大學化學教學中培養(yǎng)學生能力的實踐與效果*

顧大明 張立珠 強亮生

(哈爾濱工業(yè)大學化學系 黑龍江哈爾濱 150001)

大學化學是我校面向非化學類專業(yè)開設的一門公共基礎課,是非化學類專業(yè)學生系統(tǒng)學習化學知識的平臺。當前，大學化學理論體系[1]和實驗內容[2]的改革不斷深入，收到了好的效果。大學本科教育已經不再是單純的知識傳輸，而是對知識、素質和能力的綜合培養(yǎng)[3]，注重給學生更大的個性發(fā)展空間，強調培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。在這種教育理念下，哈爾濱工業(yè)大學大學化學課程組圍繞精品課程的建設，開展教學改革，探索新的教學模式，在教學中開展了“精解一個概念”、“精做一個實驗”的活動，設立了“小論文”及“科技創(chuàng)新研究”等項目，這項活動大大提高了學生的學習興趣。本文介紹在大學化學課堂教學過程中培養(yǎng)學生撰寫科技小論文、培養(yǎng)科技創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的體會與效果。

1 在大學化學教學中培養(yǎng)學生能力的實踐

哈爾濱工業(yè)大學的大學化學課程執(zhí)行學時是50學時(理論課32學時，實驗課18學時)。課程的考核采取課后習題、大作業(yè)、小論文、課堂討論、實驗和考試等累加式考核方法。小論文是其中的一項重要內容。該項目的設置，重在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和團隊合作精神。小論文選題自由，可以選擇教師所給題目，教師將課程中的重要知識點和大學化學實驗內容作為課題，給出“精做一個實驗”和“精解一個概念”的模式，學生結合“精做”和“精解”撰寫相關論文；也可以自擬課題。小論文撰寫的具體要求是：格式規(guī)范(按哈爾濱工業(yè)大學學報的排版格式)、觀點明確(要有自己的觀點)、語言科學、表述嚴謹、題目具體等。教師可以給學生提供一些優(yōu)秀小論文樣本作為參考和引導。項目進行的模式可以是個人撰寫，也可以團隊合作撰寫。主講教師和助教參與課題進行的過程，加以指導，并對所有小論文進行評價，將結果記入學生大學化學課程的總成績。課程結束后，吸收部分積極性高且具有創(chuàng)新意識的學生參加科技創(chuàng)新活動或教師的科研課題，完成從調研、實驗方案設計、原材料購買、實驗實施、項目總結、撰寫科研論文的全過程，進一步提高其科研能力。

1.1 精做一個實驗

開展精做一個實驗活動可以引導學生有目的、有準備、有秩序地完成實驗，使學生養(yǎng)成認真預習、勤于思考的習慣，以提高學生分析問題、解釋實驗現(xiàn)象的能力。更重要的是使學生能夠深入、細致、完整地了解并且完成一個實驗的全過程。準備精做實驗時，不僅要參考實驗教材，而且要像完成一個課題一樣，從期刊、教材、網絡、參考書中獲得相關信息，進行較為廣泛的調研；然后進行方案設計、實驗操作、歸納總結等。學生可從一個簡單的實驗中理解、領悟如何運做一個項目的方法。

大學化學實驗內容包括鈦酸鋇納米粉的制備、氫氧化鎳納米粉的制備、金屬表面滲稀土、茶葉中咖啡因的提取、阿司匹林的合成、鋁及鋁合金表面防護膜的形成、塑料表面鍍金屬、水的硬度測定、鋼中錳含量的測定、維生素C片中抗壞血酸的測定、新型銅-石墨復合材料的制備、食品中微量元素的鑒定等16個實驗。有多個實驗是由教師的科研成果轉化而來。其中“金屬表面滲稀土”項目曾獲國家科技進步二等獎。學生在精做這些實驗的過程中可以了解此類項目的歷史和成果的實用價值；同樣，通過精做一些常規(guī)實驗，學生也會有很多收獲。例如茶葉中咖啡因的提取實驗可以按如下步驟“精做”完成。

① 選定課題之后對實驗進行構思和設計?？梢酝ㄟ^教材、參考書及計算機網絡等渠道獲得與課題相關的背景資料，如茶葉的種類、主要成分及其作用、咖啡因的分子式、提取原理和方法、所用儀器的使用方法、各實驗步驟和操作方法等。同時通過網絡還可以了解與茶葉相關的課題和研究的前沿內容。

② 在實驗之前，圍繞教材中的預習思考題提出問題并請學生思考：哪些溶劑可以從茶葉中溶解出咖啡因？如何確定溶劑的用量？提取過程中連通管內液位不同會有何影響，是否需要采取相應的措施？為什么會自動發(fā)生抽提現(xiàn)象？何時結束蒸餾? 為何升華時漏斗中需要加棉球? 實驗中加入生石灰(CaO)的作用是什么？影響咖啡因提取率的主要因素有哪些？等等。實驗過程中要求同組的兩名學生相互配合，以保證實驗按計劃、有序地完成。

③ 實驗后選定一些與該實驗相關的議題進行集體討論、總結。通過“精做”，一些學生對茶葉中提取咖啡因的方法和實驗裝置提出了改進意見，有的提出了采用微波提取茶葉中咖啡因的工藝，還有的提出了把該實驗微型化的設想。

大學化學實驗雖僅設18學時(6個實驗)，但實驗室是開放的，學生可以結合專業(yè)和個人興趣，從16個實驗中選作6個，完成大綱要求的基本實驗學時；也可多做，數(shù)量不限，擇優(yōu)記錄成績，以鼓勵學生利用學校的現(xiàn)有實驗條件提高實驗技能。

1.2 精解一個概念

大學化學是綜合性化學課程，包括了四大化學(無機化學、有機化學、分析化學、物理化學)的基礎內容，同時也體現(xiàn)化學與其他學科內容的交叉，可謂量大面廣，知識點多。受教學大綱要求和學時限制，教師在課堂上對許多概念只能作簡要講解，對于概念的形成過程以及與其他概念的聯(lián)系等更多內容常無法詳細闡述。例如：吉布斯函數(shù)變與熱力學第二定律的關系；由薛定諤方程求解4個量子數(shù)的過程；各熱力學函數(shù)之間的深層次聯(lián)系，配合物的晶體場理論等。這些內容雖然超出了本課程教學大綱的要求，但了解這些科學概念的發(fā)展過程，對于學生理解概念的內涵、培養(yǎng)科學的思維方法很有意義。為此我們通過“精解一個概念”引導學生主動探索。“精解”活動調動了學生的學習熱情，大家選擇不同的問題，了解一個概念的意義、歷史形成過程、與其他概念的關聯(lián)以及這些概念的內在含義。大學化學教材中的概念、化學史和一些新成果都可以成為小論文的課題。在“精解”過程中，學生不僅可以同樣體驗到完成一個“項目”的樂趣，還培養(yǎng)了自學能力，通過交流和討論培養(yǎng)了協(xié)作精神。

1.3 自擬論文課題

許多自然現(xiàn)象(例如：兩河流交匯處三角洲的形成，小汞滴總是圓形的，肥皂泡可以變得很大，洗滌劑可以去除油漬、毛細現(xiàn)象等)或社會熱點(例如：三聚氰胺、蘇丹紅、瘦肉精、融雪劑、溫室效應、放射性污染、燃油添加劑節(jié)能與環(huán)保等)都可以成為化學小論文的課題。學生撰寫小論文的題目可以涉及化學領域的各個方面。例如：純化學理論知識的拓展(如超分子、高能燃料B2H6與化學熱力學、從化學熱力學角度分析比較BN的合成方法等)；生活中的衣、食、住、行與化學(如酒化學、美容與化學、烹飪與化學、牙膏中的化學、染發(fā)劑與健康、化妝品與化學、頭發(fā)護理與化學、服裝干洗劑與化學等)；化學與材料(如陶瓷、碳纖維、燒蝕材料(航天隔熱材料等))；化學與生命(如生物體中的滲透現(xiàn)象、體液的酸堿性與身體健康、食物的酸堿性與健康、生命中的化學)；化學與工程(如工業(yè)鍋爐的清洗、金屬的腐蝕及防護、緩蝕劑)等。

1.4 科技創(chuàng)新活動

哈爾濱工業(yè)大學鼓勵學生申報科技創(chuàng)新課題(可以是指導教師的課題，也可以學生自擬課題)，學校設有專門的“大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目”，分為國家級和校級兩類，并給予不同的經費支持。教師在講授大學化學課程時介紹化學類相關課題及往屆學生科技創(chuàng)新活動的成果，并結合課程內容適時介紹學科前沿發(fā)展及化學系教師的科研情況，激發(fā)學生思考問題、參與科技活動的積極性。大學化學課程組每年推薦20余名不同專業(yè)的學生申報學校的科技創(chuàng)新課題，并在指導教師的實驗室開展科學研究工作。這項活動可以有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、動手能力以及在科研活動中分析問題、解決問題的能力。

2 多方式培養(yǎng)學生能力的效果

(1) 雖然大學化學的課時(包括實驗學時)有限，但通過教師的精心設計和學生的積極參與，可以使學生了解并實踐撰寫一篇論文的全過程。該項活動拓寬了學生的知識面，加深了學生對一些概念的理解，也使其實驗技能和論文寫作能力得到提升。

(2) 撰寫小論文增加了教師與學生的互動環(huán)節(jié)，增進了教師、助教及學生的交流。

(3) 教學相長，學生在“精做”或“精解”的過程中，會遇到許多新問題，這些問題常常會超出教師的知識范圍。因此，師生共同討論，尋找解決問題的途徑和方法，可以共同進步。

(4) 在大學化學教學過程中開展小論文撰寫活動，讓學生用合理的時間完成一個課題，提高“做中學”的能力，增加在團隊合作下完成課題的經驗。

(5) 課程組從每年的小論文中選出10%左右的優(yōu)秀論文，附以評語，編寫了哈爾濱工業(yè)大學大學化學課程優(yōu)秀論文集，共3集(每2年一集)，放在大學化學課程網站(http://hitjpkc.hit.edu.cn/dxhx/dxhx.htm)的相應目錄下，供學生參考。另外，還將論文集發(fā)到學生所在院系，作為院系的評估材料和了解學生學習情況的依據(jù)，這種方式既能激發(fā)學生的學習積極性，同時也得到了各院系的支持。

通過撰寫化學小論文和科技創(chuàng)新活動，學生的自學能力、科研能力和撰寫科研論文的能力都有所提高。在參加科技創(chuàng)新活動的學生中，近半數(shù)學生發(fā)表了科研論文，還有人申請了專利，一些有創(chuàng)意的工作獲得了學校的創(chuàng)新獎。這些活動為學生了解科學研究，更好地完成本科畢業(yè)論文打下了良好的基礎。

總之，撰寫小論文和科技創(chuàng)新活動是培養(yǎng)學生從事研究工作的能力的一種有效方法。在大學化學教學中，通過這些活動，可以引導學生學會思考，應用所學知識主動探索、致力創(chuàng)新、積極參與科學實踐活動。

參 考 文 獻

[1] 姚天明,石碩,吳慶生.化工高等教育,2008(5):4

[2] 張樹永,張劍榮,陳六平.大學化學,2009,24(4):24

[3] 柳若芍,魏珺,張金忠.山東教育學院學報,2009(3):39