周祖新，郭曉明，周義鋒，康詩釗

（上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，上海 200235）

基礎(chǔ)化學(xué)緒論課的教學(xué)藝術(shù)

周祖新，郭曉明，周義鋒，康詩釗

（上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，上海 200235）

基礎(chǔ)化學(xué)；緒論課；教學(xué)藝術(shù)

基礎(chǔ)化學(xué)（包括無機(jī)化學(xué)、普通化學(xué)、工程化學(xué)）是化學(xué)及相關(guān)學(xué)科的第一門課。剛進(jìn)校的大一學(xué)生對化學(xué)的認(rèn)識僅限于一些抽象的概念、化學(xué)方程式和相關(guān)計(jì)算，而對化學(xué)在生產(chǎn)、生活中的作用認(rèn)識不足。如何在短時間內(nèi)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，并不斷鞏固和增強(qiáng)這種興趣，筆者認(rèn)為上好緒論課是關(guān)鍵。緒論課內(nèi)容包括化學(xué)研究的對象、化學(xué)的學(xué)科分類、基礎(chǔ)化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法等。筆者通過多年研究，把化學(xué)與社會、生活的聯(lián)系等內(nèi)容引入緒論課，將學(xué)生帶入一個充滿化學(xué)的世界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，使基礎(chǔ)化學(xué)成為學(xué)生最受歡迎的課程。

1 以貼近生活的事例引入化學(xué)研究的對象

化學(xué)是研究物質(zhì)及其變化的科學(xué)，人每時每刻的呼吸過程就存在著化學(xué)變化[1]。我們吸入氧氣，與我們通過飲食攝入的葡萄糖（淀粉水解物）、脂肪和蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳呼出，同時釋放熱量作為人類生存活動的能量。主要的化學(xué)方程式是：C6H12O6（葡萄糖）+O2→CO2+6H2O。氧分子先分解成氧原子，然后每2個氧原子奪取葡萄糖分子中的1個碳原子生成二氧化碳，葡萄糖分子中剩下的氫原子和氧原子結(jié)合生成水。

我們飲食中攝入的蛋白質(zhì)分子在人體酶的催化作用下水解組成該蛋白質(zhì)的氨基酸小分子，這些氨基酸分子在人體遺傳物質(zhì)DNA的操縱下重新組合成人體所需的蛋白質(zhì)，以完成人體的新陳代謝[2]。

又如，汽車已大量進(jìn)入家庭，汽車尾氣NO是大氣的主要污染源之一[3]。它是內(nèi)燃機(jī)工作時來自空氣的N2和O2在氣缸中反應(yīng)生成的。治理的方法之一就是使生成的NO變成無害物質(zhì)。那么，NO變成什么物質(zhì)才是無害的呢？當(dāng)然變成O2和N2是最合適的，相當(dāng)于回歸自然。這樣，我們就要研究2NO→O2+N2這一化學(xué)反應(yīng)在給定的條件下能否自發(fā)進(jìn)行，這需要化學(xué)的重要理論——化學(xué)熱力學(xué)知識。通過化學(xué)熱力學(xué)的理論分析可知，該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，而且可以進(jìn)行得很完全。但實(shí)際上并沒有看到這一反應(yīng)進(jìn)行。這是為什么呢？因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)速度太慢。有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速度問題是化學(xué)的另一重要理論——化學(xué)動力學(xué)的研究內(nèi)容。為什么這一反應(yīng)速度太慢呢？化學(xué)動力學(xué)研究表明，這是因?yàn)樵摲磻?yīng)的活化能太高。那么如何降低活化能、提高這一反應(yīng)的速度呢？可以用升溫或是加催化劑的辦法。采用升溫的方法一是不方便，二是對反應(yīng)不利（需要另外的加熱升溫系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)要承受更高的溫度）。因此最好用催化劑。那選用什么做催化劑呢？這就要了解為什么該反應(yīng)的活化能非常高，用什么物質(zhì)能降低該反應(yīng)的活化能。要解決這一問題，則要用到化學(xué)的第三個重要理論——物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識，了解NO、O2、N2等分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2 從化學(xué)發(fā)展史認(rèn)識化學(xué)及迅速發(fā)展的當(dāng)代化學(xué)

簡單講述化學(xué)發(fā)展史，可使學(xué)生了解化學(xué)的來龍去脈，對化學(xué)的本質(zhì)有更深刻的了解，對提高學(xué)生的化學(xué)素質(zhì)、學(xué)習(xí)興趣有很大的促進(jìn)作用?；瘜W(xué)的發(fā)展一般可分為古代化學(xué)、近代化學(xué)和現(xiàn)代化學(xué)。

古代化學(xué)主要有火的使用、制造陶瓷、常用金屬的冶煉、釀酒和煉丹[3～5]等。這里可以多介紹一些我國古代的化學(xué)成就。筆者用PPT展示了出土的古代陶瓷、古代冶煉銅和鐵的作坊遺址還原圖、葛洪的煉丹圖、釀酒蒸餾圖等，還講了我國明代大醫(yī)藥學(xué)家李時珍的《本草綱目》，其中記載著一些較為復(fù)雜的無機(jī)藥物的加工制作過程，有的可算得上是典型的無機(jī)合成反應(yīng)；宋應(yīng)星的《天工開物》更是我國古代化學(xué)工業(yè)（作坊）的百科全書，有制鹽、造紙、燒礦、顏料及染色和五金及火藥等生產(chǎn)工藝，說明我國古代勞動人民經(jīng)過大量實(shí)踐，已經(jīng)掌握了許多實(shí)用的化學(xué)知識。阿格里柯拉在其巨著《論金屬》中對開采礦石、從礦石中冶煉各種金屬、金屬分離的方法都作了詳細(xì)敘述。這些實(shí)踐活動，使人類認(rèn)識了大量無機(jī)物的性質(zhì)，制備了一些化學(xué)反應(yīng)儀器，為近代化學(xué)的誕生做了知識和設(shè)備上的準(zhǔn)備。講授的同時用PPT展示當(dāng)時的主要化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。

到了18世紀(jì)中期至19世紀(jì)前期，歐洲出現(xiàn)了一批著名的科學(xué)化學(xué)的先驅(qū)人物，如羅蒙諾索夫（1711～1765年）、波義耳（1627～1691年）、普利斯特萊（1733～1804年）、拉瓦錫（1733～1804年）和道爾頓（1766～1844年）等[3]。由于他們采用了精細(xì)、嚴(yán)密的科學(xué)方法和衡量儀器，借助于數(shù)學(xué)工具，發(fā)現(xiàn)了許多化學(xué)基本定律，如質(zhì)量守恒定律、物質(zhì)的組成定律等，形成了原子學(xué)說、分子學(xué)說等。簡單講解這些定律，與學(xué)生一起從這些定律中了解近代化學(xué)的主要思想。特別是道爾頓的原子學(xué)說，抓住了化學(xué)學(xué)科的核心和最本質(zhì)的問題，即原子的化合和化分，主張用原子的化合和化分來說明各種化學(xué)現(xiàn)象和各種化學(xué)定律間的內(nèi)在聯(lián)系。門捷列夫的元素周期律，使眾多化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)有規(guī)律可循，核外電子排布規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，很好地詮釋了門捷列夫的元素周期律，使人們更深刻地認(rèn)識了化學(xué)的本質(zhì)。

隨著原子、分子結(jié)構(gòu)理論，特別是量子力學(xué)的出現(xiàn)，使化學(xué)進(jìn)入了現(xiàn)代階段。在講解現(xiàn)代化學(xué)新領(lǐng)域時，筆者常選擇較典型的結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)反應(yīng)速率理論。在結(jié)構(gòu)理論的指導(dǎo)下，按照結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，人們能夠按照需要的性質(zhì)來“按圖索驥”或“量體裁衣”式地大量合成各種物質(zhì)，物質(zhì)（以CA登記為準(zhǔn)）的數(shù)量呈幾何數(shù)般地增加。隨著“飛秒化學(xué)”的發(fā)展，把化學(xué)過程中的一些“一剎那”的反應(yīng)快速拍攝，然后用慢鏡頭回放，使化學(xué)反應(yīng)機(jī)理被人們所掌握，然后開始工業(yè)化生產(chǎn)。如光合作用的反應(yīng)機(jī)理被揭開，按此機(jī)理對農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行大規(guī)模的工廠化生產(chǎn)，人類不但可很輕松地解決糧食、棉花問題，同時也解決了溫室效應(yīng)問題。

3 以近期新聞?wù)劵瘜W(xué)與社會生活的關(guān)系

講到化學(xué)與能源——石油和天然氣作為主要的能源時，筆者講一些我國石油工業(yè)的發(fā)展、中日東海油氣田的爭端及近期發(fā)展、我國南海油氣被鄰國大量盜采的情況，激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)，使祖國變得更強(qiáng)大。講到新能源——核能時，還講一些關(guān)于朝鮮核問題的六方會談、伊朗核問題等事件吸引學(xué)生的注意力。

在講到溫室效應(yīng)和全球變暖問題時，講京都議定書、哥本哈根路線圖、碳稅碳交易等。既讓學(xué)生形成節(jié)能減碳意識，又拓寬了學(xué)生的知識面。還可以講不久前，馬爾代夫總統(tǒng)頭戴水下呼吸器，與13名身穿黑色潛水服、背著水下呼吸裝置的政府部長，在6米深的海水下開內(nèi)閣會議，以呼吁全世界減少二氧化碳的排放。因?yàn)轳R爾代夫平均海拔高度為2．1米，按現(xiàn)在海平面上升的速度，一個世紀(jì)內(nèi)將會被淹沒。

在講到大量施化肥和使用農(nóng)藥對果蔬的影響時，首先讓學(xué)生了解化肥和農(nóng)藥給農(nóng)業(yè)帶來的巨大影響。在人力和畜力時代，一個農(nóng)民生產(chǎn)的糧食只夠4個人吃；在機(jī)械化時代，一個農(nóng)民可養(yǎng)活7個人；到了化學(xué)工業(yè)發(fā)達(dá)的化學(xué)時代，由于化學(xué)工業(yè)提供了大量的化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜、排灌膠管和植物生長激素，加上使農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的其他因素，一個農(nóng)民可養(yǎng)活六七十個人。如果沒有化肥農(nóng)藥，一半以上的人會餓死，現(xiàn)在全球還有10億人因糧食不足而營養(yǎng)不良?，F(xiàn)在的問題是如何制造高效低毒農(nóng)藥或生物農(nóng)藥。

4 以詩一般的語言使化學(xué)課變得生動、有趣

化學(xué)是一門枯燥、呆板的課程，較難引起學(xué)生的興趣，若授課時穿插詩一般的語言，則效果完全不同。在講到全球氣候變暖時，筆者講道：“大自然在人類面前忽然變得陌生起來，從2008年南方的大雪災(zāi)到南臺灣的8·8水災(zāi)，從幾年來席卷長江流域的高溫?zé)崃鞯匠掷m(xù)多年不肯緩解的北方大面積干旱，地球仿佛在發(fā)瘧似地顫抖，人類竟然也像倒退了一萬年似的束手無策。‘厄爾尼諾現(xiàn)象’像幽靈一樣徘徊?！蓖瑫r配以PPT展現(xiàn)這些場景，有大雪封堵的道路、洪水沖毀的村莊、龜裂的土地、枯死的莊稼等。在講環(huán)境污染使長江水質(zhì)嚴(yán)重惡化時，用PPT展現(xiàn)三江源頭水和被嚴(yán)重污染的水及未處理污水，并解說：“從這些黑臭的污水你能想到它原來是多么的晶瑩、透明，從涓涓的細(xì)流變成了灰黑的濁浪，從孕育我們的母親變成了肆虐我們的毒蛇，這些是誰造的孽？”在講到生命的組成時，筆者講道：“在探索生命本質(zhì)的時候，我是誰？我從哪兒來？”在講到火箭燃料或制造飛機(jī)的材料時，可以引用國慶閱兵式上的解說詞。

通過不斷改進(jìn)緒論課教學(xué)模式，使學(xué)生在第一時間被深深地吸引，激發(fā)了學(xué)生對基礎(chǔ)化學(xué)課的學(xué)習(xí)熱情和對化學(xué)學(xué)科的探究精神，使他們在輕松、愉快的氛圍中學(xué)好基礎(chǔ)化學(xué)課。

[1]許世紅，李靜萍，王永紅，等．《無機(jī)與分析化學(xué)》緒論課的教學(xué)實(shí)踐[J]．甘肅高師學(xué)報，2004，（9）：81～83．

[2]曲保中，朱炳林，周偉紅．新大學(xué)化學(xué)[M]．第2版．北京：科學(xué)出版社，2007．

[3]周祖新．工程化學(xué)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

[4]北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)．無機(jī)化學(xué)[M]．第4版．北京：高等教育出版社，2002．

[5]庫宗軍．關(guān)于無機(jī)化學(xué)緒論課的教學(xué)[J]．孝感學(xué)院學(xué)報，2001，6（21）：89～91．

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