工科非化學專業各門化學課程教學的融會貫通

岳冠華

[摘 要]工科院校非化學專業開設的各門化學課程，從教學內容、化學中物理量的表達方式和符號、單位量綱的規范和比較三個不同方面，將化學課程教學中基礎課和專業課有效地銜接和統一，達到了融會貫通、節省學時、提高教學效果的目的，對提高化學課程的教學質量和培養學生的自學能力有重要的指導意義。

[關鍵詞]非化學專業；化學教學；融會貫通

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）10-0085-03

工科院校非化學專業，有些需要開設四大化學課——無機化學、有機化學、物理化學及分析化學，無機化學和有機化學常被列在基礎課系列，物理化學及分析化學根據各專業的特點需要結合專業應用，所以列在專業基礎課當中。例如，北京建筑大學市政工程專業開設無機化學、有機化學、給排水物理化學、水分析化學，其中無機化學和有機化學就是基礎課，給排水物理化學和水分析化學屬于專業基礎課，不僅需要講基礎理論，還要將基礎理論應用到給排水專業應用中。例如，水分析化學既涉及無機化學﹑有機化學﹑物理化學﹑分析化學的基礎理論，同時又要將這些基礎理論應用于水質分析和環境要素的監測中。通常基礎課在一、二年級開設，專業基礎課在三年級開設，由于學時有限，處理好基礎理論和專業基礎課中知識的銜接，非常重要，由此可以避免教學內容的重復和混淆，節省學時，將各們化學課內容融會貫通，同時培養學生綜合分析問題的能力。

一、將教學內容進行整合，使基礎理論和專業基礎理論在教學內容上有效銜接

專業基礎課如水分析化學在三年級開設，而基礎課在一年級開設，專業基礎課中涉及的基礎理論知識，有些已經在基礎課中講過，有些內容要求進一步深化。結合基礎課的內容，在專業基礎課中進行適當的整合，在基礎課的基礎上結合專業要求進一步系統知識體系，這樣既可以節省學時，又可以突出重點。例如，在水分析化學課程中，四大滴定理論是其主要內容，而其基礎理論即四大反應在一年級的無機化學課中已學過。如何做到重點突出，節省學時，是提高教學效率和教學效果的關鍵。如在學習酸堿滴定理論之前，要求系統掌握酸堿理論及pH值的計算。在無機化學中也學習過酸堿理論，主要是應用酸堿電離理論，來處理溶液pH值的計算。在水分析化學課程中可以著重講解酸堿的酸堿質子理論，酸堿質子理論是電離理論的進一步深化，掌握好質子理論，才能解決溶液pH值的精確求解，學生可以通過和電離理論進行對比，溫故而知新。又如沉淀滴定中，有關沉淀溶解平衡、溶度積常數、沉淀順序等基礎理論在一年級的無機化學中已經講過，可以布置作業的方式，要求學生課后自學。比如，計算鉻酸鉀指示劑用量時，涉及溶度積常數、溶度積規則等知識，對涉及的基礎理論以提問的方式讓學生回答，這樣可以大大提高學生的自學本領。另外，在氧化還原滴定中，涉及氧化還原反應、電極電位、影響電極電位的因素、反應速率等基礎知識，在無機化學、物理化學課程中都有不同程度的講解，因此在學習這部分內容時，要將基礎課和專業基礎課進行對比，避輕就重，著眼于基礎課中沒有講到的深層知識點。如電極電位部分，基礎課中標準電極電位已學過，但條件電極電位沒有涉及，因此重點講解條件電極電位，并與以前學過的標準電極電位進行對比，這樣學生對條件電極電位的概念才會掌握得更牢靠。又如，催化劑是影響反應速率的因素之一，這一點學生已經很熟悉，但自動催化的概念對學生來說比較陌生，應單獨對這部分知識強化講解。如，為什么在高錳酸鉀滴定中滴定剛開始紫紅色消失緩慢，隨著滴定的不斷進行，顏色消失加快？這種顏色的變化正是自動催化的原因，對該問題的具體解釋，進一步加深了學生對自動催化的理解。通過這樣的一些處理，該簡化的簡化，該突出的重點突出，既可節省學時，又可以提高學生的自學能力，在有限的學時內提高效率，達到較好的學習效果。

二、統一基礎課和專業基礎課中涉及的物理量符號，使知識點達到統一協調

化學各門課程中均涉及很多的物理量，因為不同課程使用的教材編輯時間、要求及出版部門不同，各物理量的表達方式和符號也會有些不同。這樣在不同學年的課程學習中，如果不進行統一，往往會引起混淆甚至混亂，造成學生理解上的困難。例如，平衡常數是衡量化學反應達到平衡狀態時反應進行的程度。平衡常數是一個非常重要的量，在基礎課程和專業基礎課程中均會多次使用，但其表達方式和符號卻有所不同。

有些量，由于符號不同，也會引起概念的混淆。我將化學熱力學中常用的化學熱力學函數符號及意義進行歸納，詳見表1，由于每一個量均有不同的表示方式和符號，在各門課程的不同理論部分，常會以不同的形式出現，通過對比，明確每一種表達方式的含義，當在不同的課程中出現時，可以使思路清晰，避免由此引起的混亂。

通過這樣列表對比，各種熱力學量的含義和不同表達方式一清二楚，當在不同課程中以不同表達形式出現時，可以“以不變應萬變”。

另外在電化學理論部分，基礎化學課中，通常用φ表示電極電勢，φ+表示正極電極電勢，φ-表示負極電極電勢。E表示電動勢，E=φ+-φ-。但在部分專業基礎課中，有時用ε表示電極電勢，如ε+表示正極電極電勢，ε-表示負極電極電勢。E=ε+-ε-。由于電極電勢符號的不同，常會帶來電極電勢和電動勢概念的混淆，在此部分應加以強調和說明，否則很容易引起學生概念混亂。

三、統一各門課程的單位量綱，培養學生規范表達

一個量的單位即量綱，因要求和規范不同，其表達方式不同。目前我國法定的計量單位主要構成如下：

SI單位和國家選定的非國際單位制單位均是國家法定計量單位，都是允許使用的。在學習中，遇到不同的表示方式，首先應強調并讓學生弄明白它們的關系，只有思路清楚，才能在實際應用中根據不同的要求，準確表達。另外，為了適應國際間交流和越來越正規的考試，如各種注冊工程師考試，化學中常用的單位應盡量使用SI單位。endprint

四、對比同一概念在不同化學課程中的理論模型，將知識點融會貫通

人們對客觀事物的認識是螺旋式上升的，化學知識也是有階段性的，同一概念在不同的認識階段有不同的理論模型，其內涵也是不同的。每一種理論有其成功的一面，同時又有一定的局限性，各種理論體系不斷得到改進和完善。在教學中，教師可對不同發展時期的理論模型進行對比講解，重點突出，加深學生印象深刻。

例如，酸堿的理論模型，這一部分理論先后有幾位科學家分別建立了三種不同的理論模型，在不同課程中應用的重點不同。在大一基礎化學學習中，主要是以酸堿電離理論為主討論酸堿及其平衡；到了高年級的分析化學課程仍然要學習這部分內容；在水分析化學課程中，主要是通過酸堿的質子理論討論酸堿及其平衡。我對這三種不同的理論模型進行對比，并將其歸納總結如下：

上面三種模型從不同的出發點解釋了酸堿的概念及酸堿反應的本質，它們既各成體系又相互聯系。通過對比進行講解，這樣有利于學生把在不同年級學到的理論聯系在一起，融會貫通，既可以節省時間，又有利于提高學習效率。

五、通過化學發展史，把基礎課知識和專業基礎課知識聯系起來，提高學生的學習興趣

在“水分析化學”“環境監測”“普通化學”課程的教學中，結合課堂所授內容，將化學史的片斷穿插其中，可激發學生的思維，提高學生的學習興趣，變被動學習為主動學習。在化學的發展過程中，許多科學家都經歷千辛萬苦、艱難險阻，化學的發展史就是化學家的奮斗史。化學發展的歷史不僅記述了化學知識的積累過程，而且闡述了化學學科的發展、演變規律，內容豐富多彩，是化學學科發展的重要組成部分。

例如，誤差和數據處理是分析化學課中定量分析的重要內容，這部分內容涉及很多數理統計的知識，內容比較枯燥，難度較大。為了提高學生對這一部分內容的學習興趣，可引入一個與基礎化學有關的歷史小故事——化學史上惰性氣體的發現過程：惰性氣體氬的發現被稱為“第三位小數上的發現”。1892年，英國科學家瑞利用兩種不同的方法制取氮氣，一是從空氣中除掉氧氣、二氧化碳、水蒸氣得到氮氣；二是從氮化物分解制得氮氣。經測定發現，這兩種方法制得的氮氣密度并不相同，從大氣中分離的氮的密度d=1.2978g/L，這一結果與其他文獻的結果一致，而化學法制得的氮的密度與前者的值相差0.0064g/L（1/20000）。瑞利并沒有忽略這一差異，經過誤差分析，他不認為這是實驗本身的誤差。他把實驗結果與研究論文一起公開發表在《自然》雜志上，公開征求答案，引起了他的朋友英國化學家拉姆塞的注意并開始一起研究這個問題。他們在翻閱80年前英國科學家實驗大師卡文迪許的實驗記錄中取得了重要突破。在卡文迪許當年的實驗報告中記錄了氧與氮化合為氮的氧化物再溶解在苛性鈉溶液中，最后管內總有一個小氣泡，其體積相當于原氣體體積的1/120。他們重復了卡文迪許的實驗并對這個小氣泡內的剩余氣體進行密度測定和光譜分析，確認它是一種新元素，后來被命名為氬。一個小小的氣泡是很容易被人忽略的，但里面卻隱藏著新的化學元素家族（零族） ，正是瑞利不放過第三位小數上的誤差，才把它們從不宜被人察覺的細節中探索出來，否則惰性氣體不知還要默默無聞地酣睡多少年。后來拉姆塞經過不懈的努力，他先后發現零族的其他元素（氦、氖、氪、氙），并因此獲得了1904年諾貝爾化學獎。這個事實給人以極大的啟發，即科學來不得半點馬虎。在學習中，我們每個人都要學習科學家實事求是和精益求精的科學態度。通過基礎化學的發展史實，提高學生對分析化學的學習興趣，同時促進學生把所學的知識貫穿在一起。

基礎化學課程和專業基礎化學課程，無論在理論體系還是表達形式和方式上，既有相同的部分，又有明顯的不同和側重。協調好基礎課和后續課的關系，可以提高教學效率，培養學生全面分析問題的能力，在未來的工作中， 用化學的觀點解決實際問題。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 浙江大學普通化學教研組.普通化學（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2016（5）：158.

[2] 史啟楨.無機化學與分析化學[M].北京：高等教育出版社，2002（16）：196.

[3] 汪小蘭.基礎化學[M].北京：高等教育出版社，2003（35）：127.

[4] 大連理工大學無機化學教研室[M].無機化學（第四版）.北京：高等教育出版社，2005（12）：186.

[5] 傅獻彩.大學化學[M].北京：高等教育出版社，1999（78）：224.

[6] 黃君禮.水分析化學（第四版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2016（22）：246.

[責任編輯：羅 艷]endprint