淺談非化學專業(yè)學生如何學習“應(yīng)用化學”課程
——以醫(yī)學信息工程專業(yè)為例

歐 沙，隆耀航，代 杰，胡祖權(quán)

（貴州醫(yī)科大學生物與工程學院，貴州 貴陽 550000）

化學與我們的生活息息相關(guān)，在我們的日常生活中無處不在。正如我國著名化學家楊石先先生曾說：“農(nóng)、輕、重、吃、穿、用，樣樣都離不開化學?！便@木取火的發(fā)現(xiàn)促進了化學的發(fā)展，同時也是古代化學的開端。時至今日，化學已成為一門中心學科，許多院校工科專業(yè)都增設(shè)了與化學相關(guān)的課程，筆者所在的貴州醫(yī)科大學也不例外，醫(yī)學信息工程專業(yè)開設(shè)了“應(yīng)用化學”課程。應(yīng)用化學課程共分六章，從不同層面反映化學在能源、環(huán)境、材料、軍事和人類健康等領(lǐng)域的應(yīng)用和重要性，著重介紹化學在當今社會中的重要作用，普及化學知識，本文就醫(yī)學信息工程專業(yè)如何學習應(yīng)用化學課程做簡單的介紹。

1 “應(yīng)用化學”課程的主要內(nèi)容

因筆者所在學校開設(shè)的“應(yīng)用化學”課程針對的是醫(yī)學信息工程專業(yè)，且課程設(shè)置在大一上學期，考慮到學生在中學階段有涉及化學課程學習，但學習的內(nèi)容較為簡單。因此，任課教師在充分考慮學生學情的基礎(chǔ)上，選擇了由吳范宏與徐虎主編，華東理工大學出版社出版的《應(yīng)用化學》一書為教材。該書分為六章，在第一章緒論中，主要介紹了化學發(fā)展的簡史，正如培根先生所說的那樣，學史可以使人明智，通過對化學發(fā)展簡史的學習，使學生明確化學的發(fā)展經(jīng)歷了四個不同時期，每個發(fā)展時期研究內(nèi)容、任務(wù)各不相同，獲得的成就也不相同。第二章化學與能源，從能源的概述、以碳為主的能源、化學電源、核能與其他新型綠色能源幾方面進行介紹。第三章化學與環(huán)境，首先介紹了水溶液、水污染及其防治，該內(nèi)容既含有基礎(chǔ)化學知識：稀溶液的依數(shù)性及水溶液的酸堿性，又包含了現(xiàn)實問題，從如何評價水質(zhì)出發(fā)，引出水污染問題并提出如何用化學方法來治理水污染；其次介紹了大氣污染及其防治，從引發(fā)大氣污染的污染物種類、來源等方面進行介紹，提出如何采用化學的方法進行防治；最后介紹了固體廢棄物污染的化學治理方法。第四章化學與材料，從材料簡介、材料學的分類、高分子材料、納米介孔氧化硅材料、新型能源材料等方面進行介紹，包含了化學鍵的種類、高分子的種類、聚合物的命名等基礎(chǔ)化學知識與太陽能電池原理、仿生材料、隱身材料等科普內(nèi)容。第五章化學與軍事，從化學武器及其危害、特點、防護，原子彈、氫彈、中子彈等核武器，火藥和近代軍事“四彈”等內(nèi)容進行介紹。第六章化學與健康，首先從人體內(nèi)的化學成分、化學平衡、化學反應(yīng)，人體內(nèi)化學元素的相互作用出發(fā)，引出生命在于平衡；其次介紹蛋白質(zhì)、糖類、脂類、維生素、無機鹽的作用與功能，提出合理營養(yǎng)觀念；最后介紹抗生素、抗癌劑、抗凝劑、抗高血壓藥物、利尿劑、解熱鎮(zhèn)痛抗炎藥物等常用化學藥品，闡述化學藥物與健康的關(guān)系。

2 醫(yī)學信息工程專業(yè)學生學習“應(yīng)用化學”課程的意義

2.1 普及化學知識，培養(yǎng)化學學科素養(yǎng)

“應(yīng)用化學”課程從與人類生活息息相關(guān)的不同化學領(lǐng)域切入，由淺入深，進行課程講授。在學習過程中，學生們學習到了化肥與農(nóng)藥的使用，增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量，有效解決全球糧食短缺問題；化學藥物的開發(fā)與合成，降低了藥物生產(chǎn)成本，挽救了成千上萬人的生命；化學纖維合成，不但豐富了我們的衣櫥，在軍事領(lǐng)域也有很大的貢獻。此外，目前國際上最關(guān)心的幾個重大問題——環(huán)境保護、能源的開發(fā)利用、功能材料的研制和生命過程奧秘的探索都與化學密切相關(guān)，充分體現(xiàn)了化學中心學科的地位。因此，通過該課程的學習，不但可以普及化學知識，而且能培養(yǎng)學生的化學學科素養(yǎng)。

2.2 學以致用，提高生活質(zhì)量

相信大家都聽過這樣的廣告詞“本產(chǎn)品不含食品添加劑”，沒有學過相關(guān)化學知識的人普遍認為，不含添加劑的產(chǎn)品就是好產(chǎn)品，含添加劑的產(chǎn)品就不好，事實上到底是怎樣的呢？學習了應(yīng)用化學課程就可以很好地回答該問題。食品添加劑是為了改善食物的外觀、質(zhì)地或貯存性能而加入到食物中的少量非營養(yǎng)性物質(zhì)（實際上，并不排除存在有營養(yǎng)的添加劑），它是否有毒或是說有害主要取決于添加的劑量。因此，我們也沒有必要追求所謂的零添加，食用符合國家標準的食品添加劑是安全無害的。

3 醫(yī)學信息工程專業(yè)學生學習“應(yīng)用化學”課程的方法

在應(yīng)用化學課程學習中，涉及了有機化學、無機化學、分析化學、物理化學、材料化學等化學學科基礎(chǔ)知識，如果要求學生去死記硬背每個知識點是相當困難的。筆者基于多年來化學課程的授課經(jīng)驗，結(jié)合對學生學情的分析，總結(jié)了以下學習方法。

3.1 理論聯(lián)系實際，問題引發(fā)思考

考慮到學生更容易接受的是生活生產(chǎn)中的真實現(xiàn)象，因此，學生可以從現(xiàn)象著手，理論聯(lián)系實際，去揭示現(xiàn)象后蘊含的化學原理。例如：二氟二氯甲烷制冷劑能破壞臭氧層這個現(xiàn)象是同學們所熟悉的，那么同學就可以從這個熟悉的現(xiàn)象著手，探索其破壞臭氧層的原理，二氟二氯甲烷進入平流層后，分解出氯自由基，臭氧在紫外光照射下發(fā)生解離，產(chǎn)生氧原子與氧氣分子，氯自由基與臭氧發(fā)生一系列連鎖反應(yīng)，涉及的化學反應(yīng)如下所示：

由以上方程式可以看出，氯自由基在反應(yīng)前后沒有發(fā)生變化，在該反應(yīng)中僅做催化劑，因此，氯自由基一旦產(chǎn)生，便持續(xù)消耗著臭氧層，據(jù)計算，每一個氯自由基能消耗10萬個O。這樣，由該現(xiàn)象及蘊含的化學知識就能理解氯氟烴這類制冷劑被行業(yè)淘汰的原因。

生活中大家都知道飯后要刷牙，且市面上售賣的牙膏多是含氟牙膏，那么，為什么生活中需要用含氟的牙膏來刷牙？牙膏中的氟含量大約是多少呢？帶著這個問題，同學們就可以學習人體中的沉淀平衡相關(guān)知識了。人體的骨骼主要是由水、無機鹽、有機質(zhì)等組成，其中無機鹽的含量決定了骨骼的硬度，有機質(zhì)決定了骨骼的彈性與韌性。骨鹽的主要成分是鈣和磷的化合物，正常情況下，血液中的鈣、磷濃度與骨骼中的鈣、磷濃度維持著動態(tài)平衡。牙齒中最堅硬的部分是牙釉質(zhì)，從化學成分來看，主要是羥基磷灰石[Ca(OH)(PO)]，它存在以下平衡：

當遇到酸性物質(zhì)時，按照化學平衡移動原理，增大反應(yīng)物濃度，平衡向正方向移動，即羥基磷灰石溶解，鈣離子與磷酸根將游離出來，這個過程叫做“脫礦”，在實際生活中，我們不希望該過程發(fā)生，即發(fā)生齲齒。若外部環(huán)境中的鈣、磷酸根的濃度增加，按照平衡移動原理，該反應(yīng)將逆向進行，即生成羥基磷灰石，叫做“再礦化”，該過程是人體自身防齲齒的過程。然而，當我們進餐后，口腔中的酶分解食物會產(chǎn)生乙酸、乳酸等有機酸，這就造成了口腔中的酸增加，如不及時除去，會促進牙齒的脫礦過程。這就是為什么一定要堅持飯后刷牙的原因。那么刷牙的牙膏中為什么要含氟呢？該過程就涉及化學中沉淀轉(zhuǎn)化的內(nèi)容，含氟牙膏中的F-取代羥基磷灰石中的OH-而形成了氟磷灰石[Ca(PO)F]，牙釉質(zhì)發(fā)生了變化，生成了更難溶的化合物，從而使牙齒具有了較強的抗酸能力，有效地防止了齲齒的發(fā)生。在實際生活中，成人含氟牙膏的含氟量為0.05%~0.15%，兒童含氟牙膏的含氟量為0.05%~0.11%，因為氟過量攝入時會形成氟斑牙。通過以上理論聯(lián)系實際，學生就掌握了化學中的沉淀平衡原理、難溶物之間的相互轉(zhuǎn)化、平衡移動原理。

液化石油氣是一種與石油相關(guān)的能源材料，俗稱煤氣，是很多家庭做飯會使用的燃料。使用液化石油氣雖然方便，但是罐內(nèi)氣體用完后必須及時更換，生活中常常會遇到這樣的小尷尬，你炒菜尚未結(jié)束，眼睜睜看著火焰一點點小下去，這時換氣肯定是來不及，有經(jīng)驗的市民會采用一種臨時解決方法，先關(guān)掉閥門，然后大力搖晃氣罐或是在氣罐上澆上一些熱水，再次打開時，火苗又變大了，這樣就可以把菜炒完后再更換煤氣。搖一搖或是熱敷一下，為什么還會有氣呢？同學就可以從這個問題著手，了解液化石油氣的組成。通過學習同學們可以知道液化石油的主要成分為乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等，此外，還含有極少量的含五個碳原子的有機物，該類有機物在常溫下是液體，且其蒸汽壓隨溫度的升高而升高。當液化石油氣中的乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯消耗殆盡后，火苗就會一點點小下去。這時，搖一搖加速了含五個碳原子的有機物的揮發(fā)，熱敷提高了其蒸汽壓，使得液態(tài)的五個碳原子的有機物變?yōu)闅鈶B(tài)，燃燒產(chǎn)生熱量，火苗變大。通過以上生活中的現(xiàn)象，學生就掌握了液化石油氣的組成。

3.2 通過實際案例，強化知識理解

倫敦曾被稱為“霧都”，在1952年12月5日至9日，倫敦上空受反氣旋影響，大量工廠生產(chǎn)和居民燃煤取暖排出的廢氣難以擴散，積聚在城市上空，導致倫敦被濃厚的煙霧籠罩，交通癱瘓，市民的出行及健康均受到嚴重威脅，據(jù)統(tǒng)計，當月因這場大煙霧而死的人多達4,000人，此次事件被稱為“倫敦煙霧事件”。從該事件中，同學們可以深入思考這些煙霧是什么、如何產(chǎn)生等問題，從而加深對煤組成的理解，通過學習可知組成煤的主要成分是碳，此外還含有氫、氧、氮及硫、磷等48種元素。正由于煤中含有氮及硫元素，燃煤過程中產(chǎn)生氮氧化合物與硫氧化合物，這兩種氧化物在大氣中累積到一定程度，再加上特殊的氣候條件，將形成酸雨或是酸霧，籠罩在城市上空，阻礙交通，影響居民健康。要想解決該問題，可以將煤進行脫硫、脫氮處理或?qū)⑹侨济何矚獠捎脧U堿液吸收。由此可見，通過該案例可加深對煤的組成、其作為燃料的主要問題及如何解決這些問題的理解。

1943年，美國洛杉磯市發(fā)生了一次嚴重的光化學煙霧事件，該次事件使該市大多數(shù)市民患了眼紅、頭疼病，是世界上有名的公害事件之一，因此，光化學煙霧也叫做“洛杉磯煙霧”。通過該事件同學們可以思考，什么是光化學煙霧，它有什么特點，如何進行防治等問題，從而加深對光化學煙霧形成、特點與防治的理解。通過學習可知光化學煙霧是大氣中的碳氫化合物和氮氧化合物等一次污染物，在太陽光中紫外線照射下發(fā)生化學反應(yīng)，衍生種種二次污染物，由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象。該煙霧呈藍色，具有強氧化性；刺激人們眼睛，傷害植物葉子，能使橡膠開裂，并使大氣能見度降低，嚴重影響人類的健康與生活。從其產(chǎn)生的原理來看，想要防治光化學煙霧首先要減少一次污染物碳氫化合物與氮氧化合物的排放，具體措施如：對石油、氮肥、硝酸等化工廠的排廢嚴加管理，嚴禁飛機在航行途中排放燃料等，以減少氮氧化物和碳氫化合物的排放；在汽車尾氣處理器中研制開發(fā)催化轉(zhuǎn)化器，與排氣管相連的反應(yīng)器，使排放的廢氣和外界空氣通過催化劑處理后，氮氧化物轉(zhuǎn)化成無毒的N，碳氫化合物可轉(zhuǎn)化成CO和HO等。由此，通過案例，學生就可加深對于光化學煙霧相關(guān)問題的理解。

4 總結(jié)

綜上所述，“應(yīng)用化學”課程內(nèi)容豐富，采用理論聯(lián)系實際，問題啟發(fā)思考，深入分析案例等學習方法進行學習，對于非化學專業(yè)的學生來說，不但可以普及化學基礎(chǔ)知識，有助于提高學生學習化學課程的積極性，而且還能培養(yǎng)學生的化學學科素養(yǎng)，在實際生活中做到學以致用，提高學生生活質(zhì)量。