淺談關于化學元素起源的教學內容和實施方案

杜 斌

（天津工業大學 化學與化工學院，天津 300387）

1 現狀分析

化學（chemistry）是自然科學的重要組成部分，是研究物質變化的科學[1]。在高等學校教學中，大學化學課程（包括：無機化學、有機化學、物理化學和分析化學等）已成為化學化工相關專業及眾多非化學類專業的必修基礎課程。大學化學的內容不僅突出專業性，同時其實用性極強。隨著現代化學學科的發展，其前沿已涉及眾多亟待解決的全球性問題，如：能源短缺、環境污染、可持續發展等，且與人們的生活與健康息息相關。學生可以通過相關課程的學習，掌握化學專業知識，培養自身科學素養。眾所周知，門捷列夫提出的化學元素周期表是學習化學的基礎。大學化學課程中雖然介紹過一些元素的發現歷程，但篇幅有限。并且，對于化學元素的起源—即化學元素在宇宙中是如何產生的？這一本源問題，在四大化學的相關課程中鮮有涉及。在上個世紀四十年代，科學家開始關注元素起源問題[2-4]。隨著物理學尤其是粒子物理學和天體物理學的發展，化學元素的起源與演化的理論初步形成,逐漸成為當代自然科學研究的前沿。考慮到其理論基礎以及學生學習高等數學和大學物理的課程安排，因此，這部分內容的教學適于安排在物理化學理論課的課堂教學中進行。鑒于教學時長的限制，在教學內容上可簡要介紹主要元素（如：氫、氦、碳、氧、鐵等）的起源及其相關理論。目的在于使學生對于元素的產生機制有初步的了解，填補這一知識盲點。本文將討論關于化學元素起源的教學內容及其實施方法。

2 教學內容與實施方案

2.1 以課件講解的方式簡要介紹

元素豐度的概念，列舉主要元素在宇宙或重要天體（如：地球、太陽、月球等）中的相關數據[5]；當前關于元素產生機制的主流理論，包括：原初核合成理論（αβγ理論），恒星內元素合成（BFH理論）以及鐵峰后元素的合成機制[6]。計劃授課時長55-60分鐘。

2.2 觀看紀錄片《宇宙的奇跡》（Wonders of The Universe）

該紀錄片由英國廣播公司（British Broadcasting Corporation，縮寫BBC）于2011年出品，共四集，每集片長約60分鐘。其中第二集講述了化學元素的起源，詳細而生動地展現了各主要元素產生的過程：首先是氫、氦在宇宙中的產生（原初核合成理論），繼之產生碳、氧、鈉、鎂、鐵等常見元素（恒星內元素合成），最后是星系中超新星爆炸產生的重金屬元素，如：金。選用該視頻作為多媒體教學的素材，其優勢在于：1）真實生動。紀錄片中大量采用了天文觀測中所拍攝的照片，確保了資料的真實性。視頻取景宏大壯觀，畫面色彩絢麗，配樂優美，從而達到震撼人心的效果。相比于課件的抽象概念，本視頻更為直觀生動，能夠激發學生的學習興趣，調動學生的積極性；2）學術嚴瑾。視頻由英國皇家學會會員，粒子物理學家Brian Cox講解。Brian Cox任職于英國曼徹斯特大學，同時也是瑞士歐洲核物理研究組織(CERN)之大型強子對撞器(LHC)的實驗研究人員。他長期從事高能物理研究，保證了視頻內容在學術上的可靠和嚴謹。解說采用英文原聲，發音純正，并配有中英雙語字幕，學生可以學習到專業英文詞匯；3）兼容性。在內容上，視頻與課件中所介紹的元素產生的理論，前后一致，授課中形成呼應的效果。在時間上，鑒于整個教學內容計劃2學時完成，而視頻時長約30分鐘，非常適于在講授課件之后播放。

2.3 安排學生進行文獻調研并撰寫報告，評估學生的學習效果

課后布置學生進行自學，主題是調研某一元素（除課堂授課中已介紹過的元素）的產生機制或調研近期該領域的最新進展。學生可以通過文獻檢索、查閱資料等方式收集所需資料，通過對材料的篩選整理，最終以論文的形式撰寫報告并提交。教師通過學生所提交的論文進行量化打分，并計入平時成績。

3 總結

本教學內容和方案充分發揮了多媒體教學的優勢。課堂教學采用課件講解與視頻展示相結合的方式，使得抽象而晦澀的概念變得直觀而生動，通過具體的圖像搭建了知識與想象力之間的橋梁，強化了學生的記憶。內容上填補了學生的知識盲點；形式上弱化了繁冗的數學推導，簡潔而明了的展現了理論的精髓，便于學生理解吸收。課后以調研報告的形式形成反饋，使得教學方式由單向輸導轉變為雙向交流，鍛煉了學生檢索文獻以及資料搜集、整理、分析和撰寫總結的能力，利于學生獨立思考習慣的培養，激勵學生的學習積極性和學習興趣，利于引導學生開展課后的自主學習。