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用科学研究的方法来指导教学研究 精选

已有 4424 次阅读 2016-5-31 16:54 |系统分类:教学心得|关键词:学者| 高等教育, 科学研究, 职业生涯, 教学方法

常年身处教学一线的教师大都有这样的体会,面对同一门课程和同一本教材,往往讲了几遍甚至十几遍,不知不觉中产生了职业倦怠,教学能力和水平的提高也遭遇了瓶颈。很显然,如果手头的教案若干年来一成不变,必将无法适应学生群体的变化以及社会对高等教育的要求,教师自身的职业生涯发展也会受到限制。那么怎样才能做到“常教常新”呢?朱熹有诗云,“问渠哪得清如许,为有源头活水来”。教师必须始终以创新者的姿态出现,用科学研究的方法来搞教学研究,及时更新自身的教学资源库存,并运用于教学实践当中,根据新的生源情况和社会需求不断调整教学方法。只有这样,才能够跟上社会快速发展的步伐,才能够在高等教育的创新中立于不败之地。

笔者根据几年来的教学体会,总结出了能够为教学实践提供重要信息来源的两条重要渠道,即科学研究文献和教学研究文献。通过对这两方面文献资源的汲取和利用,可以在教学中补充新鲜的学科前沿知识,也可以为教学研究提供全新的思路。在文献作为源泉的滋养下,教学实践必将鲜活生动起来,对于在给学生传授知识的同时,传授方法,并提升学生学习的境界是十分有益的。以下是在教学实践中利用两方面文献资源的的一些实例和思考。

1. 科学研究文献。

结合教师自身的科学研究方向,收集学科前沿的文献报道,转化为本科教学内容,可以很大程度上弥补教材内容陈旧的缺陷。这种科研反哺教学的做法,实现了教学和科研的有机结合,也符合高校教师的职业发展定位,即教学和科研两手抓两手都要硬。以下是笔者从日常阅读的科学研究文献中收集的一些前沿知识在所承担的基础化学课程中的具体运用。

超强酸与酸碱平衡

学生在中学阶段就开始接触酸碱物质与酸碱平衡,大学阶段又介绍了三大酸碱理论、酸碱溶液pH的计算、缓冲溶液、酸碱指示剂、酸碱滴定曲线等内容,但是纵观目前基础化学涉及到酸碱的课程内容,研究对象仍以水溶液体系中的弱酸、弱碱以及两性物质为主,对强酸性物质的介绍几乎没有。因此,为了启发学生的发散性思维,提出这样一些问题,“强酸性物质只存在于水溶液中吗?”,“是否存在比三大强酸酸性还要强的物质?”,“酸性特别强的物质其酸度如何来表示?”等等。在学生充满疑惑,无法回答这些问题的时候,可以适时的引入“超强酸”这一前沿知识,既深化了教学内容,又拓展了学生思维。

配体在纳米结构形貌控制中的应用

配位化学是当今无机化学前沿研究的重要内容,诸如金属有机化学、晶体工程学、生物无机化学等前沿领域,无不体现着配位化学的重要性。配位化学同样在无机纳米结构的形貌控制中发挥着重要的作用。通过配体与金属离子的配位作用可以控制晶体的生长过程,从而形成包括量子点、纳米棒(线、管)、纳米片、纳米球(星、立方)等特定形貌的无机纳米结构。通过改变配体的种类和浓度还可以方便地调制无机纳米结构的晶体结构。基础化学中涉及到的常见配体在无机纳米结构形貌控制中便存在许多应用。例如,草酸根可以辅助制备α-Fe2O3纳米棒;采用乙二胺作为模板可以制备簇状和花状CdS纳米结构;柠檬酸根可以用于制备由纳米粒子组装而成的微米尺度的多孔Ag3PO4立方体;利用乙二胺四乙酸作为结构导向物质可以制备单晶Sb2S3纳米管等等。

利用沉淀转化和陈化原理制备无机纳米结构

沉淀溶解平衡中介绍的沉淀转化的原理是溶度积规则的具体运用,体现了沉淀反应之间的竞争平衡。近年来的材料化学文献表明,在无机纳米结构,特别是硫属化合物的制备和应用研究中,可以利用沉淀转化原理来实现核壳、中空等形貌纳米材料的可控制备。重量分析法中关于晶形沉淀条件的选择部分对于陈化有简单的介绍,另外在氧化还原滴定法中高锰酸钾法的应用实例——间接测定钙盐中钙离子的内容中,草酸钙沉淀的制备也涉及到陈化的过程。陈化的原理同样在制备无机中空纳米结构中具有重要的应用价值。这类实例说明看似寻常的基本化学原理在科学前沿的研究中也可以发挥出重要作用。在基础知识介绍中穿插这些前沿实例,可以激发学生的学习热情。

原子力显微图像在共价键和氢键教学中的应用

共价键和氢键是物质结构部分的重点内容,同时又是教学难点。我们往往无法通过缺乏感性体验的讲解和描述,使学生对共价键理论和氢键相互作用产生信服和理解。然而,著名学术期刊Science上发表的两项有关原子力显微图像的研究成果为我们提供了非常生动的教学素材。通过在课堂上播放这两篇文献中的相关图片,可以使学生对共价键和氢键产生直观的印象,从而提高了学习效率。

除了上述实例,还可以补充氧化还原反应与锂离子电池研究现状,分子结构与生物大分子结构解析,分析化学与空气质量监测,氧化数和+9价态的铱,晶体结构和石墨烯等等素材。

2. 教学研究文献

经常关注《化学教育》、《大学化学》和Journal of Chemical Education等国内外较为权威的化学教育类学术期刊就会发现,国内外同行在教学中同样存在我们面临的困难和问题,并且他们已经找到一些行之有效的解决方法,他们的许多教学改革举措和教学研究方法都运用了先进的教学理念,非常值得借鉴。最近,笔者特别关注并梳理了Journal of Chemical Education上具有代表性的教学研究实例。

新实验课教学模式——微波辅助有机合成在基础有机化学实验课程中的应用。

该研究一改传统实验课程的照方抓药模式,围绕以学生为中心这一核心理念,开发了新的由微波辅助合成实验项目构成的基础有机化学实验课程,实现了在基础阶段实验课程教学中引入学生分组讨论的突破。这一思路在我们的实验课程建设中值得借鉴。

新教学手段——平板电脑、课程回放和在线作业在化学导论课程中的应用

该研究对比了平板电脑(Tablet PC)、课程回放(Lecture Capture)、在线作业(Online Homework)等3种新兴的教学辅助手段在化学导论(Introductory Chemistry)课程中的应用效果。结果表明,3种教学手段对学生学习都有促进作用,其中最受欢迎的是平板电脑的运用。此外,在线作业完成情况越好的学生,最终课程成绩也越好。课程回放这种方式对基础较差或是有语言障碍的国际学生更有帮助。以EOL为代表的网络教学手段在我校已经得到了广泛地应用,相关的应用效果研究也是我们今后教学研究的重要方向。

新媒体——社交媒体视频网站在化学教育和科普中的应用

      该研究报道了在Youtube网站上建立教师个人频道,制作上传多个与化学相关主题的视频短片并受到全球范围广泛关注的案例。此外,作者还在高分子化学课程上鼓励学生通过制作视频来完成课程作业。通过对比发现,完成视频作业的学生在“认为这项练习是否有用?你的技能得到提高了吗?享受做作业的过程吗?跟其他课程相比,本课程给你留下更深的印象吗?4个方面均比完成传统文字作业的学生具有更积极的响应。而我们遇到的情况是,无孔不入的个人新媒体终端已经很大程度上干扰了传统教学的进行(比如上课玩手机屡禁不止),如何发挥新媒体信息技术的优势,化被动为主动,提高教学效率是我们面临的巨大挑战。

新技术——3D打印在结构化学教学中的应用

该研究采用3D打印技术制作了18种分子和7种晶体结构的3D打印模型并运用在了分子对称性和点群的教学中。据笔者了解,3D打印技术并不复杂,设备也并不昂贵,国内许多中小学已经进行了运用。我们也完全有可能使用3D打印技术,提升和扩展自身的教学内容。

趣味教学——巧克力商店和原子轨道

该研究利用“巧克力商店”——这样一个日常生活中常见而有趣的例子来向五年级小学生介绍原子轨道理论,有效化解了抽象枯燥的原子结构教学难题,测验结果表明90%的学生能够答对有关原子结构和巧克力商店模型的全部问题。我们的基础化学教学中原子结构理论是一个难点,对大学生而言仍会觉得内容枯燥,令人费解。上述的“巧克力商店”的例子为我们提供了范例,这样的趣味教学方式对于当今思维活跃的大学生来说同样适用。我们需要开发更多的趣味教学模型,从而达到活跃课堂气氛,激发学习热情的目的。

非科学专业的化学教育——引入艺术相关主题开展合作和探究式学习

该研究报道了美国一所社区大学为艺术类专业学生开设的化学与艺术课程中采用合作式和探究式学习的教学模式,并且根据学生专业特点设计与艺术紧密相关的课堂主题的教学实践。在这种教学模式引导下,学生进行了积极而且有效的课堂学习,这些科学基础较差的学生,不但达到了较高的课程通过率,而且不少学生从此消除了对化学甚至整个科学课程的恐惧,获得了令人满意的教学效果。这个案例属于典型的“因材施教”教学,其做法值得我们深思。我们的教学实践中,对于基础参差不齐,专业方向不同的学生,往往采取单一的教学模式,从内容到方法再到评价都是“一刀切”,很显然,这种情况下的教学效果是不会理想的。因此,是到了我们应该考虑如何因材施教的时候了。

以上来自于文献的实例和思考,在笔者的课堂教学和教学研究中已经发挥了作用。但是,教学实践永无止境,为之服务的文献积累也需要持续进行,并且还需要坚持“理论-实践-新理论-再实践”这样的循环。教师的优势在于具有较强的学习能力,相信通过自身努力,利用好文献这个活水,必将会在教学中结出硕果。

以上两方面的体会的全文已经得到了发表(化学教育, 2015, 36 (24): 24-27. 化学教育, 2016, 37 (4): 72-75.),更详细的内容请参考全文。

 



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