土木工程類專業(yè)普通化學(xué)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐*

陳云 吳慶生

(同濟(jì)大學(xué)化學(xué)系 上海200092)

隨著研究的深入和學(xué)科的發(fā)展，化學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科已不斷滲透到材料、生命、環(huán)境、能源、食品、海洋、地質(zhì)、土建等學(xué)科領(lǐng)域中［1］。普通化學(xué)是面向同濟(jì)大學(xué)非化學(xué)化工類理工科專業(yè)開設(shè)的一門重要的公共基礎(chǔ)課，修課學(xué)生數(shù)量多，涉及的專業(yè)面廣，但是課程本身受重視的程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對于這一現(xiàn)象，筆者進(jìn)行了思考，認(rèn)為這種現(xiàn)象是不合理的，其不合理的根源在于普通化學(xué)課程本身。普通化學(xué)課程在將“知識傳授、能力培養(yǎng)與人格形成”結(jié)合于一體的方面做得不夠，在能力培養(yǎng)和人格形成方面沒有體現(xiàn)出課程的價(jià)值。近年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)了普通化學(xué)公共基礎(chǔ)課程建設(shè)，并結(jié)合土木工程類專業(yè)的特點(diǎn)，積極進(jìn)行課程內(nèi)容、教學(xué)方法、評價(jià)體系等方面的研究與改革，使普通化學(xué)課程成為聯(lián)系化學(xué)基本理論與工程具體實(shí)踐的橋梁，對于優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，實(shí)施寬口徑人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)“卓越工程師”具有現(xiàn)實(shí)意義［2］。

1 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

我校普通化學(xué)課程在大學(xué)一年級第一學(xué)期開設(shè)，此時(shí)，學(xué)生對自己專業(yè)的理解還不深，也很少會(huì)思考化學(xué)與專業(yè)的關(guān)系。所以，教師會(huì)在第一節(jié)課向?qū)W生提出“土木工程專業(yè)的學(xué)生為什么要學(xué)習(xí)化學(xué)”這個(gè)問題，讓大家思考和討論。此時(shí)得到的回答大多為“化學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科，必須要學(xué)習(xí)”;“化學(xué)和材料有關(guān)，土木工程要與材料打交道，所以要學(xué)習(xí)化學(xué)”;等等。接著，教師再讓學(xué)生思考:在911事件中，世貿(mào)大樓倒塌的真正原因是什么［3］;硅酸鹽水泥的橋墩在海水中會(huì)被侵蝕嗎，發(fā)生了什么樣的化學(xué)反應(yīng)［4］;如何減慢或阻止鋼結(jié)構(gòu)材料的銹蝕［5］;如何提高高速公路的抗震性能［6］。這些具體問題的提出，引起了學(xué)生的積極思考和熱烈討論。隨著各種解答的出爐，學(xué)生對化學(xué)與土木工程的關(guān)系有了更深刻的理解，激發(fā)了學(xué)生學(xué)好化學(xué)的熱情，也提高了學(xué)生對普通化學(xué)這門課程的重視程度。

2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

我校為所有非化學(xué)化工類專業(yè)開設(shè)的普通化學(xué)課程用的是同一本教材，但是根據(jù)專業(yè)的差異，所講內(nèi)容各有側(cè)重，力求能夠滿足專業(yè)需求、體現(xiàn)專業(yè)特色。就土木工程專業(yè)而言，根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)際需求，我們在普通化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容上，對基本化學(xué)原理部分采用了“少而精”的原則，強(qiáng)化了對膠體化學(xué)、電化學(xué)、硅酸鹽無機(jī)化合物、材料化學(xué)等土木工程專業(yè)所必需的化學(xué)基礎(chǔ)知識的教學(xué)，以增強(qiáng)學(xué)生將化學(xué)基礎(chǔ)知識與工程實(shí)踐相聯(lián)系的能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用化學(xué)知識解決工程實(shí)踐中的問題。

在講授某個(gè)具體知識點(diǎn)時(shí)，我們會(huì)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用展開討論。比如在學(xué)習(xí)膠體溶液相關(guān)知識部分，講述膠體的電泳和電滲性質(zhì)時(shí)，結(jié)合結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用實(shí)例，強(qiáng)調(diào)電滲作用在工程實(shí)踐中的用途，以加強(qiáng)學(xué)生理論與實(shí)踐的聯(lián)系;介紹化學(xué)膠凝作用在巖土化學(xué)改良和改性、加固與防滲中的應(yīng)用，以加深學(xué)生對膠凝作用的理解及其應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)識;在學(xué)習(xí)溶液的滲透壓時(shí)，結(jié)合化學(xué)漿液的自動(dòng)吸滲機(jī)制，介紹化學(xué)灌漿技術(shù)的基本原理等［7］。通過對教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，讓學(xué)生在理解化學(xué)基本知識的同時(shí)，強(qiáng)化化學(xué)與土木工程專業(yè)的聯(lián)系，使他們能夠?qū)W以致用，將科學(xué)知識和原理應(yīng)用于分析和解決專業(yè)問題。

3 以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)方法改革

3.1 以教師為引導(dǎo)

教學(xué)是學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行的有目的、有計(jì)劃的學(xué)習(xí)活動(dòng)。教師在教學(xué)過程中應(yīng)與學(xué)生積極互動(dòng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，創(chuàng)設(shè)能引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

比如，在講解抽象的分子間作用力時(shí)，先引出問題:壁虎為什么能夠附在墻壁上不掉下來?科幻電影《蜘蛛俠》中的主角飛檐走壁的本領(lǐng)能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)嗎?然后給學(xué)生3～5分鐘時(shí)間思考和討論，讓他們帶著各種各樣的答案，學(xué)習(xí)分子間作用力的知識。最后，介紹壁虎腳趾上有數(shù)百萬根微米級剛毛和納米級絨毛陣列，在與接觸表面接觸后可產(chǎn)生范德華力形成超級黏附力［8］。這樣就能幫助學(xué)生得出最終的答案，并為人類能夠如“蜘蛛俠”般行動(dòng)設(shè)計(jì)可行的方案。

師生間的這種互動(dòng)、提問、設(shè)疑、解答，能使學(xué)生在愉悅的情境中完成對抽象知識的學(xué)習(xí)，并主動(dòng)參與到分析問題、解決問題的過程中，提高思辨能力和創(chuàng)造力。

3.2 以學(xué)生為主體

我們在課程中讓學(xué)生客串小老師，講解一些較為簡單、有趣的知識點(diǎn)，并接受提問。這樣既可以豐富課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)、提問和表達(dá)的能力以及思辨能力。評價(jià)可以采取同學(xué)互評與導(dǎo)師點(diǎn)評相結(jié)合的方式。例如，在講解了金屬的腐蝕與防護(hù)后，學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題特別感興趣，在大海里的橋墩和在長江里的橋墩腐蝕程度有何差異，在雨水多的南方和干燥寒冷的北方鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕差異等，應(yīng)如何防止或緩解腐蝕程度;在講解沉淀溶解平衡時(shí)，學(xué)生可以利用平衡的理論知識來解釋結(jié)石的形成及預(yù)防結(jié)石形成的措施;在學(xué)習(xí)了原電池的基本原理后，學(xué)生可結(jié)合電化學(xué)的基本原理，對商業(yè)電池的種類、工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)性能更好的電池產(chǎn)品;還有部分學(xué)生對電池產(chǎn)業(yè)造成的環(huán)境問題比較感興趣，可以讓他們查閱資料，談?wù)剬Νh(huán)境的影響及處理手段。實(shí)踐證明，這樣的授課方式受到學(xué)生的歡迎，能提高學(xué)生查閱資料、分析問題、解決問題的能力;講解和點(diǎn)評的過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)和思辨能力。

由于本課程的特點(diǎn)，不可能安排所有學(xué)生都以演講的方式開設(shè)專題小報(bào)告，可以讓學(xué)生用小論文的形式反映自己的想法。主題可以是生活中的化學(xué)問題、課程中的某個(gè)知識點(diǎn)、化學(xué)知識與本專業(yè)相結(jié)合的思想火花，等等。例如，學(xué)生利用電化學(xué)原理的知識，查閱目前廢舊電池的回收情況，就廢舊電池的回收提出了自己的看法等。通過這種方式可以培養(yǎng)學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力、歸納總結(jié)能力、提煉科學(xué)問題能力以及創(chuàng)新能力，同時(shí)可使他們在撰寫論文方面得到鍛煉。

3.3 以專題講座拓展學(xué)生視野

我校普通化學(xué)課程主講教師多年來都在利用課時(shí)外的時(shí)間安排專題講座。如2012-2013學(xué)年第一學(xué)期的講座中安排了蛋白質(zhì)與分子疾病，能源化學(xué)，新型合金及復(fù)合材料，生命化學(xué)，環(huán)境與化學(xué)，稀土新材料，藥物與手性化學(xué)，食品中的化學(xué)與人類健康，新能源材料，納米材料與納米科技等10個(gè)專題，每個(gè)專題講座時(shí)間控制在2～3學(xué)時(shí)。要求每位學(xué)生根據(jù)自己的興趣至少參與2個(gè)專題講座。講座不點(diǎn)名考勤，而是在期終考試中設(shè)置與講座內(nèi)容相關(guān)的考題(10選2)對學(xué)生參與講座的情況進(jìn)行考察。

專題講座可以拓寬學(xué)生的視野，把化學(xué)理論與生活、生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合;同時(shí)也能使學(xué)生感受到化學(xué)與生活質(zhì)量的提高、生產(chǎn)的進(jìn)步、生活的質(zhì)量等密切相關(guān)，是一門能滿足人類需求、社會(huì)需要的科學(xué);從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)、學(xué)好化學(xué)的熱情，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4 評價(jià)體系的改革

考核評價(jià)體系必須與新的教學(xué)方式相適應(yīng)［9］，因此普通化學(xué)課程的考核方式應(yīng)向“多模式平時(shí)成績與多種考試方式結(jié)合”轉(zhuǎn)變，從平時(shí)成績多模式化以及考試方式多樣化兩個(gè)方面著手，以考促教、以考促學(xué)。這就要求教師提高責(zé)任心，精心設(shè)計(jì)教學(xué)方案，加強(qiáng)與學(xué)生的交流;要注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，提高他們學(xué)習(xí)、提問、溝通、表達(dá)及創(chuàng)新的能力。新考核評價(jià)體系的制定，旨在對學(xué)生“知識、能力和人格(素質(zhì))”的綜合表現(xiàn)進(jìn)行評定;對學(xué)生的知識掌握、課堂表現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)參與、演講展示等多方面進(jìn)行考核，力求全面反映學(xué)生的綜合素質(zhì)。

表1列出了改革后的考核評價(jià)體系組成項(xiàng)目及所占分值，評價(jià)方案可概括為:多模式平時(shí)成績與多方式考試相結(jié)合的考核評價(jià)方式。其中，平時(shí)成績中的出勤主要通過教師課堂互動(dòng)提問進(jìn)行隨機(jī)檢查;能按時(shí)完成作業(yè)即得到5分，完成質(zhì)量排名前10%的學(xué)生可以獲得1～5分的加分，這樣可以促使學(xué)生認(rèn)真完成作業(yè)，減少抄襲現(xiàn)象，從而更真實(shí)地反映學(xué)生對知識的掌握情況。

表1 考核評價(jià)組成表

優(yōu)秀的學(xué)生應(yīng)該是知識、能力和素質(zhì)全面發(fā)展的學(xué)生，這一點(diǎn)在我們的考核方式改革中也得到了很好的體現(xiàn)。從表1可以看出，在新的評價(jià)體系中，僅僅全勤、認(rèn)真按時(shí)完成作業(yè)并且考試成績很好，而沒有積極參與其他環(huán)節(jié)的學(xué)生是無法獲得優(yōu)等評價(jià)的。因此，相較于單一的考核方式，新的考核評價(jià)體系能夠更加科學(xué)和全面地反映學(xué)生的知識、能力和綜合素質(zhì)。

5 結(jié)語

以上4項(xiàng)改革措施在本校土木工程類專業(yè)普通化學(xué)教學(xué)過程中起到了良好的作用，提高了教學(xué)質(zhì)量，獲得了良好的教學(xué)效果。希望能為高等學(xué)校非化學(xué)化工類專業(yè)普通化學(xué)的教學(xué)提供參考。

［1］葉成.化學(xué)學(xué)科發(fā)展綜合報(bào)告(2006).化學(xué)學(xué)科發(fā)展研究報(bào)告.北京:中國學(xué)術(shù)期刊電子雜志出版社，2006

［2］林峰，顧祥林，何敏娟.高等建筑教育，2006，15(1):26

［3］牛發(fā)民.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2011(9):69

［4］李華，孫偉，左曉寶.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2012，40(8):1119

［5］鐘芳.裝備制造技術(shù)，2008(5):134

［6］楊海榮，鄭琦編譯.國外橋梁，1997(2):69

［7］鄒波.中國水運(yùn)，2012，12(11):196

［8］Autumn K，Liang Y A，Hsieh T.Nature，2000，405:681

［9］佘遠(yuǎn)富，王慶仁.高等工程教育研究，2011(6):111