葛欣

(南京大學化學化工學院/匡亞明學院 江蘇南京210093)

南京大學匡亞明學院作為國家理科基礎科學研究人才培養(yǎng)基地——多學科綜合點(大理科試驗班)，其“以重點學科為依托，按學科群打基礎，以一級學科方向分流，貫通本科和研究生教育”的寬口徑、厚基礎的大理科模式［1］，經過20多年的教育與教學實踐，形成了一整套獨特的通識教育與個性化培養(yǎng)相結合的人才培養(yǎng)方案和課程體系，造就了一大批活躍在科學研究前沿的優(yōu)秀人才。自2009年加入“基礎學科拔尖學生培養(yǎng)試驗計劃”以來，在基于大理科模式培養(yǎng)化學及其相關交叉學科研究的人才方面，積極探索，努力創(chuàng)新，不斷完善和實踐與之相匹配的人才培養(yǎng)方案和課程體系，取得了很好的效果。

1 化學拔尖學生培養(yǎng)目標

大理科模式的辦學宗旨是培養(yǎng)具有寬厚理科基礎、專業(yè)領域競爭力強、適應交叉學科研究的高層次后備人才，其化學方向的培養(yǎng)目標是使學生將來能夠成為與化學相關基礎科學領域的領軍人物，并逐步躋身國際一流科學家隊伍。

2 培養(yǎng)方案和課程結構

根據(jù)辦學宗旨和培養(yǎng)目標，在《高等學?；瘜W類專業(yè)指導性專業(yè)規(guī)范》［2］的基礎上，對原有的課程體系［3］和結構重新進行梳理，制定了適應拔尖學生培養(yǎng)的新的課程體系和教學計劃(學時以每學期授課16周計)，見表1。

表1 基于大理科模式的化學方向課程結構

3 新課程體系及其特點

按照戴安邦先生“化學教育既傳授知識和技術，更訓練科學方法和思維，還培養(yǎng)科學精神和品德”的全面化學教育思想，課程體系設計的特點是系統(tǒng)地傳授數(shù)、理、化、生等學科的基礎知識，鼓勵學生構建獨特的個性化知識結構，適應今后從事化學及其相關交叉學科的研究。

(1)注重全面綜合素質培養(yǎng)。在通識通修類課程中，學生需修滿涵蓋文學、歷史、藝術、哲學、經濟、自然等范疇的高水平通識課程學分，提高英語的讀、聽、說、寫水準，提高計算機程序設計水平，并且通過新生研討課、高年級研討課來初步學習科學研究的方法。

(2)進一步加強數(shù)理基礎學習。高等數(shù)學由微積分I和II、線性代數(shù)組成，為理科一類課程，并增加了32學時講授現(xiàn)代數(shù)學及其應用。大學物理是適合大理科教學的新型綜合物理課程［4］，后續(xù)相繼開設數(shù)學物理方法、理論物理(量子力學和統(tǒng)計力學)，為學生今后在理論與計算、譜學與解析、結構與性質等方面的研究打下堅實的數(shù)理基礎。

(3)重新整合化學基礎課程體系?；瘜W原理課程［5］充實了更多的元素化學內容。有機化學教學采用英文原版教材，以反應機理為主線，以過渡態(tài)結構為核心，全面講授各種類型的有機化合物及其研究進展，課時從80調整為96。將結構化學、譜學基礎、高階物理化學內容整合為“高等物理化學”。這樣就將化學原理、有機化學、高等物理化學、高等無機化學、結晶化學組成新的化學基礎課程體系，以強化化學專業(yè)核心課程學習。

(4)擴展生物類課程內涵。將大學生物學列入基礎課程體系，生物化學由原先48課時擴展到96課時，內容包括結構和代謝生物化學，其深度類同生物學專業(yè)的要求;并開設生物化學實驗選修課程，為希望今后從事涉及生物學有關領域研究的學生提供初步的理論知識和實驗技能訓練。

(5)一體化、多層次、開放式的實驗教學［6］。按照化學一級學科的整體性對各層次的實驗教學內容進行了梳理。整合無機化學實驗及定量分析化學實驗為大學化學實驗;開設綜合化學實驗取代原有的二級學科的專門化實驗;通過及時轉化科研成果開設研究性實驗。

(6)營造科研氛圍。通過第二課堂，邀請國內外優(yōu)秀學者開設多學科前沿研究講座，每年超過30場，內容覆蓋理科多個學科包括與化學相關的交叉領域。同時鼓勵學生積極參與各類大學生學科競賽(如化學實驗競賽、大學物理競賽等)，舉辦每年度的本科生基礎學科論壇，交流各自的研究成果。

(7)系統(tǒng)的科研訓練機制。利用學校儀器平臺，開設大型分析儀器操作課程［7］，使學生具備實際操作電鏡和各類譜學儀器的能力，為介入科研做準備。在導師指導下，通過大學生創(chuàng)新訓練計劃、自然科學基金委理科基地能力提高項目、拔尖計劃項目等經費的支持，讓學生在好奇心與創(chuàng)新意識驅動下開展相關科學研究與探索［8］。

(8)開拓國際化視野。積極引進國外優(yōu)質教學資源，邀請國外專家開設化學生物學等課程，參加化院聘請的外籍教師有機化學、有機反應機理、物理化學等課程學習。此外，除了學校的國際交流計劃外，學院還通過“交換學生合作協(xié)議”，每年選派10多位學生前往杜克大學理學院進行為期半年包括化學等多個學科的課程學習和科研訓練，并予以全額資助。

4 創(chuàng)建新型基礎課程

課程建設是構建培養(yǎng)拔尖學生課程體系的基礎。在基礎課程建設方面，依托大理科基礎平臺課程教學團隊［9］，在化學專業(yè)基礎和核心課程建設方面，有由長江學者特聘教授等領銜的教學隊伍，對原有的課程及其內容進行了全面的改革和整合，教學資源優(yōu)化配置效果明顯，為學生自我構建知識結構和向交叉學科發(fā)展提供了必要的知識儲備。

(1)微積分與線性代數(shù)。該課程既包含原有的傳統(tǒng)和經典的核心內容，如微積分、空間解析幾何、線性代數(shù)、常微分方程等，又有機融入了近代科學研究最需要的部分，如Lebesgue積分、點集拓撲、泛函分析、近世代數(shù)、Fourier分析、小波分析、分布理論等。教學內容充分體現(xiàn)了數(shù)與形(代數(shù)概念的幾何化和幾何形體的代數(shù)化)、有限與無限、特殊與一般、簡單與復雜、線性與非線性互化的辨證統(tǒng)一等現(xiàn)代教育思想。

(2)大學物理學。作為理科共同的基礎，該課程以全新的構思，以現(xiàn)代物理知識為主導，講授力學、熱物理、電磁學和現(xiàn)代物理基礎。該課程的研究性教學模式呈現(xiàn)出全新的四大特點［9］:一是整體研究性，探究貫穿課堂教學、討論課、習題、論文、課外學習等等(教學環(huán)節(jié));二是思想統(tǒng)攝性，即其所謂的“集成教學”，即適當?shù)卣现R點使之成為一個案例，完整地表達一定的思想;三是師生互動性;四是資源開放性，教學中突破教室和課本的限制，將外部世界作為教學的場所和內容。

(3)化學原理。該課程重點講授化學專業(yè)學生必需的現(xiàn)代化學基本理論及其應用。具體包括:①宏觀理論。講述熱力學和動力學，該部分在無機化學、化學分析和物理化學中均占有較大篇幅，化學原理課程以較高起點對其中重復較多的內容進行了整合，首先講述物質的氣體、液體、固體和等離子體四態(tài)，重點闡述熱力學基本定律和平衡理論，之后進一步介紹具體的化學反應平衡系統(tǒng)如酸堿平衡和容量分析、沉淀與溶解平衡和重量分析、電化學和氧化還原滴定法、配位平衡和配位滴定法，以及膠體與表面系統(tǒng)等。非平衡態(tài)熱力學作為專題介紹。動力學包括宏觀的唯象理論和基元反應的統(tǒng)計理論兩部分。②平衡態(tài)統(tǒng)計理論。主要講述Boltzmann統(tǒng)計及其應用，而系綜作為專題介紹。③微觀理論。從原子分子論和微觀粒子運動規(guī)律出發(fā)介紹原子結構和元素周期律、分子結構和化學鍵，重點要求理解原子核外電子運動狀態(tài)、價鍵理論和分子軌道理論。④元素部分是無機化學中的重點，本課程采用在講授化學基本原理之后，按ⅠA-ⅣA族元素、非金屬元素和過渡元素三大塊，通過結構影響性質的觀點來介紹元素、化合物的性質和反應性能。

(4)高等物理化學。該課程從量子力學的基本假設出發(fā)，介紹一些模型體系的薛定諤方程的精確解和化學鍵理論，在此基礎上介紹計算量子化學(包括基函數(shù)、Hartree-Fock方法、電子相關方法、利用Gaussian 98計算分子性質)、群論、分子光譜，并從量子力學和統(tǒng)計熱力學出發(fā)在分子水平上理解熱力學和反應動力學，包括化學平衡和化學動力學、氣相反應動態(tài)學、固體和固體表面化學等。

5 初步成效

基于大理科模式的化學拔尖學生培養(yǎng)的課程體系，在原有的基礎上，重點加強數(shù)理基礎，進一步整合化學基礎課程和內容，擴充生命科學的教學，特別是強化了國際化課程教學與交流，經過幾年的探索和教學實踐，取得了初步的成效，所培養(yǎng)學生的扎實專業(yè)基礎知識和較為寬廣的學科視野，適應化學以及相關交叉學科的研究。2009級16位畢業(yè)生中有6位出國深造，10位在國內著名高校學習。2010級26位畢業(yè)生中，出國深造14位，10位在國內攻讀研究生。這兩屆畢業(yè)生發(fā)表論文30多篇。他們在化學、醫(yī)學、生命科學、材料學等學科繼續(xù)深造，得到所在研究生階段學習機構的廣泛認可。誠然，本課程體系的建設應當說還只是初步取得了階段性的成果，相關的教材建設、研究型教學的推進、網絡化建設都還在進行之中。此外，關于數(shù)理基礎、生物學課程與化學相關課程的銜接問題，還需要長期的教學實踐和總結而加以改進。

［1］盧德馨.大理科模式20年——思想、舉措、人才.北京:清華大學出版社，2009

［2］教育部高等學?；瘜W類專業(yè)教學指導分委員會編制.高等學?；瘜W類專業(yè)指導性專業(yè)規(guī)范.北京:高等教育出版社，2011

［3］葛欣，許望，盧德馨.大學化學，2005，20(1):11

［4］盧德馨.中國大學教學，1996(5):14

［5］葛欣，董林，趙斌，等.大學化學，2009，24(5):21

［6］王志林，朱成建.中國大學教學，2013(10):19

［7］葛欣，許望，盧德馨.實驗技術與管理，2005，22(3):22

［8］葛欣，許望.高等理科教育，2010(教育教學研究專輯(一)):253

［9］葛欣，許望，盧德馨.中國大學教學，2009(6):16