工科普通化学的创新教育与实践

摘 要 随着素质教育实施的不断深入，普通化学的教育也面临着提高质量和提高层次的严峻挑战。对此，需要对普通化学进行教育创新，大力实施创新教育，培养具有创新意识和创新能力的高级人才，以满足时代和社会的需求。而普通化学创新教育的实施则需要在教学内容、教育方法、教育评价和教师素质等多方面进行创新，进而实现人才的全面发展。

关键词 普通化学 教育 创新

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.11.022

1 工科学生学习普通化学的必要性

普通化学是一门综合性很强的基础课程，一般开设在大学一年级。刚进入大学学习的新生所具备的化学知识只不过是高中期间所掌握的一些元素符号、化学反应方程式以及相关的计算等，而对于化学的本质、研究对象、研究内容、化学科学前言、学科地位和发展趋势等认识是不清晰、不全面的。而普通化学就处于中学和大学教学的衔接点上，在专业基础课和专业课之间起到了承上启下的纽带作用，其教学内容与教学方法就显得十分重要，它不仅关系到后续相关专业课程的学习，而且对学生进入大学后继续接受新的知识、培养严谨的科学思维和创新能力具有一定的指导作用。

由于普通化学除了讲授化学热力学、溶液化学、化学平衡、化学动力学、原子及分子结构等比较基本的化学原理外，它还包含能源、材料、环境、食品等和现代生活相关的化学内容。正是因为这些内容在今后的生活和工作中十分重要，在国外不仅是学习工程科学的学生要学普通化学，就是修读人文社会科学的学生也要学一点普通化学的相关知识。可以想象，如果各相关专业学生只具备有高中水平的化学基础，他们对后继学科和专业课程中所涉及到的物质的结构和性能、新材料制备技术、能源与环境保护等一系列问题的理解和掌握将会受到严重影响。

2 为什么要在普通化学课程中开展创新性教育

普通化学是材料与化工类专业大一新生所接触到的第一门专业基础课，它就像是一辆“旅行巴士”，带着同学们在化学的版图中沿途领略化学中最具代表性的区域，并且在具有重要意义的地方停靠作重点访问。①通过对普通化学的学习，可以加强学生对化学学科的全面认识，了解化学对于人类社会的作用和贡献，了解与生命科学、环境科学、材料科学等有关领域的一些化学成就，了解化学与材料、农业、能源等各专业的联系及应用，以激发学生学习兴趣，使学生对身边发生的化学现象从知其然到知其所以然。

近年来，随着科技的进步，学科之间的交叉与融合日趋紧密，一些与化学相关“边缘问题”，如纳米材料、柔性分子器件、非平衡态化学、飞秒化学、计算化学、生命科学、能源与环境等正在受到广泛关注。②故在讲授普通化学的基本知识和基本原理的同时，教师应该尽量引入与授课知识点联系紧密的最新研究成果、进展和困境，并与学生进行讨论，使同学们能够指导化学前沿的最新研究动态，把握未来的“脉搏”，进而树立起科学的创新性意识。

然而，大多数老师在普通化学教学过程中往往只重视基础理论知识的传授，不讲授化学发展历史，对当前化学中最活跃的前沿问题只字不提，完全忽视对学生创新意识和创新能力的培养；在教学过程中，总是以讲授理论知识为主，以实验教学为辅，实验教学内容几乎都是一些传统的、经典的验证型课程实验，实验的目的不是为了培养学生的动手能力、创新能力、分析和解决问题的能力，只是为了巩固和加深理论教学的内容。在课堂上，普遍采用填鸭式、灌输式教育方法，老师只顾自己讲，不管学生听不听、能不能听懂，课堂内容过时陈旧，理论不联系实际，乏味无趣，学生的学习积极性不高；在实验室里，老师把指导书提前下发，学生按照指导书进行操作，不需要思考和再次设计就可完成实验，这类实验没有起到培养学生主动思考和动手的能力，也没有起到培养学生创新意识和创新能力的作用。

3 如何开展普通化学的创新性教育

要在普通化学教学的过程中开展创新性教育，進而培养大学生的创新能力，学校、院系和教师必须多方调研和论证，采取一系列相关的配套措施，才有可能达到预期效果。从制订人才培养方案和教学大纲开始，在教学的每一个环节（含教学内容选择、多媒体课件制作、教案编写、教学计划制定、课堂讲授、实验项目设计、成绩考核等）中营造出有利于调动学生学习积极性和主观能动性的氛围和条件。

3.1 教材的创新

普通化学课程内容繁多，内容较抽象、概念性较强，其内容包括气体、溶液、电化学、元素、物质结构、高分子、生命科学等，是一门理论性和实践性很强的课程，不同的教材内容也不一样。湖北汽车工业学院是一所以汽车设计、制造与生产为学科主链的地方应用型本科院校，汽车材料（以金属材料和高分子材料为主）是其中十分重要的学科分支，因此，需要确定合适于我校人才培养体系的教材，精选教学内容、突出教学重点。此外，随着学科的发展，教学内容既要源于教材，又要适当高于教材。由于专业教材的出版需要一定的周期，故教材中的内容往往滞后于学科的前沿知识。因此，在讲授普通化学课程时，需从不同渠道收集各类与化学相关的教学素材，在授课过程中穿插介绍与课堂教学内容相关的最新研究成果，同时在教学内容上适当引进教师本人的科研课题或化学前沿相关领域的重大成果和发现等，培养和激发学生的学习兴趣，开阔和拓展学生的眼界，启迪和锻炼学生的思维。单一的教材已经不能满足我们的教学要求，教科书只能作为教学的主要参考书之一。

3.2 教学内容的创新

创新的一个重要特点就是超前性和新颖性。我们在教授普通化学知识时，要让学生大致了解化学学科最新的发展动态，掌握最新的知识内容和研究方法，最终达到帮助学生建立 “客观物质世界是发展变化”这一概念的目的，使学生了解创新能力的培育过程和形成特点。大量的创新案例和创新经历表明，创新的灵光往往是来源于那些“不确定性”较强的、有争议的结论或观点，但在此之前，则需要以经典的知识和最新的知识作为基础。因此，一是在教学内容上，要构建大学化学教学体系的新框架，打破学科、课程之间的壁垒，优化课程体系，更新过时陈旧的教学内容，融入近现代化学的思想、内容和发展成就（可考虑将诺贝尔化学奖的研究成果作为相关衍生知识的讲解对象），在让学生了解化学前沿的同时，明确课程的重难点。如：化学热力学与动力学基础（热力学一、二定律，化学平衡，质量作用定律）、电化学原理及应用（氧化还原反应，原电池）等内容为重点讲授。对于课程的难点内容（功与热的概念及相关计算，热力学能、焓、熵、吉布斯函数的等状态函数的计算，电子云的排布等），需要注重“教、学、用”三维环境的创设，变平面教学为多元立体化教学。二是在理论授课时，应适当介绍知识点在科学发展历史上所出现的不同争论观点，并介绍其产生背景、存在的问题和最终解决办法。三是在实践教学时，注重创新人才的社会责任意识培养（开展化学与环境、绿色化学等小讲课），建立可持续性发展的科学发展观，加强学生思想素质、心理品格素质、身体素质和科学文化素质的养成。

3.3 教学方法与手段的创新

教育手法与手段种类繁多，前人不仅总结了大量成功的做法，也积累了许多成功经验，如案例式教学法、问题导向式教学法、启发式教学法、慕课和翻转课堂教学法等，这些教育教学方法在不同的课程或不同的知识点讲授时都取得了巨大成就。在讲授普通化学这门课程时，我们可以采取多种教学方法相结合的方式进行教学。如，一是利用现代化多媒体技术（微课、慕课）进行课堂教学，利用文字、图片、视频、录像等交互作用，变抽象为具体，使教学方法变得更加生动形象，充分调动学生的各种感官，全方位地促进学生主动去思考，培养学习兴趣和学习积极性，进而达到培养学生的创造和创新意识的目的。二是改变以往“满堂灌”的教学方式，教师可以根据课程的教学内容和特点，选取合适的授课模式，如理论课、实验课、讨论课、自学课和习题课等。如物质分子和原子结构的基础知识定为理论讲授课，四大平衡（酸碱平衡、沉淀-溶解平衡、配位平衡及氧化还原平衡）的相关知识定为实验课，元素及其化合物的性质、化学与环境内容定为自学课，化学热力学和化学动力学定为习题课、讨论课与实验课等。③三是理论教学与实验教学由同一教师担任，课堂教学与讨论、实验指导与评价、课内外辅导与答疑、作业布置与批改等各教学环节均由该教师负责。积极利用网络课堂、精品课程、e-mail、QQ等Internet交流方式，实现教师与学生之间的交互提问、疑难问题解答、热点问题讨论、作业提交与批改等。四是删除或更新部分内容过时或陈旧的验证性实验项目，增加综合性和设计性实验项目，让学生自主设计实验，培养学生的独立操作能力。五是考核方式上，可以采用闭卷、开卷、小论文、实验设计等多样化的考试方式。考试内容除了基本理论与知识外，还应加大分析问题、解决问题的综合能力和创新能力的考核；增加平时成绩比重，将出勤、提问、讨论、论文等作为平时考核；根据考试内容与目标，灵活采用各类试题，不仅仅只局限在填空题、选择题、判断题和计算题等客观题型上。

3.4 实验教学内容和方法的创新

实验是化学类课程的灵魂，是激发学生学习兴趣、提高动手能力和观察能力，发展思维创造能力，培育创新意识和创新精神的重要手段。为了提高学生发现问题、分析问题以及解决问题的能力，化学实验项目的选择和设计可在以下几个方面进行改革与创新：一是选择实验内容，设计实验项目。以“厚基础、强能力、重创新”为目标，按照基础、综合和探究三个培养层次设置实验项目，开展开放式实验教学，进行个性化培养，激发学生求知欲，调动学习化学知识的主观能动性，进而培养创新意识和科研作风；二是制作普通化学实验动画。在普通化学中，如定容热的测定、液体的饱和蒸汽压的测定、化学反应速率常数的测定等这类实验操作难度大，理解困难，学生仅靠看实验指导书中的文字内容和操作步骤，难以达到预期的效果。因此，采用虚拟仿真技术，将各实验单元设计成一个一个的环节，逼真地模拟整个实验的操作过程，学生在对实验进行预习后，在实际动手之前，可在虚拟仿真平台上进行预操作，可以极大地增强实验操作印象和实验成功率，并且提高预习兴趣和学习效率；三是对于学生自主主持的开放性实验，实验室提供实验原材料和实验设备，教师帮助学生完善实验设计方案并从旁指导实验过程，鼓励学生大胆探索和创新；四是改革实验考核方式。以考核实验过程为重点，对学生实验预习（收集并处理相关信息）、实验操作过程（设计并开发实验）、实验数据记录（实验观察）、实验报告（叙述与表达）等多个环节进行考核，全面评价学生的综合素质。

3.5 教育教学评价体系和方法的创新

利用教育教学评价系统，明确以培养学生创新能力的获取为导向。主要从两个方面进行实施：一是面向学生的测评，如在考试试卷中增加或设计一些学生所参加的与化学知识相关的创新实践和实验活动内容相关的题型分值比例，以灵活变通、加强思考为目的，多出一些没有唯一标准但需要有丰富创造力的题目；二是面向教师的测评，着重于教师教学水平和教学质量的考核。课堂中，看讲课是照本宣科，还是穿插着将自己或他人的最新研究成果引入到课堂里；课外，看教师是否投入时间和精力对学生开展的各类与化学知识相关的创新实践活动进行了指导等。这样一套教育教学的评价体系和方法的创建，可以比较好地引导和发挥教师和学生的创新意识，开拓创新精神，让老师和学生能够主动去开展各种创新实践活动，进而达到教育创新、全面育人的最终目的。

3.6 授课教师素质的创新

作为高等学校，其根本任务就是要培养创新型人才，进而实现中华人民伟大复兴的中国梦。要想实现培养创新型人才这一目的，处于高等学校进行创新教育主体地位的教师首先必须要创新，既要有创新教育意识，也要有创新教育能力。邓小平同志指出：“一个学校能不能为社会主义建设培养合格的人才，培养德智体面发展、有社会主义觉悟的有文化的劳动者，关键在教师。”因此，教师创新思想的培养和变革是实施创新教育的前提，很难想象出没有富有创新精神的教师能够培养出具有创新意识和创新精神的学生（个例除外）。要达到培养创新型人才的目的，第一，高校的教师要认识到培养学生的创新精神和创新能力是自己的神圣职责，要把培养学生的创新能力作为自己的职业要求。第二，教师要把如何提高自己的创新意识和创新能力摆在比培养学生创新和创造能力更高的位置上，要先努力培养自己的创新意识和创新能力，然后，才能通过自己的创新性工作为学生提供一个有利于培养其创造性的良好环境。通过创新型教师的言传身教，为学生树立赶超的目标和创造的榜样。④第三，教师要教学和科研并举。教师需要积极进行科学研究，在研究的同时发掘创新的知识，并将它们融入到教学之中，用科技创新的思维去培养学生获取创新能力的本领。

注释

① 张洪婷.普通高校档案管理工作者创新能力培养[J].科技情报开发与经济，2008.18（9）：185-187.

② 夏炎.化學百年回顾与展望——“国际化学年在中国”报告会成功举行[J].科学中国人，2011（12）：61.

③ 肖丽凤.浅谈高职院校“基础化学实验”课程教学改革[J].科教文汇旬刊，2010（7）：172.

④ 黄莺.教育创新与创新教育——关于优化高师院校生存质量的一点思考[J].浙江海洋学院学报：人文科学版，2002.19（2）：55-58.

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