时间：2015-12-20 14:38:37 所属分类：教育理论 浏览量:
【摘要】大学《工程化学》课程具有课时少而内容多的特点，如何处理好这一矛盾，应将课程的目的定位于“培养学生用化学的思维方法去认识世界”。因此授课在保证基本知识传授的基础上，以激发同学听课兴趣和拓展思维方法为重要任务。在充分了解教材和充实准备
【摘要】大学《工程化学》课程具有课时少而内容多的特点，如何处理好这一矛盾，应将课程的目的定位于“培养学生用化学的思维方法去认识世界”。因此授课在保证基本知识传授的基础上，以激发同学听课兴趣和拓展思维方法为重要任务。在充分了解教材和充实准备素材的前提下，我校首先在“原子结构”、“熵”和“手性现象”三个教学点上开展了兴趣教学的实践尝试，取得了良好的教学效果。
【关键词】工程化学；教学改革；兴趣教学
针对非化学化工专业的工科大学本科生开设的《工程化学》课程，具有课时较少(我校限制在26～40学时内)，而涵盖内容却很丰富的特点。目前所用教材[1]不但涵盖了无机化学和物理化学的一般化学原理，还适当介绍了当今科技前沿和热点的一些内容，涉及到材料、能源和生命科学等诸多领域。因此在教学中面临的首要问题，是如何处理好学时少与内容多这一矛盾。另外在教学过程中还会遇到的一个问题就是，部分学生对于这一课程的学习热情不高，甚至提出“我们非化学化工专业的学生为什么要学化学”这样的问题。
因此在讲课过程中照本宣科、面面俱到显然是行不通的。课程内容多课时少，什么都讲等于什么都没有讲，而学生们对化学的认知程度本来就比化学化工专业的学生薄弱得多，造成了学生听不懂而不想听，不想听更听不懂的恶性循环。
实际上《工程化学》的设置是有其必要性的，这体现了中学“数理化”三大课程在大学中的延续深化。在大学中“高等数学”和“大学物理”是必修的重要课程，而《工科化学》可以看成是“大学化学”（在部分院校的课程设置中确实有这样的名称），是理工科学生构筑自然科学知识体系的重要基石。因此现在可以回答学生在前面提出的问题了：缺少了化学基本知识和基本理论学习环节的理工科大学生，是知识不扎实、思维不全面的“跛子”人才。
明白了这一点，不妨将本课程的教学目标设定为：培养学生用化学的思维方法去认识世界。根据这一出发点，在教学过程中内容应当有所取舍，侧重于基本知识的掌握和基本方法的训练，内容不宜过深过难，切忌枯燥无味的课堂气氛，逐步培养学生对化学的兴趣。根据多年的教学经验和教学效果，我认为课程中有三个部分的内容可以适当阐发，作为兴趣教学开展的突破口。
一、原子结构
原子作为化学研究中的最小单位，其结构知识是基础中的基础，但由于涉及的内容比较艰深，在具体的介绍中要深入浅出，即避免相对复杂的数学推导，但在思考问题方面却要引学生往深处去想。可以将量子力学的发展史话作为介绍的切入点，因为上个世纪初期对于原子结构的突破性研究成果是量子力学建立和发展的重要阶段[2]，诸多科学巨擘得以一展他们天才的光芒，这里面包含的曲折与成就、趣闻和佳话，对学生来说是一个难得的启发教育机会。另外在学习这一章节始终要对学生强调的是，原子内部的结构属于微观世界，与我们一般接触的宏观世界，其尺度差距当在1010以上，可用天壤之别来形容。所以在微观世界中很多方面，比如“波粒二象性”、“测不准关系”等量子力学的基本概念，是很难被一般人理解的，因为它们在宏观世界里没有对应的参照物，学习在一个完全不同的世界里去认识问题、思考问题，是一个挑战。听了这样的介绍后，学生既感觉有挑战性而提高了学习热情，也不会死钻牛角尖非用宏观的情景来联系微观而不能理解、难以自拔。
比如说“物质波”这一微观粒子的存在方式，实际上是“波粒二象性”的另外一种表达，介绍的时候往往以宏观世界的“机械波”举例来帮助学生对于诸如“波长”、“干涉”等概念的理解，但同时一定要强调，此“（物质）波”非彼“（机械）波”，从本质上它们是不同的，比如前者不但传递能量而且也输送物质本身，即不需要介质就可以传播，而后者仅仅是传递能量（暂不考虑能量本身也是抽象意义上的物质）。通过这个例子，同学们可以体会到类比这一方法的长处和局限性，再进一步举例说明玻尔的原子模型为什么较先被提出，而最后却不能自圆其说，就是因为这一模型实际上是带着“先入为主”的想法，比拟了宏观世界中恒星行星体系，而最终为微观世界所不相容。这样带有实例的启发，会使得学生们在思维方法上的眼界有所拓宽。
二、熵
作为热力学重要函数的熵，在课堂学习中若是光介绍其计算公式，未免过于枯燥。而作为对当代科学有所了解的教师，都会知道这一概念在化学、物理、生命科学以至于社会、经济等非理工学科中的重要性[3]。熵就是混乱度的量衡，熵值越高，系统越趋向于混乱和无秩序化，这是熵这一概念的核心。为何在万物变化中总有不可逆过程，什么过程又是自发的？孤立体系的熵值不会减少这一判据的重要性，揭示了万事万物错综复杂变化表象下一条内在的本质规律。为什么“水往低处流，人往高处走”，因为人不是一个孤立体系，不但每天摄入营养、排弃废物，而且还通过接受教育，不断提高自身文化素养，这是一个大学生不但应该懂得而且应该努力做得更好的事情。
再比如现在为什么要提倡“节约型社会”？用热力学的观点来看，社会的发展是一个熵减少的有序化过程，所以人类社会也一定是个开发性的社会，在发展的同时一定伴随着能源的利用、对自然的开发这样一个破坏性的过程。因此不能幻想一种对生态没有影响没有破坏的社会发展模式，科学的发展观当然不是“杀鸡取蛋”式的破坏性开发，也不是说要“不吃不喝不发展”这样不现实的极端做法，而是尽可能减少环境破坏的“节约型社会”发展模式。
通过这些介绍，学生们会发现化学中蕴藏的知识实践在化学之外，不但觉得听课不枯燥，更完善了自身的知识体系，开阔了思维空间，对于一个大学生的综合素质培养是有益处的。
三、手性现象
在有机化学中，具有不少手性的化合物，其不同对应异构体生化活性往往迥异，因此对手性物质的合成和分离是生化和制药学科的热点研究方向。而人体内存在的天然氨基酸都是L型的这一迷题，目前尚未得到合理的解释，由此引发的研究自然界中某一对应异构体占优的外在诱因更是基础科学研究的重大课题[4]。在课堂上向学生们介绍这些科学研究中的难题谜团，不但学生感觉不枯燥，而且激发了他们对未知事物的好奇心，而这正是科学研究前进的最大动力所在。
在紧接着的教学过程中，还应当向学生们指出，不但有机物质有手性，而且无机物质也存在手性，比如[Cr(C2O4)3]3－这样的配位化合物离子，存在Δ型和∧型的对应异构体，它们之间存在镜像关系。进一步阐明判断一个化合物是否具有手性的依据是其镜像和原物是否能够重合，不能重合则说明它们是手性的对应异构体关系。随后借助这一判据，将手性的概念扩展到宏观物体中去，比如左手和右手，鞋子的左脚和右脚，最后将手性归纳为一种现象，即不但有手性物质，还有手性规则，比如左手直角坐标系和右手直角坐标系，左手螺旋法则和右手螺旋法则。课堂上最后可以当场进行小测验，让学生们列出所能想到的手性现象，不限于化学物质。最后的效果是出乎意料的，学生们充分拓展了自己的想象力，举出的例子丰富多彩，有的是教师也没有想到过的，这说明兴趣能够引起多么大的学习动力。试举一些精彩答案如下：人与水中的倒影，印章上的字与其印在纸上的字，左旋的DNA和右旋的DNA，环形跑道上顺时针与逆时针跑步……
总结
从实际情况出发，制订以激发学生学习热情的兴趣教学法在实践中收到了良好的效果。当然根据不同教师对教材的理解不同，自身的知识面层次不同，在开展教学中能够有所阐发的具体内容也可能是有所不同而相互补充的。当然在这里也还是应当说明，活跃课堂气氛，提高学习兴趣还是要首先和课程内容紧密相联系，不是一味追求现场气氛，而是做到有所联系有所侧重，把目的牢牢地收在前面说过的“培养学生用化学的思维方法去认识世界”这一核心上来。应该说，其实任何的课程都存在一个将枯燥的课本内容转化为生动的课堂教学这样的问题，这一问题的解决首先要求老师有扎实的基本功，将课本内容吃透才能做到教学方法上的升华，才能更好地组织教学素材；其次要求学生对课程有兴趣，一定要做到老师自己对课程有钻研的兴趣，这样平时才能更多地搜集相关信息，多看“闲书”，多发“闲想”，点点滴滴累积下来，才能在讲课过程中左右逢源，有话可说，有例可举，切合课本内容，贴近现实，起到良好的教学效果。
参考文献
[1] 陈林根等编. 工程化学基础(第二版). 北京：高等教育出版社, 2005.
[2] 曹天元. 上帝掷骰子吗——量子物理史话. 沈阳：辽宁教育出版社，2006.
[3] 冯端, 冯少彤. 溯源探幽——熵的世界. 北京：科学出版社，2005.
[4] Avalos M, Babiano R, Cintas P, et al. Absolute asymmetric synthesis under physical fields: facts and fictions. Chemical Reviews, 1998, 98: 2391-2404.
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