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論文摘要介紹掃描探針顯微鏡教學(xué)演示軟件。該軟件將CAI技術(shù)和SPM技術(shù)結(jié)合在一起,主要運(yùn)用文字說明,靜態(tài)圖像,三維動(dòng)畫,模擬仿真等方法,對(duì)SPM的初學(xué)者進(jìn)行SPM的原理介紹和使用培訓(xùn),可以大大縮短他們的學(xué)習(xí)時(shí)間,并能使其在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)SPM有一個(gè)較為深入和全面的了解。
ApplicationofScanningProbeMicroscopeinMachineryTeaching//YueRui,ZhuWengsheng
AbstractThissoftwarecombinesCAItechnologywithSPMtechnologyandmainlusesmethodsoftextexplanation,three-dimensionanimationaswellasmathematicalsimulationtotrainthebeginnersofSPM.Afterusingthesoftware,thebeginnerscanquicklygetdeepandwholeknowledgeofSPM.
KeywordsscanningtunnellingmicroscopeofNANOVISUAtape(STM);Pictureprocessing:ScanningProbeMicroscope(SPM);AtomicForceMicroscope;teachingeffictiveness
Author’saddress
1.GraduateSchool,NanjingAgricultureUniversity,210095,Nanjing,China
2.LianshuiVocationEducationCentre,223400,Lianshui,Jiangsu,China
1引言
1982年,IBM瑞士蘇黎士實(shí)驗(yàn)室的葛·賓尼(G.Binning)和海·羅雷爾(H.Rohrer)研制出世界上第一臺(tái)掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnellingMicroscope,簡(jiǎn)稱STM).STM使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的[1]排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物化性質(zhì),在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景,被國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大科技成就之一。為表彰STM的發(fā)明者們所作出的杰出貢獻(xiàn),1986年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金.NanoVisual,教學(xué)型掃描隧道顯微鏡可在機(jī)械教學(xué)中發(fā)揮良好作用。
2教學(xué)型NANOVISUAL掃描隧道顯微鏡
NanoVisual是針對(duì)高等院校實(shí)驗(yàn)課程和中學(xué)素質(zhì)教育而設(shè)計(jì)的教學(xué)型掃描隧道顯微鏡。為了適應(yīng)教學(xué)要求,NanoVisual去繁就簡(jiǎn),掃描部件高度集成,操作流程簡(jiǎn)練便捷,具備工作原理清晰、穩(wěn)定性優(yōu)越等特點(diǎn)。在線控制軟件和后處理軟件用戶界面友好,輔以生動(dòng)的教學(xué)課件,引導(dǎo)學(xué)生輕松掌握掃描隧道顯微鏡的原理和基本操作方法。[2]NanoVisual掃描隧道顯微鏡具有一定的可擴(kuò)充性,可以根據(jù)需要增加某些功能部件,從而具備一定科研能力。
3主要性能
掃描圖像BMP/TIFF全兼容文件格式,當(dāng)前全部工作環(huán)境參數(shù)同步保存。基于WindowsXP/2000/9X的在線控制軟件和后處理分析軟件,簡(jiǎn)約化的掃描隧道顯微鏡探頭,初學(xué)者只需經(jīng)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可掌握操作方法,具有I-V曲線等測(cè)量分析功能,具有圖形刻蝕模式和矢量掃描模式的納米加工技術(shù),樣品尺寸直徑30mm、厚度10mm。主控制系統(tǒng)采用德州儀器(TI)32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),每秒可實(shí)現(xiàn)高達(dá)10億次32位運(yùn)算。主控制系統(tǒng)采用10M/100M快速以太網(wǎng)(FastEthernet10/100)與計(jì)算機(jī)連接。[3]全數(shù)字控制,系統(tǒng)狀態(tài)、儀器類型、掃描器和探針架參數(shù)智能識(shí)別和控制。具針尖表征及圖像重建功能(針尖形貌估計(jì)/圖像重建/用已知針尖重建圖像)。按功能模塊劃分的縱向插卡式結(jié)構(gòu),便于日后系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)。
3.1.技術(shù)指標(biāo)
1)軟件系統(tǒng):基于WindowsXP/2000/9X的在線控制軟件和后處理軟件。
2)系統(tǒng)功能:掃描隧道顯微鏡(STM)。納米加工和操縱,包括圖形刻蝕模式和矢量掃描模式。
3)參數(shù)性能:電流檢測(cè)靈敏度:≤10pA。圖像分辨率:128X128,256X256,512X512,1024X1024。掃描角度:0~360°。掃描頻率:0.1~100Hz。預(yù)置隧道電流:0.1~10nA。偏置電壓:-2~+2V。
4)電子控制系統(tǒng):8通道16-bitDAC,建立時(shí)間1.5微秒。通信接口:10M/100M快速以太網(wǎng)(FastEthernet10/100)接口。
5)機(jī)械性能:樣品尺寸:最大可達(dá)直徑30mm,厚度10mm。全自動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制進(jìn)樣系統(tǒng)。
4掃描隧道顯微鏡(STM)[1,2]原理分析
掃描隧道顯微鏡(STM)的基本原理是利用量子理論中的隧道效應(yīng)。將原子線度的極細(xì)探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個(gè)電極,當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近時(shí)(通常小于1nm),在外加電場(chǎng)的作用下,電子會(huì)穿過兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘流向另一電極。這種現(xiàn)象即是隧道效應(yīng)。隧道電流I是電子波函數(shù)重疊的量度,與針尖和樣品之間距離S和平均功函數(shù)Φ有關(guān).[4]。
隧道電流強(qiáng)度對(duì)針尖與樣品表面之間距非常敏感,如果距離S減小0.1nm,隧道電流I將增加一個(gè)數(shù)量級(jí),因此,利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定,并用壓電陶瓷材料控制針尖在樣品表面的掃描,則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品表面的起伏。
將針尖在樣品表面掃描時(shí)運(yùn)動(dòng)的軌跡直接在熒光屏或記錄紙上顯示出來,就得到了樣品表面態(tài)密度的分布或原子排列的圖象[5]。這種掃描方式可用于觀察表面形貌起伏較大的樣品,且可通過加在z向驅(qū)動(dòng)器上的電壓值推算表面起伏高度的數(shù)值,這是一種常用的掃描模式。對(duì)于起伏不大的樣品表面,可以控制針尖高度守恒掃描,通過記錄隧道電流的變化亦可得到表面態(tài)度的分布。這種掃描方式的特點(diǎn)是掃描速度快,能夠減少噪音和熱漂移對(duì)信號(hào)的影響,但一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品[6]。
是利用SPM進(jìn)行納米加工的客觀依據(jù)。同時(shí)也說明,SPM不是簡(jiǎn)單用來成像的顯微鏡,而是可以用于在原子、分子尺度進(jìn)行加工和操作的工具。
5教學(xué)課程安排
1)第一周:原理簡(jiǎn)介與上機(jī)模擬。課后著手資料定向查詢并準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
2)第二周:演示與學(xué)生實(shí)驗(yàn)。先用鐵絲作探針練習(xí),熟練后再用鉑銥合金絲制作針。指定樣品(光柵)的測(cè)量。
3)第三周:改變電壓及掃描角度重新掃描,進(jìn)行圖像處理。課后資料定向查詢并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容:心得、體會(huì)及建議,STM在某個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用或STM儀器的某部件的原理。
4)第四周:宣講實(shí)驗(yàn)報(bào)告,每人15分鐘(包括5分鐘提問)。
6圖像處理
1)平滑處理:將像素與周邊像素做加權(quán)平均。
2)斜面校正:選擇斜面的一個(gè)頂點(diǎn),以該頂點(diǎn)為基點(diǎn),現(xiàn)行增加該圖像的所有像數(shù)值,可多次操作。
3)中值濾波:傅立葉變換。對(duì)圖像的周期性很敏感,在做原子圖像掃描時(shí)很有用.
7結(jié)束語
在線控制軟件和后處理軟件用戶界面友好,輔以生動(dòng)的教學(xué)課件,引導(dǎo)學(xué)生輕松掌握掃描隧道顯微鏡的原理和基本操作方法.作為一種CAI軟件,本軟件界面好,操作簡(jiǎn)便。采用文字、圖形、三維動(dòng)畫等方式將SPM這一尖端復(fù)雜儀器的原理和使用與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)這一形式結(jié)合起來,經(jīng)部分人員試用后,效果明顯,反應(yīng)良好。可大大增加操作者學(xué)習(xí)SPM的興趣,并能起到事半功倍的效果,提高課堂教學(xué)效果。不足的是AFM和SNOM的數(shù)學(xué)模型還有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn):
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[3]HeinzelmannH.Instrumentaldevelopmentsandrecentexperimentsinnear-fieldopticalmicroscopy.ThinSolidFilms,1996,273∶149—153.
[4]戴長(zhǎng)春,黃桂珍等.國(guó)產(chǎn)GSPM-930型掃描探針顯微鏡介紹[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,1998,(1-2)∶92—93.
一、善抓本質(zhì),培養(yǎng)思維的深刻性
思維的深刻性,就是善于透過紛繁的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)的思維品質(zhì)。它是一切思維品質(zhì)的基矗它集中表現(xiàn)在具體進(jìn)行思維活動(dòng)時(shí)善于深入地思考問題,抓住其本質(zhì)和規(guī)律,從而園滿地解決問題。化學(xué)是一門具有嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)性的學(xué)科,學(xué)生具備思維深刻性是學(xué)好這一學(xué)科及正確答好高考化學(xué)試題的必備素質(zhì)。1995年的高考化學(xué)試題突出體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生思維深刻性的考查。
可見,要簡(jiǎn)明扼要地解決問題,最主要的應(yīng)分析問題的實(shí)質(zhì),找出問題的關(guān)鍵所在。既要抓住題目“題眼”作為思維突破點(diǎn),又要選點(diǎn)準(zhǔn)確,使思路暢通,問題解決顯得“敏捷而迅速”。
如何在高考復(fù)習(xí)中,培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性,可根據(jù)知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系,由淺入深,由表及里,由簡(jiǎn)到繁,由易到難去設(shè)計(jì)多層次練習(xí)題,進(jìn)行一題多解,一題多變的訓(xùn)練,加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系,以靈活運(yùn)用知識(shí),提高解題能力。
思維深刻性的另一方面,也可在多項(xiàng)選擇題的解答中體現(xiàn)出來,高考第二大題單項(xiàng)與多項(xiàng)選擇混和,其目的是增加試題難度,降低隨機(jī)猜測(cè)得分率。而中學(xué)生受認(rèn)知水平,心理特征和學(xué)習(xí)態(tài)度等因素影響,往往對(duì)概念理解不透,記憶不深或僅憑印象進(jìn)行機(jī)械推理,造成知識(shí)的負(fù)遷移,在思考問題時(shí)常常不細(xì)致,不深入,或產(chǎn)生思維定勢(shì),從而導(dǎo)致少選,漏眩教師在指導(dǎo)學(xué)生練習(xí),經(jīng)常有意識(shí)地漏選選項(xiàng),有利于幫助學(xué)生分析復(fù)雜的比較隱蔽的或帶假象的選項(xiàng)時(shí),能去偽存真,正確選擇,以達(dá)到有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性和深刻性之目的。
二、逆向思維,培養(yǎng)思維的邏輯性
思維的邏輯性是指思考問題時(shí),條理清楚,推理準(zhǔn)確,有因有果,嚴(yán)格遵循邏輯規(guī)律。邏輯思維性強(qiáng)的考生答題時(shí)分析論證問題層次分明,推理嚴(yán)謹(jǐn),令人無懈可擊。解題時(shí),運(yùn)用逆向思維,是培養(yǎng)學(xué)生思維邏輯性的一條重要途徑。
中學(xué)化學(xué)教材中許多內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生逆向思維的好教材,只要教師在備課時(shí),深入鉆研教材,精心設(shè)計(jì)問題以啟發(fā)學(xué)生逆向思維,持之以恒就會(huì)收到奇妙效果。
三、善于變通,培養(yǎng)思維的靈活性
思維的靈活性是指善于根據(jù)事物發(fā)展變化的具體情況,審時(shí)度勢(shì),隨機(jī)應(yīng)變,及時(shí)調(diào)整思路,找出符合實(shí)際的解決問題的最佳方案。在遇到難題時(shí),能多角度思考,善于發(fā)散思維,又善于集中思維,一旦發(fā)現(xiàn)按某一常規(guī)思路不能快速達(dá)到目的時(shí),就要立即調(diào)整思維角度,以期加快思維過程。高考試題大多是靈活性很強(qiáng)的題目,只有善于應(yīng)變,觸類旁通,方能越關(guān)奪隘,攻克難題。所謂難題大致分為兩類:一類是信息遷移試題,另一類是計(jì)算題。它們主要側(cè)重考查學(xué)生的發(fā)散思維能力。
四、快速準(zhǔn)確,培養(yǎng)思維的敏捷性
思維的敏捷性是思維的其它品質(zhì)高度發(fā)展的結(jié)果,它表現(xiàn)在能迅速地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。在思維的速度和效率上不循序漸進(jìn),而是保持較大的思維跨度,以最訣的速度攻克未知。高考化學(xué)試題不僅要求考生全面扎實(shí)地掌握中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能,還要在有限的時(shí)間內(nèi)迅速提取頭腦中貯存的有關(guān)知識(shí),并加以綜合運(yùn)用,不少考生答題時(shí)感到時(shí)間緊,不能答完卷,乃因解題速度慢之故。
思維的敏捷性還表現(xiàn)在善于抓住時(shí)機(jī),加快對(duì)信息的吸收、篩選和運(yùn)用。例如,高考題第27題,內(nèi)容繁雜,解題時(shí)應(yīng)首先理順各物質(zhì)間的數(shù)量關(guān)系,每一步推理均要緊緊抓住反應(yīng)過程中消耗和剩余的各種物質(zhì)的物質(zhì)的量,則產(chǎn)生現(xiàn)象的原因不點(diǎn)自明,反應(yīng)的方程式也能輕而易舉地寫出。
巧用守恒(如質(zhì)量守恒、體積守恒、濃度守恒、電荷守恒等)出奇制勝,是提高解題速度的重要捷徑。
例如高考試題第17題據(jù)電量守垣,第18題巧用得失電子數(shù)相等,第24題利用質(zhì)量守恒,第25題巧用濃度守恒。計(jì)算題第30題也可以質(zhì)量守恒關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算,守恒關(guān)系的靈活運(yùn)用也可使解題速度加快。
為了培養(yǎng)思維的敏捷性,提高學(xué)生的解題速度,日常教學(xué)中必須定時(shí)定量訓(xùn)練,并鼓勵(lì)學(xué)生解題時(shí)敢于打破常規(guī),銳意創(chuàng)新,使學(xué)生在多變、多解、多思中把握問題的本質(zhì),對(duì)思路閉塞的學(xué)生積極引導(dǎo),幫助其沖破思維定勢(shì)的束縛,以提高思維的敏捷性。
五、標(biāo)新立異,培養(yǎng)思維的獨(dú)創(chuàng)性
思維的獨(dú)創(chuàng)性表現(xiàn)為思路開闊,靈活新奇,獨(dú)特,有豐富的想象,善于聯(lián)想,長(zhǎng)于類比;在心理上還表現(xiàn)為有強(qiáng)烈的創(chuàng)造愿望。知識(shí)的發(fā)展有待于創(chuàng)造,只有創(chuàng)造才能在競(jìng)爭(zhēng)中生存,思維的創(chuàng)造性品質(zhì)是當(dāng)今時(shí)代最為重要、最可貴的一種品質(zhì)。1995年高考化學(xué)試題充分注意了這一點(diǎn)。
近幾年高考化學(xué)信息遷移題的命題可以看出,試題涉及的化學(xué)理論知識(shí),由原來的高中基礎(chǔ)知識(shí)略加延伸,到現(xiàn)在的大量取材于高等化學(xué)、社會(huì)生活及工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題、新科研成果,就能力測(cè)試而言,由著重考查學(xué)生從現(xiàn)有知識(shí)、原理出發(fā),分析、判斷、推理解決“老”問題的能力,向考查考生自學(xué)新材料、新理論,運(yùn)用新觀點(diǎn)、新方法創(chuàng)造性解決“新”問題能力方向發(fā)展,有利于培養(yǎng)并選拔創(chuàng)造型人才。誠(chéng)然、信息遷移題難度系數(shù)比較大、但它不“超綱”,重點(diǎn)考查學(xué)生的“現(xiàn)場(chǎng)自學(xué)”能力,知識(shí)遷移能力,創(chuàng)造想象能力。在復(fù)習(xí)教學(xué)中,不能丟開書本,花大精力,耗費(fèi)時(shí)間去補(bǔ)充“超綱內(nèi)容”,既浪費(fèi)了精力,又增加了學(xué)生負(fù)擔(dān)。重在多注意培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力,特別是“現(xiàn)場(chǎng)自學(xué)”能力,以及知識(shí)遷移能力,創(chuàng)造想象能力。
易受傳統(tǒng)解題方法的約束,不能接受那些違反“常規(guī)”的解題捷徑,也是缺乏思維獨(dú)創(chuàng)性的表現(xiàn)。計(jì)算題教學(xué)中若把計(jì)算為主,推理為輔,轉(zhuǎn)化為推理為主,計(jì)算為輔,也能很好地培養(yǎng)學(xué)生思維的敏捷性和獨(dú)創(chuàng)性,高考題第36題的各種巧解充分體現(xiàn)了這一點(diǎn)。
思維功能高效率的基礎(chǔ)是思維結(jié)構(gòu)的高度完善,促進(jìn)學(xué)生形成最佳思維結(jié)構(gòu),最大限度地發(fā)揮思維的創(chuàng)造。而善于構(gòu)造,是創(chuàng)造性思維能力的重要表現(xiàn),各種類型的題目、解法均有繁簡(jiǎn)之別。許多學(xué)生滿足于做出來,而不愿在解題技巧方面作深入探討、致使解題速度緩慢,這是廣大考生的弱點(diǎn),不能不引起教師的高度重視。如果在解題中多留神各種解法,多啟發(fā)誘導(dǎo),盡可能讓學(xué)生自己總結(jié)出一些簡(jiǎn)捷明快的解法,這本身就是一種創(chuàng)造。如果照本宣科,照析例題,硬套公式,題愈做愈死,越學(xué)越怕,思路越走越窄。故此應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生打破常規(guī),發(fā)揮獨(dú)創(chuàng)性。
六、統(tǒng)籌全局,培養(yǎng)思維的整體性
1.1課程設(shè)置改革
首先,資源環(huán)境科學(xué)專業(yè)是文理兼收的,故選擇葉芬霞主編的“無機(jī)及分析化學(xué)”和“無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”作為教材。本課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課,課程大綱要求學(xué)生掌握分析化學(xué)的基本原理和方法以及無機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)的基本操作技能,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、分析解決環(huán)境科學(xué)問題的能力,并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和將來從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作和環(huán)境化學(xué)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。因此本課程確定選取容量分析(酸堿滴定法、沉淀滴定法、氧化還原滴定法、配位滴定法)和儀器分析(吸光光度法、原子吸收分光光度法、離子色譜法等)作為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容,設(shè)定教學(xué)計(jì)劃,理論環(huán)節(jié)50學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)22學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)分別設(shè)計(jì)入門項(xiàng)目、驗(yàn)證性項(xiàng)目、綜合性項(xiàng)目等多種層次的8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來反復(fù)訓(xùn)練學(xué)生,培養(yǎng)學(xué)生獲得整體行動(dòng)能力,同時(shí)注重與本專業(yè)其他課程的銜接和滲透,真正通過本課程學(xué)習(xí)為后續(xù)專業(yè)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)。
1.2理論教學(xué)改革
在分析化學(xué)的理論教學(xué)中,既要講授分析化學(xué)的基本原理和方法,使學(xué)生嚴(yán)格樹立起“量”的概念,培養(yǎng)學(xué)生從事理論研究和實(shí)踐的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和能力。又要將新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代分析方法和技術(shù)巧妙的融合到經(jīng)典分析化學(xué)中,如介紹分析化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境毒理學(xué)、環(huán)境化學(xué)等課程方面的應(yīng)用,特別是環(huán)境污染治理、生命科學(xué)在分析化學(xué)方向使學(xué)生認(rèn)識(shí)到分析化學(xué)的重要性,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,積極參與到教學(xué)活動(dòng)中。教師教學(xué)不應(yīng)重在講授,而應(yīng)重在“授之予漁”,引導(dǎo)學(xué)生提出問題,指導(dǎo)學(xué)生解決問題。首先,教師提出能夠涵蓋課堂教學(xué)所有知識(shí)點(diǎn)的問題,讓學(xué)生課前帶著問題去預(yù)習(xí),既培養(yǎng)獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力又可讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己遇到的難點(diǎn)。然后,通過啟發(fā)引導(dǎo),鼓勵(lì)學(xué)生提出問題,引導(dǎo)學(xué)生尋找解決問題的途徑和方法,并給出一定的時(shí)間讓學(xué)生去思考,去查閱相關(guān)的資料,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題能力,同時(shí)讓學(xué)生自己挖掘每個(gè)問題所涵蓋的知識(shí)點(diǎn),并引導(dǎo)其掌握問題在實(shí)際中的應(yīng)用,以學(xué)生為主體通過問題的解決而掌握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),不但幫助學(xué)生自主分析、解決問題,還提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,使所學(xué)知識(shí)體系和創(chuàng)新能力不斷提高和發(fā)展。比如新課前先留下問題水中Cl-和CrO4-同時(shí)存在,緩慢加入濃的AgNO3哪種離子先沉淀呢?實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象又如何?學(xué)生帶著問題去預(yù)習(xí),學(xué)習(xí)分步沉淀的原理,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),理論課前可以先進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察現(xiàn)象,通過查找資料分析原因,課堂上教師根據(jù)學(xué)生解答問題情況講授新課,理論與實(shí)踐相結(jié)合,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作分析解決問題的能力。課堂教學(xué)過程中注重靈活引導(dǎo)學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法,如對(duì)比方法,包括將有關(guān)同類滴定分析方法原理知識(shí)進(jìn)行橫向或縱向的比較、幾種常規(guī)容量分析法的相似點(diǎn)不同點(diǎn)、化學(xué)鍵與分子間作用力的異同點(diǎn)、三種銀量法的異同點(diǎn)等,又如如何選擇最適的指示劑,重點(diǎn)講根據(jù)酸堿滴定曲線中滴定突躍選擇指示劑,而配位滴定和氧化還原滴定,就不再詳細(xì)講授,讓學(xué)生分組討論學(xué)習(xí),而且滴定分析重在應(yīng)用,加以案例分析教學(xué),有助于提高學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生學(xué)以致用,了解本方法的用途,進(jìn)而開展實(shí)踐教學(xué)。
1.3創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式,多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相結(jié)合
現(xiàn)階段分析化學(xué)實(shí)踐教學(xué)中,多數(shù)是老師為學(xué)生準(zhǔn)備好試驗(yàn)水樣、土樣、藥品試劑等,學(xué)生僅按照試驗(yàn)步驟依次操作即完成實(shí)驗(yàn),這并不能滿足全面提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求,針對(duì)上述問題,我對(duì)分析化學(xué)實(shí)踐教學(xué)做如下改革。以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo),強(qiáng)調(diào)以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)組織實(shí)踐教學(xué),開展實(shí)驗(yàn),同時(shí)提倡讓學(xué)生參與試驗(yàn)的布點(diǎn)、采樣、試劑配制、試驗(yàn)耗材準(zhǔn)備等實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程的教學(xué)模式。即根據(jù)工作任務(wù)讓學(xué)生分小組完成任務(wù)分配表,包括試驗(yàn)樣品的選取、實(shí)驗(yàn)藥品用量的計(jì)算和配制方法、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等,在實(shí)踐教學(xué)方法上注重互動(dòng)式、啟發(fā)式教學(xué)模式,鼓勵(lì)學(xué)生小組籌備實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題,引導(dǎo)學(xué)生查找分析問題原因,注重培養(yǎng)學(xué)生能夠掌握基本的分析原理和方法基礎(chǔ)上,培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行自主式探索研究,能夠自主提出問題、分析問題、并通過分工合作解決實(shí)際問題,真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程,不僅提高了解決分析問題能力,也培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神。實(shí)踐教學(xué)中工作任務(wù)的設(shè)置應(yīng)注重基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,如基礎(chǔ)項(xiàng)目、驗(yàn)證性項(xiàng)目、自主性項(xiàng)目、綜合性項(xiàng)目等多種層次的8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來反復(fù)訓(xùn)練學(xué)生。基礎(chǔ)項(xiàng)目的選取以學(xué)生基本操作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)常用儀器使用方法為主。如天平的使用、基本儀器操作規(guī)范及注意事項(xiàng)等。驗(yàn)證性項(xiàng)目則在規(guī)范操作基礎(chǔ)上,與課程教學(xué)大綱相結(jié)合,學(xué)會(huì)如何著手解決工作任務(wù),教師給出概要的指導(dǎo)性問題和解決問題可選擇的途徑,學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)過程記錄現(xiàn)象和課后查閱資料分析現(xiàn)象,形成總結(jié)報(bào)告,教師根據(jù)結(jié)果用部分課堂時(shí)間予以點(diǎn)評(píng),如開設(shè)水中氯化物含量測(cè)定、硫代硫酸鈉的標(biāo)定、EDTA的配制和標(biāo)定等等。自主性項(xiàng)目則以小組為單位,進(jìn)行自主式探索研究,分工合作,引導(dǎo)可以選擇食用米醋酸度的測(cè)定、食用鹽中碘含量的測(cè)定、自來水中總硬度的測(cè)定等。綜合性項(xiàng)目為設(shè)計(jì)研究跨課程的大型綜合項(xiàng)目,如草溪河水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)等,根據(jù)所學(xué)的知識(shí)和操作技能和查閱相關(guān)資料,小組合作寫出設(shè)計(jì)方案,在教師論證其可行性后籌備實(shí)驗(yàn),完成實(shí)驗(yàn),寫出實(shí)驗(yàn)小論文。
1.4改革考試方式,推行全面而科學(xué)的考核方法
改革以考核知識(shí)的積累、實(shí)踐能力為目標(biāo),考核采取全過程考核,考核方式有閉卷筆試、實(shí)驗(yàn)操作、平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等多種形式,既注重結(jié)果又注重過程。理論部分占總成績(jī)的60%,實(shí)驗(yàn)部分占總成績(jī)的30%,考勤占10%,共100分。考核內(nèi)容以應(yīng)用為主,主要考核學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)和靈活運(yùn)用能力,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的目標(biāo)。
2成果與展望