《工科化学概论》系列教材建设的研究与实践＊

徐瑛 周宇帆 刘鹏 肖亮 高卓 何小松 陈雪梅

(武汉理工大学理学院化学系 湖北武汉 430070)

《工科化学概论》系列教材建设的研究与实践＊

徐瑛 周宇帆 刘鹏 肖亮 高卓 何小松 陈雪梅

(武汉理工大学理学院化学系 湖北武汉 430070)

以现代教育理论为指导,将先进教育理念与先进教学手段有机结合,融入多年教学实践和国内外教学成果,编写出版了有鲜明特色、普适性强的系列教材——《工科化学概论》、《工科化学概论立体化课件》、《工科化学概论习题解答》,并应用于教学实践。本文介绍《工科化学概论》系列教材建设的一些体会。

培养高素质创新性人才是 21世纪高等教育的核心。化学既是经典学科,又是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大新兴或朝阳科学都有紧密的联系、交叉和渗透的中心科学[1],是一门赋予人能力的科学[2]。普通化学是实施综合素质教育的公共基础课。化学的思维、化学对世界的认识方法、化学对物质运动的解释是其他学科不能替代的。基于上述认识,加强化学素质教育,体现工科特色,突出化学与工程技术间的桥梁作用,启迪创造性思维,也就成为我们编写《工科化学概论》系列教材的指导思想。

1 构建工科普通化学教学新模式

工科普通化学的教学目标是:使工科大学生对人类社会生活中无法避开的化学作一些必要的了解,增强科学素质,帮助学生运用化学的理论、观点和方法,为处理、研究相关实际问题提供思路和办法,以期科学地、和谐地认识物质世界,改造物质世界,保护物质世界和尊重物质世界[3]。

工科普通化学课程由化学基础、化学应用、化学实验等三大教学模块组成。教师可根据不同专业对化学课程的要求,灵活选择教学模块中的具体教学内容,将化学基础与应用、化学理论与实验、传统教学与现代教学有机结合,以“知识—能力—素质”为培养目标,开辟课内、课外两块教学阵地,延伸和拓宽教学时空,通过课堂讲授、指导自学、学生选读 3个环节,有针对性地组织教学,以适应不同专业、不同层次的需要。

2 整合教学内容

普通化学课程的专业跨度大,知识涵盖面广,涉及无机化学、有机化学、物理化学和分析化学的一些基本知识。为缓解高等院校普遍存在的教学内容多、教学课时少的矛盾,我们制定了“加强基础、注重衔接、联系实际、按需选材”的原则,既考虑与中学化学的衔接,又注意到 21世纪化学科学的发展,深入浅出地介绍有现实应用价值和潜在应用价值的基础理论和基本知识,贴近生活,把化学向人们的衣、食、住、行、用渗透,以提高学生的学习兴趣。此外,还考虑了理论联系实际,突出工程应用,关注化学与材料、能源、环境、生命等社会热点论题,反映现代科学技术新成果,帮助学生建立物质变化和能量变化的观点,有意识地运用化学知识去观察、分析和解决日常生活及专业中所涉及的化学问题,以培养学生的综合能力、科学素养和创新意识,为今后的学习、研究、工作奠定基础。

3 促进大学化学教育与信息技术的整合

教材是教学内容的载体。为了更好地发挥普通化学的教育功能,加强教材建设,我们吸收国内外优秀教材的精华,融合多年的教学研究和教学实践经验,编写并由化学工业出版社出版了特色鲜明、普适性强、互融互补的系列教材——《工科化学概论》、《工科化学概论立体化课件》[4]、《工科化学概论习题解答》[5],并将其应用于教学实践,方便了师生的教与学。

(1)主教材《工科化学概论》于 2007年 8月由化学工业出版社出版,全书包含 12章内容,前 5章是基础部分:第 1章讨论物质化学变化的规律,涉及在一定条件下化学反应的可能性(化学热力学与化学平衡)和化学反应的现实性(化学动力学与反应历程);第 2、3、5章的主题是物质的性质,重点讨论溶液化学、氧化还原、表面诸性质;第 4章着重介绍原子、分子与晶体的组成及结构,突出化学键问题,由此切入来理解化学变化的内因,力图叙述严谨,通俗简练,图文并茂。后 7章关联到与应用化学有密切联系的 4个活跃的学科:材料、能源、环境和生命科学,其中第 6、7、8章概括了无机非金属、金属和有机高分子 3大类重要材料;第 9、10章讨论了化学与能源;第 11、12章涉及化学与环境及化学与生命的联系,知识宽泛,使教材具有可教性和可读性。在编写时,有意将章节细分,既便于教师根据专业特点灵活取材,也利于不同专业学生自学,特别适合需要相关化学知识、又没有系统开设化学课程的专业选用。

(2)多媒体辅助教学软件《工科化学概论立体化课件》于 2009年 3月由化学工业出版社出版。该软件主要由电子教案、例题与习题、化学视野、动画、图片等模块构成,包含 60多个PowerPoint文件、60多个 Flash动画和几百幅精美的图片,既可用于教师教学,也可供学生课前预习和课后复习,能有效增强教学效果。其中的“电子教案”对工科化学教学内容进行了浓缩与提炼,文字精练,重点突出,文本、公式、图表等以动静结合形式放映,内容播放可由使用者随意控制;“例题与习题”、“化学视野”以及直观、生动、形象、小巧、便捷的 flash“动画”和“图片”是对教学相关内容的补充,不仅能方便教师根据各自的教学需要重新组织个性化的课件,而且便于学生理解、巩固与提高,体现了现代教育理念与先进教学手段的有机结合。

(3)辅助教材《工科化学概论习题解答》是与主教材配套的习题解,于2009年3月由化学工业出版社出版。该书按主教材的章节顺序编排,对每章的习题在逐一列出题目后进行规范解答,在使用上具有独立性,能起到释疑解惑、加强理解和掌握教学要求的参考作用,有利于提高教学效率。

4 注重学生能力的发展

4.1 教材框架的构筑

《工科化学概论》系列教材框架的构筑体现了定性描述与定量计算、宏观性质与微观结构、化学理论与化学应用、传统教学与现代教学的有机结合。每章都编排有教学要求,既利于学生明确学习目标及该章的重点和难点,也利于教师组织教学过程,进行教学评价。每章结束前都有简单回顾与小结,有助于大一新生尽快适应新的学习环境,从众多知识点中理出头绪,将知识点串联起来,而且还有利于提高学生文字表达能力和归纳总结能力。

4.2 有助于学生理解的多媒体辅助教学

借助多媒体计算机辅助教学(MCA I),集文字、图像、声效、动画、视频于一体,处理教学重点、难点和抽象概念,使抽象的理论形象化,深奥的道理通俗化,复杂的问题简单化,为学生营造学习化学知识的轻松氛围,帮助学生克服畏难情绪,树立学习信心,促进化学教育与信息技术的结合。例如:杂化轨道理论抽象深奥,仅依靠传统的教学方式,学生不易理解和掌握。但利用立体课件,能以丰富的内容、形象的动画、生动活泼的界面来表现杂化轨道理论描述分子形成的全过程,学生看到的不再是枯燥无味的文字和图表,而是一幅幅色彩丰富、形象逼真的动态画面,再配上教师由浅入深的讲解,有助于突破教学难点,并易于学生理解。

4.3 丰富的题型

教材中有形式多样、具有代表性及一定趣味性的例题和习题,便于学生理解、掌握、巩固和提高。在解答时,力求给出解题的详细步骤与思路,强调学生易忽视的知识点,对部分同类题型给出相关总结,对典型题给出多种解法,并辅以分析引导,以利于学生融会贯通。对涉及重点或难点的知识点,在原题基础上提出进一步的思考,以启发学生思维。对个别能体现时代性的前沿性习题,要求学生查阅资料回答,使学生感受化学对社会发展与进步的作用,从而增强他们作为未来科学工作者的使命感与责任感。

4.4 多种渠道拓展学生知识面

为与国际高等教育接轨,在教材中适量引入重要的英文专业词汇,对重点内容有选择性地编写部分英文例题与习题,在书后附有中文对照,使学生能够尽早接触英文科技语言。在化学视野栏目中提供化学史料、化学进展、趣味化学等,并与普通化学精品课程网站中的教学资源相结合,以激发学生的求知欲和学习热情,引导学生自主学习。为使学生学以致用,我们还依托我校材料学科优势,出版了拓展教材《建筑材料化学》[6],架起了化学与建筑材料间的桥梁。该书适合土木建筑类、材料类专业使用。学生说:学习了《建筑材料化学》,我们懂得了化学能帮助我们认识建筑材料,合理地选择和使用建筑材料,防止或减缓材料的腐蚀,开发新型建筑材料;化学能帮助我们学会如何控制和调节水泥的水化硬化速率,计算水泥水化反应热效应,使用乳化沥青、混凝土化学外加剂等来改进施工工艺,提高工程质量等,开阔了我们的眼界。

4.5 培养学生分析问题解决问题能力

我们在教学实践中注重启迪学生的思维。例如在“第 1章化学反应基本规律”中,先提出问题:能否利用汽车尾气污染物之间的反应治理或改善汽车尾气对环境的污染?以 CO和NO之间的反应为例贯穿全章,讨论反应进行的方向、限度和速率 3个问题,通过热力学定量计算说明利用该反应治理汽车尾气 CO和NO对环境的污染是可能的,并进一步介绍 2007年度诺贝尔化学奖获得者德国科学家埃特尔的贡献之一——对铂催化剂上一氧化碳氧化反应进行的动力学研究,以过滤汽车产生的废气。鼓励学生查阅资料进一步探讨汽车尾气的污染及其治理。在教学中,我们还注重采用导学式、探究式、研讨式等启发诱导式教学方法,从多角度引导学生认识事物的本质与内在联系,培养学生分析问题、解决问题的能力。今后我们将进一步深化教学改革,完善精品课程网站建设,将科研成果与教学实践紧密结合,探索化学教学中师生和谐互动教学模式的构建,使教、学双方发挥主观能动性,达到相互促动、教学相长的目的。

[1] 徐光宪.化学通报,2003(1):3

[2] 卞江.大学化学,2004,19(5):61

[3] 徐瑛,周宇帆,刘鹏.工科化学概论.北京:化学工业出版社,2007

[4] 徐瑛,刘鹏,肖亮.工科化学概论立体化课件.北京:化学工业出版社,2009

[5] 徐瑛,周宇帆.工科化学概论习题解答.北京:化学工业出版社,2009

[6] 徐瑛,陈友治,吴力立.建筑材料化学.北京:化学工业出版社,2005

武汉理工大学教学研究项目