化学专业素养的提升与教学模式探索——以“合成化学”为例

张二辉，唐婧，张婷，毛月圆，吴际伟，李子荣

（安徽科技学院化学与材料工程学院，安徽 蚌埠 233030）

科技作为第一生产力，在加速社会主义现代化建设进程中起着不可或缺的作用，因而国内的众多企业不断追求转型升级以应对日益激烈的行业竞争。因此，现代社会对化学专业领域的人才需求也在不断增加。无论是高新产业对储能、阻燃、吸波、离子筛及有机/无机光电等新型材料的迫切需求，还是传统产业寻求转型升级进而以绿色、高效及低成本的方式大批量生产化工产品满足经济民生需要，都对拥有深厚化学专业理论素养的学以致用型人才有着迫切需求。

“合成化学”作为化学专业的一门核心课程，涵盖无机及有机两大领域，并涉及众多专业理论知识，在当今高度产教融合的背景下，如何对“合成化学”课程进行教学模式探索，已经成为目前及今后高等教育改革的重要内容。本文以“合成化学”授课过程中契合实际应用的专业理论知识为出发点，设计合理的教学内容并运用恰当的教学手段引导学生形成正确的价值观，充分发挥学生的主观能动性，进而掌握学以致用的方法，实现高素质化学专业人才的教育培养目标。

“合成化学”的教学目标、理念和方法能引发学生对本专业理论知识的认同感，进而主动探究专业理论知识与实际应用的契合点。因此，在授课中将摒弃“填鸭式”教学模式，针对学生的学习反应及课堂动态适时调整，进而调动学生的学习情绪；针对知识点进行发展史介绍、概念论述及应用案例分析，促使学生掌握化学专业知识体系的构建方法，拓宽学生的知识面并提高学生的综合素质。

随着“十四五”规划的启动，我国的高等院校均以培养学生的专业理论素养和学习方法为初衷，不断探索新的教学模式，授课时以教师为引导，学生主动学习，并创造良好的师生互动氛围。

1 “合成化学”授课过程中存在的问题

1.1 纯化学理论内容多，应用实例少

“合成化学”涵盖的化学专业理论知识内容多，应用实例少，这是造成学生缺乏学习兴趣及教师授课困难的重要问题。为了在有限的学时内激发学生的学习兴趣，需在授课过程中对纯理论内容进行精选分析，讲授的知识点要以契合实际应用为前提，着重培养学生掌握“如何学”及“如何用”的方法，否则学生将产生“学无所用”的错误认知，产生消极的学习情绪，主观能动性也会严重缺乏，导致学生步入社会时缺乏必备的生存技能。

1.2 交叉的理论知识与学生有限的融通能力之间的矛盾

我校化学与材料工程学院采用的“合成化学”涵盖了“物理化学”“无机及分析化学”和“有机化学”课程的经典理论，这些知识的交叉有助于培养学生的综合能力，但是也增加了学生的学习难度。比如合成反应的基本原理这一章节，包括合成反应动力学、合成反应热力学、催化与合成、溶剂这几部分，每一部分又涉及到本科不同学习阶段的专业理论知识。如果前期没有构建全面的化学专业知识体系及打下扎实的理论知识基础，很难适应该理论课程的学习。此外，每个学生专业基础存在差异，交叉的理论知识与学生有限的融通能力之间将存在更加明显的矛盾，因此造成教师授课难，学生学习难的局面，这对教师的执教能力有着更加严格的考验。

1.3 有限的学习认知导致错误的价值导向及消极的学习情绪

高中时期繁重的学习任务导致刚进入本科阶段学习的学生易产生懒散的学习态度，再加上现如今高校的教育模式无法向学生提供更多进入社会从事本专业实习的机会。学生大部分时间在校园度过，即使利用假期进行实习，大多也是与本专业无关。长期如此，学生的学习认知将局限化，而且容易形成错误的价值导向及产生消极的学习情绪。这些在对应用化学专业学生讲授“合成化学”时表现得尤为明显，所以拓展学生的学习认知、塑造学生正确的价值观及增强学生的学习情绪是提升学生化学专业素养行之有效的方法。

2 采取措施

2.1 精析理论知识及阐明应用实例

就“合成化学”而言，众多学科理论知识的交叉融通对学生基础知识的掌握程度有更高的要求。然而，根据近几年我对我院学生“无机合成化学”的授课经历发现，现在学生身上普遍出现眼高手低，对于基础理论不屑于深挖内涵，只存在浮于表面的理解，不愿付诸实际行动；对于有深度的核心理论又避而远之。针对这些，学院已开始采用“点对点”的授课模式，即对契合实际应用案例的每一个理论知识进行精准深入分析，引导学生主动深挖基础理论，同时帮助学生掌握剖析核心理论的方法，从而消除他们的畏惧心理，如“合成化学”中的低温合成概念，顾名思义就是在低温下合成无机、有机或有机-无机杂化材料，如果纯粹地照本宣科，学生不愿意主动思考，眼高手低的惰性就不能从学生身上根除。因此，我们从低温合成装置着手，进行低温合成理论知识的精准深入剖析。我院早期对应用化学专业学生开设的有机化学实验课，需要学生掌握减压蒸馏操作，因此学生们对低温冷却液循环泵的使用已经非常熟练，此外，对学生开设的基础化学实验中也着重向学生介绍了众多玻璃反应容器。在化学实践周中，也让学生了解并掌握保持化学反应装置处于惰性气氛的方法，结合学生已掌握的理论知识和仪器设备操作方法，引导学生进行低温反应装置的设计（如图1 所示），该装置能完成无机合成、有机合成领域大多数的新材料合成，该装置整体的设计成本也较低，有走向实际应用的可能。课间和学生交流，他们也均表示以前从没想过那么简单常见的理论知识和基础实验操作组合起来就能完成具备实际应用潜力的实验装置设计，学生的学习热情明显提升。

2.2 学生为主体，教师为引导

社会经济的迅速发展促使我国现代企业对拥有高化学专业素养的人才有着迫切需求，而高化学专业素养的人才首先必备的专业技能就是融通交叉专业理论知识的能力。在授课过程中要考虑到每个学生基础能力差异的问题，开展“由浅入深，逐级引导”的教学模式。比如，合成化学反应中“反应的耦合”这一概念提及到利用自发进行的反应带动不能自发进行的反应，从而以高效低成本的方式合成目标产物。在论述这一概念时，由无机化学中合成TiCl4的基本方程式逐渐升至工业级别，以学生为主体，引导学生产生优化合成反应条件的兴趣。比如课堂讨论过程中，学生提到无机化学中TiCl4的合成主要运用TiO2（s）+2Cl2（g）→TiCl4（l）+O2（g），但是该反应的，若要使该反应发生，就要施加更为苛刻的反应条件，最后我通过查阅资料以多媒体的方式向学生展现工业上生产TiCl4采用的化学方程式，TiO2（s）+2Cl2（g）→C（s）→TiCl4（l）+CO2（g）Δr=-232.44 kJ·mol-1，让学生自己利用物理化学上所授的Δr计算方法，当学生发现计算值远小于零时会感到惊讶，因为通过引入一个初中时期就学过的简单化学反应C（s）+O2（g）→CO2（g）Δr=-394.38 kJ·mol-1就能改变反应历程，从而实现TiCl4的低成本高效率制备。学生在学初中化学时就知道纯铜与稀硫酸是不发生化学反应的，但是根据本科阶段的理论知识，向反应体系中通入氧气，铜块儿就发生溶解。这两个反应均用到了反应耦合这一理念。摒弃单纯的概念论述，以学生为主体，引导学生利用自己掌握的简单化学知识，结合新授的反应耦合这一概念进行实验方案设计，并通过向“学习通”上传网络视频教学资料，鼓励学生主动复习并指导学生进行线下实验验证，从而彻底消化知识点。上述的教授方法，有助于学生提升化学专业素养并增强专业自豪感。

充分结合线上教学及线下教学的优点，以学生为中心，让每位同学都能参与到深挖理论的过程中，引发学生的主观能动性，进而参与理论应用至实践的教学实验设计，有助于引发学生对“合成化学”的学习兴趣并提高学习效率。

2.3 连消带打，激发学生的竞争意识

刚步入大学校园的学生常因自己大学生的身份而自豪，但是过度的自豪势必产生自我定位过高，而且相比较于高中繁重的学习生活，大学宽松的学习环境很容易使学生产生惰性，此外，学生在大学的几年学习生涯中很少进行理论联系实践的社会实习，以上这些弊端都会让学生产生有限的学习认知进而导致错误的价值观，让学生产生“学无所用”的错误价值导向及消极的学习情绪。为改变这种现状，授课过程中我们引入其他学校成功的培养案例，如在对我院应用化学专业学生讲授“合成化学”中的微波辐射技术时，引入大连理工大学学生如何自主改造家用微波炉为简易的微波反应器用于合成超轻高弹性石墨烯气凝胶（如图2所示）的例子，让学生明白与其他学校学生之间的差距，摒弃“比上不足比下有余”的自我催眠，激发学生的竞争意识，力争上游。

2.4 增加课堂互动和及时总结

针对某一化学理论知识设计课堂互动环节，不以对错评价学生的答案，以鼓励引导为主，如讲述相转移催化这一概念时，给学生查阅资料的时间，当堂论述相转移催化在工业中的实际应用。对学生的答案进行分析总结，让学生更透彻地了解相转移催化原理及其在工业领域的实际应用，同时对学生当堂提出的问题进行解答、总结分析，让学生不留课堂疑问，避免学生因不能及时消化理论知识点而产生消极厌学的情绪及畏惧心理。此外，通过“雨课堂”针对“合成化学”中的知识点设立讨论区，增加学生之间及师生之间的互动交流，针对交流过程中学生遇到的难题及时解惑；同时借助“雨课堂”的回放功能细致跟踪分析了解学生的学习状况并及时总结，以提高学生的学习效率及逻辑思维能力，进而为其今后步入社会奠定基础。

2.5 分析各个学科理论知识之间的契合点

高等教育的发展毋庸置疑最后将走向交叉融合，“合成化学”这门专业核心课程涉及到众多专业课的经典理论，如果学生的基础知识过于薄弱，很难找到它们之间的契合点，将会造成学生学习难及老师授课难的窘迫局面。因此我们在讲述“合成化学”中的经典理论时，会引用理论交叉融合后成功应用于现代企业的案例，点对点分析单一理论的缺陷及交叉理论的优势，以此帮助学生掌握寻找契合点的方法，进而提升其化学专业素养。此外，在课堂上精简理论内容、细分重点，同时融入创新精神，帮助学生扎实基础，进而提高科研素养。通过线上及线下相结合、理论指导实验及实验验证理论相结合，让学生感受到自己科研能力及创新能力的提升，如此，有助于增加学生的积极性，进而主动汲取专业知识，寻找不同专业理论知识之间的契合点。

2.6 引入课程思政元素，增强学生的社会责任感

化学在促进社会经济快速发展的同时，也会对人类的生存环境带来一些负面影响，比如我们常提及到的工业“三废”及食品质量安全。一些无良企业为降低工业生产成本，不从技术层面优化工艺路线，反而一味将“三废”施加给人类的生存环境；另外，一些掌握了一定化学专业知识的人一味追求金钱而去触犯国家法律，如制毒贩毒。像这些负面影响只会将这些企业及个人带进深渊，为世人唾弃并祸及子孙后代。如果在“合成化学”授课过程中适当引入课程思政元素，让学生明白能力越高责任就越大，在保护人类生存环境的基础上积极运用专业理论知识助力企业进行工艺路线优化升级，进而以绿色、健康及快速的生产方式改善经济民生。在授课过程中着重介绍我国早期化学家在社会主义现代化建设过程中不畏艰难困苦勇攀高峰，致力使我国的科技赶超世界领先水平的精神。

3 结论

随着新中国几代人的不懈努力，中国的政治、文化及经济水平已经和发达国家的水平缩小了差距，尤其在科技领域。然而在尖端科技领域，我国与发达国家还有一定的差距，因而提升本科生的化学专业素养，发挥学生的主观能动性并引导学生形成正确的社会价值观是非常有必要的。本文在“合成化学”授课过程中融入课程思政并采取“点对点、逐级引导”的教学模式，让化学专业的学生掌握融合理论知识的方法，从而提升“合成化学”的教学质量及学生的学习效率，并提高学生的社会生存本领，真正实现为社会主义现代化建设培养德才双馨的化学专业人才的目标。