劉 凱 李琪琪 蔡玉芬
(內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,四川內(nèi)江641100)
·教學(xué)研究與改革·
討論式教學(xué)法在分析化學(xué)教學(xué)中的具體運(yùn)用
劉凱*李琪琪蔡玉芬
(內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,四川內(nèi)江641100)
針對(duì)分析化學(xué)的知識(shí)體系和要求,運(yùn)用討論式教學(xué)法組織教學(xué),以切實(shí)調(diào)動(dòng)每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。
全討論;部分討論;滴定分析概論;容量分析
www.dxhx.pku.edu.cn
在全面推進(jìn)素質(zhì)教育的今天,討論式教學(xué)法在國(guó)內(nèi)的教學(xué)實(shí)踐中受到了越來越多的重視和應(yīng)用[1-3],其獨(dú)到的教學(xué)方式不僅有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)合作意識(shí),而且有利于培養(yǎng)他們分析和探究問題的能力。筆者根據(jù)分析化學(xué)的基本內(nèi)容和要求,結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐,談一談?dòng)懻撌浇虒W(xué)法在這一領(lǐng)域各知識(shí)板塊中的具體應(yīng)用,供各位同行參考,以期拋磚引玉,共同提高。
采用分組討論為主、個(gè)人討論為輔的形式。將全班學(xué)生分為若干小組,每個(gè)小組的人數(shù)視班級(jí)規(guī)模而定,一般5-8人;分組時(shí)既要考慮學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的均衡性,又要考慮平時(shí)組織的方便性。每個(gè)小組推選一人為小組長(zhǎng),負(fù)責(zé)本小組的召集工作。
根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求的不同,我們將討論式教學(xué)分為“全討論”和“重點(diǎn)討論”兩種模式。所謂“全討論”,即將某一章節(jié)的內(nèi)容分解為若干個(gè)討論題目,通過學(xué)生自己分析思考獲取答案,以達(dá)到教學(xué)目的。其特點(diǎn)是將該章節(jié)的學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)全部或大部分交給學(xué)生,能更好地體現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的教育理念;不足之處是若討論題目太少則不利于大班上課,若題目太多又較為費(fèi)時(shí)。而“重點(diǎn)討論”則是以講授法為主、討論式教學(xué)為輔,在教學(xué)過程中,圍繞知識(shí)體系和教學(xué)大綱要求,甄選出一部分內(nèi)容展開討論,以加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí),是傳統(tǒng)教學(xué)方法和現(xiàn)代教育理念的有機(jī)融合。
為了讓學(xué)生在課堂討論時(shí)心里有數(shù),“全討論”需要將題目提前1-2周告知他們;而“重點(diǎn)討論”則是介紹到某一內(nèi)容時(shí)即時(shí)提出題目,1-2周后組織全班學(xué)生展示討論結(jié)果。
“全討論”和“重點(diǎn)討論”均以小組討論的形式展開。個(gè)人討論則體現(xiàn)在:①教師就某一特定問題提出的非強(qiáng)制性參與的思考題的探討;②個(gè)人在學(xué)習(xí)中提出的某些具有創(chuàng)意性的問題或見解;③其他小組發(fā)言后因不完善所做的個(gè)人補(bǔ)充。
課堂討論時(shí),通常先由小組選出1位代表發(fā)言,再由其他成員補(bǔ)充。但這樣做有個(gè)缺點(diǎn):易造成某些成員的依賴思想——反正每次發(fā)言有代表或其他人頂著,我可以不參與,這就背離了討論式教學(xué)法的初衷。為將全班每位學(xué)生融入教學(xué),我們改由教師隨機(jī)指定一名小組成員首先發(fā)言,并將其發(fā)言作為該組得分的依據(jù)之一,這就要求小組討論時(shí)每位成員都必須參與。待教師指定的成員發(fā)言后,才允許該組其他成員補(bǔ)充。若該組的回答有瑕疵,教師可鼓勵(lì)其他小組的學(xué)生進(jìn)行完善,但發(fā)言成績(jī)只能作為其他小組學(xué)生的個(gè)人成績(jī)。
有時(shí)各小組對(duì)某問題因認(rèn)識(shí)不同產(chǎn)生爭(zhēng)議,教師可以鼓勵(lì)爭(zhēng)議方展開辯論。但辯論中要注意時(shí)間的掌控,若耗時(shí)太長(zhǎng)可終止辯論,由教師引導(dǎo)揭曉答案(這種處理也適合發(fā)言人數(shù)太多的情況)。
為鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論式教學(xué),我們將學(xué)科總成績(jī)分為三部分:期末考試(約占總成績(jī)的70%),平時(shí)作業(yè)和考勤(約占10%),討論(約占20%)。每個(gè)學(xué)生的討論成績(jī)則由兩部分構(gòu)成:小組討論成績(jī)(70%)和個(gè)人討論成績(jī)(30%)。其中小組討論成績(jī)由各小組發(fā)言情況而定(若某次討論中,組內(nèi)有多人發(fā)言,則小組此次成績(jī)?nèi)「靼l(fā)言人成績(jī)的平均值),個(gè)人討論成績(jī)則由不代表小組的個(gè)人發(fā)言和其他范疇(前已介紹)而定。討論成績(jī)統(tǒng)計(jì)表格參見圖1。
圖1 討論成績(jī)統(tǒng)計(jì)表
課堂討論中,每次發(fā)言的成績(jī)?cè)u(píng)定都分為A、B、C、D、E 5個(gè)等級(jí)。最高等級(jí)A要求發(fā)言準(zhǔn)確圓滿;B類發(fā)言基本正確,但有一定瑕疵;C類發(fā)言部分正確;D類發(fā)言基本錯(cuò)誤,僅與答案少許沾邊;E類發(fā)言完全錯(cuò)誤。為了鼓勵(lì)學(xué)生積極思考,我們還特意做了一項(xiàng)規(guī)定:若某學(xué)生在學(xué)習(xí)或討論中提出了有意義的創(chuàng)新性見解,該學(xué)生的個(gè)人討論總成績(jī)將給予滿分。
有了分?jǐn)?shù)的激勵(lì),學(xué)生在討論時(shí)更加重視和投入,課堂氣氛更加活躍,學(xué)習(xí)的積極性也有了較大幅度的提高。
3.1討論式教學(xué)在滴定分析概論教學(xué)中的具體運(yùn)用
滴定分析是分析化學(xué)最重要的分析方法之一,是化學(xué)分析的核心[4,5]。其概論部分的教學(xué)相對(duì)于分析化學(xué)其他章節(jié)來說,學(xué)習(xí)難度較小。為此,我們?cè)诮虒W(xué)中采用“全討論”的方式,按教學(xué)要求將相關(guān)內(nèi)容編輯成13個(gè)題目,事先分發(fā)給學(xué)生:(1)什么是滴定分析法?(2)什么是標(biāo)準(zhǔn)溶液、滴定劑?(3)滴定分析法是根據(jù)什么進(jìn)行分類的?分類結(jié)果怎樣?(4)滴定反應(yīng)的條件有哪些?(5)滴定分析時(shí)有幾種不同的滴定方式?它們的定量原理是怎么樣的?(6)什么是化學(xué)計(jì)量點(diǎn)?其表示方法怎樣?(7)什么是滴定終點(diǎn)?怎樣用符號(hào)表示?(8)什么是終點(diǎn)誤差?怎樣表示?要求如何?(9)何謂滴定度?其意義何在?表示方法如何?(10)滴定度與物質(zhì)的量濃度的換算關(guān)系如何?(11)什么是基準(zhǔn)物?其要求有哪些?(12)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法有哪些?何謂直接配制法?何謂間接配制法?(13)何謂標(biāo)定?標(biāo)定時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)?
上述問題屬于基礎(chǔ)性問題,在一般資料中易找到答案,其宗旨在于引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。為拓展知識(shí),加深理解,我們圍繞13個(gè)問題又提出了對(duì)應(yīng)的附加思考題。如在問題(2)的基礎(chǔ)上提出:標(biāo)準(zhǔn)溶液是否等同于滴定劑?其關(guān)系如何?以加深學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的認(rèn)識(shí)。又如在問題(6)、(7)的基礎(chǔ)上,提出以下附加思考題:①對(duì)可逆的滴定反應(yīng),計(jì)量點(diǎn)時(shí)各反應(yīng)物的量有何關(guān)系?之前或之后呢?②滴定終點(diǎn)和計(jì)量點(diǎn)的影響因素各有哪些?以便為后繼學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)打下一定的基礎(chǔ)。
滴定臨近終點(diǎn)時(shí)對(duì)滴定劑的量要求很高,須進(jìn)行半滴操作。此要求的依據(jù)何在?我們?cè)谟懻搯栴}(8)時(shí),提出:一被測(cè)溶液,需加20.00 mL標(biāo)準(zhǔn)液方可達(dá)計(jì)量點(diǎn)。但操作時(shí)因顏色觀察不當(dāng),多加了一滴,此結(jié)果是否符合誤差要求?為什么(提示:一般滴定管20滴液體約為1 mL)?學(xué)生們通過計(jì)算,認(rèn)識(shí)到由此產(chǎn)生的滴定誤差為0.25%,已超出0.1%的誤差要求,在今后實(shí)驗(yàn)中對(duì)顏色觀察和半滴操作就格外重視了。
總之,諸附加題在教材上不易找到答案,需學(xué)生深入分析后才能解決。
為了檢驗(yàn)學(xué)生的分析能力和協(xié)作精神,各附加思考題在課堂討論時(shí)才推出,要求學(xué)生經(jīng)短時(shí)間商議后給出解答,以見證其討論情況,避免走過場(chǎng)。不過在事先發(fā)布13個(gè)問題時(shí),應(yīng)提醒他們有附加題,以做好心理和知識(shí)準(zhǔn)備。
按一般教學(xué)大綱,滴定分析概論約為2-3學(xué)時(shí),故課堂討論時(shí)一個(gè)問題只能由一個(gè)小組回答,以縮短時(shí)間。若13個(gè)問題全部由學(xué)生回答,課堂時(shí)間也不夠。于是我們篩選出一部分(如8個(gè))交給學(xué)生討論,其余(如5個(gè))問題由教師簡(jiǎn)單講解,故全班的分組數(shù)就取決于本章學(xué)生討論的問題數(shù)(如分8個(gè)組)。諸問題哪些由教師講解,哪些由學(xué)生討論,學(xué)生事先并不知情,需要對(duì)所有問題進(jìn)行準(zhǔn)備。
課堂討論時(shí),各小組討論的題目由現(xiàn)場(chǎng)抽簽隨機(jī)決定。因各題目難度有異,加之討論結(jié)果與成績(jī)掛鉤,此方式無疑爭(zhēng)議最小。故不論“全討論”或“重點(diǎn)討論”,每組的題目均現(xiàn)場(chǎng)抽簽。出于平衡,教師可按難度將各題得分乘以難度系數(shù)(取值一般為1-1.5),使成績(jī)更加公平。
若全班學(xué)生經(jīng)討論后仍找不到正確答案(一般很少出現(xiàn),若出現(xiàn)則表明該附加思考題難度太大,需要調(diào)整),可由教師引導(dǎo)學(xué)生一步步分析,直至得到最終結(jié)論。
3.2討論式教學(xué)在容量分析教學(xué)中的具體運(yùn)用
容量分析包括酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法,在專業(yè)上具有至關(guān)重要的地位和作用[4,5]。與滴定分析概論相比,所涉及的原理、方法和關(guān)系要復(fù)雜得多,對(duì)多數(shù)院校低年級(jí)學(xué)生,不宜開展“全討論”,可采用“重點(diǎn)討論”的教學(xué)模式。選擇討論內(nèi)容時(shí),我們主要強(qiáng)調(diào)三項(xiàng)原則:
(1)討論內(nèi)容應(yīng)有利于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和掌握。
教學(xué)的目的在于使學(xué)生掌握相應(yīng)的認(rèn)知目標(biāo),討論式教學(xué)應(yīng)緊扣教材的重難點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),以利于學(xué)生對(duì)目標(biāo)的認(rèn)識(shí)和掌握。以分布分?jǐn)?shù)為例,它是容量分析的重要參數(shù),是開啟各型體平衡濃度問題的一把關(guān)鍵性鑰匙。為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)該參數(shù)的理解和應(yīng)用,我們?cè)诮榻B了其含義、作用和計(jì)算關(guān)系后,提出了兩個(gè)思考題:①堿性物質(zhì)的分布分?jǐn)?shù)該怎樣處理?②分別將含有相同物質(zhì)的量的醋酸、醋酸鈉溶液的體積和pH調(diào)至相同,二溶液中醋酸根離子的數(shù)量是否相同?若不同,誰多誰少?對(duì)問題①,一般資料只介紹了弱酸及各型體分布分?jǐn)?shù)的處理方法,堿性物質(zhì)則未提及;通過討論,學(xué)生了解到有兩種解決方法,一是通過解離平衡用[OH-]和Kb處理,二是將堿性物質(zhì)視為酸解離出的型體仍按酸性物質(zhì)的方法處理。這樣不僅使學(xué)生增加了處理方法的選擇性,還可拓展思維,對(duì)酸堿性物質(zhì)的相互關(guān)系有更深的認(rèn)識(shí)。對(duì)問題②,由于學(xué)生初步接觸分布分?jǐn)?shù),尚不習(xí)慣用它解決實(shí)際問題,從討論看,多數(shù)學(xué)生仍按化學(xué)平衡或電荷平衡的關(guān)系去分析,易掉入“誰多誰少”的陷阱。其實(shí),該問題用電荷平衡處理行不通,因?yàn)樗鼪]有指明用什么物質(zhì)及多少量去調(diào)節(jié)溶液的pH,無法建立電荷平衡關(guān)系。若立足分布分?jǐn)?shù),通過分布分?jǐn)?shù)與平衡濃度的關(guān)系去處理,不難得出正確結(jié)論。通過問題②的討論,可使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到分布分?jǐn)?shù)在處理濃度關(guān)系時(shí)的重大作用,為后繼學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。
(2)討論內(nèi)容應(yīng)有利于各知識(shí)體系之間的融會(huì)貫通。
化學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科,各知識(shí)板塊相互交聯(lián)滲透,共同推動(dòng)了學(xué)科發(fā)展。這就要求學(xué)習(xí)者不僅要掌握各板塊的基礎(chǔ)知識(shí),還能綜合運(yùn)用這些知識(shí)跨板塊解決實(shí)際問題。我們?cè)诔恋淼味ǖ慕虒W(xué)中,隨進(jìn)度陸續(xù)提出4個(gè)思考題:①為什么莫爾法的適宜酸度以pH=6.50-10.50為宜?依據(jù)何在?②為什么AgI、AgSCN要強(qiáng)烈吸附I-和SCN-
,而AgCl、AgBr、AgCN對(duì)Cl-
、Br-、CN-
的吸附作用則要弱得多?③能否用莫爾法直接測(cè)定Ag+?④莫爾法不能測(cè)SCN-,緣于滴定產(chǎn)物AgSCN對(duì)SCN-有強(qiáng)烈的吸附作用。而佛爾哈德法的滴定產(chǎn)物同樣是AgSCN,為什么卻可以用來測(cè)定SCN-?對(duì)問題①,涉及到AgOH的沉淀平衡、和的轉(zhuǎn)化以及顏色干擾等因素,對(duì)大一學(xué)生有較強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。對(duì)問題②,需將微粒之間的相互作用如色散力聯(lián)系起來,而一價(jià)負(fù)離子的離子半徑和變形性是色散力大小的決定因素。問題④與問題②是類似的,但需要學(xué)生明確兩點(diǎn):一是溶液環(huán)境不同,吸附對(duì)象也就不同(莫爾法中沉淀的吸附對(duì)象是SCN-,佛爾哈德法中沉淀的吸附對(duì)象是Ag+);二是正離子的變形性比負(fù)離子要小。以上討論,需要學(xué)生將無機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與分析化學(xué)的實(shí)踐相結(jié)合,既能鞏固舊有知識(shí),又能鍛煉他們分析和解決問題的能力,可謂一舉兩得。
(3)討論內(nèi)容應(yīng)有利于學(xué)生發(fā)散思維的訓(xùn)練和應(yīng)用。
當(dāng)今教育非常強(qiáng)調(diào)對(duì)受教育者創(chuàng)新能力的培養(yǎng),美國(guó)心理學(xué)家吉爾福特認(rèn)為:發(fā)散思維是創(chuàng)造思維的核心,代表一個(gè)人的創(chuàng)造能力[2]。大一學(xué)生剛從中學(xué)應(yīng)試教育中擺脫出來,這方面的能力較欠缺,利用討論式教學(xué)進(jìn)行發(fā)散思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練,很有必要。我們以學(xué)科要求為基礎(chǔ),擬定了一些開放性的討論題,以拓展其思維。
如講到兩性物質(zhì)[H+]計(jì)算時(shí),我們以質(zhì)子平衡為基礎(chǔ),推導(dǎo)出了一個(gè)能用于各類兩性物質(zhì)的計(jì)算通式(忽略二級(jí)及以下解離):
在講解了該式的應(yīng)用后,我們提出一個(gè)問題:該關(guān)系式有什么特點(diǎn)和重要作用?就特點(diǎn)看,細(xì)心的學(xué)生可發(fā)現(xiàn)該式分子對(duì)應(yīng)的是弱酸[H+]的計(jì)算關(guān)系,分母對(duì)應(yīng)的是弱堿[OH-]的計(jì)算關(guān)系,該式是將弱酸和弱堿的處理融為一體。但其重要作用學(xué)生認(rèn)識(shí)都較膚淺,僅限于兩性物質(zhì)范圍內(nèi)。此時(shí)可適當(dāng)提示:該式能否計(jì)算其他酸堿性物質(zhì)的[H+]?經(jīng)過分析和思考,某些學(xué)生能發(fā)現(xiàn)該關(guān)系式可以用來計(jì)算弱酸和弱堿的[H+],也有少數(shù)思路開闊的學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)該式可以用來計(jì)算強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的[H+](以強(qiáng)酸為例,從數(shù)學(xué)上看,分子中Ka[強(qiáng)酸]為不定式,可按酸的解離關(guān)系將它替換為[H+][酸根],而[酸根]=c酸,代入后即為強(qiáng)酸的精確計(jì)算式;強(qiáng)堿與此類似。),這意味著該式是所有酸堿性物質(zhì)在不考慮二級(jí)及以下解離條件下[H+]的計(jì)算通式。討論至此,若學(xué)生沒有更深入的發(fā)現(xiàn),教師可進(jìn)一步提示:在兩性物質(zhì)的溶液中,若增加一種強(qiáng)酸,計(jì)算關(guān)系又怎樣?增加弱酸呢?增加強(qiáng)堿呢?增加弱堿呢?學(xué)生根據(jù)質(zhì)子平衡,可發(fā)現(xiàn)增加一強(qiáng)酸,[H+]的計(jì)算只需在該式分子中增加一項(xiàng)[H+]c酸即可;增加一弱酸,只需要在該式分子中增加一項(xiàng)Ka[弱酸]即可。反之,若增加一種強(qiáng)堿,只需在該式分母中增加一項(xiàng)[OH-]c堿即可;增加一弱堿,只需在該式分母中增加一項(xiàng)Kb[弱堿]即可。這使一些復(fù)雜酸堿體系[H+]處理有規(guī)律和較為簡(jiǎn)單了。
氧化還原滴定中,我們介紹了對(duì)稱性氧化還原滴定φsp的計(jì)算式后,向?qū)W生提出:不對(duì)稱性氧化還原滴定φsp又該怎樣處理?以拓展其思維。為便于檢驗(yàn)討論結(jié)果,我們將滴定反應(yīng)作了統(tǒng)一規(guī)定:
aO1+bR2=cR1+dO2
要求結(jié)果中只含有R1的濃度。解題的關(guān)鍵是電極反應(yīng)式的書寫,可提示他們按實(shí)際的滴定反應(yīng)方向及關(guān)系配置和處理系數(shù)。本題對(duì)大一學(xué)生而言難度較大,給他們思考的時(shí)間也較長(zhǎng),獎(jiǎng)勵(lì)分值也較大。
沉淀滴定中,各教材均指出莫爾法不能直接滴定未知Ag+溶液[4,5]。但我們給學(xué)生提出“能否用莫爾法直接測(cè)定Ag+?”(見沉淀滴定思考題③)這里我們將“直接滴定”改為“直接測(cè)定”,雖是一字之差,但后者包含的操作方式更為靈活,若不仔細(xì)琢磨,易掉入否定的陷阱。操作時(shí)只需倒過來,將NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液置于錐形瓶中,未知Ag+溶液裝入滴定管,即可直接測(cè)定[Ag+]。學(xué)生只有具備一定的發(fā)散思維能力,才能得到這種有一定顛覆性的結(jié)論。
經(jīng)過分析討論,學(xué)生逐漸打開了思維的禁錮,審視事物的視野更加開闊,學(xué)習(xí)氛圍也日趨活躍,不時(shí)涌現(xiàn)一些新的想法或觀點(diǎn)。如在沉淀滴定中,有學(xué)生指出:用佛爾哈德法測(cè)SCN-不必用返滴定法,只需將未知的SCN-溶液裝入滴定管,標(biāo)準(zhǔn)Ag+溶液盛于錐形瓶,直接滴定即可。這在傳統(tǒng)教學(xué)中是難以想象的。
通過實(shí)施討論式教學(xué),并摒棄了代表發(fā)言的方式后,激發(fā)了每位學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,加深了對(duì)分析化學(xué)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí),切實(shí)培養(yǎng)了他們分析和解決問題的能力及團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)。我們從2010年試行討論式教學(xué),2013年正式實(shí)施,表1列出了實(shí)施前后3屆學(xué)生課后無記名調(diào)查結(jié)果及期末考試統(tǒng)計(jì),總體看有一定效果。
表1 歷屆學(xué)生分析化學(xué)調(diào)查結(jié)果及期末考試統(tǒng)計(jì)
當(dāng)然,目前看我們所開展的討論式教學(xué)也有不足之處。如受課時(shí)限制和學(xué)生本身學(xué)習(xí)習(xí)慣的影響,不能像國(guó)外許多院校那樣將所有章節(jié)內(nèi)容實(shí)行全討論,討論面也略顯狹窄,有待今后教學(xué)實(shí)踐中逐步改進(jìn)和完善。
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Application of Discussion-Based Teaching Method in Analytical Chemistry
LIU Kai*LI Qi-QiCAI Yu-Fen
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Neijiang Normal University,Neijiang 641100,Sichuan Province,P.R.China)
According to the knowledge system and requirements of analytic chemistry,the discussionbased teaching and organizing-based teaching are used to arouse the enthusiasm of each student's learning,deepen the understanding and using of knowledge,and improve students'comprehensive quality and ability.
The whole discussion;The partial discussion;Overview of titration analysis;Volumetric analysis
G64;O6
10.3866/PKU.DXHX201602006
,Email:linynj@163.com。
內(nèi)江師范學(xué)院本科教改項(xiàng)目(JG201332-258)