大学化学, 2020, 35(9): 58-63 doi: 10.3866/PKU.DXHX202004034

教学研究与改革

通识教育课程“生活中的化学”教学探索与实践

李岩云,

Exploration and Teaching Practice of General Education Course "Chemistry in Our Lives"

Li Yanyun,

通讯作者: 李岩云,Email: yanyunli@xmu.edu.cn

收稿日期: 2020-04-9   接受日期: 2020-04-21  

基金资助: 国家基础科学人才培养基金.  J1310024

Received: 2020-04-9   Accepted: 2020-04-21  

摘要

通识课程教育是培养德智体美全面发展、具有宽厚基础知识及创新能力人才的重要途径。化学作为一门中心的、实用的、创造性的学科,在全面培养学生的综合素质及创新能力的通识课程教育体系中具有不可或缺的重要地位。本文就笔者所开设的通识教育课程“生活中的化学”教学实践与特色进行了总结,以期今后进一步提高教学质量,取得更好的教学效果。

关键词: 通识课程教育 ; 化学 ; 综合素质

Abstract

General course education is an important way to cultivate innovative talents with comprehensive development of morality, intelligence, physical and aesthetic and broad basic knowledge. As a central, practical and creative subject, chemistry plays an indispensible role in the general education system to develop the comprehensive quality and innovation ability of students. This paper summarizes the teaching practice and characteristic feature of the general education course "Chemistry in Our Lives" offered by the author, aiming to further improve the teaching quality and achieve better teaching effect.

Keywords: General course education ; Chemistry ; Comprehensive quality

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李岩云. 通识教育课程“生活中的化学”教学探索与实践. 大学化学[J], 2020, 35(9): 58-63 doi:10.3866/PKU.DXHX202004034

Li Yanyun. Exploration and Teaching Practice of General Education Course "Chemistry in Our Lives". University Chemistry[J], 2020, 35(9): 58-63 doi:10.3866/PKU.DXHX202004034

20世纪90年代中期以来,我国部分大学开展了加强大学生文化素质教育的改革。通过20多年来教育理论界的讨论与高校的教学实践,通识教育理念逐步为众多高校所理解,在一些高水平综合性大学中接受和实施程度尤为深入[1-3]。在人才培养模式上,高水平综合性大学以培养高素质通识型、创新型人才为目标,重视通识文化教育,加强基础学科、基础理论课程和学科交叉课程模块的建构,从而培养基础知识宽厚、创新意识强烈、具有良好自主研究能力和动手能力的通识型人才。

化学是研究物质的结构、性能和转化过程的科学,更是创造新物质、探索新应用的学科。它与数学、物理和生物等学科构成了自然科学的基础。百年化学的发展表明,它在创造奇妙的新物质方面起到了核心作用,是开启物质世界中“取之不尽”的资源宝库的钥匙;同时,化学科学的发展与人类社会的发展同行,对于科学与社会的不断进步和人类物质生活质量的不断改善与提高,都发挥了无可替代的作用[4]。作为一门中心的、实用的、创造性的学科[5],化学在全面培养学生的综合素质及创新能力的通识课程教育体系中具有不可或缺的重要地位。厦门大学化学学科作为教育部首批公布的“双一流”建设高校及建设学科,多年来在通识课程教育建设方面也开展了积极的探索与实践,对全校其他各专业的非化学类学生进行化学知识普及与化学素质培养。本文就笔者所开设的通识教育课程“生活中的化学”教学实践与特色进行了总结。

1 教学目标

本人开设的全校性选修课“生活中的化学”,课程修习对象为全校非化学类学生。通过开展该课程教学,旨在达到以下两个层次的目标:(1)普及化学知识,促进学科交叉,开阔学生视野,培养其创新思维与创新能力;(2)引导学生关注化学,热爱生活。通过积累生活中点点滴滴的化学知识,使我们生活得更加智慧。

2 教学内容设计

考虑到选课学生的知识背景,我们在教学内容设计方面避开了深奥的化学原理及抽象的化学反应方程式,集中讨论日常生活中与衣食住行密切相关的实用化学知识,提高学生学习兴趣;此外我们还结合学科发展,介绍纳米科技、手性药物等化学前沿研究领域在日常生活中的应用,使学生能够了解最新科研成果,增长见识。课程教学内容如表1所示。

表1   “生活中的化学”教学内容一览

章(或节)主要内容
第一章绪论
第二章衣食住用的化学
第三章环境与化学
第四章新能源篇:关于催化
第五章新材料篇:纳米科技
第六章新物质篇:I.药物化学;II.香味的化学
第七章分析化学篇:探索世界的“眼睛”

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3 课程教学实践

自2003年秋季学期开始,我们面向厦门大学非化学类学生开设了通识教育课程“生活中的化学”。本着以学生为主体的教学理念,我们在教学实践过程中对授课内容及教学方式不断地积极探索,在授课过程中,注重将化学学科核心素养与课程内容有机结合起来,着重对学生进行哲学观、发展观、人生观、价值观及审美观等方面的素质培养。

3.1 哲学观培养

哲学作为一种更高层次的知识体系,是对客观世界的整体性认识和对反映客观世界各个特殊部分认识的普遍性概括。因此,化学作为反映客观世界化学运动规律的知识体系,必然会成为马克思主义哲学的科学基础,从而使化学具有哲学职能。作为研究物质的结构、性质以及变化规律的科学,化学包含着极为丰富的辨证思想[6]。在“生活中的化学”教学实践过程中,我们将化学中蕴含的哲学观点渗透、融合到教学内容当中,有助于加强对大学生综合素质的培养,提高其分析问题、解决问题的能力,树立正确的世界观和方法论。

如马克思主义哲学观认为,内因是事物发展变化的根据,决定着事物发展的方向和速度以及外因作用效果大小。外因是事物发展变化的条件,它影响事物的方向、速度和具体过程。但外因必须通过内因才能发挥作用。在讲授“关于催化”一堂课时,笔者就运用了这一原理来分析催化作用的本质:催化剂之所以能改变反应速率,是由于降低了反应的活化能,改变了反应历程的缘故。在有催化剂存在的条件下,反应沿着活化能较低的新途径进行。催化剂不能实现热力学上不能发生的反应,只能缩短到达平衡所需的时间,而不能移动平衡点。对于既已平衡的反应,不可能借加入催化剂以增加产物的百分比。这就是哲学上所说的“外因通过内因起作用”。

又如在“用的化学”这堂课上,笔者列举了金刚石和石墨这两种碳的同素异形体。金刚石是自然界硬度最大的物质,可以用来制作首饰、高硬度的切割材料等;而石墨则是深灰色、有金属光泽而不透明的细鳞片状固体,是最软的矿物之一。用不同比率的石墨粉末与粘土粉末混合制成硬度不同的铅笔芯,是我们日常生活中常见的物品。金刚石和石墨都是碳原子组成的单质,可是外观和性质却千差万别。究其原因,是两种物质的碳原子排列顺序不同。金刚石中的碳原子以正四面体的形式排列成空间网状结构,因此其性质稳定,硬度很大。而石墨的碳原子呈平面层状结构,层与层之间的作用力相对较弱,所以很软,能导电,有滑感。通过这个例子,学生深刻地体会到了“结构决定性质”这一重要的化学原理。将哲学思想贯穿到上述教学过程中,能够促进不同学科之间的交叉渗透,使学生在获得化学知识的同时进行哲学思考,有助于提高其分析问题、解决问题的能力。

3.2 可持续发展观培养

由于科学技术的迅猛发展,人类正大规模地改造着周围的环境。随着人类经济活动的不断发展,自然界的平衡受到严重扰乱,人类面临着生态资源的破坏和环境污染等一系列严峻问题[7]。目前,发展中国家普遍面临着城市大气、水体、固体废弃物和噪音等环境污染问题以及人口、交通、住房等问题;发达国家城市在基本解决了大气颗粒物和水体有机污染等问题之后,面临着汽车废气引起的大气污染、交通噪音、塑料等废弃物和有害化学品的城市污染等环境问题。保护生态环境,实现持续发展,已成为全世界紧迫和艰巨的任务。

环境问题在一定程度上是由化学造成的,如臭氧层破坏、温室效应等。现在,化学家已经充分意识到这一点,并努力解决化学给环境带来的负面影响。化学能够认识环境物质的化学组成和迁移规律,以及对人类和生态环境的化学污染效应,从而能够使污染物的分子发生化学转化,进行“无害化”的处理。不仅如此,化学还能使有害物质有利化,变害为利,以至变废为宝。本课程利用6个课时,详细讨论了“环境与化学”的关系,旨在帮助学生树立正确的环保观念,养成良好的生活习惯,能够利用课堂上所学到的知识改善我们的生活条件。如研究如何将塑料、金属和橡胶等进行再利用;研制催化转化器、燃料电池以消除汽车尾气造成的污染;发展清洁生产、绿色化学以减少环境污染等等[8]

随着科学技术的发展和人们物质生活水平的提高,人类不但对于能源的需求量越来越大,而且对使用能源后是否引起环境污染也更加关注。化学加工可以深入物质内部调节元素组成,从而改变物质性能,扩大资源利用范围,以丰补缺,满足社会生产发展的需要。众所周知,我国是一个富煤少油的国家。煤和石油都是化石燃料,其组成都是以碳和氢两种元素为主,它们的区别仅在于碳氢比不同。石油的碳氢比为8 : 1而煤则为15 : 1。如果使煤与氢结合,改变其碳氢比,就能转变成石油了。将煤转化成石油,可以充分利用丰富的煤炭资源,缓解石油供应的紧张。在“关于催化”这节课中,我们播放了央视科教频道“走近科学”栏目系列片“聚力支撑”第七集:催黑化绿[9]。视频中学生了解到我国科学家通过不断完善煤的间接液化技术,每年将2036万吨煤变成400万吨优质液体燃料,从而有利保障了资源的可持续发展,实现清洁能源的广泛利用。此外,我们在“新能源篇”中,还为学生介绍了氢能、太阳能、生物质能和燃料电池等新型清洁能源。这些我国科学家自主研发的创新成果,深入实践了习总书记关于“绿水青山就是金山银山”的发展理念。

3.3 人生观及价值观培养

党的十八大报告提出,“把立德树人作为教育的根本任务,培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人”[10]。将理想信念、做人修养、民族精神、社会责任等思政元素融入到课程教学之中,培养学生树立高尚的人生观和价值观,是我们高校教育工作者的职责所在。在“关于催化”这节课中,我们为学生介绍了我国催化化学的重要开拓者和奠基人——一代鸿儒蔡启瑞院士。蔡启瑞先生一生热爱祖国。1950年他从美国发回电报:“祖国大地皆春,我怀念你啊,祖国!”并连续六年,坚持年年递交离境申请,直到1956年获准回国。为了新中国化学工业和炼油工业的需要,他而立之年毅然转行催化研究,在厦门大学组建了我国高校第一个催化教研室。他关注国家能源资源战略部署的可持续发展,建议我国实行“油煤气并举,燃化塑结合”的能源化工原料技术路线。蔡启瑞先生热爱祖国,崇尚科学,严谨求实,无私敬业,将全部心血奉献给了我国催化科学事业,为我国科教事业发展做出了重大贡献[11]。作为厦大催化学科的后生之辈,本人有幸亲耳聆听蔡先生的谆谆教诲。老一辈科学家们的高尚品行,是我们科研道路上的光辉榜样。我们也应将这些宝贵的精神财富,在课堂上、在授课时传承给下一代年轻学子,使之成为他们成长过程中的强大动力。

在教学实践中,我们还面向学科发展前沿,用最新的科研成果丰富教学内容,从而使学生站在一个更高的层次上领略化学的魅力。比如,在“新物质篇——药物化学”一章中,我们引入了诺贝尔化学奖的知识介绍。诺贝尔奖是全世界的最高学术奖项,但有时它离我们的日常生活并不遥远。2001年10月10日,瑞典皇家科学院宣布,本年度诺贝尔化学奖授予三位科学家,他们是美国孟山都公司的威廉·诺尔斯、日本名古屋大学的野依良治和美国斯克里普斯研究所的巴里·夏普雷斯,以表彰他们在不对称催化反应研究领域取得的突出贡献。从加有薄荷脑的口香糖、牙膏、护发水,到维生素、味精,乃至畅销世界的口服合成抗菌剂——我们普通人也许不知道生产这些产品时经常要用到不对称催化合成技术,但你不可能没有享受过这项技术所带来的恩惠[12]。不对称催化合成在我们的日常生活中应用极为广泛,以致媒体称其为“如此贴近生活的诺贝尔奖”。我们在本章课程中深入浅出地介绍了手性药物、不对称催化的相关知识,引起了学生的极大兴趣。

自1968年诺尔斯实现第一例不对称催化反应至2001年获得诺贝尔化学奖,科学家们进行了长达三十余年的不懈努力。这期间不对称催化合成领域取得了巨大的进展,成为工业上,尤其是制药工业合成手性化合物的重要方法,对学术研究和新药研制都具有非常重要的意义。当年诺贝尔决定把他的部分财产捐献给科学时,就是希望奖励那些为人类服务的新发现。该年度的诺贝尔化学奖,绝对满足了这一标准。这是伟大科学家奉献毕生精力服务社会、造福人群的最好例证。

本课程还注重对学生健康生活观念的引导。如在“衣的化学”一章中,我们给学生介绍了棉、麻、毛、丝、化纤等衣物纤维的种类、识别和保养;铁锈、油渍及油漆等特殊污渍应该如何洗涤。俗话说“民以食为天”,在“食的化学”一章中,学生能够了解食品卫生及增进人体健康的多种维生素和微量元素的相关知识,在日常生活中做到健康饮食,营养均衡。在“环境与化学”一章中,则倡导学生树立正确的环保观念,养成良好的生活习惯,能够利用课堂上所学到的知识改善我们的生活条件,使我们能够更加舒适、健康地生活。关注化学,热爱生活,这也是开设本课程的主旨所在。

3.4 审美观培养

美学素养是大学生综合素养的重要组成部分。高校教育必须加大对美学教育的重视力度,增强学生的美学素养,充分发挥美学素养对大学生的引导作用,促进学生全面健康成长[13]。大自然处处都蕴含着美的因素,化学学科更是具有独特的美丽[14]

本课程的第一章绪论,我们就给学生展示了化学元素周期表:现已发现的一百多种元素,按照它们核内质子数目递增的顺序排列成表,表现出周期性。元素周期表的规则看似复杂,其实非常简单。元素周期表中的每个元素都有鲜为人知的特点,元素与元素之间又存在着丝丝缕缕的联系。日本科学家吉田隆嘉说,元素周期表就像航海时的指南针,指引着我们顺利抵达知识的宝岛,饱览自然规律一手打造的壮丽风景[15]。化学就是这样令人着迷!

又如在“用的化学”中,我们给学生介绍了有关珠宝的成分及保养知识。课堂上我们展示了几种光彩夺目的晶体图片,并播放了“重现化学”栏目的获奖影片《凌》[16]。“重现化学”栏目通过特殊的摄影技术,发现并展现化学之美,是美丽科学与中国化学会的合作项目,也是2019年度“科普中国”孵化支持项目。该片拍摄的是多种物质的结晶过程,历时七个月。结晶是一个简单的过程,许多学生在中学阶段已有接触。但是在这个简单的过程中,我们看到了自然的奇妙。晶体形成时多样的形态与变化也牵引着我们的想象。学生观看之后无不赞叹化学令人惊艳的美丽。

在我们的生活中从来不缺少美,缺少的是发现美好的眼睛和心灵。教育是一门科学,同时也是一门艺术。作为一名教育工作者,我们应当用自己的心灵去感悟日常生活中的种种美好,并将其融入到自己的课堂教学中,让学生在学习知识的过程中感受美、欣赏美,从而在今后的生活中发现美、创造美。

3.5 互动式教学方法

教学是一门艺术。灵活多样的教学方式能够有效调动学生的积极性,使之能够主动参与到教学中来,充分发挥其创造潜力。互动式教学即为一种灵活有效的教学方式。它以学生为中心,通过教师与学生之间自由、融洽的相互交往与沟通,培养学生乐学、会学、善学。通过互动式教学,能够协调师生关系,建立和谐的师生互动、生生互动、教与学关系的互动[17]。本课程考核方式采用课程论文的形式,选题范围分为“新能源”“新材料”“环境保护”及“食品安全”四个主题,学生可根据自己的兴趣选择相应主题,在查阅资料的基础上完成课程论文。接下来的课程中,教师选择优秀论文由学生进行课堂展示,之后其他学生提出问题,互相讨论。每次的教学实践中,这样的研讨课气氛总是非常活跃,教学效果也相当不错。研讨式教学的最大特点是强调学生的积极参与,由传统教学过程中的“要我学”转变为“我要学”。心理学研究表明,一个人处于积极主动的良好情绪状态时,85%的潜能都会被释放出来。在课堂教学中,学生这种积极的情绪状态主要表现为浓厚的学习兴趣和高昂的学习热情。通过这样的教学方式,学生不仅巩固了已有的知识,也自行查阅了许多最新资料,同时培养了学生获取信息和筛选信息的能力。在写论文和PPT展示的过程中,还培养了学生的写作能力和口头表达能力。短短一堂课,收到的效果却是多方面的。

4 教学效果评价

教学效果的好坏最终应由学生进行评价。每次期末,笔者都会进行反馈调查,请学生列举最感兴趣的教学内容,并对课程教学提出意见和建议。从调查结果来看,学生对该课程的内容设置非常满意,认为这门课程内容丰富、信息量大,既能够学到很多实用的日常生活知识,又开阔了眼界。有些学生说,“上了这门课程之后,我开始关注衣食住行的相关知识,努力培养健康的生活方式”。还有学生说,“我在高中时参加过化学竞赛,后来高考填报志愿时因为种种原因没能继续学习自己喜欢的化学专业。非常幸运进入大学后能够选到这门课程,使我能够继续学习化学知识”。互动式教学法受到了学生的普遍欢迎。正如学生所说:“课堂研讨的教学方式让我觉得很新鲜,这是我第一次这样上课!以前都是老师讲,我们听;这次是我们自己上台去讲,所以课上课下准备得格外认真。本来自己在收集资料写论文的过程中就已经对题目有了一定了解,一次一次准备PPT的过程中又有了更深的体会。再加上听其他同学的讲解,还有互相提问讨论,印象怎么能够不深刻!”这些反馈意见表明,该课程设置与教学实践均较好地达到了教学目标。

教学相长。对教师而言,教学的过程是一个自身学习提高的过程。在今后的教学实践中,我们将进一步优化教学内容,改善教学方式,以进一步提高教学质量,取得更好的教学效果。

5 课程特色

(1)教学内容新颖,彰显学科魅力。课程教学内容紧密贴近生活,引导学生关注化学,热爱生活,培养健康积极的生活方式;此外,我们还围绕学科发展前沿及时更新教学内容,将最新的科研成果充实到教学过程之中,充分体现了化学学科实用性广、创造性强的特点。

(2)注重学科交叉,培养创新思维。化学与很多其他科学领域密切相关,对农业、电子学、生物学、药学、环境科学、计算机科学、工程学、地质学、物理学、冶金学等学科发展都做出了重大贡献。本课程面向非化学类学生开设,能够使学生达到文理交叉,理工融合,从而培养学生多角度思维方式,全面提升其综合素质,做到厚积薄发。

(3)加强师生互动,进行教学方式改革。课程教学过程中以学生为主体,积极探索多种教学模式,有效调动学生的积极主动性,并注重对学生学习方法及综合能力的培养。

(4)依托院校教学平台,办学优势及特色并举。厦门大学化学学科作为“双一流”建设学科,在师资力量及科研成果方面都具有很强的优势,从而为高素质通识型、创新型人才的培养提供了有力支撑。本课程获国家基础科学人才培养基金项目资助,并被厦门大学通识教育中心首批立项为核心通识课程,获校级教改项目资助。

6 结语

当今社会发展需要德智体美全面发展的创新型人才。大学生必须全方位充实自己,才能增强自身的综合实力。作为高校教育工作者的我们,应努力以学生为本,助力学生综合素质的提升。通识教育课程为学生积累知识、开阔视野、培养创新能力提供了有效的途径。以通识教育课程为载体,有效运用多种教学方式,多方位展示化学学科的独特魅力,培养学生的化学素养,增强学生的综合素质,是我们化学教育工作者的职责所在。

参考文献

李曼丽; 张羽; 欧阳珏. 教育发展研究, 2014, (13), 37.

URL     [本文引用: 1]

侯文华; 丁维平; 王志林. 大学化学, 2010, 25 (3), 7.

URL    

蔡苹; 胡锴; 程功臻. 大学化学, 2018, 33 (9), 52.

URL     [本文引用: 1]

白春礼. 中国科学院院刊, 2011, 26 (1), 1.

[本文引用: 1]

R.布里斯罗.化学的今天和明天.华彤文,宋心琦,张德和,吴国庆,译.北京:科学出版社, 1998: 1.

[本文引用: 1]

韩国志; 邹冲; 关建宁. 高等教育研究学报, 2019, (2), 107.

[本文引用: 1]

蕾切尔·卡森.寂静的春天.吕瑞兰,李长生,译.上海:上海译文出版社, 2014: 26-34.

[本文引用: 1]

胡常伟,李贤均.绿色化学原理和应用.北京:中国石化出版社, 2002: 10-35.

[本文引用: 1]

《聚力支撑》20180314催黑化绿.[2018-03-14]. http://tv.cctv.com/2018/03/14/VIDEjgngKz08hcCw86sRvBwS180314.shtml.

[本文引用: 1]

把立德树人作为教育的根本任务.[2013-02-09]. http://theory.people.com.cn/n/2013/0209/c40531-20474101.html.

[本文引用: 1]

万惠霖.一代鸿儒——记化学家蔡启瑞.厦门:厦门大学出版社, 2018: 8-30.

[本文引用: 1]

野依良治. 化学通报, 2002, (6), 363.

[本文引用: 1]

张倩. 当代教育实践与教学研究, 2019, (5), 70.

[本文引用: 1]

周珏卉. 化学教与学, 2015, (10), 62.

[本文引用: 1]

吉田隆嘉.走进奇妙的元素周期表.曹逸冰,译.海口:南海出版公司, 2017: 7.

[本文引用: 1]

美丽科学与中国化学会合作项目重现化学《凌》.[2019-05-09]. http://www.chemsoc.org.cn/popular/envisioning/a3049.html.

[本文引用: 1]

李良超; 何亚兵; 童国秀; 乔儒. 大学化学, 2017, 32 (5), 1.

URL     [本文引用: 1]

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