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南开化学百年贡献:多媒体化学元素周期系教学成果

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:《化学元素周期系》多媒体教科书软件是1997年教育部立项、并经国家计委正式批准的“九五”国家重点科技攻关项目、教育部“九五”重点教材计划项目。申泮文是《化学元素周期系》多媒体教科书软件及教学成果的总负责人,指导该软件的研制开发与教学实践工作。

南开化学百年贡献:多媒体化学元素周期系教学成果

1984年7月,申泮文去加拿大参加第五届世界氢能会议返程回国时,访问了美国密歇根大学,在那里,他第一次见到了计算机辅助教学(CAI),深受触动,“CAI这种教学方式方法太好了!”,申泮文当即决定邀请主管CAI教学工作的威廉姆·巴特勒(William Batler)研究员南开大学讲学2周,传授刚刚开始的计算机在化学教学中的应用技术,并把这种教学方法引入中国。1986年3月,美国密歇根大学巴特勒夫妇来到南开大学讲学,并送给申泮文一套教学软盘,遗憾的是当时南开校园里还没有计算机,不过这件事启蒙了我国化学教育中最早的计算机应用潮流。10年后,20世纪90年代中期,386、486计算机才开始在国内流行,申泮文敏锐地意识到计算机对辅助化学教学的优势,他以近80岁高龄开始学习计算机技术,并在1995年带领部分师生研制开发出一套《化学元素周期系》多媒体教科书软件,1998年全部开发完成并由高等教育出版社正式出版发行。高等教育出版社称:“这是我国第一部多媒体化学教科书软件,改革了传统的基础课教学方式方法,把高新技术引入课堂教学,增强课堂教学效果,它的出版对全国高校现代化教学和提高教学质量起到积极的推动作用。”

《化学元素周期系》多媒体教科书软件是1997年教育部立项、并经国家计委正式批准的“九五”国家重点科技攻关项目、教育部“九五”重点教材计划项目。该教学软件及其在教学改革中的应用成果获得了2001年国家级教学成果一等奖。

申泮文(1916—2017),广东省从化人,著名教育家、翻译家、化学家。1940年毕业于西南联合大学化学系。1946—1959年,任南开大学化学系教员、讲师、副教授,1952年任第一任无机化学教研室主任。1959—1978年,任山西大学化学系教授、系副主任。1978—2017年,任南开大学元素有机化学研究所副所长、化学系无机化学教研室主任。创建了南开大学新能源材料化学研究所、南开大学应用化学研究所。1980年,当选为中国科学院化学学部学部委员。历任第三届全国人大代表,第五、六、七届全国政协委员,国家教委第一届理科化学教学指导委员会委员,天津市联合业余大学校长,天津渤海职业技术学院名誉院长。曾当选天津市劳动模范(1979、1980)、全国优秀教师(1993、1999)。2017年在天津逝世,享年101岁。

申泮文十分重视高等化学教育与教学工作,长期为本科生授课,是中国执教化学基础课时间最长久的老化学家,也是中国著、译出版物最多的化学家,由他主持和组织撰写或翻译的化学教科书和专著,在国家级出版社的出版物就达70余卷册、4000余万字。20世纪末,申泮文为了改变中国高等化学教育与国际一流大学相比相对落后的面貌,为中国高等化学教育未来现代化的改革做了许多有益的奠基性工作。这些工作连续三届(2001、2005、2009)获得国家级教学成果奖的奖励。

申泮文是《化学元素周期系》多媒体教科书软件及教学成果的总负责人,指导该软件的研制开发与教学实践工作。

《化学元素周期系》软件的主菜单被设计成一个全屏幕的长式化学元素周期表,围绕化学元素周期律这个伟大的定律,介绍了它的发现者——门捷列夫,元素周期系的发现与发展过程,化学元素性质周期性变化的规律,112个元素的发现简史,各个元素基本的物理化学常数,元素单质和重要化合物的性质、结构、生物活性、制备方法与应用,以及7个周期,16个族,2个特殊元素系等,总共设计了139个可以点击的按钮,也就是139个专题、60余万字的内容可供选择。其中除对主要元素逐个进行讨论讲解之外,还分别对7个周期、16个族、2个特殊元素系的通性进行了综述讨论,以利于学生从纵向和横向多方面总结概括知识。《化学元素周期系》专题对周期系理论的发现、发展以及未来远景、化学元素的各类性质的周期性等作了比较全面的论述,使学生能比一般教科书更深入地了解这个伟大的自然规律,增长学生的自然科学史知识。

《化学元素周期系》多媒体教科书软件主菜单

每个元素的讲授和自学模块,都提供了该元素的发现简史,对该元素的发现人和发现过程做了简要故事性介绍,把它们合在一起,就是一部“化学元素发现简史”通俗读物,继承了申泮文几十年教学经验中的惯于课堂讲授化学发展史的习惯,通过这种介绍,可以激发学生热爱化学和献身化学事业的热情。

针对这139个专题,在主菜单的上方设计有“讲授”“自学”“习题”“测验”与“数据”五大功能按钮供用户选择。这五个功能按钮代表了每一专题的五大功能模块。其中“讲授”部分采用多媒体的形式对每一专题进行深入浅出的讲授。“自学”部分采用文字的形式对讲授内容进行充实和拓展,并实现了超文本链接和打印功能,方便学生自学。在每一专题中,都安排了一定量的“习题”,供学生巩固和检查学习的成果。“测验”模块提供了大量的试题,电脑可根据学生测试的结果,分析学生的学习效果,提出下一步学习的建议。“数据”模块提供了每种元素常用的几十个物理化学常数,相当于一个小型的数据库,方便师生和化学从业人员检索。

在整个软件中,4000余幅图片,1000余幅二维和三维的动画,用来表达分子或化合物的立体构型、反应过程、制备工艺流程等,形象和直观地表达出教师在黑板上无法绘出的抽象理论,大大拓展和丰富了原有课堂讲授的内容与形式,使教学效果达到理想化程度。该软件既可用于教师课上教学,又可用于学生课下自学,既是一部无机化学纪实材料的教科书,又是一部无机化学简明资料辞典。

为使用户界面更友好,还设计了当将鼠标移至主菜单某一功能按钮上时,屏幕上即出现一黄色显示框放大显示该按钮的名称,同时在屏幕的最下方出现一行文字,说明该按钮的功能。当将鼠标移至某一元素按钮上时,不仅显示出该元素的原子序数、符号、中英文名称和相对原子质量,同时还有该元素中英文名称的读音,这为教授学生读写元素名称和掌握基本知识提供了方便。为用户使用方便,在主菜单的上方还设计有“帮助”“系统”“退出”“软件动画图标”和“取消”功能按钮,总共有十大功能按钮。

通过天津市科学技术信息研究所查新和在因特网上检索发现,当时虽有不少有关元素周期表的软件,但大多数功能单一,比较简单,国内外还未见到像该软件这样集多种功能于一体的多媒体教科书软件。它具有以下几个创新点:

1.软件信息量大,内容丰富新颖、覆盖面广(www.xing528.com)

软件内容丰富新颖、信息量大,收集资料面广,达到当前基础无机化学最新信息水平。大量的图片、动画显示化合物的立体结构和反应过程,深入浅出地表达出教学的内容,取得良好的教学效果。把作者有特色的科学研究成果纳入软件中,例如氢化锂、氢化铝锂的新合成工艺等,别开生面,有利于启发学生的创新思维。在每个元素的讲授和自学功能模块中,都提供了该元素的发现简史,这是一般教科书所不能达到的。

2.软件设计思想超前,制作精良、智能化

软件设计精巧、智能化,可以随时补充新知识新内容。人机界面友好、交互性能好,139个专题的内容可以层层打开,对化学元素周期系理论的发现、发展以及未来远景,112种化学元素及其化合物的各类性质的周期性等作了比较全面的论述,各专题还设有“讲授”“自学”“习题”“测验”和“数据”五大功能按钮可以随意选择,智能查索,构思新颖,使用方便。

软件制作精良,表达精练,能形象和直观地表达出教师在黑板上无法绘出的抽象理论,使教学效果能达到理想化程度。不仅可以节约学时,同时极大地激发了学生学习的积极性和兴趣,锻炼和培养了学生的自学能力。不仅提高了教学质量,还有利于学生的素质教育

3.该软件支持基于网络环境的多媒体教学模式,可以实现教学资源共享

4.该软件为多媒体教学光盘与教科书配套出版创造了先例

该软件经过南开大学化学系四年基础化学教学实践的反复考验,证明有很高的实用性,取得了可向外推广的改革经验。1999年5月,教育部高等教育司、高等教育出版社在南开大学举办了全国高校“化学教学方法和教学手段改革研讨与多媒体教材《化学元素周期系》应用培训班”,在化学、化工类基础课程教学中首先推广应用先进的教学方法和教学手段,进一步促进了该软件在全国高校范围的广泛应用和推广,大大促进和推动了基础化学教学方法和教学内容的改革。使用该软件进行教学改革的经验,受到与会代表一致欢迎,当时全国已有复旦大学南京大学浙江大学上海交通大学天津师范大学、广东工业大学等70多所高校将该软件用于教学改革实践中,都取得了很好的教学效果。

《化学元素周期系》多媒体教科书软件的中期研究成果曾获教育部1997年全国普通高校优秀计算机教学软件评选一等奖。1998年10月,中国科技大学校长、中科院院士朱清时教授与教育部陈至立部长出席由联合国教科文组织在巴黎召开的“21世纪的高等教育”国际会议,朱清时教授演示了该软件的演示盘,受到与会同行们的一致好评。朱清时教授评议该软件时说:“此工作和所得到的成果具有国际一流先进水平,代表着我国大学多媒体教学研究的水平。”

《化学元素周期系》多媒体教科书软件1999年6月29日通过了教育部组织的科学技术成果鉴定,鉴定结论是:“《化学元素周期系》软件内容丰富,取材新,构思新颖,制作精良,操作使用方便,人机交互性好。极大地激发了学生学习的积极性和兴趣,节约课时,有利于课堂教学和学生自学。该软件已经过三年试用,是我国化学教学方法和手段改革的一项重大研究成果,属国内领先,达到了国际先进水平。”2000年12月该软件获得南开大学和天津市教学成果一等奖,2001年获得国家级教学成果一等奖。

成果完成人:申泮文、车云霞、林少凡

2001年国家教学成果奖证书

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