工科普通化學的創(chuàng)新教育與實踐

李建　李志輝　張喻　朱秀芳

摘 要 隨著素質(zhì)教育實施的不斷深入，普通化學的教育也面臨著提高質(zhì)量和提高層次的嚴峻挑戰(zhàn)。對此，需要對普通化學進行教育創(chuàng)新，大力實施創(chuàng)新教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高級人才，以滿足時代和社會的需求。而普通化學創(chuàng)新教育的實施則需要在教學內(nèi)容、教育方法、教育評價和教師素質(zhì)等多方面進行創(chuàng)新，進而實現(xiàn)人才的全面發(fā)展。

關鍵詞 普通化學 教育 創(chuàng)新

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.11.022

1 工科學生學習普通化學的必要性

普通化學是一門綜合性很強的基礎課程，一般開設在大學一年級。剛進入大學學習的新生所具備的化學知識只不過是高中期間所掌握的一些元素符號、化學反應方程式以及相關的計算等，而對于化學的本質(zhì)、研究對象、研究內(nèi)容、化學科學前言、學科地位和發(fā)展趨勢等認識是不清晰、不全面的。而普通化學就處于中學和大學教學的銜接點上，在專業(yè)基礎課和專業(yè)課之間起到了承上啟下的紐帶作用，其教學內(nèi)容與教學方法就顯得十分重要，它不僅關系到后續(xù)相關專業(yè)課程的學習，而且對學生進入大學后繼續(xù)接受新的知識、培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W思維和創(chuàng)新能力具有一定的指導作用。

由于普通化學除了講授化學熱力學、溶液化學、化學平衡、化學動力學、原子及分子結構等比較基本的化學原理外，它還包含能源、材料、環(huán)境、食品等和現(xiàn)代生活相關的化學內(nèi)容。正是因為這些內(nèi)容在今后的生活和工作中十分重要，在國外不僅是學習工程科學的學生要學普通化學，就是修讀人文社會科學的學生也要學一點普通化學的相關知識?？梢韵胂螅绻飨嚓P專業(yè)學生只具備有高中水平的化學基礎，他們對后繼學科和專業(yè)課程中所涉及到的物質(zhì)的結構和性能、新材料制備技術、能源與環(huán)境保護等一系列問題的理解和掌握將會受到嚴重影響。

2 為什么要在普通化學課程中開展創(chuàng)新性教育

普通化學是材料與化工類專業(yè)大一新生所接觸到的第一門專業(yè)基礎課，它就像是一輛“旅行巴士”，帶著同學們在化學的版圖中沿途領略化學中最具代表性的區(qū)域，并且在具有重要意義的地方?？孔髦攸c訪問。①通過對普通化學的學習，可以加強學生對化學學科的全面認識，了解化學對于人類社會的作用和貢獻，了解與生命科學、環(huán)境科學、材料科學等有關領域的一些化學成就，了解化學與材料、農(nóng)業(yè)、能源等各專業(yè)的聯(lián)系及應用，以激發(fā)學生學習興趣，使學生對身邊發(fā)生的化學現(xiàn)象從知其然到知其所以然。

近年來，隨著科技的進步，學科之間的交叉與融合日趨緊密，一些與化學相關“邊緣問題”，如納米材料、柔性分子器件、非平衡態(tài)化學、飛秒化學、計算化學、生命科學、能源與環(huán)境等正在受到廣泛關注。②故在講授普通化學的基本知識和基本原理的同時，教師應該盡量引入與授課知識點聯(lián)系緊密的最新研究成果、進展和困境，并與學生進行討論，使同學們能夠指導化學前沿的最新研究動態(tài)，把握未來的“脈搏”，進而樹立起科學的創(chuàng)新性意識。

然而，大多數(shù)老師在普通化學教學過程中往往只重視基礎理論知識的傳授，不講授化學發(fā)展歷史，對當前化學中最活躍的前沿問題只字不提，完全忽視對學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；在教學過程中，總是以講授理論知識為主，以實驗教學為輔，實驗教學內(nèi)容幾乎都是一些傳統(tǒng)的、經(jīng)典的驗證型課程實驗，實驗的目的不是為了培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力，只是為了鞏固和加深理論教學的內(nèi)容。在課堂上，普遍采用填鴨式、灌輸式教育方法，老師只顧自己講，不管學生聽不聽、能不能聽懂，課堂內(nèi)容過時陳舊，理論不聯(lián)系實際，乏味無趣，學生的學習積極性不高；在實驗室里，老師把指導書提前下發(fā)，學生按照指導書進行操作，不需要思考和再次設計就可完成實驗，這類實驗沒有起到培養(yǎng)學生主動思考和動手的能力，也沒有起到培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的作用。

3 如何開展普通化學的創(chuàng)新性教育

要在普通化學教學的過程中開展創(chuàng)新性教育，進而培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力，學校、院系和教師必須多方調(diào)研和論證，采取一系列相關的配套措施，才有可能達到預期效果。從制訂人才培養(yǎng)方案和教學大綱開始，在教學的每一個環(huán)節(jié)（含教學內(nèi)容選擇、多媒體課件制作、教案編寫、教學計劃制定、課堂講授、實驗項目設計、成績考核等）中營造出有利于調(diào)動學生學習積極性和主觀能動性的氛圍和條件。

3.1 教材的創(chuàng)新

普通化學課程內(nèi)容繁多，內(nèi)容較抽象、概念性較強，其內(nèi)容包括氣體、溶液、電化學、元素、物質(zhì)結構、高分子、生命科學等，是一門理論性和實踐性很強的課程，不同的教材內(nèi)容也不一樣。湖北汽車工業(yè)學院是一所以汽車設計、制造與生產(chǎn)為學科主鏈的地方應用型本科院校，汽車材料（以金屬材料和高分子材料為主）是其中十分重要的學科分支，因此，需要確定合適于我校人才培養(yǎng)體系的教材，精選教學內(nèi)容、突出教學重點。此外，隨著學科的發(fā)展，教學內(nèi)容既要源于教材，又要適當高于教材。由于專業(yè)教材的出版需要一定的周期，故教材中的內(nèi)容往往滯后于學科的前沿知識。因此，在講授普通化學課程時，需從不同渠道收集各類與化學相關的教學素材，在授課過程中穿插介紹與課堂教學內(nèi)容相關的最新研究成果，同時在教學內(nèi)容上適當引進教師本人的科研課題或化學前沿相關領域的重大成果和發(fā)現(xiàn)等，培養(yǎng)和激發(fā)學生的學習興趣，開闊和拓展學生的眼界，啟迪和鍛煉學生的思維。單一的教材已經(jīng)不能滿足我們的教學要求，教科書只能作為教學的主要參考書之一。

3.2 教學內(nèi)容的創(chuàng)新

創(chuàng)新的一個重要特點就是超前性和新穎性。我們在教授普通化學知識時，要讓學生大致了解化學學科最新的發(fā)展動態(tài)，掌握最新的知識內(nèi)容和研究方法，最終達到幫助學生建立 “客觀物質(zhì)世界是發(fā)展變化”這一概念的目的，使學生了解創(chuàng)新能力的培育過程和形成特點。大量的創(chuàng)新案例和創(chuàng)新經(jīng)歷表明，創(chuàng)新的靈光往往是來源于那些“不確定性”較強的、有爭議的結論或觀點，但在此之前，則需要以經(jīng)典的知識和最新的知識作為基礎。因此，一是在教學內(nèi)容上，要構建大學化學教學體系的新框架，打破學科、課程之間的壁壘，優(yōu)化課程體系，更新過時陳舊的教學內(nèi)容，融入近現(xiàn)代化學的思想、內(nèi)容和發(fā)展成就（可考慮將諾貝爾化學獎的研究成果作為相關衍生知識的講解對象），在讓學生了解化學前沿的同時，明確課程的重難點。如：化學熱力學與動力學基礎（熱力學一、二定律，化學平衡，質(zhì)量作用定律）、電化學原理及應用（氧化還原反應，原電池）等內(nèi)容為重點講授。對于課程的難點內(nèi)容（功與熱的概念及相關計算，熱力學能、焓、熵、吉布斯函數(shù)的等狀態(tài)函數(shù)的計算，電子云的排布等），需要注重“教、學、用”三維環(huán)境的創(chuàng)設，變平面教學為多元立體化教學。二是在理論授課時，應適當介紹知識點在科學發(fā)展歷史上所出現(xiàn)的不同爭論觀點，并介紹其產(chǎn)生背景、存在的問題和最終解決辦法。三是在實踐教學時，注重創(chuàng)新人才的社會責任意識培養(yǎng)（開展化學與環(huán)境、綠色化學等小講課），建立可持續(xù)性發(fā)展的科學發(fā)展觀，加強學生思想素質(zhì)、心理品格素質(zhì)、身體素質(zhì)和科學文化素質(zhì)的養(yǎng)成。

3.3 教學方法與手段的創(chuàng)新

教育手法與手段種類繁多，前人不僅總結了大量成功的做法，也積累了許多成功經(jīng)驗，如案例式教學法、問題導向式教學法、啟發(fā)式教學法、慕課和翻轉課堂教學法等，這些教育教學方法在不同的課程或不同的知識點講授時都取得了巨大成就。在講授普通化學這門課程時，我們可以采取多種教學方法相結合的方式進行教學。如，一是利用現(xiàn)代化多媒體技術（微課、慕課）進行課堂教學，利用文字、圖片、視頻、錄像等交互作用，變抽象為具體，使教學方法變得更加生動形象，充分調(diào)動學生的各種感官，全方位地促進學生主動去思考，培養(yǎng)學習興趣和學習積極性，進而達到培養(yǎng)學生的創(chuàng)造和創(chuàng)新意識的目的。二是改變以往“滿堂灌”的教學方式，教師可以根據(jù)課程的教學內(nèi)容和特點，選取合適的授課模式，如理論課、實驗課、討論課、自學課和習題課等。如物質(zhì)分子和原子結構的基礎知識定為理論講授課，四大平衡（酸堿平衡、沉淀-溶解平衡、配位平衡及氧化還原平衡）的相關知識定為實驗課，元素及其化合物的性質(zhì)、化學與環(huán)境內(nèi)容定為自學課，化學熱力學和化學動力學定為習題課、討論課與實驗課等。③三是理論教學與實驗教學由同一教師擔任，課堂教學與討論、實驗指導與評價、課內(nèi)外輔導與答疑、作業(yè)布置與批改等各教學環(huán)節(jié)均由該教師負責。積極利用網(wǎng)絡課堂、精品課程、e-mail、QQ等Internet交流方式，實現(xiàn)教師與學生之間的交互提問、疑難問題解答、熱點問題討論、作業(yè)提交與批改等。四是刪除或更新部分內(nèi)容過時或陳舊的驗證性實驗項目，增加綜合性和設計性實驗項目，讓學生自主設計實驗，培養(yǎng)學生的獨立操作能力。五是考核方式上，可以采用閉卷、開卷、小論文、實驗設計等多樣化的考試方式?？荚噧?nèi)容除了基本理論與知識外，還應加大分析問題、解決問題的綜合能力和創(chuàng)新能力的考核；增加平時成績比重，將出勤、提問、討論、論文等作為平時考核；根據(jù)考試內(nèi)容與目標，靈活采用各類試題，不僅僅只局限在填空題、選擇題、判斷題和計算題等客觀題型上。

3.4 實驗教學內(nèi)容和方法的創(chuàng)新

實驗是化學類課程的靈魂，是激發(fā)學生學習興趣、提高動手能力和觀察能力，發(fā)展思維創(chuàng)造能力，培育創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的重要手段。為了提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力，化學實驗項目的選擇和設計可在以下幾個方面進行改革與創(chuàng)新：一是選擇實驗內(nèi)容，設計實驗項目。以“厚基礎、強能力、重創(chuàng)新”為目標，按照基礎、綜合和探究三個培養(yǎng)層次設置實驗項目，開展開放式實驗教學，進行個性化培養(yǎng)，激發(fā)學生求知欲，調(diào)動學習化學知識的主觀能動性，進而培養(yǎng)創(chuàng)新意識和科研作風；二是制作普通化學實驗動畫。在普通化學中，如定容熱的測定、液體的飽和蒸汽壓的測定、化學反應速率常數(shù)的測定等這類實驗操作難度大，理解困難，學生僅靠看實驗指導書中的文字內(nèi)容和操作步驟，難以達到預期的效果。因此，采用虛擬仿真技術，將各實驗單元設計成一個一個的環(huán)節(jié)，逼真地模擬整個實驗的操作過程，學生在對實驗進行預習后，在實際動手之前，可在虛擬仿真平臺上進行預操作，可以極大地增強實驗操作印象和實驗成功率，并且提高預習興趣和學習效率；三是對于學生自主主持的開放性實驗，實驗室提供實驗原材料和實驗設備，教師幫助學生完善實驗設計方案并從旁指導實驗過程，鼓勵學生大膽探索和創(chuàng)新；四是改革實驗考核方式。以考核實驗過程為重點，對學生實驗預習（收集并處理相關信息）、實驗操作過程（設計并開發(fā)實驗）、實驗數(shù)據(jù)記錄（實驗觀察）、實驗報告（敘述與表達）等多個環(huán)節(jié)進行考核，全面評價學生的綜合素質(zhì)。

3.5 教育教學評價體系和方法的創(chuàng)新

利用教育教學評價系統(tǒng)，明確以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的獲取為導向。主要從兩個方面進行實施：一是面向?qū)W生的測評，如在考試試卷中增加或設計一些學生所參加的與化學知識相關的創(chuàng)新實踐和實驗活動內(nèi)容相關的題型分值比例，以靈活變通、加強思考為目的，多出一些沒有唯一標準但需要有豐富創(chuàng)造力的題目；二是面向教師的測評，著重于教師教學水平和教學質(zhì)量的考核。課堂中，看講課是照本宣科，還是穿插著將自己或他人的最新研究成果引入到課堂里；課外，看教師是否投入時間和精力對學生開展的各類與化學知識相關的創(chuàng)新實踐活動進行了指導等。這樣一套教育教學的評價體系和方法的創(chuàng)建，可以比較好地引導和發(fā)揮教師和學生的創(chuàng)新意識，開拓創(chuàng)新精神，讓老師和學生能夠主動去開展各種創(chuàng)新實踐活動，進而達到教育創(chuàng)新、全面育人的最終目的。

3.6 授課教師素質(zhì)的創(chuàng)新

作為高等學校，其根本任務就是要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，進而實現(xiàn)中華人民偉大復興的中國夢。要想實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才這一目的，處于高等學校進行創(chuàng)新教育主體地位的教師首先必須要創(chuàng)新，既要有創(chuàng)新教育意識，也要有創(chuàng)新教育能力。鄧小平同志指出：“一個學校能不能為社會主義建設培養(yǎng)合格的人才，培養(yǎng)德智體面發(fā)展、有社會主義覺悟的有文化的勞動者，關鍵在教師。”因此，教師創(chuàng)新思想的培養(yǎng)和變革是實施創(chuàng)新教育的前提，很難想象出沒有富有創(chuàng)新精神的教師能夠培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的學生（個例除外）。要達到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的，第一，高校的教師要認識到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是自己的神圣職責，要把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力作為自己的職業(yè)要求。第二，教師要把如何提高自己的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力擺在比培養(yǎng)學生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力更高的位置上，要先努力培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，然后，才能通過自己的創(chuàng)新性工作為學生提供一個有利于培養(yǎng)其創(chuàng)造性的良好環(huán)境。通過創(chuàng)新型教師的言傳身教，為學生樹立趕超的目標和創(chuàng)造的榜樣。④第三，教師要教學和科研并舉。教師需要積極進行科學研究，在研究的同時發(fā)掘創(chuàng)新的知識，并將它們?nèi)谌氲浇虒W之中，用科技創(chuàng)新的思維去培養(yǎng)學生獲取創(chuàng)新能力的本領。

注釋

① 張洪婷.普通高校檔案管理工作者創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008.18（9）：185-187.

② 夏炎.化學百年回顧與展望——“國際化學年在中國”報告會成功舉行[J].科學中國人，2011（12）：61.

③ 肖麗鳳.淺談高職院?！盎A化學實驗”課程教學改革[J].科教文匯旬刊，2010（7）：172.

④ 黃鶯.教育創(chuàng)新與創(chuàng)新教育——關于優(yōu)化高師院校生存質(zhì)量的一點思考[J].浙江海洋學院學報：人文科學版，2002.19（2）：55-58.