网上观摩MIT化学原理公开课的感想*

马亚鲁

(天津大学理学院化学系 天津 300072)

天津大学的无机化学课程是面向化学、化工、制药、生物、环境、材料等专业大一新生开设的第一门化学专业基础课，对这些专业学生打好专业课学习基础和构建完整的知识体系起着重要作用。天津大学作为首批进入国家“211工程”和“985计划”建设的重点大学之一，在无机化学课程建设上进行了长期努力，目前该课程已成为国家级精品课程。

2001年，美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology，简称MIT)首先在学校网站上传了超过1000个视频课程。此后，美国的哈佛大学、耶鲁大学、斯坦福大学，英国的剑桥大学、牛津大学等世界名校纷纷加入到免费传播公开课的行列。笔者作为一线教师，在天津大学有着近10年无机化学的教学经历，利用课余时间选修了MIT的化学原理(36学时)课程，该课程是面向MIT医学、药学、生物学专业大一新生的化学基础导论课程，由Catherine L.Drennan 教授和Elizabeth Vogel Taylor讲师共同讲授。在学习了全部课程后，得到了一些较为深刻的启示和感受。

1 比较

1.1 课程设置与教学内容

MIT所开设的化学原理(课程代码5.111)是面向大一新生的化学导论课，课程内容涉及生物化学、无机化学和有机化学的基础知识，重点讲授原子和分子的微观结构、化学热力学、酸碱性和氧化还原平衡、化学动力学、催化作用等方面的基本原理。作为主讲教师之一的C.L.Drennan是MIT化学和生物学系教授，霍华德·休斯医学研究所(HHMI)研究员。HHMI成立于1953年，是迄今全球规模最大的非盈利性私立医学研究所和基金会，一直致力于生物医学方面的研究资助。化学原理课程的开设与Drennan所主持的HHMI项目有密切联系，这是在MIT开展的几乎人人皆知的 “打通生物学与化学间的界限，让生物学家为化学欢呼”项目，开设化学原理课程是该项目的活动之一。Drennan的科研方向是包含DNA生物合成和环境修复的金属酶制剂的研究，丰富的研究工作为课堂讲授提供了第一手的例证。另一位主讲教师Taylor是MIT化学系的讲师，于2006年在MIT获有机化学博士学位。

表1列出了化学原理课程的进度，授课内容(学时)，以及围绕课程讲授所设计的课堂演示、示范和与生物学、医学领域相关的最新研究成果。

表1 化学原理课程进度、授课内容和课堂演示、示范及与生物学相关的教学实例

在内容设置上，MIT的化学原理课程涵盖了物质结构、反应热力学和化学平衡、反应动力学、酸碱反应和氧化还原反应、过渡金属及金属配合物等内容。其中物质结构(14学时)包括原子结构、分子结构的主要理论；反应热力学和化学平衡(5学时)涉及化学反应的限度和化学平衡移动的基本知识；酸碱反应和氧化还原反应(6学时)包含酸碱平衡和滴定、氧化还原平衡和原电池的基本原理。作为导论课，内容设置相对全面，在课程相关章节还穿插了生物热力学、生物大分子、药物设计、酶动力学和合成酶制剂的案例和实例分析，使教学内容更加丰富、有趣。

作为对比，天津大学开设的无机化学课程分为80学时和96学时两类。96学时课程是为理科应用化学专业和药学院本科生开设的专业基础课，分两学期授课，每学期48学时。80学时的课程是面向化工、制药、环境、材料等工科专业的本科生开设的，也是两学期完成，每学期40学时。这两类无机化学课程主要涵盖化学热力学、化学动力学、化学平衡、物质结构、金属配合物、元素化学、定量化学分析等内容。96学时的课程在物质结构的理论部分和元素化学部分有所加强。此外，无机化学课程在讲授无机化学基础概念与理论的同时，注意突出工科背景和工程应用，为学生日后的专业衔接做好准备和铺垫。

1.2 教学手段

MIT的化学原理教材采用Atkins等人编著的ChemicalPrinciple:TheQuestforInsight(第4版)，每节课的讲义和需阅读的材料在课上发放或通知。其教学环节由教学团队来完成，教学团队由Drennan、Taylor及多名助教组成。尽管前18讲课程由Taylor主讲，后18讲课程由Drennan负责。但课堂上经常是一位教师主讲，另一位帮助演示或示范，多名助教协助发放实验用品或器材。这样的团队协作，课程听起来很顺畅，同时能节省课堂活动时间。助教每周还负责2次课后习题讨论，解答学生在学习上的问题，检查并评价学生的作业完成情况。

化学原理课程是在能容纳近200人的阶梯教室中讲授，选修人数为100余人。课堂内安装有互动反馈系统，教师的课堂提问通常设计成选择题的形式，学生作答后很快在大屏幕上显示答对比例和学生答案的分布情况，教师可针对测试结果有选择地进行讲解。同时反馈系统可记录学生的平时成绩和出勤情况，这样能起到督促学生按时出勤、认真听讲的作用。

天津大学无机化学课程使用的教材是天津大学无机化学教研室编的《无机化学》(第4版)，上课多使用与教材配套的学习指导和电子教案。教学团队由十几位中青年教师组成，承担全校近40个班的教学任务。多年来，无机化学教研室重视教学质量，每周进行课程讨论，并不定期举办教学沙龙。无机化学课堂多以大班授课为主，课上以多媒体教学和板书相结合的方式进行。笔者针对讲课对象为化工专业学生的特点，在化学热力学和动力学的讲解过程中，增加了工业合成氨等与化工工艺学、反应工程学相关的应用实例，以激发学生的学习兴趣，同时让学生了解基础课和今后专业课的共通性。在调动大班学生上课积极性方面，经常把学生分成若干小组，课上适时提出已设计好的思考题，以组为单位进行交流，这样可以活跃课堂气氛。

1.3 教学方法

1.3.1 师生互动的课堂

师生互动是MIT化学原理课程教学的一大亮点。教师在讲授新的知识点之前，经常是先给出设计好的问题和实验，先让学生思考，再启发学生动手、动脑去发现和提出问题，最后由教师展开知识点。例如：Drennan在讲化学反应动力学之前，发给每人一袋葡萄糖溶液，学生在品味葡萄糖溶液的同时，体会着热力学角度能够发生的反应，而反应快慢则受到化学动力学的控制。接下来展开讨论酶催化作用下葡萄糖在体内的氧化过程，从而给学生留下了深刻印象。

为了活跃课堂气氛, 教师适时将与化学相关的社会热点问题带到课堂。例如：Taylor在利用杂化轨道理论讲解甲烷和二氧化碳分子结构时，在一旁帮助演示分子模型的Drennan号召学生参加第2天的能源辩论会，并希望学生就辩论激烈的能源问题提出自己的独到见解。又如在L14开课之初，Taylor介绍了在当天揭晓的2008年诺贝尔化学奖得主及绿色荧光蛋白的发现与研究进展，从而把社会热点问题在第一时间带到课堂。

天津大学同国内其他高校一样[1]，无机化学与化学分析的课堂教学多以教师讲授为主，学生有问题一般在课下答疑。近年来学校大力提倡教师改进教学方法，笔者利用学校的网络资源，开通了网上答疑，把常见问题和共性问题公布在网上。在课堂教学中，尝试在讲授难点问题时，先启发学生进行思考，以小组为单位讨论，调动学生的主观能动性去自己发现问题和提出问题，这种互动的教学方法很受学生欢迎。

1.3.2 实验演示的课堂

多样的课堂演示和示范是MIT化学原理课程的又一特色。演示实验教学是教师利用直观的教学手段，使学生加深对化学基本概念的理解。课堂演示生动形象，费时不多，对提高课堂教学效果起着积极作用。化学原理的课堂演示经常是由两位教师共同来做，并有多名助教协助，实验秩序井然。例如在L2中讲原子结构时，模拟卢瑟福背散射实验，全场学生共投掷266个乒乓球，根据统计学原理求算模拟原子核的小球直径为2.7cm，而其实际尺寸为2.5cm，演示效果非常好。又如在L21中讲酸碱平衡时，利用蔬菜紫甘蓝提取物为指示剂判定日常用品的pH。课堂上所涉及到的实验用品均为生活或厨房用品，这样可将化学原理潜移默化地应用于生活。

在天津大学的无机化学课程中进行课堂演示的历史可追溯到20世纪70年代。1979年，由人民教育出版社出版了《无机化学课堂演示实验》，其中总结了上百个演示和投影实验。历经几代人的实践，现有近80个演示实验进入课堂。学生对演示实验很感兴趣，在演示过程中加深了对无机化学基本概念和理论的理解，熟悉了化学元素及化合物的性质。目前已制作完成了80多个演示实验的影像资料，为课堂教学提供了丰富的素材。

1.3.3 与科学前沿接轨的课堂

紧跟科学前沿，注重理论联系实际是MIT化学原理课程教学的根本和出发点。几乎每节课都强调化学与生物学的联系，化学理论知识在实际中的应用价值。在L1的开场白中，Drennan提问学生为什么要学习化学？学了化学用来做什么？MIT的化学家都在研究什么？以MIT的 J.Stubbe小组研究吉西他滨抗癌药物为例，说明酶的基本原理，酶催化以及酶是如何工作的，使学生对所开课程内容有初步理解。在L36中，Drennan从蛋氨酸合成酶的案例分析着手，从反应动力学、热力学和化学平衡、酸碱反应、氧化还原反应、过渡金属配合物等角度，说明蛋氨酸合成酶的作用及反应机理，这可以与第一讲的开场白所呼应。通过蛋氨酸合成酶的案例讨论，学生能深刻感受到所学知识的积累，体会到化学思想深入到生物学的研究领域，为更好地开展今后专业课程的学习打下坚实基础。

在课堂上，Drennan介绍了MIT的T.Jamisan小组在分子合成方面，T.Swager小组在分子检测方面，A.Davidson小组利用生物谷进行心脏病诊断方面的研究工作，为学生的学习打开眼界。通过对量子点、药物合成和酶制剂方面的科研前沿进展的介绍，告诫大一新生应有选择地学习一些科目，保持开放的思维、探索未知的领域。

在天津大学的《无机化学》(第4版)教材中，每章都附有与实际问题相关的阅读材料来拓宽学生的视野，介绍诸如自然界中氮、碳元素的循环，矿产资源及海洋资源的利用，配位化学的发展前景，微观物质的深层次剖析，非水溶液中的无机反应，化学与化工等学生感兴趣又与现实生活密切相关的内容。笔者针对所教对象为化工专业学生，在化学反应章节介绍化学工业，在热化学章节介绍脂肪和碳水化合物与能量储存,在化学动力学章节介绍燃烧和爆炸, 在化学平衡原理章节介绍化学平衡与氮循环，在酸碱平衡章节介绍酸雨，在晶体结构章节介绍液晶，力图做到化学原理联系实际应用。

2 小结

目前，国内各高校都在教学改革中探索着适合各自学科发展的途径。通过网上观摩、学习MIT的化学原理课程，笔者认为有以下5点值得借鉴和学习：(1) 教师应是教学活动的主导者和设计者。教师要精心准备讲义，反复筛选讲课内容。只有这样才能做到在不减少化学原理讲授内容的基础上，递进式地突出生物学与化学的紧密联系，使教学效果真正做到“让生物学家为化学而欢呼”。例如在L16～L18中讲到反应热力学时，Taylor适时引入了葡萄糖的氧化、三磷酸腺苷(ATP)的水解以及ATP的偶合反应等一系列问题，很好地解释了生物体内能量的转化和传递。(2) 教师应是所讲课程领域的专家，熟悉和精通这一领域的科技前沿和发展动向。如Drennan在金属酶制剂方向的研究为课堂讲授提供了丰富的生物学科研实例。(3) 教学活动应灵活多样，不拘泥于形式。除常规的课堂教学外，还通过每周2次的习题讨论、不定期的辩论赛和学术讲座、课堂测验、章节测验等，在整个学习过程中反复强化所学知识，具有良好的学术氛围。(4)学生成绩应从多层面进行综合评定。例如：化学原理课程满分750分，其中课堂互动反馈系统记录学生平时出勤和课堂回答问题50分；平时的作业评价和专题讨论100分；课程进行中的3次1小时的章节测验共计300分，最后还有一次3小时的期末考试300分。这种多方位的考核评价，对督促学生学习、解决学生在各章节中存在的问题都能起到积极作用。(5) 教学团队中应包括相对稳定的助教队伍。助教大多是利用课余时间兼职做助教工作的在读研究生。化学原理的助教在上岗前要进行为期5天的培训，平日要随堂听课，并进行专题讨论和习题课答疑，批改试卷和作业成绩评定等相关教学工作，从而可在教学环节中发挥很大的作用。

参 考 文 献

[1] 谢逢春.大学化学,2010,25(2):75