工科普通化學(xué)的創(chuàng)新教育與實(shí)踐

李建　李志輝　張喻　朱秀芳

摘 要 隨著素質(zhì)教育實(shí)施的不斷深入，普通化學(xué)的教育也面臨著提高質(zhì)量和提高層次的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對此，需要對普通化學(xué)進(jìn)行教育創(chuàng)新，大力實(shí)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(xué)創(chuàng)新教育的實(shí)施則需要在教學(xué)內(nèi)容、教育方法、教育評價和教師素質(zhì)等多方面進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人才的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞 普通化學(xué) 教育 創(chuàng)新

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.11.022

1 工科學(xué)生學(xué)習(xí)普通化學(xué)的必要性

普通化學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，一般開設(shè)在大學(xué)一年級。剛進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)的新生所具備的化學(xué)知識只不過是高中期間所掌握的一些元素符號、化學(xué)反應(yīng)方程式以及相關(guān)的計算等，而對于化學(xué)的本質(zhì)、研究對象、研究內(nèi)容、化學(xué)科學(xué)前言、學(xué)科地位和發(fā)展趨勢等認(rèn)識是不清晰、不全面的。而普通化學(xué)就處于中學(xué)和大學(xué)教學(xué)的銜接點(diǎn)上，在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起到了承上啟下的紐帶作用，其教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法就顯得十分重要，它不僅關(guān)系到后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，而且對學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后繼續(xù)接受新的知識、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力具有一定的指導(dǎo)作用。

由于普通化學(xué)除了講授化學(xué)熱力學(xué)、溶液化學(xué)、化學(xué)平衡、化學(xué)動力學(xué)、原子及分子結(jié)構(gòu)等比較基本的化學(xué)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(guān)的化學(xué)內(nèi)容。正是因?yàn)檫@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(xué)習(xí)工程科學(xué)的學(xué)生要學(xué)普通化學(xué)，就是修讀人文社會科學(xué)的學(xué)生也要學(xué)一點(diǎn)普通化學(xué)的相關(guān)知識?？梢韵胂?，如果各相關(guān)專業(yè)學(xué)生只具備有高中水平的化學(xué)基礎(chǔ)，他們對后繼學(xué)科和專業(yè)課程中所涉及到的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能、新材料制備技術(shù)、能源與環(huán)境保護(hù)等一系列問題的理解和掌握將會受到嚴(yán)重影響。

2 為什么要在普通化學(xué)課程中開展創(chuàng)新性教育

普通化學(xué)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(chǔ)課，它就像是一輛“旅行巴士”，帶著同學(xué)們在化學(xué)的版圖中沿途領(lǐng)略化學(xué)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(diǎn)訪問。①通過對普通化學(xué)的學(xué)習(xí)，可以加強(qiáng)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的全面認(rèn)識，了解化學(xué)對于人類社會的作用和貢獻(xiàn)，了解與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)等有關(guān)領(lǐng)域的一些化學(xué)成就，了解化學(xué)與材料、農(nóng)業(yè)、能源等各專業(yè)的聯(lián)系及應(yīng)用，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對身邊發(fā)生的化學(xué)現(xiàn)象從知其然到知其所以然。

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

然而，大多數(shù)老師在普通化學(xué)教學(xué)過程中往往只重視基礎(chǔ)理論知識的傳授，不講授化學(xué)發(fā)展歷史，對當(dāng)前化學(xué)中最活躍的前沿問題只字不提，完全忽視對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；在教學(xué)過程中，總是以講授理論知識為主，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容幾乎都是一些傳統(tǒng)的、經(jīng)典的驗(yàn)證型課程實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的不是為了培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(xué)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(shí)際，乏味無趣，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高；在實(shí)驗(yàn)室里，老師把指導(dǎo)書提前下發(fā)，學(xué)生按照指導(dǎo)書進(jìn)行操作，不需要思考和再次設(shè)計就可完成實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)沒有起到培養(yǎng)學(xué)生主動思考和動手的能力，也沒有起到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的作用。

3 如何開展普通化學(xué)的創(chuàng)新性教育

要在普通化學(xué)教學(xué)的過程中開展創(chuàng)新性教育，進(jìn)而培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)校、院系和教師必須多方調(diào)研和論證，采取一系列相關(guān)的配套措施，才有可能達(dá)到預(yù)期效果。從制訂人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱開始，在教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)（含教學(xué)內(nèi)容選擇、多媒體課件制作、教案編寫、教學(xué)計劃制定、課堂講授、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計、成績考核等）中營造出有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)課程內(nèi)容繁多，內(nèi)容較抽象、概念性較強(qiáng)，其內(nèi)容包括氣體、溶液、電化學(xué)、元素、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、高分子、生命科學(xué)等，是一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，不同的教材內(nèi)容也不一樣。湖北汽車工業(yè)學(xué)院是一所以汽車設(shè)計、制造與生產(chǎn)為學(xué)科主鏈的地方應(yīng)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(xué)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(xué)內(nèi)容、突出教學(xué)重點(diǎn)。此外，隨著學(xué)科的發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容既要源于教材，又要適當(dāng)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(xué)科的前沿知識。因此，在講授普通化學(xué)課程時，需從不同渠道收集各類與化學(xué)相關(guān)的教學(xué)素材，在授課過程中穿插介紹與課堂教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的最新研究成果，同時在教學(xué)內(nèi)容上適當(dāng)引進(jìn)教師本人的科研課題或化學(xué)前沿相關(guān)領(lǐng)域的重大成果和發(fā)現(xiàn)等，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊和拓展學(xué)生的眼界，啟迪和鍛煉學(xué)生的思維。單一的教材已經(jīng)不能滿足我們的教學(xué)要求，教科書只能作為教學(xué)的主要參考書之一。

3.2 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

創(chuàng)新的一個重要特點(diǎn)就是超前性和新穎性。我們在教授普通化學(xué)知識時，要讓學(xué)生大致了解化學(xué)學(xué)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(dá)到幫助學(xué)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(xué)生了解創(chuàng)新能力的培育過程和形成特點(diǎn)。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(qiáng)的、有爭議的結(jié)論或觀點(diǎn)，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(chǔ)。因此，一是在教學(xué)內(nèi)容上，要構(gòu)建大學(xué)化學(xué)教學(xué)體系的新框架，打破學(xué)科、課程之間的壁壘，優(yōu)化課程體系，更新過時陳舊的教學(xué)內(nèi)容，融入近現(xiàn)代化學(xué)的思想、內(nèi)容和發(fā)展成就（可考慮將諾貝爾化學(xué)獎的研究成果作為相關(guān)衍生知識的講解對象），在讓學(xué)生了解化學(xué)前沿的同時，明確課程的重難點(diǎn)。如：化學(xué)熱力學(xué)與動力學(xué)基礎(chǔ)（熱力學(xué)一、二定律，化學(xué)平衡，質(zhì)量作用定律）、電化學(xué)原理及應(yīng)用（氧化還原反應(yīng)，原電池）等內(nèi)容為重點(diǎn)講授。對于課程的難點(diǎn)內(nèi)容（功與熱的概念及相關(guān)計算，熱力學(xué)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(xué)、用”三維環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，變平面教學(xué)為多元立體化教學(xué)。二是在理論授課時，應(yīng)適當(dāng)介紹知識點(diǎn)在科學(xué)發(fā)展歷史上所出現(xiàn)的不同爭論觀點(diǎn)，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(shí)踐教學(xué)時，注重創(chuàng)新人才的社會責(zé)任意識培養(yǎng)（開展化學(xué)與環(huán)境、綠色化學(xué)等小講課），建立可持續(xù)性發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀，加強(qiáng)學(xué)生思想素質(zhì)、心理品格素質(zhì)、身體素質(zhì)和科學(xué)文化素質(zhì)的養(yǎng)成。

3.3 教學(xué)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(jié)了大量成功的做法，也積累了許多成功經(jīng)驗(yàn)，如案例式教學(xué)法、問題導(dǎo)向式教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、慕課和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法等，這些教育教學(xué)方法在不同的課程或不同的知識點(diǎn)講授時都取得了巨大成就。在講授普通化學(xué)這門課程時，我們可以采取多種教學(xué)方法相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。如，一是利用現(xiàn)代化多媒體技術(shù)（微課、慕課）進(jìn)行課堂教學(xué)，利用文字、圖片、視頻、錄像等交互作用，變抽象為具體，使教學(xué)方法變得更加生動形象，充分調(diào)動學(xué)生的各種感官，全方位地促進(jìn)學(xué)生主動去思考，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)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(xué)方式，教師可以根據(jù)課程的教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，選取合適的授課模式，如理論課、實(shí)驗(yàn)課、討論課、自學(xué)課和習(xí)題課等。如物質(zhì)分子和原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(guān)知識定為實(shí)驗(yàn)課，元素及其化合物的性質(zhì)、化學(xué)與環(huán)境內(nèi)容定為自學(xué)課，化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)定為習(xí)題課、討論課與實(shí)驗(yàn)課等。③三是理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)由同一教師擔(dān)任，課堂教學(xué)與討論、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與評價、課內(nèi)外輔導(dǎo)與答疑、作業(yè)布置與批改等各教學(xué)環(huán)節(jié)均由該教師負(fù)責(zé)。積極利用網(wǎng)絡(luò)課堂、精品課程、e-mail、QQ等Internet交流方式，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生之間的交互提問、疑難問題解答、熱點(diǎn)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(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加綜合性和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立操作能力。五是考核方式上，可以采用閉卷、開卷、小論文、實(shí)驗(yàn)設(shè)計等多樣化的考試方式。考試內(nèi)容除了基本理論與知識外，還應(yīng)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(biāo)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法的創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)類課程的靈魂，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力，化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇和設(shè)計可在以下幾個方面進(jìn)行改革與創(chuàng)新：一是選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。以“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重創(chuàng)新”為目標(biāo)，按照基礎(chǔ)、綜合和探究三個培養(yǎng)層次設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開展開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)行個性化培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生求知欲，調(diào)動學(xué)習(xí)化學(xué)知識的主觀能動性，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新意識和科研作風(fēng)；二是制作普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)動畫。在普通化學(xué)中，如定容熱的測定、液體的飽和蒸汽壓的測定、化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)的測定等這類實(shí)驗(yàn)操作難度大，理解困難，學(xué)生僅靠看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的文字內(nèi)容和操作步驟，難以達(dá)到預(yù)期的效果。因此，采用虛擬仿真技術(shù)，將各實(shí)驗(yàn)單元設(shè)計成一個一個的環(huán)節(jié)，逼真地模擬整個實(shí)驗(yàn)的操作過程，學(xué)生在對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)后，在實(shí)際動手之前，可在虛擬仿真平臺上進(jìn)行預(yù)操作，可以極大地增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作印象和實(shí)驗(yàn)成功率，并且提高預(yù)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率；三是對于學(xué)生自主主持的開放性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)原材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，教師幫助學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案并從旁指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程，鼓勵學(xué)生大膽探索和創(chuàng)新；四是改革實(shí)驗(yàn)考核方式。以考核實(shí)驗(yàn)過程為重點(diǎn)，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（收集并處理相關(guān)信息）、實(shí)驗(yàn)操作過程（設(shè)計并開發(fā)實(shí)驗(yàn)）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（實(shí)驗(yàn)觀察）、實(shí)驗(yàn)報告（敘述與表達(dá)）等多個環(huán)節(jié)進(jìn)行考核，全面評價學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.5 教育教學(xué)評價體系和方法的創(chuàng)新

利用教育教學(xué)評價系統(tǒng)，明確以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的獲取為導(dǎo)向。主要從兩個方面進(jìn)行實(shí)施：一是面向?qū)W生的測評，如在考試試卷中增加或設(shè)計一些學(xué)生所參加的與化學(xué)知識相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)活動內(nèi)容相關(guān)的題型分值比例，以靈活變通、加強(qiáng)思考為目的，多出一些沒有唯一標(biāo)準(zhǔn)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(xué)水平和教學(xué)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(xué)生開展的各類與化學(xué)知識相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)踐活動進(jìn)行了指導(dǎo)等。這樣一套教育教學(xué)的評價體系和方法的創(chuàng)建，可以比較好地引導(dǎo)和發(fā)揮教師和學(xué)生的創(chuàng)新意識，開拓創(chuàng)新精神，讓老師和學(xué)生能夠主動去開展各種創(chuàng)新實(shí)踐活動，進(jìn)而達(dá)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(xué)校，其根本任務(wù)就是要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)中華人民偉大復(fù)興的中國夢。要想實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才這一目的，處于高等學(xué)校進(jìn)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(xué)校能不能為社會主義建設(shè)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(guān)鍵在教師?！币虼耍處焺?chuàng)新思想的培養(yǎng)和變革是實(shí)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(xué)生（個例除外）。要達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的，第一，高校的教師要認(rèn)識到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是自己的神圣職責(zé)，要把培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生樹立趕超的目標(biāo)和創(chuàng)造的榜樣。④第三，教師要教學(xué)和科研并舉。教師需要積極進(jìn)行科學(xué)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(xué)之中，用科技創(chuàng)新的思維去培養(yǎng)學(xué)生獲取創(chuàng)新能力的本領(lǐng)。

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(jì)，2008.18（9）：185-187.

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

③ 肖麗鳳.淺談高職院?！盎A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)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(guān)于優(yōu)化高師院校生存質(zhì)量的一點(diǎn)思考[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報：人文科學(xué)版，2002.19（2）：55-58.