《工科化學(xué)概論》系列教材建設(shè)的研究與實(shí)踐＊

徐瑛 周宇帆 劉鵬 肖亮 高卓 何小松 陳雪梅

(武漢理工大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系 湖北武漢 430070)

《工科化學(xué)概論》系列教材建設(shè)的研究與實(shí)踐＊

徐瑛 周宇帆 劉鵬 肖亮 高卓 何小松 陳雪梅

(武漢理工大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系 湖北武漢 430070)

以現(xiàn)代教育理論為指導(dǎo),將先進(jìn)教育理念與先進(jìn)教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合,融入多年教學(xué)實(shí)踐和國內(nèi)外教學(xué)成果,編寫出版了有鮮明特色、普適性強(qiáng)的系列教材——《工科化學(xué)概論》、《工科化學(xué)概論立體化課件》、《工科化學(xué)概論習(xí)題解答》,并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。本文介紹《工科化學(xué)概論》系列教材建設(shè)的一些體會(huì)。

培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才是 21世紀(jì)高等教育的核心?；瘜W(xué)既是經(jīng)典學(xué)科,又是與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學(xué)等八大新興或朝陽科學(xué)都有緊密的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學(xué)[1],是一門賦予人能力的科學(xué)[2]。普通化學(xué)是實(shí)施綜合素質(zhì)教育的公共基礎(chǔ)課?；瘜W(xué)的思維、化學(xué)對(duì)世界的認(rèn)識(shí)方法、化學(xué)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的解釋是其他學(xué)科不能替代的?；谏鲜稣J(rèn)識(shí),加強(qiáng)化學(xué)素質(zhì)教育,體現(xiàn)工科特色,突出化學(xué)與工程技術(shù)間的橋梁作用,啟迪創(chuàng)造性思維,也就成為我們編寫《工科化學(xué)概論》系列教材的指導(dǎo)思想。

1 構(gòu)建工科普通化學(xué)教學(xué)新模式

工科普通化學(xué)的教學(xué)目標(biāo)是:使工科大學(xué)生對(duì)人類社會(huì)生活中無法避開的化學(xué)作一些必要的了解,增強(qiáng)科學(xué)素質(zhì),幫助學(xué)生運(yùn)用化學(xué)的理論、觀點(diǎn)和方法,為處理、研究相關(guān)實(shí)際問題提供思路和辦法,以期科學(xué)地、和諧地認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界,改造物質(zhì)世界,保護(hù)物質(zhì)世界和尊重物質(zhì)世界[3]。

工科普通化學(xué)課程由化學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)應(yīng)用、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等三大教學(xué)模塊組成。教師可根據(jù)不同專業(yè)對(duì)化學(xué)課程的要求,靈活選擇教學(xué)模塊中的具體教學(xué)內(nèi)容,將化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用、化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)、傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)有機(jī)結(jié)合,以“知識(shí)—能力—素質(zhì)”為培養(yǎng)目標(biāo),開辟課內(nèi)、課外兩塊教學(xué)陣地,延伸和拓寬教學(xué)時(shí)空,通過課堂講授、指導(dǎo)自學(xué)、學(xué)生選讀 3個(gè)環(huán)節(jié),有針對(duì)性地組織教學(xué),以適應(yīng)不同專業(yè)、不同層次的需要。

2 整合教學(xué)內(nèi)容

普通化學(xué)課程的專業(yè)跨度大,知識(shí)涵蓋面廣,涉及無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)的一些基本知識(shí)。為緩解高等院校普遍存在的教學(xué)內(nèi)容多、教學(xué)課時(shí)少的矛盾,我們制定了“加強(qiáng)基礎(chǔ)、注重銜接、聯(lián)系實(shí)際、按需選材”的原則,既考慮與中學(xué)化學(xué)的銜接,又注意到 21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展,深入淺出地介紹有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值和潛在應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí),貼近生活,把化學(xué)向人們的衣、食、住、行、用滲透,以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外,還考慮了理論聯(lián)系實(shí)際,突出工程應(yīng)用,關(guān)注化學(xué)與材料、能源、環(huán)境、生命等社會(huì)熱點(diǎn)論題,反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)新成果,幫助學(xué)生建立物質(zhì)變化和能量變化的觀點(diǎn),有意識(shí)地運(yùn)用化學(xué)知識(shí)去觀察、分析和解決日常生活及專業(yè)中所涉及的化學(xué)問題,以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí),為今后的學(xué)習(xí)、研究、工作奠定基礎(chǔ)。

3 促進(jìn)大學(xué)化學(xué)教育與信息技術(shù)的整合

教材是教學(xué)內(nèi)容的載體。為了更好地發(fā)揮普通化學(xué)的教育功能,加強(qiáng)教材建設(shè),我們吸收國內(nèi)外優(yōu)秀教材的精華,融合多年的教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),編寫并由化學(xué)工業(yè)出版社出版了特色鮮明、普適性強(qiáng)、互融互補(bǔ)的系列教材——《工科化學(xué)概論》、《工科化學(xué)概論立體化課件》[4]、《工科化學(xué)概論習(xí)題解答》[5],并將其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐,方便了師生的教與學(xué)。

(1)主教材《工科化學(xué)概論》于 2007年 8月由化學(xué)工業(yè)出版社出版,全書包含 12章內(nèi)容,前 5章是基礎(chǔ)部分:第 1章討論物質(zhì)化學(xué)變化的規(guī)律,涉及在一定條件下化學(xué)反應(yīng)的可能性(化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)平衡)和化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性(化學(xué)動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)歷程);第 2、3、5章的主題是物質(zhì)的性質(zhì),重點(diǎn)討論溶液化學(xué)、氧化還原、表面諸性質(zhì);第 4章著重介紹原子、分子與晶體的組成及結(jié)構(gòu),突出化學(xué)鍵問題,由此切入來理解化學(xué)變化的內(nèi)因,力圖敘述嚴(yán)謹(jǐn),通俗簡練,圖文并茂。后 7章關(guān)聯(lián)到與應(yīng)用化學(xué)有密切聯(lián)系的 4個(gè)活躍的學(xué)科:材料、能源、環(huán)境和生命科學(xué),其中第 6、7、8章概括了無機(jī)非金屬、金屬和有機(jī)高分子 3大類重要材料;第 9、10章討論了化學(xué)與能源;第 11、12章涉及化學(xué)與環(huán)境及化學(xué)與生命的聯(lián)系,知識(shí)寬泛,使教材具有可教性和可讀性。在編寫時(shí),有意將章節(jié)細(xì)分,既便于教師根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)靈活取材,也利于不同專業(yè)學(xué)生自學(xué),特別適合需要相關(guān)化學(xué)知識(shí)、又沒有系統(tǒng)開設(shè)化學(xué)課程的專業(yè)選用。

(2)多媒體輔助教學(xué)軟件《工科化學(xué)概論立體化課件》于 2009年 3月由化學(xué)工業(yè)出版社出版。該軟件主要由電子教案、例題與習(xí)題、化學(xué)視野、動(dòng)畫、圖片等模塊構(gòu)成,包含 60多個(gè)PowerPoint文件、60多個(gè) Flash動(dòng)畫和幾百幅精美的圖片,既可用于教師教學(xué),也可供學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí),能有效增強(qiáng)教學(xué)效果。其中的“電子教案”對(duì)工科化學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了濃縮與提煉,文字精練,重點(diǎn)突出,文本、公式、圖表等以動(dòng)靜結(jié)合形式放映,內(nèi)容播放可由使用者隨意控制;“例題與習(xí)題”、“化學(xué)視野”以及直觀、生動(dòng)、形象、小巧、便捷的 flash“動(dòng)畫”和“圖片”是對(duì)教學(xué)相關(guān)內(nèi)容的補(bǔ)充,不僅能方便教師根據(jù)各自的教學(xué)需要重新組織個(gè)性化的課件,而且便于學(xué)生理解、鞏固與提高,體現(xiàn)了現(xiàn)代教育理念與先進(jìn)教學(xué)手段的有機(jī)結(jié)合。

(3)輔助教材《工科化學(xué)概論習(xí)題解答》是與主教材配套的習(xí)題解,于2009年3月由化學(xué)工業(yè)出版社出版。該書按主教材的章節(jié)順序編排,對(duì)每章的習(xí)題在逐一列出題目后進(jìn)行規(guī)范解答,在使用上具有獨(dú)立性,能起到釋疑解惑、加強(qiáng)理解和掌握教學(xué)要求的參考作用,有利于提高教學(xué)效率。

4 注重學(xué)生能力的發(fā)展

4.1 教材框架的構(gòu)筑

《工科化學(xué)概論》系列教材框架的構(gòu)筑體現(xiàn)了定性描述與定量計(jì)算、宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)理論與化學(xué)應(yīng)用、傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。每章都編排有教學(xué)要求,既利于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)及該章的重點(diǎn)和難點(diǎn),也利于教師組織教學(xué)過程,進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)。每章結(jié)束前都有簡單回顧與小結(jié),有助于大一新生盡快適應(yīng)新的學(xué)習(xí)環(huán)境,從眾多知識(shí)點(diǎn)中理出頭緒,將知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來,而且還有利于提高學(xué)生文字表達(dá)能力和歸納總結(jié)能力。

4.2 有助于學(xué)生理解的多媒體輔助教學(xué)

借助多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(MCA I),集文字、圖像、聲效、動(dòng)畫、視頻于一體,處理教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)和抽象概念,使抽象的理論形象化,深?yuàn)W的道理通俗化,復(fù)雜的問題簡單化,為學(xué)生營造學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的輕松氛圍,幫助學(xué)生克服畏難情緒,樹立學(xué)習(xí)信心,促進(jìn)化學(xué)教育與信息技術(shù)的結(jié)合。例如:雜化軌道理論抽象深?yuàn)W,僅依靠傳統(tǒng)的教學(xué)方式,學(xué)生不易理解和掌握。但利用立體課件,能以豐富的內(nèi)容、形象的動(dòng)畫、生動(dòng)活潑的界面來表現(xiàn)雜化軌道理論描述分子形成的全過程,學(xué)生看到的不再是枯燥無味的文字和圖表,而是一幅幅色彩豐富、形象逼真的動(dòng)態(tài)畫面,再配上教師由淺入深的講解,有助于突破教學(xué)難點(diǎn),并易于學(xué)生理解。

4.3 豐富的題型

教材中有形式多樣、具有代表性及一定趣味性的例題和習(xí)題,便于學(xué)生理解、掌握、鞏固和提高。在解答時(shí),力求給出解題的詳細(xì)步驟與思路,強(qiáng)調(diào)學(xué)生易忽視的知識(shí)點(diǎn),對(duì)部分同類題型給出相關(guān)總結(jié),對(duì)典型題給出多種解法,并輔以分析引導(dǎo),以利于學(xué)生融會(huì)貫通。對(duì)涉及重點(diǎn)或難點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn),在原題基礎(chǔ)上提出進(jìn)一步的思考,以啟發(fā)學(xué)生思維。對(duì)個(gè)別能體現(xiàn)時(shí)代性的前沿性習(xí)題,要求學(xué)生查閱資料回答,使學(xué)生感受化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的作用,從而增強(qiáng)他們作為未來科學(xué)工作者的使命感與責(zé)任感。

4.4 多種渠道拓展學(xué)生知識(shí)面

為與國際高等教育接軌,在教材中適量引入重要的英文專業(yè)詞匯,對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容有選擇性地編寫部分英文例題與習(xí)題,在書后附有中文對(duì)照,使學(xué)生能夠盡早接觸英文科技語言。在化學(xué)視野欄目中提供化學(xué)史料、化學(xué)進(jìn)展、趣味化學(xué)等,并與普通化學(xué)精品課程網(wǎng)站中的教學(xué)資源相結(jié)合,以激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)熱情,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。為使學(xué)生學(xué)以致用,我們還依托我校材料學(xué)科優(yōu)勢,出版了拓展教材《建筑材料化學(xué)》[6],架起了化學(xué)與建筑材料間的橋梁。該書適合土木建筑類、材料類專業(yè)使用。學(xué)生說:學(xué)習(xí)了《建筑材料化學(xué)》,我們懂得了化學(xué)能幫助我們認(rèn)識(shí)建筑材料,合理地選擇和使用建筑材料,防止或減緩材料的腐蝕,開發(fā)新型建筑材料;化學(xué)能幫助我們學(xué)會(huì)如何控制和調(diào)節(jié)水泥的水化硬化速率,計(jì)算水泥水化反應(yīng)熱效應(yīng),使用乳化瀝青、混凝土化學(xué)外加劑等來改進(jìn)施工工藝,提高工程質(zhì)量等,開闊了我們的眼界。

4.5 培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題能力

我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中注重啟迪學(xué)生的思維。例如在“第 1章化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律”中,先提出問題:能否利用汽車尾氣污染物之間的反應(yīng)治理或改善汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染?以 CO和NO之間的反應(yīng)為例貫穿全章,討論反應(yīng)進(jìn)行的方向、限度和速率 3個(gè)問題,通過熱力學(xué)定量計(jì)算說明利用該反應(yīng)治理汽車尾氣 CO和NO對(duì)環(huán)境的污染是可能的,并進(jìn)一步介紹 2007年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者德國科學(xué)家埃特爾的貢獻(xiàn)之一——對(duì)鉑催化劑上一氧化碳氧化反應(yīng)進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)研究,以過濾汽車產(chǎn)生的廢氣。鼓勵(lì)學(xué)生查閱資料進(jìn)一步探討汽車尾氣的污染及其治理。在教學(xué)中,我們還注重采用導(dǎo)學(xué)式、探究式、研討式等啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)方法,從多角度引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。今后我們將進(jìn)一步深化教學(xué)改革,完善精品課程網(wǎng)站建設(shè),將科研成果與教學(xué)實(shí)踐緊密結(jié)合,探索化學(xué)教學(xué)中師生和諧互動(dòng)教學(xué)模式的構(gòu)建,使教、學(xué)雙方發(fā)揮主觀能動(dòng)性,達(dá)到相互促動(dòng)、教學(xué)相長的目的。

[1] 徐光憲.化學(xué)通報(bào),2003(1):3

[2] 卞江.大學(xué)化學(xué),2004,19(5):61

[3] 徐瑛,周宇帆,劉鵬.工科化學(xué)概論.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007

[4] 徐瑛,劉鵬,肖亮.工科化學(xué)概論立體化課件.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009

[5] 徐瑛,周宇帆.工科化學(xué)概論習(xí)題解答.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009

[6] 徐瑛,陳友治,吳力立.建筑材料化學(xué).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005

武漢理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目