以产出为导向的物理化学实验...化物制备及性质测试实验为例_刘永梅.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:作者简介:刘永梅(),女,副教授,:以产出为导向的物理化学实验的设计与实践 以铈镍复合氧化物制备及性质测试实验为例刘永梅(复旦大学 化学系,上海 )摘要:目前,为了适应高等学校课程思政建设以及强基计划人才培养的需求,高校课程教学需要进行全面深入改革。本文基于目标产出为导向的理念,从实验教学目标分解、实验教学系统设计、创新教学模式、改革课程评价等方面探讨物理化学实验课程教学在学生知识、能力与素养方面的培养实践。关键词:物理化学实验;混合式教学;评价方式中图分类号:;文献标志码:教育部 高等学校课程思政建设指导纲要 中明确指出:“落实立德树人根本任务,必须将价值塑造、知识传
2、授和能力培养三者融为一体、不可割裂。”同时,基础学科拔尖学生培养试验计划和强基计划,也对人才培养目标提出明确要求:培养符合国家需求、面向世界、引领未来、推动学科持续高水平发展的创新性人才。面对时代赋予的新任务,有效实现知识、能力、情感价值的育人目标,成为一线教师需要完成的时代命题。化学作为一门理论与实验并重、富有创造性的中心学科,实验教学在化学类专业人才培养中占据不可或缺的地位。物理化学课程作为理工类的专业核心课程,侧重于用物理手段和数学方法研究化学变化普遍规律,与之相适应的物理化学实验教学内容多偏重原理的运用,涉及仪器设备种类多,测量数据量大,数据深度解读要求高,是辩证唯物主义客观规律在生产
3、实践和科技创新中的实践。经过几十年的不断完善和更新,已形成严谨规范的教学体系。要提升教学目标,需突破原有教学模式,通过深入剖析与系统设计,加强基础知识基本技能培养的同时增强能力培养。在提升学生分析解决复杂问题能力的过程中,加强科学思维和辩证思维的训练。通过“有目标、有举措和有考核”三要素三环节的完整教学过程,达到化学知识传授与价值引领的高度统一,培养具有坚定正确的政治立场和理想信念,具有家国情怀和社会责任感,具有扎实的专业知识、良好的科学文化素养、道德修养、法治意识、创新意识和实践能力的化学人。本文以“铈镍复合氧化物制备及性质测试实验”为例,通过剖析分解实验教学的知识目标、能力目标和素养目标,
4、融入到课前预习、课堂教学、课后数据深度解读和论文撰写等不同教学环节,并通过相应考核设计检验教学目标达成度,实现“知识传授、价值塑造、能力培养”高度统一,促进学生全面发展。教学目标基于上述背景,本实验教学目标按照知识、能力和素养个层次设计,学生通过自主学习,在记忆理解的基础上,完成实验方案的设计。通过实验操作,获得实验数据,利用数据处理软件和表征技术分析软件完成数据分析处理,提取数据信息。对样品微观结构和晶相性质进行归纳总结,进而能够创造设计样品等过程达成教学目标。实验涉及气体在固体表面的吸附类型特点,气体在固体表面吸附理论、固体晶相结构、仪器测试原理、操作技术、数据解析等教学内容,难度由易到难
5、逐级递升。培养目标的达成考核体现在课前、课中和课后的不同阶段,具体如表(见第 页)所示。第 卷第期 年月复 旦 学 报(自然科学版)()DOI:10.15943/ki.fdxb-jns.2023.01.003表实验教学目标的分解 知识素质和能力要求实验内容教学方法达成体现实现阶段掌握基础知识,基本理论气体在固体表面的吸附性质特点,气体在固体表面的吸附理论,晶体结构理论,方程讲授,线上自学预习测试课前(线上)掌握基本实验技能样品制备,样品预处理,管路连接,样品性质测试的仪器操作线上 自 学,课 堂实验预习 测 试、规 范操作课前、课中(线下)实验的设计创新能力完成理论学习和操作规范学习后,能够自
6、主设计具体的实验方案,课堂上有效完成样品制备、样品预处理、氮气吸附脱附测试、射线衍射图谱测试自 主 设 计 实 验方案,师生研讨实验方案设计运用 数 字 信 息 或 软 件,准确分析解读实验数据能力培养能够运用 或者 软件处理 吸附脱附数据,获得氮气吸附脱附等温线。能够运用数据库信息,分析样品 图谱数据,准确标出样品的晶相,样品衍射角,晶面间距。讲授,自学,师生、生生互动讨论实验数据图表、分析讨论课后(线下线上)科学思维与逻辑分析能力培养对比分析同一样品的 比表面与 比表面差异根源。根据吸脱附等温线性质推测样品微观结构特点。合理推测样品 衍射图谱中衍射峰强弱变化规律与影响样品性质因素关系。分析
7、特定位置衍射锋位移原因。通过文献阅读,正确解读样品微观结构性质。文献检索,数 据作图,数据讨论,论文报告撰写数据规律总结、论文报告课后团队合作能力和团队意识培养协调能力和团队合作能力具有团队意识,能够在本学科及多学科团队中与其他成员进行有效 的 协 调 与合作。团队实验小组讨论,协作课上、课后书面表达及沟通交流能力培养具有较强的表达、交流;具有一定的国际视野和跨文化沟通交流能力;能够采用书面或者语言的方式进行良好的沟通和交流。论文撰写,互动交流论文报告课后适应未来科学技术的发展,具备自主学习、自我发展的能力适应未来科学技术和社会经济的发展具备自主学习、自我发展的能力。自学、自主设计方案设计、课
8、堂实践课前、课上、课后教学设计从教学目标出发,以研究教学法的理念为指导,以促进学生发展为中心达成为牵引,辅以与之相适应图三层次融合教学策略 的教学模式和技术方法,推动学生理解掌握相关理论和知识基础,引发积极思考,自主设计实验方案,完成样品制备及结构性质测试。在数据分析讨论中通过辩证思维,客观准确地解析样品性质,从而在知识运用、分析解决问题的能力以及创造发展的科学素养等方面得到提升。在具体的教学过程中,我们采用三层次融合的任务设计,引导学生按照设定目标,完成相应的教学内容。具体策略如图所示。基于知识培养层面,学生需要掌握气体在固体表面吸附行为与特征、气体吸附理论、气体在固体表面吸附量的测量、晶体
9、结构理论、晶体结构的表征等基本理论。为培养强化学生自主学习的意识与能力,我们充分利用线上资源的便捷性,复旦超星在线 物理化学实验 课程中提供了预先制作的理论讲解视频和课件资源,学生根据自己时间安排,自主完成学习。同时,辅以线上测试,检验学生知识掌握情况。为了进一步夯实理论学习,针对线上学习内容,在线下教学中,指导教师将进行重点互动交流,了解学生掌握情况。基于能力培养层面,充分发挥化学学科的特点,通过实验操作将所学理论转化为实践能力,并通过实复 旦 学 报(自然科学版)第 卷验及数据解析,进一步加深对知识理论的理解和运用。本实验中,学生需要运用已掌握仪器工作原理和仪器操作规范,指导完成相应的实验
10、操作,获得相应样品性质测试数据,并能从原理层面理解实验操作中的相应的规范要求,做到规范操作,获得真实可靠的实验数据。并根据相应的气体在固体表面吸附脱附理论模型,进一步解析实验数据,总结归纳实验条件等因素对样品性质影响规律。基于科学素养培养层面,学生需要理解固体样品性质表征的意义,及其对揭示样品性能本质的重要性。在本实验教学设计中,充分将科学研究要素,融入实验教学。通过小组合作模式,完成不同铈镍比样品制备及其性质测试教学内容。引导学生对不同样品的性质进行对比分析,并通过课后文献检索阅读,深度剖析实验数据,总结制备条件等因素对样品性质影响规律,尝试根据已有结果和理论,建立设计控制样品制备的理念,为
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