“精品实验项目”是针对某一实验项目进行精细化、精品化建设, 对其他实验教学能够起到引领和示范作用, 达到以点带面的效果, 通过逐步推广, 促进实验教学质量的持续提升。精品实验建设理念是以培养人才为核心, 提高学生科学素养, 探索精神和实践能力[1~5]。
基于上述理念, 本项目通过针对解决当前石油行业的污水处理的实际问题, 优化实验内容, 引进先进分析技术手段, 结合理论知识与实际问题, 拓展实验内涵, 加强对知识的传承与创新, 提高学生研究能力。实验项目为溶胶胶体的制备与性质研究实验, 是《油田化学基础实验》中的研究型实验, 学生通过一系列的实验制备多种溶胶体系, 研究溶胶体系性质, 自行设计研究多种净化油田污水的体系和方法。该实验由浅入深, 层次化鲜明, 同时结合微观宏观两方面, 使学生能够深入思考宏观现象背后的微观机理, 将研究型实验教学贯穿于整个实验过程。教学内容涉及《应用物理化学》, 《油田化学》和《油层物理》等课程的相关知识, 是典型的重视培养学生实验能力与创新研究能力的实验, 通过实验达到学以致用的良好效果, 为学生将来从事油田化学研究和与之相关的工作打下基础。
“溶胶胶体的制备及性质研究”实验项目是独立设置的实验课程《油田化学基础实验》中的重要实验项目, 由原《化学原理 (II) 》课程设置的必修实验项目“溶胶的制备及电泳”和“无机电解质的聚沉作用和高分子的絮凝作用”二个实验项目整合而来, 实验类型由基础验证型变为创新研究型。通过对“溶胶胶体的制备及性质研究”精品实验项目的系统建设, 将原来每个实验中分散、单一的知识点有机的串联起来, 优化实验内容, 增加创新研究性、自主设计性环节, 项目内容贯穿化学基础知识与石油工程专业知识, 是研究油田污水稳定性以及污水净化处理的基本理论前提。对于石油工程专业学生的学习具有承上启下的作用, 同时将理论知识良好的应用于解决实际问题当中。项目整合原有实验项目和仪器, 改进教学模式, 课堂组织方式, 实验报告形式和评价体系提升实验项目的开设层次与水平, 提高实验教学质量。
溶胶性质研究的相关内容与油田污水处理实际问题相结合, 在实验过程中, 使学生将理论知识与实际问题相结合, 提高学生解决问题的能力和创新研究能力[6,7]。要求学生课前查阅文献, 预习溶胶性质及油田污水处理相关文献, 设计实验方案后, 在教师的指导下有目的的进行探索研究, 培养学生自行学习和解决问题的能力, 提高他们的实验兴趣和科学素养[8~12]。
“溶胶胶体的制备及性质研究”实验项目内容包溶胶的制备、Ag I溶胶的电泳、溶胶聚沉和高分子的絮凝作用。Ag I溶胶的电泳这部分实验条件是固定的, 学生只需按实验条件合成Ag I溶胶, 然后采用电泳仪观察电泳现象, 测定电动电势即可, 实验内容固定, 创新性不足。针对此问题, 进行如下实验内容建设:
在教学过程中教授学生掌握“研究”的一般方法和程序, 指导学生查阅文献资料, 在对文献资料学习, 总结, 分析的基础上, 针对实验研究目标, 根据相关理论知识, 学生设计实验研究方案。研究方案制定要切合实际, 科学可行, 目标明确, 方法具体。
原实验项目主要采用化学反应法制备Ag I溶胶, 溶胶制备方法和种类单一, 增加分散法制备粘土溶胶, 并且通过改变实验条件包括高分子溶液类型、浓度等因素, 研究其对粘土溶胶稳定性影响, 进而筛选处理油田污水的有效体系。
通过学生查阅资料, 改变实验条件, 研究电解质类型和浓度对溶胶电动电势的影响。通过自主改变实验条件包括电解质类型、浓度等因素, 利用zeta电位仪研究其对电动电势的影响, zeta电位仪从微观粒子方面测定电动电势, 而Ag I溶胶电泳实验在宏观上清晰看到电泳现象并测定电动电势, 将两者有机结合, 让学生了深入思考探索电解质对溶胶电动电势影响的微观机理, 该部分实验内容, 能够培养学生的创新研究意识, 激发学生科研兴趣。
根据实验项目内容建设的需要, 将科研设备和大学生创新实验仪器用于实验教学。将先进的分析仪器zeta电位分析仪用于实验教学, 使学生了解前沿分析手段, 扩展学生测量zeta电位的方法, 拓宽学生视野。
完善“溶胶胶体的制备及性质研究”实验项目的教学大纲内容, 培养学生的创新意识, 提高学生的科学研究兴趣, 以及自主学习、综合分析问题和解决问题的能力。编写、修订《油田化学基础实验》指导书, 供学生学习或参考。
制作“溶胶胶体的制备及性质研究”相关实验内容的课件;录制实验操作视频。将制作的课件及视频上传至石油工程学院国家级实验教学示范中心开放实验室管理平台, 学生可以随时查阅相关学习资料, 网络资源共享起到重要的辅助教学的作用, 为学生自主学习, 开放实验提供良好的平台。
改变以往教师“手把手教”的模式, 变为以学生自主学习为主的教学模式, 发挥学生主观能动性, 让学生充分思考之后认真实验, 变被动学习为主动学习。要求学生课前查阅文献并收集资料, 根据实验题目, 设计实验方案, 包括实验方法、实验步骤、选定实验线路和实验用的仪器设备等。学生通过网络实验教学平台预约实验, 教师通过网络实验教学平台对学生上传的实验方案进行指导之后, 学生按预约时间自主到实验室完成实验。实验过程中学生对于出现的问题要主动思考, 互相探讨解决的方法, 在这些过程中锻炼学生自主学习和分析解决问题的能力, 同时提高团结协作, 互帮互助的友爱精神。实验结束后学生撰写实验报告。实验报告要求侧重实验设计、实验过程、实验现象和实验数据的分析, 通过实验结论提高学生对整个实验的理解, 激发出学生对于实验项目的新设想, 提高学生实验学习兴趣。
之前课堂上是先由教师讲解实验原理, 实验步骤, 并示范有关操作之后, 整个班级分成12组统一开始进行实验, 实验步骤和方法相对固定, 缺乏灵活性, 降低了学生对整个实验的思考程度, 通过该精品实验建设后, 改变以往课堂组织方式, 将整个班级分为几个研究小组,
每组进行不同实验的内容, 实验结束后组间共享数据, 通过总结, 分析, 实验数据与现象撰写实验报告。这种课堂组织形式可以解决大型昂贵仪器台套数少, 实验学时有限与学生人数较多的矛盾, 提高学生参与实验的程度与积极性。
以前实验教学的考方式主要主要以出勤、实验报告成绩为主, 相对刻板, 不利于激发学生的主观能动性, 建立更加完善的考核方式, 可以更好的提高学生自主学习的能动性, 提高学生实验学习的积极性和创造性。建立多元权重的考核方式, 将前期的文献查阅, 方案设计, 实验过程中的动手能力, 分析解决问题的能力, 合作能力以及实验后分析实验现象与数据, 撰写研究报告能力等综合纳入考核体系, 全面提高学生的综合素质。
精品实验项目“溶胶胶体的制备及性质研究”, 是《油田化学基础实验》课程中的创新研究型实验, 在秉承经典内容不变的情况下, 该精品实验项目建设时, 增加课前预习查阅文献, 设计实验方案环节, 增加溶胶制备的种类和方法的实验内容, 增加溶胶稳定性与zeta电位的研究环节, 增加油田污水处理实际问题的实验内容。并提升油田化学基础实验教学质量。建设后的实验项目将理论知识与实际问题相结合, 极大的提高学生的学习热情, 增强了学生学习的主观能动性, 通过实验使学生掌握“研究”的一般方法和程序, 科学研究中的新技术与新方法, 促进学生科学素养, 分析问题、解决问题和创新能力等多方面能力的提高, 促进油田化学基础实验教学质量的提升[13,14]。
摘要：在溶胶胶体的制备及性质研究的实验教学中, 增加实验内容, 提升教学方法, 建设教学平台, 引进先进分析技术手段, 使其建设成精品实验。实验中结合当前石油行业污水处理的实际问题, 通过学生自行制备溶胶体系, 设计研究使用净化油田污水的体系和方法。将研究型教学贯穿整个实验, 使学生掌握溶胶体系性质的同时, 学以致用解决实际问题, 同时在提高动手能力, 分析问题解决问题能力以及创新研究能力。
关键词：溶胶,精品实验项目,创新研究,污水处理
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