大学工程化学课程的教学实践

周祖新 王根礼

(上海应用技术学院化工系 上海200233)

大学工程化学课程的教学实践

周祖新 王根礼

(上海应用技术学院化工系 上海200233)

介绍非化学化工类专业工程化学教学中的一些方法。在学生基础较薄弱，学时较少的情况下，通过与中学化学知识的衔接，简化理论，注重应用实例剖析来提高学生的综合化学知识。

我校与全国大部分应用技术型高校一样，办学宗旨是培养一线工程师，其特点不仅是专业应用知识强，而且相关知识面宽，要求在某些领域能独当一面。我们在对往届工科专业(除化工、材料、生物医学类)毕业生的跟踪回访中，发现化工知识的缺陷对他们的工作造成一定困难，故在工科各专业(除化工、材料、生物医学类)开设了工程化学课程，以弥补学生化工知识的缺陷。但由于课时数较少(共32课时)，学生基础较薄弱，对工程化学的教学带来了一些困难。针对这一问题我们采取了一些方法，使教学工作得到较满意的结果。

1 注意与中学所学化学知识的衔接

现在全国较多地区的高考实行的是3+X方式，即理工科考生只考语文、数学、英语3门和物理、化学、生物中任选一门，工科专业(除化工、材料、生物医学类)的新生几乎没有选考化学的，他们从高中二年级起就已放弃了化学的学习，化学基础较薄弱。如果照教材上的内容按部就班地进行教学，则大部分学生无法达到教学要求。我们通过降低教学起点，适当补充中学化学的内容，使学生逐步适应工程化学的学习。

1.1 物质结构理论上的衔接

在讲授原子结构时，先讲原子核结构，随后引出质子、中子、质量数、同位素、原子序数等中学应学的概念;然后讲决定物质化学性质的要素——核外电子，核外电子的分层排布，亚层，同一亚层中不同伸展方向，再引入大学化学的原子轨道即每个不同伸展方向的电子云，电子在原子轨道上的排布原则和元素周期律。对于从量子力学、薛定谔方程引进原子轨道的内容只作了解，学生只需知道几个量子数与电子层、亚层及伸展的对应关系即可。

在讲授化学键时，从中学化学用电子式表示NaCl的形成，引出离子键形成条件及特点，指出其本质还是正负电荷的静电作用。由共价键键合的两原子电负性相差较小，有时甚至是相同的原子，它们之间的相互静电吸引作用较难说明，可解释为两键合原子的单电子轨道重叠后，两原子间轨道重叠部分负电荷密度增加，几乎形成负电荷重心，由此负电荷重心吸引两带正电荷的原子核，从而形成稳定的分子。从电子云重叠得越多则分子越稳定来解释共价键的方向性及分子几何构型。

在讲授晶体结构时，从CO2和SiO2物理性质的巨大差异引入，使学生清楚只有分子晶体是由平常意义上的分子形成，其余晶体都是微粒间彼此通过化学键作用形成的巨大分子，故性质上有巨大差异。

1.2 化学反应速率与化学平衡内容的衔接

先从常见事例得出浓度和化学反应速率的关系，如鼓入空气使燃烧反应更剧烈，关闭鼓风装置使燃烧减弱甚至停止等事例写出质量作用定律;从加热使化学反应速率加快的事实写出阿伦尼乌斯公式(不要求掌握，但要从公式中知道温度与反应速率的关系)，再简单地用碰撞理论加以解释。

化学平衡知识可从平衡实验数据着手，也可以从正逆反应速率达到相等的情形着手，强调平衡时各物质的浓度不再改变，此时各物质浓度不是常数更不相等，各物质平衡浓度可由平衡关系表达式联系起来，并可进行相应的计算。如计算平衡常数、转化率等。

1.3 酸碱平衡内容的衔接

先分别用0.1mol·L－1氯化钠溶液、醋酸溶液、酒精溶液的导电性演示实验引出电解质与非电解质的概念，然后从分析导电强弱的原因来引出强电解质和弱电解质的概念;再进一步导出解离常数、解离度等概念;最后根据平衡移动原理引入同离子效应、缓冲溶液、盐类水解等概念及应用。

2 简化理论

由于工程化学课时数少，且没有后续的相关课程，许多理论引入时，不一定要有严格的证明或推导，只需结论和相关的事实支持即可。

如讲授到浓度与反应速率关系时，不必用很多时间讲基元反应和非基元反应，只需讲浓度增加反应速率增加，随即写出速率方程式，但浓度指数项不一定是方程式中反应物前的系数，而以x、y表示，强调具体数据由实验确定，由于化学反应复杂，一般只以总反应方程式表示。

在讲授平衡移动时，强调温度不变时平衡常数不变，各物质浓度相关，反应物之间的浓度有一种此消彼涨的关系，故可通过多加入成本较低的反应物使较高成本的反应物转变完全，以节约成本，如水煤气制氢气时加入过量水蒸气使CO反应完全。但反应物与产物浓度间是此消彼补的关系，故可通过移走产物使反应的转化率提高，如合成氨反应中不断移走氨使平衡不断右移。

在电化学基础这一章，不讲氧化还原方程式配平以及电极电势形成的双电层理论，而是简单地讲不同材料得失电子能力不同，故不同电对的半电池间存在电势差;对由于电化学腐蚀而引起的各种后果和电化学防腐方法可多讲一些，如船舶在几个部位放上锌块或镁块的牺牲阳极保护法，地下或水下金属设施的外加电源保护法。还可以引入电化学加工的方法，如电化学抛光、模具的电化学修复、电解加工等实用工艺。

3 精选内容

工科包括很多专业，对于化学知识需求的重点不尽相同，除基础理论外，我们根据不同专业的特点，选择不同内容进行讲授。

对于机电专业，在材料与化学这一章中，突出介绍金属和合金材料的性能及应用;金属的表面处理，如发蓝、磷化处理，表面的除锈、防锈、抛光及光亮处理;还增加了机械润滑油方面的内容，如润滑油的作用、组成、选用润滑油的一般原则等。

对于土木工程专业，增加有关建材方面的化学知识，如水泥的组成、制备工艺及硬化原理，混凝土腐蚀机理和防腐方法，涂料的组成及成膜原理，现代节能建材的原理等。

对于计算机专业的学生，增加半导体材料和智能材料的内容。如晶体硅的制备，掺杂及性能，智能材料的原理等。

化学品的安全和消防知识对各个专业都是需要的，在没有相关课时的情况下，我们专门用两个学时讲解危险化学品在储藏、运输、使用中的注意点，发生火灾或燃烧反应的3个条件，灭火的4种方法，既普及了学生的消防知识，又增加了他们的消防观念。

4 结合社会生活中的化学知识培养学生兴趣

为了使学生了解化学在社会生活中的作用，增设了化学与社会生活一章，如化学与能源、环保，不仅增加了学生在能源、环保、绿色化学和可持续发展等方面的知识，也激发了大学生的社会责任感;当讲到化学与日常生活中衣、食、住、行相关的化学知识，如各种常用食物的成分、生理作用，各种不同药物的治病机理，不同材料衣物的组成、保养方法，各种化妆品的成分、使用方法等时，学生兴趣很高，深切地体会到化学知识对日常生活的影响以及化学知识的重要性。

5 在实验中使学生化学知识和思维飞跃

为使学生加深对化学的理解，我们在极少的课时中开设了实验课。由于实验课时很少，我们对实验进行了精心选择。第一个实验是由硫酸亚铁铵制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾，该实验包括了沉淀反应、氧化-还原反应、配位反应等基本类型的化学反应，涉及了溶解、加热、提纯、蒸发、过滤等基本操作，做完实验后学生感觉化学不再神秘，不同物质间经过一些简单操作可相互转变，根据实验课本中操作方法提示也能做其他实验。第二个实验是到校实验中心观看用现代分析仪器对样品进行分离、分析。先用高效液相色谱对样品分离，从记录仪中的几个峰，可知样品中物质的种类，对已分离的物质分别收集后，再通过红外光谱，质谱，氢谱和碳谱等分析，最后确定样品中的所有物质。实验虽然只是演示实验，但学生通过观看，可以体会到现在分析技术的先进，知道在以后工作中遇到需了解物质成分时，能通过现代分析仪器来实现。

6 从化学网站引导学生获得更多化学知识

每讲授一章内容，我们总是给学生介绍相关的化学网站，让有兴趣的学生通过化学网站学到更多的化学知识。有时我们还会布置一些在课堂上未讲过的内容作为作业，告诉学生在哪些网站可以查到，这样，不仅使学生能通过网络学到更多知识，更重要的是能通过网络学会解决问题的方法。

通过几年的工程化学教学实践，对教学内容和方法不断改进，达到了使工科学生科普性地了解化学在社会生活中的巨大作用，熟悉化学的基本知识和基本理论，能运用化学理论、观点和方法解决工程中的实际问题的目的。另外，由于课程中有不少工程、工艺是教师也不熟悉的内容，对于教师也是一个重新学习的过程，有助于提高教师的素质和业务水平。

［1］ 曲保中，朱炳林，周伟红.新大学化学.北京:科学出版社，2007

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［4］ 李晓梅.鸡西大学学报，2005，5(4):1

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