界面与胶体化学课程教学探索与实践.pdf

育项教学经验交流1082023年4 月第4 0 卷第2 期界面与胶体化学课程教学探索与实践*陈蔚燕，颜世海，宋祖伟，王修中，龚良玉（青岛农业大学化学与药学院，山东青岛2 6 6 10 9）摘要将界面与胶体化学课程教学内容模块化，采用问题导向教学法与内驱力教学法，能够充分调动学生的学习积极性，改变以往学生被动学习的状态；同时联系实际生活进行教学，充分挖掘课程内容中蕴含的思政元素，对培养学生的社会责任感具有积极作用。以上界面与胶体化学课程改革探索和实践，为应用型化学课程教学提供了一种有价值的思路。关键词界面与胶体化学；模块；问题导向；内驱力；思政元素Exploration and Practice of Interface and ColloidChemistry TeachingChen Weiyan,Yan Shihai,Song Zuwei,Wang Xiuzhong,Gong Liangyu(College of Chemistry and Pharmacy,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,Shandong,China)Abstract:By modularizing the contents of the interface and colloidal chemistry course,combining theproblem-oriented and the internal driving force teaching method,the students learning initiative can befully mobilized,the former students listening state can be changed.By carrying out the teaching inconnection with the actual life,and exploring the ideological and political elements contained in theteaching contents,it can plays a great role in cultivating the students social responsibility.Theexploration and practice above could provide a valuable idea for the teaching of applied chemistry courses.Key words:Interface and colloid chemistry;Modular;Problem orientation;Internal driving force;Ideological and political education elements界面与胶体化学课程是化学本科专业的选修课，涉及胶体和界面的理论技术及其在实际生产作者简介陈蔚燕（19 7 8-），女，副教授，博士。通信作者陈蔚燕，E-mail：9 9 2 8 4 6 7 4 q q.c o m。中的应用等多方面知识，包含胶体和界面的原理、功能、实际使用、制备等内容-2 。本课程是物理*基金项目：2 0 2 1年青岛农业大学课程思政教育专项（XJY2021025）；2 0 2 2 年青岛农业大学课程思政教学团队培目；青岛农业大学继续教育研究课程（JXJY202006）。109陈蔚燕，等.界面与胶体化课程教学探索与实践化学的后续课程，旨在使学生获得胶体化学和界面化学的基础知识，具备在实际生产中运用相关知识的基本能力，为从事高新技术领域的相关工作和科学研究打下基础3-4 1。界面与胶体化学同工业生产和人类的衣、食、住、行密不可分，如明矾净水、肥皂去污、向高空抛洒粉剂进行人工降雨、鱼汤结冻等都与之有关。另外，界面与胶体化学涉及多个学科的交叉应用，如分析化学中的吸附剂，无机化学中的成核、过饱和，生物化学中的电泳、膜现象，化学工程中的黏合剂和润滑剂，环境科学中的气溶胶、污水处理和土壤修复，材料制备中的陶瓷制品、水泥和涂料，日用化学品中的化妆品、洗涤剂，石油行业中的油品回收和乳化，等等。可见，界面与胶体化学与人类的生产生活密不可分，是一门重要的专业基础课。目前，该课程的教学存在内容更新速度慢、层次脉络不清晰、教学方式单一等不足，课堂气氛较为沉闷，学生的学习兴趣也不高，因此迫切需要改革。一些高校针对界面与胶体化学课程教学改革进行了大量的研究，并取得了研究成果5-7 我校的界面与胶体化学课程面向应用化学、材料化学、化学工程与工艺三个专业的学生开设，每年选课人数为15 0 18 0 人，各专业分别组成一个教学班。该课程是一门选修课，安排在大三学年，在学生完成物理化学课程的学习之后开课。随着科技的发展，课程原有的教学内容已经明显陈旧，需要进行更新。另外，该课程采用教师讲、学生听的方式，导致学生抓不住重点，也无法将理论与实践联系起来，更不能对课程知识进行灵活应用。为了解决上述问题，提高教学效果，我们对课程教学模式进行了改革，并探索融人思政元素，开展课程思政建设。一、教学内容模块化目前，我校界面与胶体化学课程的教学内容如表1所示。由于教学内容的层次不够清晰，章节间的联系不紧密，学生在学习过程中找不到课程的主线，无法从整体上把握课程内容，感觉知识点杂乱且没有规律。对此，我们将课程教学内容进行重新整合，并划分为不同的单元模块界面与胶体化学课程教学内容分成三个模块，如图1所示。模块一是胶体化学的相关知识点，包含胶体化学体系的分类、制备方法、性质和应用。模块二是界面化学的相关知识点，包含4种不同的界面。模块三是前两个模块内容的应用实例，每个实例作为一个小单元进行详细讲解。课程内容模块化使相关知识点的联系更为紧密，有助于学生把握知识体系的脉络、提高知识学习的效果。二、教学手段多样化当前课堂教学的方法和手段有很多种，包括探究式教学法、启发讨论式教学法、情景式教学法、案例式教学法、任务驱动教学法、目标教学法、互动式教学法，以及多媒体教学、线上线下混合式教学、雨课堂等教学手段8-10 1，这些教学方法和手段能够显著提升教学效果。界面与胶体化学是一门应用性很强的课程，而大三学生已经适应大学的学习，因此我们根据课程的性质和学生的特点，在该课程教学中主要采用问题导向教学法与内驱力教学法（每章节用时2 0 分钟），以提升课堂教学效果。问题导向教学法是以探究为主的教学法11，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以学生原有知识、周围世界和生活实际为参照对象，通过给学生提供自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，让学生以个人、小组为单位尝试解决问题。这是一种应用所学知识解决实际问题的教学方式，目的是打破僵化的教学模式，为课堂增添活力。如图2 所示，在界面与胶体化学课堂教学中，我们围绕常见的生活现象提出一系列问题，让学生组成5 6 人的小组展开讨论（每个教学班5 0 6 0 人），利用已掌握的知识进行思考，并尝试提出解决方案。这些生活化的问题激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，使学生成为课堂的主人。在充分讨论的基础上，我们结合问题及学生给出的答案，引出教学知识点。内驱力是行动的前提。内驱力教学是指通过多种教学手段激发学生学习新知识的欲望，110陈蔚燕，等.界面与胶体化学课程教学探索与实践表1我校界面与胶体化学课程教学内容章节内容重难点授课方法第一章1.什么是胶体；2.胶体化学的发展简史；3.胶体重点：胶体的定义及分类讲授绪论化学的研究内容；4.胶体化学的研究前景难点：分散体系的分类第二章重点：胶体的制备方法、超联系实际，结合1.胶体的制备和净化；2.单分散胶体；3.超细胶体的细颗粒和纳米材料的应用理论，启发学生颗粒；4.纳米材料制备难点：凝聚法机理的创造性思维1.表面张力与表面能；2.弯曲表面的特性；重点：弯曲表面的特性、润第三章注重概念，结合3.润湿和铺展；4.固体表面的吸附作用；5.吸湿和铺展以及吸附等温式界面现象N2吸附测定附等温方程式；6.固-气界面吸附；7.固体溶液难点：吸附等温式和等温与吸附BET的实例界面吸附线、亚稳态1.表面活性剂概述；2.表面活性剂在溶液界重点：HLB值的求算和表应用图示法讲第四章面上的吸附；3.临界胶束浓度和胶束理论；面膜解基本概念，并表面活4.表面活性剂的亲水亲油平衡问题；5.表难点：HLB值和胶束理列举生活实例性剂面膜论，表面膜启发学生思维1.乳状液类型；2.乳状液的制备；3.乳状液的重点：微乳状液、多重乳状第五章结合实际，图示转型和破坏；4.微乳状液；5.多重乳状液和液液和液膜分离乳状液讲授膜分离难点：液膜分离1.溶液中的高分子；2.高分子溶液的性质；第六章3.高分子对胶体稳定性的影响；4.Donnan平重点：Donnan平衡，高分高分子衡（由于大分子溶液相对分子质量皆不均一，子溶液的性质图示法溶液扩散速度都比较缓慢，且均不能透过半透膜，难点：Donnan平衡故单独设置一章节内容）研究对象均为分散体系模块一模块二胶体化学界面化学界定应用润湿固气界面固液界面吸附类型制备性质固液界面液液界面表面改性界（表）面张力模块三表面活性剂表面膜多重乳液高分子浴波图1模块化的界面与胶体化学课程内容111陈蔚燕，等.界面与胶体化学课程教学探索与实践水是如何练成超疏水纺织水滴为什裘千仞的“水上品、皮革做的润湿现象么是圆形？漂”功夫的？鞋有什么不同？有什么不同？自湾洁玻荷叶为什么蓝蓝的天上“自清洁”玻璃“出污泥而白云飘，白如何自清洁？不染”？云还是乌云？图2问题导向教学法示例进而付诸行动，主动学习12 。如图3 所示，工业上除去废水中高价铬离子（Cr6+）的过程为：制备多重乳状液W1/O/W2，油膜中含有三辛胺和聚胺，三辛胺为流动载体，内相为NaOH溶液。该过程涉及的反应方程式为：2R,N+H,CrzO(R,NH),Cr2O(R,NH),Cr,O,+4NaOH2R,N+2Na,CrO4+3H,0我们要求学生根据提示和图3，叙述Cr6+被除去的过程，指出多重乳状液液膜的作用和流动载体的作用。学生充分调动自已的内驱力，积极思考问题，主动获取知识。W图3工业上除去废水中的高价铬离子在课程教学中，我们还尝试了其他教学方式，如制作汇报PPT、撰写课程小论文、开展问卷调查等。课程小论文的评分标准如表2 所示。表2课程小论文的评分标准分值评分标准能在规定时间内独立完成论文，立论正确，分析透彻，结构严谨，格式规范工整，优（9 0 分以上）条理清楚且逻辑性强，资料齐全能在规定时间内独立完成论文，立论正确，结构严谨，格式规范工整，条理较为清良（8 0 8 9 分）楚，资料较为齐全能在规定时间内独立完成论文，立论正确，理论分析无原则性错误，论文的观点中（7 0 7 9 分）正确、语句通顺，格式较为规范工整，条理较为清楚，资料收集得当能在教师的指导下按时完成论文，立论正确，论文中使用的概念基本正确，条理及格（6 0 6 9 分）比较清楚，格式符合规范，资料收集得当在指导教师的指导下，还不能按时完成论文，论文写作格式不规范，观点不正确，不及格（6 0 分以下）相关资料不齐全112陈蔚燕，等女学探索与实践界面胶体三、科研融入教学在教学过程中，我们注重培养学生的创新意识、创新思维和创新能力，鼓励学生通过提问、讨论和分析问题来扩展思维和视野，实现理论与实践的结合。与此同时，我们结合学生的专业，以科技前沿问题为教学的切入点，让学生了解该课程的知识在相关科研领域的应用，提高学生对课程的兴趣和重视程度。图4为界面与胶体化学课程知识在科研中的应用13 O合成纳米材料超疏水过滤棉界面与胶体化学胶体金检测临床医学诊断胀流体内的结构形成过程蒙体金吸收舰23图4界面与胶体化学课程知识在科研中的应用四、结合思政教育我们将课程内容中蕴含的思政元素融入知识点教学中。如我们在讲述晶体与胶体、凹液面与凸液面、疏水与疏油、水包油与油包水、活性物质与惰性物质、过热液体与过冷液体、人工消雨与人工降雨、亲液固体与憎液固体、吸附与解吸、电泳与电渗、沉降与扩散、分散与絮凝等一系列相对的概念时，融入辩证思维的唯物主义世界观；在讲解气溶胶时，联系新冠病毒存在气溶胶传播的现实，让学生思考核酸检测时用到的胶体化学知识，以及提高检测能力的方法，培养学生的科技创新精神；在讲解利用多重乳状液液膜分离技术进行污水处理时，倡导学生树立绿色发展理念、增强环保意识，培养学生的可持续发展观；在讲解界面与表面的概念时，引人荷叶“出污泥而不染”的现象；在谈到任意的液体表面或者固体表面与体相组成不同时，引导学生学习“透过现象看本质”的辨证方法。另外，我们还在讲解胶体的光学性质一丁达尔效应时，引人“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝”“日照香炉生紫烟”“忽闻海上有仙山，山在虚无缥缈间”等诗句，以激发学生的学习兴趣。五、教学实例生活化界面与胶体化学是一门应用性极强的课程，50%的教学内容来自生活，所以我们注重联系生活实际提出问题，让学生大胆思考。如“高压氧舱”治疗结束后，为什么要从高压向低压慢慢过渡？海底潜水员快速返回海面途中为什么要缓慢上升？远洋巨轮下水后螺旋桨表面产生的小气泡有什么危害，可以用什么办法保护螺旋桨？医院肾透析仪器中的半透膜的作用原理是什么？有机合成实验中加入的沸石是怎样防止暴沸的？表面活性剂中的活性成分是怎样去除污渍的？雨后农民锄地保的原理是什么？这些问题贴近生活，与课程的知识点联系紧密，更易引起学生的兴趣。六、教学成效界面与胶体化学是研究胶体与界面现象的一门课程，与能源、材料、生物、化学和环境科学密切相关，应用于生产生活的各个领域。为了提高我校界面与胶体化学课程教学质量，我们将教学内容进行模块化整理，采用问题导向教学法和内驱力教学法，让学生在掌握基本原理、基本内容的同时做到理论联系实际，同时融人思政元素。为了了解课程教学效果，我们针对2 0 19 级材料化学、应用化学、化学与化工三个专业的学生展开问卷调查（见图5）。结果表明，学生对模块化内容的认可度非常高（10 0%），认为问题导向教学法对课堂学习具有促进作用（9 0%），能够感受到思政上接第3 0 页）113陈蔚燕，等.界面与胶体化学课程教学探索与实践界面与胶体化学课程教学效果调查同学你好，我们现在正在进行界面与胶体化学课程教学效果研究，请配合完成下面问卷，答案没有对错之分，只要如实填写就可以，分别在是（或者否）处打勾，谢谢支持与配合，序号问趣是否备注1你所在的班级和姓名2问题式讲述界面与胶体化学是否易于接受？3界面与胶体化学课程模块法授课是否利于整体把握课程内容？4该课程中教师引入科研是否拓宽你的视野？5你认为老师采取问题式和内驱力教学法的力度是否需要加大？6你认为老师课堂上图例法引导对你的学习是否有促进作用？7你是否了解专业课程思政化？8界面与胶体化学课程中实施思政元素渗透你是否有感受？9你觉得界面与胶体化学课程中渗透思政元素是否影响课程质量？10课程中使用PPT汇报方式教学对你影响是否大？11你觉得本课程中老师渗透思政化内容刻意还是不经意？12如果全部专业课程都采取思政化模式你的态度是？图5界面与胶体化学课程教学效果调查元素在课程内容中的渗透（8 5%）。可见，此次教学改革为应用型化学课程的教学提供了一种有价值的思路，有利于培养适应社会经济发展需要的高素质应用型人才。（责任编辑：李丽妍）参考文献：1刘敬成.浅谈表面及界面化学教学改革与课程建设J.教育教学论坛，2 0 15（2 0）：110-111.2 秦勇，林富荣，杜飞，等.“大工程观”背景下胶体与界面化学教学改革探索J.广州化工，2 0 15，4 2(21):189.3 张颖，胡道道.专业选修课教学模式探索与实践一一以胶体与界面化学选修课教学为例J.大学化学，2 0 14，2 9（6）：2 0-2 3.4 F陈志明，汪春梅，傅应强.应用化学专业胶体与界面化学课程教学改革与实践J.广州化工，2 0 15，8茅锐，彭琼琼.认知建构模式下PBL教学在化学学科中的应用J.高等理科教育，2 0 2 1（2)：6 4-7 0.9 】Yang Y H,Chen M,Li H,et al.The degree ofcrystallinity exhibiting a spatial distribution 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