物理專業(yè)普通化學(xué)課程教學(xué)改革初探

張小崗

(中國人民大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系 北京 100872)

普通化學(xué)作為化學(xué)學(xué)科中最基礎(chǔ)的課程，在學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)化學(xué)理論和基本技能方面發(fā)揮著重要的作用。兩年來，筆者在中國人民大學(xué)理學(xué)院物理系普通化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中深刻體會到：只有針對專業(yè)特點(diǎn)來確定課程的主線，才能在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成普通化學(xué)的基本原理和理論的教學(xué)，并使學(xué)生能用所學(xué)的理論分析化學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行化學(xué)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)普通化學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)。針對專業(yè)特點(diǎn)確立課程主線，無論是對于教師講授還是學(xué)生學(xué)習(xí)，都將使重點(diǎn)更為突出，學(xué)生更能篩選出與專業(yè)學(xué)習(xí)有密切聯(lián)系的知識，加以掌握和應(yīng)用，從而取得更好的教學(xué)效果。

普通化學(xué)課程主要是對剛進(jìn)入大學(xué)的大一學(xué)生介紹化學(xué)在自然科學(xué)體系中的地位及其與其他自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)分支之間的聯(lián)系、作用和交叉。結(jié)合物理專業(yè)的特點(diǎn)和要求來看，在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)當(dāng)以化學(xué)理論為主線，將基礎(chǔ)化學(xué)理論始終貫穿于物質(zhì)的狀態(tài)、化學(xué)熱力學(xué)與動力學(xué)、四大平衡、元素化學(xué)的教學(xué)中；在教學(xué)方法上，可使用多媒體課件+粉筆+黑板+課堂互動的模式，強(qiáng)化教學(xué)過程的信息量；在教學(xué)中可把一些化學(xué)的最新發(fā)展以及化學(xué)新技術(shù)和新方法不斷加入到相關(guān)的章節(jié)中。下面介紹具體的教改思路及內(nèi)容。

1 將化學(xué)發(fā)展史簡要介紹給學(xué)生

在普通化學(xué)課程的緒論中，應(yīng)將化學(xué)發(fā)展過程中的標(biāo)志性發(fā)展階段向?qū)W生系統(tǒng)介紹，使學(xué)生對化學(xué)的過去、現(xiàn)在和未來有一個(gè)總體的把握；將重大的化學(xué)發(fā)現(xiàn)、化學(xué)學(xué)科的前沿、諾貝爾化學(xué)獎得主的貢獻(xiàn)等融入化學(xué)原理的有關(guān)章節(jié)中。例如，在講解化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)時(shí)，除了完成動力學(xué)基本概念的介紹，還結(jié)合基本概念對1986年諾貝爾化學(xué)獎獲得者李遠(yuǎn)哲在化學(xué)動力學(xué)、動態(tài)學(xué)、分子束及光化學(xué)方面的貢獻(xiàn)進(jìn)行介紹。李遠(yuǎn)哲是如何將分子束方法發(fā)展為一種研究化學(xué)反應(yīng)的通用工具；又是如何利用由李遠(yuǎn)哲和Herschebach博士所設(shè)計(jì)的分子束碰撞器和離子束碰撞器，深入了解各種化學(xué)反應(yīng)的每一個(gè)階段過程，使人們能在分子水平上研究化學(xué)反應(yīng)的每一個(gè)階段過程以及化學(xué)反應(yīng)所出現(xiàn)的各種狀態(tài)，從而為人工控制化學(xué)反應(yīng)的方向和過程提供新的前景。在講授化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)一章時(shí)，應(yīng)注重化學(xué)理論的形成和背景的介紹。例如，Robert Sanderson Mulliken等在1928年提出了分子軌道理論，將分子看成一個(gè)整體，認(rèn)為分子軌道由原子軌道組成；1952年又用量子力學(xué)理論來闡明原子結(jié)合成分子時(shí)的電子軌道，進(jìn)一步發(fā)展了分子軌道理論；分子軌道理論對于處理多原子π鍵體系，解釋離域效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)等方面的問題都能更好地反映客觀實(shí)際，可解決價(jià)鍵理論所不能解決的問題。通過這種方法的教學(xué)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生主動思考，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

2 注重科學(xué)研究對教學(xué)的促進(jìn)作用

將化學(xué)相關(guān)學(xué)科的最新科研成果與普通化學(xué)的有關(guān)內(nèi)容結(jié)合起來，作為新知識介紹給學(xué)生。新世紀(jì)的大學(xué)生應(yīng)當(dāng)具有較寬的知識面，才能更好地適應(yīng)時(shí)代和社會發(fā)展的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，普通化學(xué)的基礎(chǔ)性尤其顯得重要。自組織系統(tǒng)，作為物理和化學(xué)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域正在受到人們越來越多的關(guān)注。自組織研究的目的之一是在復(fù)雜系統(tǒng)中尋求平衡。在復(fù)雜系統(tǒng)中，自組織學(xué)科正在發(fā)揮日益重要的作用，在這里，材料、方法和專業(yè)領(lǐng)域之間的界限已經(jīng)被徹底打破。由于“軟物質(zhì)”具有更多自由度，而且結(jié)構(gòu)成分間存在微弱的相互作用，因此在物質(zhì)研究領(lǐng)域?qū)⒖赡墚a(chǎn)生豐富的新現(xiàn)象。普通化學(xué)的教學(xué)必須面對這些新的變化。如在普通化學(xué)規(guī)范化教學(xué)大綱的框架下，將化學(xué)前沿知識和公眾關(guān)心的化學(xué)熱點(diǎn)問題滲透在教學(xué)中，將有助于學(xué)生了解化學(xué)的發(fā)展前景，更能顯示出普通化學(xué)的活力。筆者在給物理系學(xué)生講授普通化學(xué)課程時(shí)，將環(huán)保方面的知識，水污染及其防治，大氣污染，臭氧空洞的形成，化學(xué)模擬生物固氮，新一代微電子顯影、蝕刻和清洗技術(shù)，新能源的開發(fā)和利用，新型材料應(yīng)用，基于分子、原子結(jié)構(gòu)原理的現(xiàn)代分析儀器簡介等知識融入相關(guān)的章節(jié)中。要做到這些，就要求教師除了有較高的科學(xué)素養(yǎng)之外，還需要更加關(guān)注學(xué)科的發(fā)展及新知識的應(yīng)用，了解交叉學(xué)科。普通化學(xué)課程的目標(biāo)不僅是要系統(tǒng)增加學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)知識，更應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)思維方法的培養(yǎng)，特別是化學(xué)研究方法論的培養(yǎng)。這樣的普通化學(xué)課程,有助于從化學(xué)學(xué)科的角度培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力，使普通化學(xué)從教知識調(diào)整到教方法。

3 根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)

在保持普通化學(xué)教學(xué)基本內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)的前提下，對課程的深度和廣度進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。結(jié)合物理系學(xué)科背景特點(diǎn)，在對整個(gè)課程內(nèi)容(化學(xué)原理、化學(xué)理論和元素化學(xué))進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，優(yōu)化重組教學(xué)內(nèi)容，提煉出必須掌握和一般了解的內(nèi)容，使學(xué)生能更有效地掌握基本教學(xué)內(nèi)容。普通化學(xué)的講授主要從宏觀和微觀兩個(gè)方面來展開：在宏觀方面，以能量為主線，通過計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的能量變化，判斷化學(xué)反應(yīng)的方向、程度和反應(yīng)速度；在微觀方面，認(rèn)識各種化學(xué)鍵理論以及分子組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律。利用宏觀和微觀兩方面獲得的理論知識，分析元素及其化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。針對物理專業(yè)的特點(diǎn)，我們將普通化學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)放在化學(xué)理論上，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)理論分析化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)知識，重點(diǎn)突出在化學(xué)理論指導(dǎo)下的元素及化合物性質(zhì)的描述，避免學(xué)生靠死記硬背的方法來掌握元素化學(xué)的知識。物理系學(xué)生應(yīng)重視源頭分析，因此，課程的教學(xué)要特別避免簡單給結(jié)論的方法，而要加強(qiáng)對結(jié)論獲取過程的科學(xué)思想的分析、推理(推導(dǎo))和源頭的闡述，使學(xué)生從思考中得到正確結(jié)論。在課程實(shí)踐中，我們將物理化學(xué)課程才涉及的一些理論推導(dǎo)，如化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)以及統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)部分的推導(dǎo)引入普通化學(xué)的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中，以使物理專業(yè)學(xué)生真正感覺到化學(xué)理論推演的魅力。

4 正確處理好課堂教學(xué)和課外學(xué)習(xí)的關(guān)系

在課堂教學(xué)中，采用板書和多媒體相結(jié)合的教學(xué)方式。對于理論推導(dǎo)以及條理性較強(qiáng)的內(nèi)容講解，主要采用板書的形式。多媒體課件教學(xué)可以給學(xué)生營造一個(gè)立體的、全面的、動態(tài)的學(xué)習(xí)氛圍,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。結(jié)合教材內(nèi)容選擇一些形象生動、效果鮮明的虛擬演示實(shí)驗(yàn)(特別是在元素化學(xué)部分),通過Flash動畫、實(shí)物錄像等形式，可以增加教學(xué)的信息量。化學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，觀察、實(shí)驗(yàn)以及基于理論的分析和歸納是學(xué)習(xí)和研究化學(xué)最根本的方法。因此，采用虛擬演示實(shí)驗(yàn)的多媒體展示，對于沒有大量實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的物理系學(xué)生顯得尤為重要。這種方式不但可以增強(qiáng)課堂的趣味性和直觀性，加深學(xué)生對某些抽象理論和概念的理解,更有利于培養(yǎng)學(xué)生觀察問題、分析問題的能力。

5 做好教學(xué)參考書的選取

現(xiàn)在有許多優(yōu)秀的普通化學(xué)原版教材，在內(nèi)容以及知識結(jié)構(gòu)上，特別是在信息顯示上有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。要求學(xué)生在一進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，就開始最基礎(chǔ)的專業(yè)英文教材閱讀訓(xùn)練。在教學(xué)時(shí)使用母語，多媒體課件采用雙語或全英文課件，推薦的課外參考書為國外原版教材[6]。這樣，通過普通化學(xué)的講授，使學(xué)生掌握化學(xué)學(xué)科最基本的英語詞匯以及英文的表述方法，為學(xué)生閱讀專業(yè)英文文獻(xiàn)打下基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

本文是作者兩年來給物理專業(yè)學(xué)生講授普通化學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐中的一些體會和思考。針對專業(yè)特點(diǎn)，從確立教學(xué)主線入手進(jìn)行的教學(xué)改革實(shí)踐表明，無論教師授課還是學(xué)生學(xué)習(xí)，目的更為明確，重點(diǎn)更為突出。通過教學(xué)課程體系的調(diào)整和教學(xué)方式的改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)也激發(fā)了教師對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等進(jìn)行不斷探索的興趣。這種雙向的互動和促進(jìn)，有利于課堂教學(xué)的良性發(fā)展。同時(shí)注意將素質(zhì)教育的幾個(gè)方面(如知識、技能、過程、方法、情感、態(tài)度、價(jià)值觀等)體現(xiàn)在課堂教學(xué)和課程實(shí)踐中?，F(xiàn)在，有關(guān)普通化學(xué)教學(xué)改革已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，相信隨著教改的不斷深入，普通化學(xué)將在提高非化學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力方面發(fā)揮更大的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 申泮文.大學(xué)化學(xué),2009,24(2):7

[2] 高勝利,陳三平,謝鋼,等.中國大學(xué)教學(xué),2007(7)：29

[3] 李娜,周洪英,薛永剛,等.化工高等教育.2009,110(6):82

[4] 朱洪濤,許佩瑤.大學(xué)化學(xué),2009,24(3):35

[5] 聶峰梅.首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,28(12):56

[6] Petrucci R H,Harwood W S,Herring F G.General Chemistry-Principles and Modern Applications.8th ed.Prentice Hall,2002