服务热线:021-60766769
设为首页| 收藏本站|联系我们

非化学化工专业《大学化学》课程教学的思考与


《国家教育事业发展“十三五”规划》提出,加快培养战略性新兴产业急需人才,显著提高创新型、复合型、应用型和技术技能型人才培养比例。本科教学已经不再是单纯的专业知识传输,而是对知识、素质、能力等方面的综合培养。化学是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性能、应用及物质相互之间转化规律的学科,是自然科学的基础学科之一。美国化学会会长、哥伦比亚大学教授布里斯罗(R.Breslow)指出“化学是一门中心的、实用的和创造性的学科”,化学学科与材料、环境、能源、核科学等多种学科相互交叉、相互渗透,《大学化学》课程已成为许多高校针对非化学化工专业学生实施化学教育的一门基础课程,对完善学生的知识能力结构、实施素质教育具有重要作用。通过《大学化学》课程的学习,可以帮助学生掌握必需的化学基础理论、基本知识和化学基本实验技能,能在后续专业课程以及以后的实际工作中以化学的观点观察物质变化的规律,能够运用化学的理论、观点、方法分析和解决环境、能源、信息、材料等学科中的相关问题,成为能适应21世纪挑战的科学研究及工程技术人才。
课程体系改革和教学内容优化是高等教育教学改革的重要课题。构建科学合理的课程体系、优化教学内容是实现人才培养目标、保证人才培养质量的根本保证,如何尽可能地调动所有有益教学的因素,充分利用教学资源,为培养创新型、复合型人才服务是许多教育工作者关心的问题。许多高校针对《大学化学》课程进行了诸多有益的尝试,包括从教学内容、考试模式、活力课堂建设和实验教学等方面进行的教学改革,这些对培养学生的创新意识、探究能力和动手能力,提高教学效果等方面都提供了有益的经验。笔者所在学校目前在能源与动力工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程、金属材料工程、材料成型及控制工程等非化学化工类专业开设了《大学化学》课程,开课学期一般是在大学二年级上学期,学时安排36学时。在有限学时内探讨适合于自己学校校情的大学化学教学改革更具针对性,更能有效提高大学化学教学质量。本文以能源与动力工程专业为例,从化学知识与专业应用结合的角度出发,探索适用于非化学化工类专业《大学化学》课程的教学途径。
1 教学内容的甄选
教育部在2012年对本科专业的招生门类、专业目录进行了调整,热能与动力工程专业更名为能源与动力工程。专业名称的改变,并不仅仅是改变了称谓,而是随着时代的发展,该专业内涵发生了很大的改变。原来的热能与动力工程强调的是热能与动力的转换,而现在能源与动力工程专业是一个宽口径专业,涵盖的范围更宽广,由过去传统的能量转化与利用领域,发展到如今的能源生产、燃烧污染治理、新能源的开发与利用等多个领域,与化学、环境工程等学科的交叉关系越来越密切,能源动力学科领域的拓展对人才知识结构提出了新要求。《大学化学》作为能源与动力工程专业的基础必修课程,如何让课程教学得以更好的实施,从而完善学生的知识能力结构,提高其综合素质,是摆在化学教师面前的一个重要课题。
在高等教育的改革中,教学内容、课程体系改革是核心。在指导思想上,将化学教育放到整个高等教育的大系统中去研究。从培养学生科学素质、创新能力出发,以工程技术的观点来组织教学。在新的教学观念指导下,笔者首先对教材进行了优选。目前《大学化学》教材版本较多,大部分教材为反映化学与其它学科的交叉渗透,力求内容面面俱到,覆盖面很广,但专业针对性不强,忽略了不同专业间的独特需求。如果选用了这样的教材进行讲授,不仅不能拓宽这些学生的化学视野,反而会对学生的学习造成困扰。结合能源与动力工程专业的专业特色以及知识能力结构的整体需求,笔者选用金继红主编、化学工业出版社出版的《大学化学(第二版)》作为教材,该教材注重与中学化学的衔接,以化学热力学、化学动力学和物质结构理论为基础,先从宏观的角度讨论化学反应的一些基本规律,再从微观的角度讨论物质结构及其元素和化合物的性质。修订的“化学与社会”章节对化学科学中重要的、具有典型代表的一些应用领域的现况与发展,如环境、能源、材料等公众关心的热点问题与化学结合起来研讨审视,可以使学生了解化学与其他学科的关系、化学与社会的关系。
《大学化学》课程内容融合了部分无机化学、分析化学和物理化学课程的内容,涉及面广。《大学化学》课程的开设目的,并不是培养化学家,而是旨在使相关专业的学生对化学学科有较为全面的了解并初步掌握化学领域内必需的基础知识,为后续课程和各自专业课程的学习打下坚实的基础,这与化学化工专业的化学教育有很大的不同。因此,任课教师在进行课堂教学时应首先明确教学目的和任务,根据授课对象的专业背景对教学内容进行合理取舍和调整,并结合当前专业方向和本学科的最新发展动态和科学成果,适当介绍一些现代化学的前沿领域或重大发现。结合能源与动力工程专业对热量、热力学等方面知识能力的需求,在有限学时内,《大学化学》课程选取物质的聚集状态、热力学第一定律与热化学、热力学第二定律与化学反应的方向和限度、化学平衡、相平衡、化学动力学基础等作为课堂教学的主要内容,与该专业的核心课程“传热学”、“工程热力学”进行有机衔接以及相关知识点的拓展补充,掌握化学变化中热效应的计算,补全显热、相变热、化学反应热等3种热量形式的完整知识链条,并将热力学的基本定律用于溶液、相平衡和化学平衡,研究化学变化中的能量转换及方向和限度,对化学反应的可能性及平衡条件做出预示。作为课堂教学内容的延伸,安排学生选读“物质结构理论”部分内容,例如分子结构和分子间力、固体结构和固体性质等,从微观方面了解研究对象的结构及性质,从而提高对化学变化中的知识点的深层次理解;要求学生阅读教材“化学与环境”、“化学与能源”、“化学与材料”章节,引导学生关注社会热点问题,突出《大学化学》课程的社会性、应用性,使学生了解到所学内容能为其所用,从而调动其学习积极性和主动性。
2 教学过程的思考
2.1结合专业特色,精心设计绪论课
作为课程的第一堂课,绪论课在整个教学中起着提纲挈领、纲举目张的作用,其教学效果关乎到学生能否在学习课程开始就能明确学习本课程的目的和意义。对于非化学化工专业的学生而言,《大学化学》课程的绪论课学习最主要的是让学生接受本课程,明确本课程的学习对其专业的影响及作用。在多媒体教学手段的配合下,任课教师可以在绪论中生动形象地向学生展现化学的起源和发展,阐述各章节之间的逻辑关系和相应的学习方法,并且有针对性地讲述大学化学在其未来专业学习和职业发展中所起的作用,对于能源与动力工程专业的学生,可以设计“现代化学化工与能源”专题讲座,例如简要介绍煤炭液化、化学方法精制生物柴油、燃料电池、热化学工艺制氢技术等,消除学生与该课程的距离感,开阔学生视野,引导学生明确学习目的,端正学习态度,从而让学生自我解决为什么要学、学什么以及怎么学等疑问。
2.2合理运用教学方法,有效提高教学质量
任课教师是教学活动的组织者,是教学过程的施教者,学生是学习的主体。大学化学作为面向非化学化工专业的课程,大班授课普遍存在。传统的教学方法是教师根据课程教学大纲的要求,在课堂上为学生讲解课程内容,向学生灌输知识,教师处于完全的主导地位,而学生只是被动地听,提问意识非常薄弱,教学效果不理想。因此,迫切需要打破传统的教育模式,坚持以学生为中心,任课教师需要了解授课对象对化学知识的要求,在教学中进行重点讲解,跟踪学科前沿,将新知识、新观点及时充实到教学内容中,避免使用一成不变的课件进行惯性教学;鼓励教师改变过去传统单一的“传授式”教学法,运用启发式、讨论式、问题引入式等教学方法,加强课堂教学。同时,要积极引导学生参与,让学生真正成为教学的主体,充分发挥学生在教学中的主体地位和主观能动性,调动学生的学习积极性,将教学的重点由单纯的传授知识、技能,转向学生科学思维方式和创新能力的培养。在具体教学过程中,针对教学内容的难点和重点,结合工业生产、日常生活中的现象,精心设计相关问题,通过师生间的讨论和交流,引导学生对学习的对象采取研究和质疑的态度,更有效地提高教学质量,也有利于培养学生反问思维、发现问题、提出问题的能力。例如在讲授化学反应热力学时,以冶金工业中的高炉炼铁为例,反应式如下:
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+CO2(g)(1)
工业生产过程中发现在出口气体中含有22%~28%的CO,以前认为是CO与铁矿石接触时间不够,因而提出的解决办法是加高炉身、升高炉温,但经过工艺改造后发现出口气体中CO含量并未明显减少。再次分析原因并经过化学热力学计算表明,该反应不能进行到底,盲目地改造只能是无用功。
又例如化学工业中的基础反应——合成氨的反应:
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)(2)
要求学生在课堂上利用所学的化学热力学知识进行计算和分析,得出常温常压下的标准摩尔反应吉布斯函数变为-33.26kJ∙mol-1,说明该反应在常温、常压条件下是有可能进行的,而目前工业生产的反应条件比较苛刻(高温、高压),热力学虽然能判断常温、常压条件下合成氨反应能发生,但如何使它发生,热力学无法回答。因此需要结合化学动力学分析,将热力学的反应可能性变为现实性,提出解决方案是研究有效的催化剂及最佳途径,从而为工艺流程、反应条件的优化指明了努力的方向,而事实上已有澳大利亚的科研团队正是通过催化剂的优化设计与制备,成功地在常温、常压下完成合成氨反应。利用这些实际案例,将教学内容有机地联系起来,形成知识模块,有助于学生在已有概念的基础上去认识新的事物,产生知识的迁移。
2.3优化考核方式
考核是教学过程的重要环节,是教师检查教学质量、检验学习效果、反馈教与学信息的有效手段和方法。对于非化学化工类专业的学生来讲,大学化学的目的是为了提高其观察、分析和解决问题的能力,因此也需要建立合理的考评机制,而不以考试作为唯一的考评依据。首先通过课后作业考察学生的学习效果,获得学生的及时信息反馈,作业是学生巩固知识培养技能技巧的手段,通过作业进行反馈矫正,这样就给了学生第二次学习的机会,使不同层次的学生都能在反馈矫正中完成学习任务,达到教学目标的要求。此外,教师还可以让学生提交课程论文,尤其是关于大学化学和本专业的关系的论文,既可以考核学生对化学思想和化学方法的理解和应用能力,加深学生对专业知识的理解,又能使其体会到学科交叉的重要性。最后,对于闭卷的期末考试,除了考察基本理论知识的掌握,还要注重综合分析能力的考察,例如可以设计案例分析题,要求学生进行定性分析或定量计算。总之,尽量完善考核机制,使考核机制多元化,避免出现“一卷定天下”的局面,从而有效地监督、评价、考核学生的学习状况和学习绩效。
3 结语
化学是一门中心的、实用的和创造性的学科,本着“宽口径、厚基础、重创新、强能力”的人才培养理念,《大学化学》课程对于理工科学生知识结构的构建以及今后的专业学习具有重要作用。非化学化工类专业的《大学化学》课程学时有限,对其教学内容和教学方法进行改革和创新非常必要。通过从专业应用角度安排教学内容,展开针对性、目的性的课堂教学,并将科研前沿和科研成果与教学内容进行有机的结合,以此构建与专业研究方向紧密联系的大学化学知识体系,强化学生利用化学知识解决专业问题的意识,为其今后的专业学习打好良好的化学基础。

上海育仰科教设备有限公司,立于上海,心怀天下
生产基地:上海松江工业园
销售中心:上海市嘉定区鹤旋路26弄22号
电话:021-60766769 传真:021-60766769 公司邮箱:yuykjsb@126.com
沪公网安备31010702001298号 教学设备|机械教学模型|楼宇实训设备|维修电工实验台:上海育仰公司 All Rights Reserved  沪ICP备16023097号-1
展开