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摘要：大学化学是许多高校为各专业本科生开设的必修课程，是一门十分重要的大类基础课。本文从机械与海洋工程专业的大学化学课程出发，总结了目前该课程的教学现状，从四个方面对课程的教学方式进行了改革，并从金属防腐蚀和绿色化学两方面探索了大学化学课程在机械与海洋工程专业的实践。通过这些改革举措，学生的学习兴趣和自主学习能力都有所提高，教学效果显著。
关键词：大学化学；教学改革；机械与海洋工程；探索实践
本文引用格式：吴诗婷,等.大学化学课程教学改革与探索实践[J].教育现代化,2019,6(04):71-73.
化学，是与数学、物理并重的一门自然科学，主要从分子或原子的层面来研究物质的组成、结构、性能以及一些基本变化规律。同时，化学也是一门创造新物质的学科，它可以引导人们用认识和发展的眼光去改造世界。因此，在大学教育中，化学课程的教学受到了各大高校的重视，不管是化学类专业的学生，还是非化学类专业的学生，都要学习这门实用、具有创造性的学科。特别对于非化学类专业的学生而言，学习化学，可以扩大他们的视野，活跃他们的思想，而且也可以帮助他们拓展知识面，培养创新能力。但是，这类学生对化学课程并不熟悉，学习热情较低，课程内容的难度也略大，故在该类大学化学课程教授方面，高校老师从教学形式、教学内容等方面提出了不同的改革举措[1-8]，目前也取得了相应的进展。本文也将从笔者在讲授大学化学课程中发现的问题出发，提出不同的教学改革方式，并探索实践大学化学在机械与海洋工程方面的应用。
一 课程教学现状
笔者本学期承担了《大学化学》这门课程的教学任务，主要面向的对象是杭州电子科技大学机械与海洋工程专业的学生。这门课程是我校的一门大类必修基础课，是学习专业课程和从事机械设计的必备基础。课程的目标是：(1)了解现代化学的基本原理，具备必要的基本知识和基本技能，为进一步学习和将来做好其它工作提供必要的化学基础；(2)学会用化学的理论、观点、方法去审视公众关注的环境污染、能源危机和新材料等社会热点问题；(3)全面提高学生的素质，培养出具有开拓创新能力的高级人才。因此笔者选用了高等教育出版社出版的《普通化学》（第六版）这本教材，主要讲授教材的前五章内容，即热化学与能源、化学反应的基本原理与大气污染控制、水溶液化学、电化学与金属腐蚀以及物质结构基础。
《大学化学》这门课程的授课对象是非化学类专业的大一新生，课程的主要目的并不是要学生去掌握多么深奥的化学知识，而是为了培养学生能够从化学的角度去思考问题。比如说，现在社会比较关注的热点问题有三个：能源危机，环境污染和新材料。所以，开设这门课的初衷，是希望学生在今后自己的专业领域工作的同时，能够关注这些问题，减少环境污染，减少能耗。另外，对于机械与海洋工程专业的学生来说，有一章的学习，肯定是会对你们有所帮助的，那就是电化学与金属腐蚀。因为该类专业的学生毕业后肯定是和机器打交道，而且还与海洋密切有关，那么金属的防腐就是他们必须关注也十分重要的问题。因此，笔者在授课时也会侧重这方面知识的讲解，希望帮助学生在这门课程的学习中学到一些对今后会有帮助的知识。
虽然对大部分的理科生来说，在中学时期就已经开始了化学课程的学习，但中学的化学知识都比较基础，学生也都以考试为目的进行学习，通常采用多做多背的方式就能取得不错的成绩。大学化学虽是中学化学的延续，但却要求学生具有一定的思考能力，在内容上也更加深入，涉及到一些抽象难懂的概念。所以大部分学生在学习时十分吃力，特别是第一章与热力学相关的焓、熵等概念，以及第五章各原子轨道的杂化。经历了多次打击后，学生的学习热情大幅下降，自然学习效果也大打折扣。针对这些问题，笔者从多方面改变了教学方式，旨在帮助学生更好地理解、接收化学知识，提高教学质量。
二 课程的教学方式改革
（一）对比归纳法教学
大学化学的课程学习，涉及到很多概念、原理以及公式，特别容易混淆。本身对非化学类专业的学生来说，这门课程仅安排了32学时，又碰上军训和国庆假期，剩余的课时少之又少。所以，如何在有限的学时内，让学生清晰、有条理地理解这些概念、原理和公式，是笔者首要解决的问题。笔者在授课时特别注意了一些相似，容易搞混的概念，如“离子积”和“溶度积”，“氧化数”和“化合价”等，所以在上课时会将这些概念单独提出，对比分析他们的相同和不同点，帮助学生更好地记忆、理解。例如，第一章“热化学与能源”要解决的两个主要问题是如何测量反应热，以及通过理论计算反应热的大小。在理论计算方面，有一种方法是通过反应焓变计算等压反应热，因此提出了标准摩尔生成焓和标准摩尔反应焓变这两个概念。笔者在讲解这两个概念时，从定义和符号的写法上进行了特别区分，并强调了标准摩尔生成焓是针对某种物质的参数，而标准摩尔反应焓变则对应于某个反应。而后又通过例题的计算，更加直观地讲解了这两个相似的概念，学生在听课时就很容易地接受了这两个概念。同样，对于相似的公式，笔者会与学生一起整理成表格，更加清晰明了，也可以加强记忆。通过这种方式，学生不再是单纯地接收知识，而能够学会归纳总结，有自己的理解。但这种方法不能过度，不然过多的对比分析也与把所有的概念等同时罗列出来无异了，效果会大大降低。
（二）联想启发式教学
在大学化学课程，特别是有关热力学章节中，大部分的概念都非常晦涩，抽象。所以，笔者在授课时，会启发学生将已有的知识联想发散，在此基础上接受新的知识。比如，在讲到系统中相这个概念时，学生始终无法准确判断系统中到底存在多少相。笔者就从固、液、气三种状态分别分析，对于气体而言，不管有多少种气体都能均匀混合，所以算作一相。同样对于固体和液体而言，只要能形成均匀的相就算作一相。例如，水和乙醇可以以任意比例混合，因此这两种液体形成的系统仅有一相，而水和油一般情况是不互溶的，所以水油系统由两相构成。通过类似的启发分析，学生不仅能轻松地理解那些难懂的概念、原理，还能重新回顾之前所学的知识，事半功倍，教学效果明显。
（三）实验探索教学
为了激发学生的学习兴趣，笔者在理论学习的同时安排了相应的实验课程，旨在培养学生的动手能力和科学的思维方式。例如，第三章水溶液化学涉及到了很多的化学平衡反应，笔者设计了一个“酸碱滴定平衡实验”，学生能够更加直观地感受酸碱平衡的过程，从而更好地理解酸和碱的解离平衡。这样，学生不仅可以巩固课堂上学习的理论知识，还能在实验过程中培养科学的思维方式，经历“发现问题-解决问题-思考总结”的科学过程，为将来本学科的科研训练奠定坚实基础。除了课程安排的实验课时，笔者还从自身经历出发，分享博士阶段的一些简单实验现象，帮助学生更好地理解某些难懂的概念。例如，第二章“化学反应的基本原理与大气污染控制”中提到的热力学第二定律指出，隔离系统的自发反应必然伴随着熵的增加，也就是熵增原理。“熵”，也就是混乱度，是一个新提出的概念，学生一开始碰到这个概念时，很难理解混乱度到底指的是什么。因此，笔者借用博士阶段对一维纳米材料的自组装实验，给学生分别展示了原始状态下相互缠绕的一维无机纳米线的扫描电子显微镜照片，和经过有机物吹泡法自组装后的定向排列纳米线阵列的光学显微镜照片，让学生直接观察到纳米材料的一个自发定向过程，从而更好地理解了混乱度的概念。实验是一切理论知识的基础，通过实验探索教学，可以帮助学生从本质上理解化学知识，而不是死记硬背，并能加强知识记忆，提高教学质量。
（四）立体化教学
多媒体教学在大学教育中越来越普及，笔者也在教学过程中引入了图片、视频、甚至是动画元素，使学生对化学知识有一个形象、立体的感知，更能营造轻松愉悦的课堂氛围，激发学生兴趣。例如，在讲解原子轨道杂化时，笔者引入了动画元素，分别演示了不同原子轨道的杂化过程，学生在这部分难点知识的学习反而比之前概念性的学习效果更好。除多媒体教学外，笔者尽量将复杂晦涩的化学知识与现实生活联系起来，理论联系实际，这样能更好地帮助学生理解记忆。例如，在介绍系统的分类时讲到开放系统、开放系统和隔离系统，虽然从是否与环境有物质和能量交换的角度来讲解，学生也能理解，但也仅限于一个模糊懵懂的概念。故在课堂上，笔者分别以盛有热水且杯盖打开的塑料水杯、盛有热水但杯盖关闭的塑料水杯和盛有热水的密闭保温杯来类比这三种系统，学生很快就能接收理解这个概念，并在脑海中建立相比于书本知识更立体的三维影像，长时记忆效果更佳。因此，通过不同手段的立体化教学，不仅能引导学生理解知识点，还能加强知识在学生脑海中的记忆，教学效果显著提高。
三 大学化学在机械与海洋工程专业的探索实践
大学化学到底对机械与海洋工程工程专业的学生有何实用意义呢？其实，大学化学的学习，不是为了让学生掌握深厚的化学知识从而培养一个出色的化学家，而是为了让学生从化学的角度去看待分析问题。比如，该专业的学生将长期与海洋机械打交道，如何做好海上机械化机器的防腐蚀工作是他们重点关注的问题。故笔者在课程中也侧重了这方面知识的介绍，希望能让学生学有所用。例如，可以选择较活泼的金属或者合金链接在需要被保护的金属外壳上，那么较活泼的金属就可作为腐蚀电极的阳极，从而被腐蚀的部分就变成新添加的较活泼的金属，而原本会被腐蚀的金属外壳就可以得到电子作为阴极被保护下来，这种牺牲阳极法常常选择铝合金、镁合金、或锌合金等作为阳极材料，用于轮船外壳、锅炉和海底设备的保护。另外，机械应力、热应力等因素也会加快海洋机器中金属的化学腐蚀，例如金属与金属间的缝隙、拐角会导致应力集中，该应力集中部分就极易成为阳极腐蚀点，因此金属构件结构的合理设计和保护也至关重要，应当避免金属材料，特别是电极电势相差比较大的材料，相互接触。如果特殊情况下必须把两种金属部件放在一起，那么最好用一些绝缘材料（如橡皮、塑料、泡沫、陶瓷等）将二者分开。这些知识点虽然很好理解，但为了加强学生的记忆，以及实验动手能力，笔者安排了一些系列的自主设计电化学电池实验，帮助学生更好地理解和运用金属防腐蚀的电化学知识，同时通过亲身设计和动手实践，培养了学生的动手能力、思维能力以及创新能力，从而起到了提高学生素质，培养创新型研究人才的作用。
同样，当今社会越来越强调“绿色化学”概念，即如何通过合理设计生产线，建立了绿色环保的生产路径，从而减少副产物的生成，降低环境污染。那么，作为高校教育者，应将“绿色化学”作为与《大学化学》课程目标同等重要的教学任务，引导学生在保证本专业工作正常开展的同时，有效减少环境污染及能源消耗。因此，笔者也特别注重了这方面知识的引导，努力承担了推广“绿色化学”的任务，希望学生能学以致用，为绿色化学、绿色社会贡献自己的一份微薄之力。
四 结语
大学化学是一门有着重要意义的学科，笔者通过不同教学方式的课程改革，以及对非化学类专业的在金属防腐蚀和绿色化学两方面的探索实践，取得了不错的教学效果，激发了学生的学习兴趣，夯实了学生的化学基础，基本实现了课程设置的目标。当然，教学的改革不能就此停止，壁纸希望能够通过自身不断的努力，继续推动大学化学课程的教学改革，为高等教育事业培养更多具有深厚化学背景的创新型研究人才。
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