子纳米材料”、“高分子纳米材料的特殊功能”等,而特殊功能性就包括了光/电/磁性、pH/温度响应性、超双疏性等多部分内容。因此难于在有限的课堂教学时间内全面系统地深入介绍学科内容,容易导致没有节制的填鸭式教学,使学生无法在短时间内消化,影响后续课程的学习。如何准确把握课程的基础理论框架,引导学生开展自主学习,是授课教师在设计课程内容时需要解决的重要问题。其次,课程内容前沿性强,知识更新速度快,研究热点不断变化,新的研究方向与研究成果层出不穷。这就需要授课教师投入更多的时间和精力纵览多个学科的发展,以便能够站在学科的前沿引领学生去认知和创新性思考。再次,内容抽象,尽管纳米材料这门课较新,学生们兴趣较高,但在讲授过程中缺乏实物,无法为学生带来更直观的感觉,从而影响了学生进行独立的思考、个性思维的发展和创新能力的培养。
三、课程教学手段改革
为提高课堂教学质量,提高学生的综合能力,以使学生成为适应社会发展需要的复合型人才,教师必须转变教学理念,激发学生的学习兴趣、主动性、积极性[4]。
(一)课堂多样化教学法
传统教学方式中,老师在课堂上满堂灌,使学生缺乏思考,觉得学习枯燥无味,丧失学习激情。因此,应结合不同的教学内容,授课教师运用“提问式”、“讨论式”等方式方法结合起来讲授,注重与学生的互动。对于理论性较强的内容,多采用图片形式展示,如结合Photo Shop、AutoCAD等绘图软件制作一些多媒体教学课件,根据需要进行拆分和组合讲解,增强学生的直观认识,达到传统教学手段无可达到的演示效果。同时,注重语言的深入浅出,或理论联系实际,如在介绍超双疏高分子纳米材料部分课程时,从自然界中的荷叶效应开始解释,说明荷叶结构与性能关系,从而引入超双疏高分子纳米材料,在快速理解的同时,激发学生的学习热情和投身其研究的兴趣。
视频课件内容丰富、信息量大,教师可以制作或下载相关教学视频,引入更多与课程相关的新知识、新技术和新成果。如介绍生物医用高分子纳米材料在药物缓释领域的应用时,纳米材料怎样进入体内病变部位,怎么靶向、释放药物,达到治疗的效果,如果没有视频,学生很难理解、很难想象;而通过视频将其原理、过程更直观、更形象的展现在学生面前,让学生更容易、更有兴趣地去学习并掌握知识点。
另外,对于相关制备技术与创新应用方面,则要重视启发――探究式的教学,注重理论联系实际以及学生创新思维和能力的培养,比如对于高分子纳米材料的测试表征手段的教学,教师可以结合实验教学,带领学生参观所学习的相关仪器设备,动手操作仪器,这样既可以提高学生的学习兴趣,又可以巩固所学的理论知识,其实践能力也可以得到培养。
(二)颠倒课堂教学法
颠倒课堂教学法坚持“以学生为中心”的教学理念,借助于信息技术在时空上颠倒传统教学中教师的知识传授与学生的知识内化过程,让学生可以在家或课外通过观看教学教案、教学视频中教师的讲解,自主完成对新知识的学习,课堂上教师通过设计一些真实的问题情境,组织学生协作探究解决问题的方法,而学生可以通过与教师、同伴的交流讨论,实现对知识的吸收与深化[5]。颠倒课堂在国外已经取得了较好的效果,而在国内还鲜少尝试。
在《高分子纳米材料》课程中,可以根据需要有选择的对部分教学内容进行颠倒课堂。我们根据前期对学生的调查,学生们一致对生物医用高分子纳米材料非常感兴趣,有很多的问题想了解,如果还是以传统法教学,则无法较好的和他们讨论、回答他们问题,无法满足他们的好奇心。因而,在进行这部分内容教学时,可以采用颠倒课堂的方式。首先在班级的微信群或QQ群里上传教学PPT及相关视频,学生通过学习后,对生物医用高分子纳米材料的发展概况、基本知识、结构设计有了一定的了解;在课堂上,学生先提出问题,分组交流讨论、教师参与讨论;教师最后再补充知识、总结学生问题的基础上,再设计问题让学生深入思考,解决问题。
(三)教学与科学研究复合的教学法
为培养学生应用所学的知识解决实际问题的能力,教师可以将教学与科学研究进行复合。如结合教师们的课题,把最新的科研成果有机地融入课堂教学中,为学生讲解具体的高分子纳米材料制备及性能研究,并让其参与其中,将研究的样品实际展示给学生,调动学生兴趣,突出高分子纳米材料的趣味性、理论性、科学研究性和前瞻性,并加强学生的自主创新意识和科研能力。
另外,邀请国内外高分子纳米材料专家做专题报告和前沿讲座,使学生能够及时了解前沿技术与l展动态;结合教学内容,提出本学科的研究热点问题,与课堂讨论相结合,不仅增强了师生间的互动、活跃了课堂氛围。
(四)借助智能电子产品建立学习平台
21世纪以来,各类高大上的电子产品,如iPad、手机等已成为年轻人须臾不可离的随身之物,这类电子产品极大的分散了学生上课的注意力及降低了学生对学习的兴趣和主动性,因而一直不被教师、家长看好,将之拒于学校与课堂大门之外。然而,随着数字校园向智慧校园的迈进,手机的这种应用及趋势只会越来越频繁,全面禁止大学生在教学过程中接触手机只会适得其反。因此,应顺应学生的心意,改革和完善现行教学方式,在课堂教学、课后练习中有效利用智能电子产品,使其成为辅助教学的良好工具[6]。
在《高分子纳米材料》课程教学中,我们建立了班级QQ群、微信群,通过群平台进行信息、专题讨论、资源共享等,有利于及时消息、正确引导学生、掌握学生动态。教师对根据学生的学习能力、反馈信息,提供个性化的教学要求和实施目标。
微信公众号平台经常相关的知识、发展动向、微课等内容,这是一个可以让学生在课后补充学习的平台。因而,要求学生关注如“纳米人”、“高分子科学前沿”等公众号,认真学习和掌握高分子纳米材料的发展动向。同时,智能手机中的一些APP也对我们课程有很好的帮助,如ACS Mobile、RSC Mobile等,旗下杂志一有新的研究进展及时更新至APP中,让学生更及时了解高分子纳米材料的研究动态与最新成果。
四、结束语
作为本世纪最瞩目的前沿科技研究热点之一,高分子纳米材料也取得了长足发展,很多新的高分子纳米材料产品如高分子纳米涂层、高分子复合材料、药物缓释纳米材料等从实验室走向实际应用,成为保障人类生活和工业发展的重要基础。《高分子纳米材料》课程教学内容的选择要充分考虑到广度和深度的统一、基础和前沿的兼顾、新旧内容的衔接、理论联系实际、巧用电子产品的资源等多个方面。在整个教学过程中,学习者表现较积极,能主动发言并积极参与讨论,各个小组的汇报效果也较好,能够激发学习者的学习兴趣,培养学生创新意识及创新能力。
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祖国在不久的将来就会有自己的原子能发电站。接着原子能和原子核技术的运用,就会广泛地渗入到每一种祖国的建设事业。
原子能对我们的生活和建设将起什么样的巨大影响呢?
首先我们将看到清洁无垢的工业城市更普遍地建立起来,这些工业城市里没有烟卤,无需每天由火车供应着大量的煤。电力便宜了,因此,原来不用电力的工作也逐步把它变成用电力来工作。我们将生活在电炉,电热,电斗,电的洗衣机的圈子里面。在冬天无需要火炉,在日常无需用煤球烧饭,这将给生活带来极大的改善条件。
有了廉价的电力以后,工业的许多部门也将有许多改变。我们将见到电解工业有很大的发展,从海水中将可能得到大量的廉价的矿物肥料、苏打、硫酸钠、镁等。电冶、电焊的工业将获得更大量的发展。许多稍有的金属,将会期始大量生产,我们将有一系列的工作,来研究如何运用这些古怪的金属和合金。
我们将进一步研究原子能的更有效的使用,原子堆将能做得越来越小,我们于是就可以用原子能代替煤来驱动火车,那时火车的运输能力将大大提高,至少可以不必再用上运输力量来运送自己的燃料煤。火车也将非常清洁,开了窗不必害怕有煤粒子飞进你的眼睛。如果把原子堆做得更小时,我们就有可能用它来代替汽油,汽油给我们带来了汽车,我们到那时就可以有原子能驾驶的原子车。原子车的优点将是能走远路无需加燃料,这对于康藏公路将是非常合适的。
原子动力和其他的动力不同,它的运用无需氧气。这就给我们离开地球,进行星际旅行的可能。火星上究竟有没有高级的动物,有没有比地球上更高度的科学和文化,到那时候,就可以见分晓了。
假如我们能把热核子反应的大量过程加以控制,而使它一步一步地进行,则我们就有可能使北方的城市地区常年如春,就有可能开发极北地区,甚至有可能在需要的地区,使夜晚变成白昼。
原子爆炸的能力,将大大地加快我们改造地面面貌的能力。我们将有可能炸开秦岭使汉水改流入黄河,这样既免除了长江中游五月的水汛,同时又使黄河渡过了五月的涸期。同样,我们的地理学家将有可能研究怎样引水灌溉戈壁沙漠,打开运河的交通了。
原子能工业的发展将给我们带来一系列的新问题:新的原子材料的冶炼问题,原子能工业所需的重水,炭精和其他金属材料的高度纯粹的炼制问题,高压高热的工业问题,高度的自动化生产问题等。
原子核技术将为工业上,农业上,医学上广泛地利用着。在以往所不能进行的工作,将获得原子核技术的帮助而发展起来。我们将见到在农业上有一系列的新的品种发现,这些品种都是由各种各样的同位素放射性处理而造成的。我们将会发现动物植物及生命界的许多的新的过程,这些过程是由放射性同位素的帮助才能发现。
原子能的发现使人类获得了在以前实验室里无法获得的高温和高压。这为我们打开了高温高压的科学的大门。我们从此将有可能研究岩石的形成,研究岩浆成矿与沉淀成矿作用的规律。在实验室里将有可能制造地壳内部的物理情况,来研究地球物理的许多现象。这些问题都是探矿研究和地震预报所不可缺少的部分。
在目前,原子能的主要燃料是铀或钍,但是有没有可能从其他的重原子来获得原子能呢?有没有其他更有效的原子能获得的办法呢?这有待原子核物理的进一步的发展,原子核物理虽然已经经过了五六十年的历皮,但是最主要的问题,原子核中基本粒子究竟是怎样集合在一起的问题,还没有解决,这个问题的解决,将给人类带来更巨大的进步和繁荣。
科学上的问题,是无穷无尽的。它的丰富内容真需要我们青年付出最大精力去钻研去创造。除了原子能的问题以外,有许多重大的问题,是和人类的生活,祖国的建设密切有关的。我们也应该去解决。譬如地球的内部究竟是什么?水果上能不能住人?我们究竟能活多长?人类怎样来战胜细菌的袭掣?我们还有不少疾病还无法医治,怎样征服衰老和精神的疲惫?
我们科学家在高分子化学上的工作才只是刚刚开始,这些复杂的化合物和生活物质之间是怎样过渡的?我们已经能在工厂里生产人造橡胶,人造皮革了,但是我们还不能生产木材,还不能生死蛋白质。现在高分子化学给我们很多乐观的微象,我们肯定地业已进到制造“生活物质”的边缘了。
但是“生活物质”的发生和形成的过程,一定和各种物理因素的影响有密切关系。各种形式的能对于生命机体的影响,如各种射
线、超声波、超短波及其他物理因素对生物的作用等,都是一回很更要的问题。因此“生物物理”和“生物化学”在今日同样地是一种新与的科学。
另一方面,我们人类还要克服巨大的天灾,如地震、风暴等,这些都有待科学的巨大努力。
我们在技术方面,也还有无穷无尽的工作要做!一切机械要进一步的自动化和电气化,许多工业要求生产过程整个的自动化。我们在生产上要求有更大型的机器,一掘几百吨的掘土机,能生产巨大树械部件的各种车床。要求要比钻石还要坚硬的材料,比耐火砖还要耐热的高温物质,比钨还要更难熔化、比橡皮还要富有弹性的东西。尤其重要的,要又轻又硬又耐高热的各种材料。
假如有人能想出不要电线输送力能的方法,那便将给人类带来更多的幸福。到那时我们人类就有可能真正以人为单位飞翔天空,就好像在地上行走一样。当然我们也希望有一天能在地下银行。
制药工程:搭建健康的防火墙
湖南理工学院 石绘敏
主干课程:化学、生物工程
化学,so easy!
制药工程专业是一个由化学、药学(中药学)和工程学交叉的工科类专业。在大学期间,你能学到的专业课涉及四大基础化学、药学的相关知识以及一些基础实验,如:无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、制药工程、药物化学、生物化学、药物分析、药物合成、制药工艺学、药理学、天然药物化学、制剂设备与车间设计等课程,以及化学基础实验、制药工程专业实验等。大家可不要先被这么多陌生的名称吓倒,因为他们将伴随你大学四年的光阴。
想必大家从制药工程专业的课程设置中也能看出化学对于本专业的重要性,制药工程专业的所有专业课程与实验都是基于化学之上的,若你在高中时已对化学学习兴趣缺缺,那么高考后执意选择制药工程专业的话,将会使你的大学学习变得枯燥无味并且举步维艰。当然,也不排除你的化学成绩不出众,却对于学习化学兴致极高,那么你不必担心自己化学功底不好而不能学习制药工程专业,只要你感兴趣,大学有大把的时间让你去弥补自己的缺陷,毕竟兴趣是成就一番事业的动力之源嘛。
体验自己动手的奇妙
初、高中时,我学习化学的动力仅止于万般奇妙的化学实验,不过由于实验设施有限,那时做实验的次数屈指可数。上大学以后就不一样了,毕竟制药工程专业的重点在于“制药”,它对我们的动手能力当然要求极高!因此,我们专业每个学生都有自己的实验台、实验服。进入实验室时都要穿戴整齐,统一着装。在我们学校大一第一学期时,老师会教我们基本的实验常识、简单的实验操作方法以及仪器使用方法等。大三时,学校开设了专业课实验,比如片剂、胶囊剂、颗粒剂的制作等。不过需要提醒大家注意的是,有机化学的试验可能会产生一些对身体有害的气体,大家在进入实验室前一定要做好防护措施。在大三下学期的时候,我们就有机会去药厂亲身体验制药的过程,去药厂的实习让我真正感受到了什么是企业化大生产。当然进入制剂车间时每个人都要全面“武装”(高度洁净,整体消毒),车间的仪器基本上都是全自动或半自动高速运转的,每个厂房也都有自己的净化处理系统,这些都是为提供车间内洁净的环境而设置的。
找到自己的Mr.Right!
制药工程专业的就业面是很广的,如果你天生心思细腻,可以成为一名药品质检化验人员;倘若你非常健谈,乐于与大家交流,那么可以从事药品营销工作,它也许比研究工作适合你;如果你天生具有领导能力,那以后逐步走上药物生产技术管理的岗位也是一个很好的选择;如果你是一个热爱科学研究的人,也可以和我一样选择继续读研,以后就有机会在药厂、大学、研究所的研究部门从事药物研发工作。随着人们生活水平的日益提高,大家对食疗保健越采越重视,因此,新兴的职业如营养师也是一个不错的选择。以上这些只是蒸蒸日上的制药工程专业就业范围的冰山一角,如果你结束了本科学习后希望进入其他领域进行深造,还可以选择报考生命科学、生物技术、药学及相关专业的研究生。怎么样,找到你的“Mr.Right”了吗?
拥有制药工程专业国家特色专业院校名单:华东理工大学、天津大学、广州中医药大学、辽宁医科大学、吉林大学、哈尔滨商业大学、河北科技大学、浙江工业大学、合肥工业大学、江南大学、四川大学、山东中医药大学、佳木斯大学、石家庄学院。
高分子材料与工程:“高材”生的美丽人生
西安工程大学 张晓娟
主干课程;化学、材料科学与工程
从迷茫到成长
凭借高三时,对化学的浓厚兴趣和恋恋不舍之情,高考后我选择了高分子材料与工程专业,成为了名副其实的“高材生”。大一时和大多数同学一样,迷茫而没有方向,最重要的是学校的安排竟迟迟不让我和化学见面,更多地是学习一些公共课程与高数等基础课程,专业课程反倒接触很少。熬到了大二,终于得到了专业课程的“青睐”。不得不慨叹高分子材料与工程专业家族的无比庞大!无机化学、有机化学、分析化学、物理化学是最基本的,最让高分子材料与工程专业学子头痛的是高分子化学课和高分子物理课,好一个有机、物理、化学、大分子的大杂烩j在这些大杂烩中我几度茫茫然不知所谓,不过凭借着自己在高中时深厚的化学功底,我还是挺过了最初的“入门难”。
大三、大四忙碌过后,我选择了考研,这不是盲目的抉择,而是一个重要的转折点。对于一个准考研族来说,最重要的是认清自己,如果你喜欢科研、喜欢用实验验证自己的理论创新、喜欢搞学术、愿意去深造自己,那么你可以考虑。并且你要做好备考期间每天都得披星戴月的准备,做好同一切不利于学习的诱惑说拜拜的准备,最重要的是你要做好攻克高数、英语这两大难关的准备。而我身边的人,也都常穿着实验服(容许我叫它白大褂)与正装。奔波于实验室和招聘会之间,乐此不疲。
作出人生的抉择
提到高分子材料与工程专业的就业,可谓天地广阔,可以在高分子材料和高分子复合材料成型加工、高分子合成、化学纤维、新型建筑装饰材料、现代喷涂与包装材料、汽车、家用电器、电子电器、航空航天等企业从事设计、新成品开发、生产管理、市场营销、质量检测及贸易部门工作;也可以到高等学校、科研单位从事科学研究与教学工作;还可以到政府部门从事行政管理、质量监督等工作。由于专业的择业面比较宽,适应性强,所以本专业男生也更倾向于在石油化工、勘探设计、生物医药等领域工作,就业单位也遍及政府机关、国有企事业单位、外资企业及高新技术企业。
有人说:大学一年级往往“不知道自己不知道”,大学二年级就进了一步“知道自己不知道”,大学三年级时“不知道自己知道”,大学四年级“知道自己知道”。站在大四毕业的边沿,除了知道本专业的水有多深之外,我更看到了自己的未来会有多灿烂。不是浮夸,这些都是高分子材料与工程专业所赋予我的,无论是以后从事热门材料研究、开发,或是从事材料采购,还是从事新型功能材料的复合。探索科学在生活中的奥秘。这些都离不开本专业的学子。
拥有高分子科学与工程专业国家特色专业院校名单:北京化工大学、浙江大学、哈尔滨理工大学、华东理工大学、青岛科技大学、四川大学、长春工业大学、东华大学、华南理工大学、吉林大学、河北工业大学、湖北大学、武汉工程大学、大连理工大学、沈阳化工大学、江苏工业学院、北京服装学院、郑州轻工业学院。
药学:用良心度量价值
兰州大学 安小丽
主干课程:化学、药学
人才好,药才好!
药学是一门基于化学、物理学、生物学、解剖学和生理学的科学,并且对化学的要求较高。它是一门综合性的专业,运用现代科学理论和科学技术研究新药的设计与开发、适宜的用药途径和形式,以及临床用药的合理性。药学专业的课程主要有:有机化学、分析化学、生物化学、物理化学、微生物与免疫学、人体解剖生理学、药用植物学、药物化学、药剂学、药理学、药物分析、生药学、天然药物化学、药事管理学。因为是西药,药物的研发设计阶段都与化学息息相关,所以如果对化学感兴趣、擅长化学的同学,可以考虑这个专业。
药学专业的学生需要学习药学各主要分支学科的基本理论和基本知识,受到药学实验方法和技能的基本训练,具有药物制备、质量控制评价及指导合理用药的基本能力。本专业的目标是培养能在药品研究与开发领域从事鉴定、药物设计、一般药物制剂与药品生产、检验、流通、使用及临床合理用药等方面工作的高级科学技术人才。
方向多,找准定位才是极好的
药学专业的方向很多,具体可以分为药理学、药剂学、药物化学、药物分析、天然药物化学、生物制药等方面。中国药科大学在大三就开始分方向,而像我们兰州大学在大学期间不分方向,在考研时才选择方向。每个学校的情况不大一样,但我认为还是细分方向较好,毕竟专于一门才会精于一门。
药学专业的毕业生一般不做主治医生,但也有医学生最基本的要求,那就是很强的责任心和道德感。本专业的就业方向还是十分广阔的,与药学相关的各个领域,像药品研究开发部门、生产部门、管理部门、营销及使用部门,都需要药学专业的毕业生。具体来说,毕业生遍布高校、科研院所、药厂、医药公司、国家药品管理机关、医院等单位,因而,社会对药学毕业生的需求量还是比较大的。因为就业范围广,所以工作性质也就千差万别,大家可根据自己的喜好、自身条件、外界条件选择自己将来的职业。但是客观来说,药学本科毕业生刚出校门,收入状况不是非常好,不过如果有了一定的经验,好薪酬也会随之而来。
自己的路,只选对的
药学本科毕业后,也有许多人选择考研或出国留学。考研是大多数继续深造者的选择,但是现在出现了考研盲从性。研究生除了在第一年上课,后两年都是在实验室度过,每天就是查文献、做实验,反反复复。有些人并不喜欢这样的实验室生活,但身边的人考研。自己就不知道怎么办了,也就随波逐流了。我认为要准备考研,首先得喜欢研究性的工作,有创新思维,细心耐心。所以在大学,就该对自己做出评价,大三,就是做出决定的一年了。
在医学类专业中,药学不是热门专业,就业形势也不容乐观,但现在的状况还是有所改善。随着医药卫生体制的逐步推进和医药分家的实行,私营药房增多,这对药房从业人员的素质提出了更高要求,他们不仅要懂得卖药,更要懂得药理。医药行业中激烈的竞争使得医药公司、药厂必须聘用专业的药学人才去开拓市场。这使得药学专业毕业生的去向朝着医药公司和私营药房等方向转移。
拥有药学专业国家特色专业院校名单:北京大学、哈尔滨医科大学、中国药科大学、天津医科大学、山东大学、四川大学、安徽医科大学、沈阳药科大学、河北医科大学、新疆医科大学、烟台大学、华中科技大学、广东药学院、青海民族学院、徐州医学院、河北北方学院、贵阳医学院、大连学院等。
应用化学:从实验到实现
湖南理工学院 陈韬
主干课程:化学
烧杯里的世界
从初中三年级起就开始接触化学,经历了高中,跨入大学,印象中的化学是一门既简单又十分有趣味的学科。从记元素周期表开始到写化学方程式,从烧杯里液体五颜六色的变化到实验室里的“喷泉实验”,再到工厂里生产品种繁多、功能多样的生活用品,无不体现了化学的魅力。化学是一门从实践中发展起来的,以实验为基础的学科,而应用化学则是将化学渗透到其他自然科学、技术及其他领域而形成的一类应用科学,旨在培养具有化学的基础知识、基本理论和基本技能,在科研机构、企事业单位等从事科学研究、技术开发和应用以及相关管理工作的专门人才。
利用各类资源
应用化学专业的主要课程有四大基础化学即无机化学、分析化学、有机化学、物理化学,它们既是各个化学专业的基础,又是学习的重点,可以说学好了四大基础化学,其他专业课程都是“小菜一碟”。专业课程还包括结构化学、仪器分析、化工原理、生物化学、高等数学、工程数学、反应工程、化学工艺学、化工过程开发、精细化工概论、天然产物学、专业英语、工程制图与CAD和专业实验等。该专业学生最重要的是要动手做实验,要善于观察,归纳总结,要弄清楚其中的原理,用理论指导实践,把所学的知识运用到实践中去。
经过四年的专业学习之后,我们应该能够掌握数学、物理等方面的基本理论和基本知识;掌握无机化学、分析化学(含仪器分析)、有机化学、物理化学(含结构化学)、化学工程及化工制图的基础知识、基本原理和基本实验技能;了解化学的理论前沿、应用前景、最新发展动态,以及化学相关产业发展状况;熟练掌握实验室的各种仪器,并且能够利用各种仪器完成系列的物质检验,产品分析等常规处理方法。在闲暇之余我们可以去逛逛网上的论坛,比如“小木虫”“化工707”等,都是关于化学化工方面的论坛,如果能够好好利用里面的资源,相信对你将来大有益处哦!
无论怎么走,努力就好