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“停课不停教、停课不停学”。《物理与工程》期刊开办了新栏目——在线数学教育。作为新栏目“在线数学教育”的开篇,我们的陌陌公众号早已发表教育部高等中学学院数学课程教学指导委员会书记、清华学院王青院长文章——。本期陌陌公众号发表教育部高等中学学院数学课程教学指导委员会委员、中国科技学院张增明院长文章——64学时学院化学实验线上教学方案及其设计思路。“在线数学教育”栏目正在征集论文,我们为这种投稿开通快速审稿和网路发表的红色通道,期望尽快分享作者的理念、思想以及研究和应用成果。投稿请惠至《物理与工程》期刊采编平台:。期盼您的参与和分享。
疫情防治期间怎样做好“停课不停教、停课不停学”,关键在班主任的线上教学组织、网络平台的技术保障、远端中学生的接受和互动参与。实验教学在人才培养过程中具有重要的地位,但实验教学不同于理论课程教学,更指出中学生的动手操作。怎样将线上教学补习与线下的动手结合上去,提升疫情防治期间线上化学实验教学的质量,关键要考虑以下四个问题。
1实验设备
实验离不出具体的设备、材料。中学生离校在家,不可能借助实验教学仪器,需转变思路,借助身边的设备完成实验。完成实验的关键是检测所需的仪器,各种传感可以提供检测数据。目前的智能手机中配置有大量的传感,如:加速度、压力、时间、磁力计、光强、GPS、陀螺仪等,借助这种传感可以实现热学、热学、电学、光学等实验数据的检测[16]。下载手机应用软件就可以实现相应的传感功能,图1为的应用界面。借助手机的摄像功能结合视频图象处理软件的数据剖析,可以实现先前实验教学过程中无法完成的一些实验,如两维碰撞剖析、单摆的非线性剖析。图2为借助视频追踪软件对大角度单摆的轨迹的非线性拟合。据悉,实验器材可以就地取材,如借助蒸盘完成转动力矩相关实验,如图3所示。
院校实验教学配置的仪器、材料,目标是确保教学大纲实验能顺利完成;中学生按照手边的材料,可以自主发挥,居家完成不同的实验,通过对实验数据的剖析,了解影响实验的各个环节。教员线上指导,师生间、同学间的互动讨论,都可以将实验建立得更好。
2实验内容
特殊时期大学物理实验设计方案,线上数学实验教学的目标应以有指导可互动的自主DIY实验为主。实验内容不能坚守教学大纲指定的这些实验,须要以中学生能力培养为目标,尽可能拓展丰富实验项目内容,通过不同于大纲的灵活实验实现相同的能力培养。为提高中学生的实验兴趣,可以举办一些自主实验,充分迸发中学生的创新能力。如借助GPS数据,检测月球的直径;水的爆沸认识;乐音实验等。据悉,引入一些探究性实验,可以进一步提高实验难度,培养中学生运用科学知识解决问题的能力。
3实验资源
现有的网上资源好多,例如:虚拟仿真():2019年申报国家级化学虚拟仿真实验项目53项,从普通化学实验到近代化学实验、再到前沿科学技术实验;这种资源解决了好多高危、高成本、极端条件下的未能举办的实验。爱课程():30门《大学化学实验》资源共享课及MOOC;这种线上资源主要以实验仿真为主,某些实验可以完成远程操作获取数据,但也要依赖实验室改进的设备。其实这种网上资源,对正常的实验教学给与了很大的补充及补习,但动手能力的锻练严重欠缺。因而须要扩大、补充居家可完成的实验项目。目前部份院校师生早已完成了一些居家可完成的实验项目,师生反馈疗效挺好,收获很大,极大地推动了线上实验教学的疗效。我们鼓励各校举办研究性实验,中学生可以从历年的CUPT开放性赛题选择合适的题目,各市举办的数学创新竞赛赛题及自己关注的生活中化学现象探究,这种资源共同组合,可以挺好地完成化学实验的教学目标。
4教学方案
学院化学实验教学在不同院校、同一所院校不同事科间的教学水平不同大学物理实验设计方案,需考虑各校的师生、学科差别,合理设计,系统全面,以提高教学疗效。在教育部高等中学学院数学课程教学指导委员会学院化学实验专项工作委员会及国家级示范中心联席会数学学科组的共同努力下,设计了64学时的线上数学实验方案,详见表1。该方案由引言、DIY实验、探究性实验、虚拟仿真实验、自定趣味性实验几部份组成。因为各校教学目标不同,建议各校按照自己的实际情况,优化组合方案,完成本校的疫情防治期的实验教学。
64学时的线上数学实验方案还在丰富、改进、完善和不断的实践当中。我们期盼全省教员积极参与、合力共建,让更多的教员、学生受惠,促使学院化学实验教学水平的提升,同时探求新的学院化学实验教学方法。
致谢:谢谢中国科学技术学院、复旦学院、南开学院、东北学院、清华学院、北京学院、北京民航航天学院、南京学院、哈尔滨工业学院、西安交通学院、中南学院、内蒙古科技学院、华中科技学院、东北师范学院、河南学院等院校化学实验教学一线老师的大力支持,期盼更多院校同行积极参与,不断丰富、改进、完善该方案,让更多的老师和朋友获益,努力提高疫情期间的学院化学实验教学水平。
共享资源:
•学院数学课程教指委网站:
•《物理实验》网站::hy
•《物理与工程》网站:
附表:单摆
实验内容由基础、提升、进阶及中级几个部份组成,充分彰显了实验教学的基本能力培养、学生创新能力及高阶内容的高要求。中学生除了可以居家完成相关实验的基本要求,还可以通过视频处理,探究实验的高阶内容。
实验目的:用单摆测定当地的重力加速度
实验原理:当单摆角很小时(α可测定g。当摆角较大时,简谐近似失效,需研究摆球运动的非线性。
实验仪器:长约1m的细线一根,毫米刻度尺,小球,手机(装有软件)
实验步骤:
一、传统单摆实验
测重力加速度使用金属小球,同一个单摆进行多次检测取平均值:
二、手机摆实验
1.将细绳一端固定在竖直墙壁上,另一端固定在手机上,让手机面与外墙平行,弄成一个摆。
2.打开软件,下拉菜单找到下的,让手机偏离平衡位置一个小角度,点击运行按键,放手后,软件会依照陀螺仪检测的数据手动记录单摆的周期和频度。
3.软件设置了几个功能:
•栏目可以反馈单摆的周期和频度;
•G栏目中可以输入摆长,系统会手动估算重力加速度g;
•栏目中,默认g值为9.81m/s2,系统会手动估算摆长。
4.注意:检测摆长时,应从悬点的位置检测到手机的中心,实验简易装置图和实验数据见附图1。
三、视频轨迹追踪实验
借助手机拍摄小球单摆的摆动视频,借助视频追踪软件提取小球的运动轨迹,研究小角度下的简谐运动及大角度下的非线性运动(附图2和附图3)。
参考文献
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[6]CM,fúHY.Useto’sangle[J].The,2019,57:118,
作者简介:张增明,男,教育部高等中学学院数学课程教学指导委员会委员、教育部高等中学学院数学课程教学指导委员会学院化学实验专项工作委员会书记、国家级示范中心联席会数学学科组主任,中国科学技术学院院长,。
引文格式:张增明.64学时学院化学实验线上教学方案及其设计思路[J].化学与工程,2020,30(2):优先出版.
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