顧大明 張立珠 強(qiáng)亮生

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)化學(xué)系 黑龍江哈爾濱 150001)

大學(xué)化學(xué)是我校面向非化學(xué)類專業(yè)開設(shè)的一門公共基礎(chǔ)課,是非化學(xué)類專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的平臺(tái)。當(dāng)前，大學(xué)化學(xué)理論體系[1]和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[2]的改革不斷深入，收到了好的效果。大學(xué)本科教育已經(jīng)不再是單純的知識(shí)傳輸，而是對(duì)知識(shí)、素質(zhì)和能力的綜合培養(yǎng)[3]，注重給學(xué)生更大的個(gè)性發(fā)展空間，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。在這種教育理念下，哈爾濱工業(yè)大學(xué)大學(xué)化學(xué)課程組圍繞精品課程的建設(shè)，開展教學(xué)改革，探索新的教學(xué)模式，在教學(xué)中開展了“精解一個(gè)概念”、“精做一個(gè)實(shí)驗(yàn)”的活動(dòng)，設(shè)立了“小論文”及“科技創(chuàng)新研究”等項(xiàng)目，這項(xiàng)活動(dòng)大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文介紹在大學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生撰寫科技小論文、培養(yǎng)科技創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的體會(huì)與效果。

1 在大學(xué)化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生能力的實(shí)踐

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的大學(xué)化學(xué)課程執(zhí)行學(xué)時(shí)是50學(xué)時(shí)(理論課32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課18學(xué)時(shí))。課程的考核采取課后習(xí)題、大作業(yè)、小論文、課堂討論、實(shí)驗(yàn)和考試等累加式考核方法。小論文是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。該項(xiàng)目的設(shè)置，重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作精神。小論文選題自由，可以選擇教師所給題目，教師將課程中的重要知識(shí)點(diǎn)和大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為課題，給出“精做一個(gè)實(shí)驗(yàn)”和“精解一個(gè)概念”的模式，學(xué)生結(jié)合“精做”和“精解”撰寫相關(guān)論文；也可以自擬課題。小論文撰寫的具體要求是：格式規(guī)范(按哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)的排版格式)、觀點(diǎn)明確(要有自己的觀點(diǎn))、語(yǔ)言科學(xué)、表述嚴(yán)謹(jǐn)、題目具體等。教師可以給學(xué)生提供一些優(yōu)秀小論文樣本作為參考和引導(dǎo)。項(xiàng)目進(jìn)行的模式可以是個(gè)人撰寫，也可以團(tuán)隊(duì)合作撰寫。主講教師和助教參與課題進(jìn)行的過(guò)程，加以指導(dǎo)，并對(duì)所有小論文進(jìn)行評(píng)價(jià)，將結(jié)果記入學(xué)生大學(xué)化學(xué)課程的總成績(jī)。課程結(jié)束后，吸收部分積極性高且具有創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)生參加科技創(chuàng)新活動(dòng)或教師的科研課題，完成從調(diào)研、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、原材料購(gòu)買、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、項(xiàng)目總結(jié)、撰寫科研論文的全過(guò)程，進(jìn)一步提高其科研能力。

1.1 精做一個(gè)實(shí)驗(yàn)

開展精做一個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)可以引導(dǎo)學(xué)生有目的、有準(zhǔn)備、有秩序地完成實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真預(yù)習(xí)、勤于思考的習(xí)慣，以提高學(xué)生分析問(wèn)題、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。更重要的是使學(xué)生能夠深入、細(xì)致、完整地了解并且完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。準(zhǔn)備精做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅要參考實(shí)驗(yàn)教材，而且要像完成一個(gè)課題一樣，從期刊、教材、網(wǎng)絡(luò)、參考書中獲得相關(guān)信息，進(jìn)行較為廣泛的調(diào)研；然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、歸納總結(jié)等。學(xué)生可從一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)中理解、領(lǐng)悟如何運(yùn)做一個(gè)項(xiàng)目的方法。

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括鈦酸鋇納米粉的制備、氫氧化鎳納米粉的制備、金屬表面滲稀土、茶葉中咖啡因的提取、阿司匹林的合成、鋁及鋁合金表面防護(hù)膜的形成、塑料表面鍍金屬、水的硬度測(cè)定、鋼中錳含量的測(cè)定、維生素C片中抗壞血酸的測(cè)定、新型銅-石墨復(fù)合材料的制備、食品中微量元素的鑒定等16個(gè)實(shí)驗(yàn)。有多個(gè)實(shí)驗(yàn)是由教師的科研成果轉(zhuǎn)化而來(lái)。其中“金屬表面滲稀土”項(xiàng)目曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。學(xué)生在精做這些實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中可以了解此類項(xiàng)目的歷史和成果的實(shí)用價(jià)值；同樣，通過(guò)精做一些常規(guī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也會(huì)有很多收獲。例如茶葉中咖啡因的提取實(shí)驗(yàn)可以按如下步驟“精做”完成。

① 選定課題之后對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)教材、參考書及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等渠道獲得與課題相關(guān)的背景資料，如茶葉的種類、主要成分及其作用、咖啡因的分子式、提取原理和方法、所用儀器的使用方法、各實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法等。同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)還可以了解與茶葉相關(guān)的課題和研究的前沿內(nèi)容。

② 在實(shí)驗(yàn)之前，圍繞教材中的預(yù)習(xí)思考題提出問(wèn)題并請(qǐng)學(xué)生思考：哪些溶劑可以從茶葉中溶解出咖啡因？如何確定溶劑的用量？提取過(guò)程中連通管內(nèi)液位不同會(huì)有何影響，是否需要采取相應(yīng)的措施？為什么會(huì)自動(dòng)發(fā)生抽提現(xiàn)象？何時(shí)結(jié)束蒸餾? 為何升華時(shí)漏斗中需要加棉球? 實(shí)驗(yàn)中加入生石灰(CaO)的作用是什么？影響咖啡因提取率的主要因素有哪些？等等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求同組的兩名學(xué)生相互配合，以保證實(shí)驗(yàn)按計(jì)劃、有序地完成。

③ 實(shí)驗(yàn)后選定一些與該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的議題進(jìn)行集體討論、總結(jié)。通過(guò)“精做”，一些學(xué)生對(duì)茶葉中提取咖啡因的方法和實(shí)驗(yàn)裝置提出了改進(jìn)意見，有的提出了采用微波提取茶葉中咖啡因的工藝，還有的提出了把該實(shí)驗(yàn)微型化的設(shè)想。

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)雖僅設(shè)18學(xué)時(shí)(6個(gè)實(shí)驗(yàn))，但實(shí)驗(yàn)室是開放的，學(xué)生可以結(jié)合專業(yè)和個(gè)人興趣，從16個(gè)實(shí)驗(yàn)中選作6個(gè)，完成大綱要求的基本實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)；也可多做，數(shù)量不限，擇優(yōu)記錄成績(jī)，以鼓勵(lì)學(xué)生利用學(xué)校的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件提高實(shí)驗(yàn)技能。

1.2 精解一個(gè)概念

大學(xué)化學(xué)是綜合性化學(xué)課程，包括了四大化學(xué)(無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué))的基礎(chǔ)內(nèi)容，同時(shí)也體現(xiàn)化學(xué)與其他學(xué)科內(nèi)容的交叉，可謂量大面廣，知識(shí)點(diǎn)多。受教學(xué)大綱要求和學(xué)時(shí)限制，教師在課堂上對(duì)許多概念只能作簡(jiǎn)要講解，對(duì)于概念的形成過(guò)程以及與其他概念的聯(lián)系等更多內(nèi)容常無(wú)法詳細(xì)闡述。例如：吉布斯函數(shù)變與熱力學(xué)第二定律的關(guān)系；由薛定諤方程求解4個(gè)量子數(shù)的過(guò)程；各熱力學(xué)函數(shù)之間的深層次聯(lián)系，配合物的晶體場(chǎng)理論等。這些內(nèi)容雖然超出了本課程教學(xué)大綱的要求，但了解這些科學(xué)概念的發(fā)展過(guò)程，對(duì)于學(xué)生理解概念的內(nèi)涵、培養(yǎng)科學(xué)的思維方法很有意義。為此我們通過(guò)“精解一個(gè)概念”引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索?！熬狻被顒?dòng)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，大家選擇不同的問(wèn)題，了解一個(gè)概念的意義、歷史形成過(guò)程、與其他概念的關(guān)聯(lián)以及這些概念的內(nèi)在含義。大學(xué)化學(xué)教材中的概念、化學(xué)史和一些新成果都可以成為小論文的課題。在“精解”過(guò)程中，學(xué)生不僅可以同樣體驗(yàn)到完成一個(gè)“項(xiàng)目”的樂(lè)趣，還培養(yǎng)了自學(xué)能力，通過(guò)交流和討論培養(yǎng)了協(xié)作精神。

1.3 自擬論文課題

許多自然現(xiàn)象(例如：兩河流交匯處三角洲的形成，小汞滴總是圓形的，肥皂泡可以變得很大，洗滌劑可以去除油漬、毛細(xì)現(xiàn)象等)或社會(huì)熱點(diǎn)(例如：三聚氰胺、蘇丹紅、瘦肉精、融雪劑、溫室效應(yīng)、放射性污染、燃油添加劑節(jié)能與環(huán)保等)都可以成為化學(xué)小論文的課題。學(xué)生撰寫小論文的題目可以涉及化學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)方面。例如：純化學(xué)理論知識(shí)的拓展(如超分子、高能燃料B2H6與化學(xué)熱力學(xué)、從化學(xué)熱力學(xué)角度分析比較BN的合成方法等)；生活中的衣、食、住、行與化學(xué)(如酒化學(xué)、美容與化學(xué)、烹飪與化學(xué)、牙膏中的化學(xué)、染發(fā)劑與健康、化妝品與化學(xué)、頭發(fā)護(hù)理與化學(xué)、服裝干洗劑與化學(xué)等)；化學(xué)與材料(如陶瓷、碳纖維、燒蝕材料(航天隔熱材料等))；化學(xué)與生命(如生物體中的滲透現(xiàn)象、體液的酸堿性與身體健康、食物的酸堿性與健康、生命中的化學(xué))；化學(xué)與工程(如工業(yè)鍋爐的清洗、金屬的腐蝕及防護(hù)、緩蝕劑)等。

1.4 科技創(chuàng)新活動(dòng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)科技創(chuàng)新課題(可以是指導(dǎo)教師的課題，也可以學(xué)生自擬課題)，學(xué)校設(shè)有專門的“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”，分為國(guó)家級(jí)和校級(jí)兩類，并給予不同的經(jīng)費(fèi)支持。教師在講授大學(xué)化學(xué)課程時(shí)介紹化學(xué)類相關(guān)課題及往屆學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)的成果，并結(jié)合課程內(nèi)容適時(shí)介紹學(xué)科前沿發(fā)展及化學(xué)系教師的科研情況，激發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題、參與科技活動(dòng)的積極性。大學(xué)化學(xué)課程組每年推薦20余名不同專業(yè)的學(xué)生申報(bào)學(xué)校的科技創(chuàng)新課題，并在指導(dǎo)教師的實(shí)驗(yàn)室開展科學(xué)研究工作。這項(xiàng)活動(dòng)可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手能力以及在科研活動(dòng)中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2 多方式培養(yǎng)學(xué)生能力的效果

(1) 雖然大學(xué)化學(xué)的課時(shí)(包括實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí))有限，但通過(guò)教師的精心設(shè)計(jì)和學(xué)生的積極參與，可以使學(xué)生了解并實(shí)踐撰寫一篇論文的全過(guò)程。該項(xiàng)活動(dòng)拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，加深了學(xué)生對(duì)一些概念的理解，也使其實(shí)驗(yàn)技能和論文寫作能力得到提升。

(2) 撰寫小論文增加了教師與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié)，增進(jìn)了教師、助教及學(xué)生的交流。

(3) 教學(xué)相長(zhǎng)，學(xué)生在“精做”或“精解”的過(guò)程中，會(huì)遇到許多新問(wèn)題，這些問(wèn)題常常會(huì)超出教師的知識(shí)范圍。因此，師生共同討論，尋找解決問(wèn)題的途徑和方法，可以共同進(jìn)步。

(4) 在大學(xué)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中開展小論文撰寫活動(dòng)，讓學(xué)生用合理的時(shí)間完成一個(gè)課題，提高“做中學(xué)”的能力，增加在團(tuán)隊(duì)合作下完成課題的經(jīng)驗(yàn)。

(5) 課程組從每年的小論文中選出10%左右的優(yōu)秀論文，附以評(píng)語(yǔ)，編寫了哈爾濱工業(yè)大學(xué)大學(xué)化學(xué)課程優(yōu)秀論文集，共3集(每2年一集)，放在大學(xué)化學(xué)課程網(wǎng)站(http://hitjpkc.hit.edu.cn/dxhx/dxhx.htm)的相應(yīng)目錄下，供學(xué)生參考。另外，還將論文集發(fā)到學(xué)生所在院系，作為院系的評(píng)估材料和了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的依據(jù)，這種方式既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也得到了各院系的支持。

通過(guò)撰寫化學(xué)小論文和科技創(chuàng)新活動(dòng)，學(xué)生的自學(xué)能力、科研能力和撰寫科研論文的能力都有所提高。在參加科技創(chuàng)新活動(dòng)的學(xué)生中，近半數(shù)學(xué)生發(fā)表了科研論文，還有人申請(qǐng)了專利，一些有創(chuàng)意的工作獲得了學(xué)校的創(chuàng)新獎(jiǎng)。這些活動(dòng)為學(xué)生了解科學(xué)研究，更好地完成本科畢業(yè)論文打下了良好的基礎(chǔ)。

總之，撰寫小論文和科技創(chuàng)新活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生從事研究工作的能力的一種有效方法。在大學(xué)化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)這些活動(dòng)，可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)主動(dòng)探索、致力創(chuàng)新、積極參與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 姚天明,石碩,吳慶生.化工高等教育,2008(5):4

[2] 張樹永,張劍榮,陳六平.大學(xué)化學(xué),2009,24(4):24

[3] 柳若芍,魏珺,張金忠.山東教育學(xué)院學(xué)報(bào),2009(3):39