土木工程类专业普通化学教学改革的研究与实践*

陈云 吴庆生

(同济大学化学系 上海200092)

随着研究的深入和学科的发展，化学作为一门基础学科已不断渗透到材料、生命、环境、能源、食品、海洋、地质、土建等学科领域中［1］。普通化学是面向同济大学非化学化工类理工科专业开设的一门重要的公共基础课，修课学生数量多，涉及的专业面广，但是课程本身受重视的程度还远远不够。对于这一现象，笔者进行了思考，认为这种现象是不合理的，其不合理的根源在于普通化学课程本身。普通化学课程在将“知识传授、能力培养与人格形成”结合于一体的方面做得不够，在能力培养和人格形成方面没有体现出课程的价值。近年来，教学团队加强了普通化学公共基础课程建设，并结合土木工程类专业的特点，积极进行课程内容、教学方法、评价体系等方面的研究与改革，使普通化学课程成为联系化学基本理论与工程具体实践的桥梁，对于优化学生的知识结构，实施宽口径人才培养模式，培养“卓越工程师”具有现实意义［2］。

1 激发学习兴趣

我校普通化学课程在大学一年级第一学期开设，此时，学生对自己专业的理解还不深，也很少会思考化学与专业的关系。所以，教师会在第一节课向学生提出“土木工程专业的学生为什么要学习化学”这个问题，让大家思考和讨论。此时得到的回答大多为“化学是基础学科，必须要学习”;“化学和材料有关，土木工程要与材料打交道，所以要学习化学”;等等。接着，教师再让学生思考:在911事件中，世贸大楼倒塌的真正原因是什么［3］;硅酸盐水泥的桥墩在海水中会被侵蚀吗，发生了什么样的化学反应［4］;如何减慢或阻止钢结构材料的锈蚀［5］;如何提高高速公路的抗震性能［6］。这些具体问题的提出，引起了学生的积极思考和热烈讨论。随着各种解答的出炉，学生对化学与土木工程的关系有了更深刻的理解，激发了学生学好化学的热情，也提高了学生对普通化学这门课程的重视程度。

2 优化教学内容

我校为所有非化学化工类专业开设的普通化学课程用的是同一本教材，但是根据专业的差异，所讲内容各有侧重，力求能够满足专业需求、体现专业特色。就土木工程专业而言，根据专业的培养目标和实际需求，我们在普通化学的教学内容上，对基本化学原理部分采用了“少而精”的原则，强化了对胶体化学、电化学、硅酸盐无机化合物、材料化学等土木工程专业所必需的化学基础知识的教学，以增强学生将化学基础知识与工程实践相联系的能力，使学生能够运用化学知识解决工程实践中的问题。

在讲授某个具体知识点时，我们会结合实际应用展开讨论。比如在学习胶体溶液相关知识部分，讲述胶体的电泳和电渗性质时，结合结构施工中的应用实例，强调电渗作用在工程实践中的用途，以加强学生理论与实践的联系;介绍化学胶凝作用在岩土化学改良和改性、加固与防渗中的应用，以加深学生对胶凝作用的理解及其应用领域的认识;在学习溶液的渗透压时，结合化学浆液的自动吸渗机制，介绍化学灌浆技术的基本原理等［7］。通过对教学内容的优化，让学生在理解化学基本知识的同时，强化化学与土木工程专业的联系，使他们能够学以致用，将科学知识和原理应用于分析和解决专业问题。

3 以能力培养为目标的教学方法改革

3.1 以教师为引导

教学是学生在教师指导下进行的有目的、有计划的学习活动。教师在教学过程中应与学生积极互动，注重培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，创设能引导学生主动参与的教学环境，激发学生的学习积极性。

比如，在讲解抽象的分子间作用力时，先引出问题:壁虎为什么能够附在墙壁上不掉下来?科幻电影《蜘蛛侠》中的主角飞檐走壁的本领能够变为现实吗?然后给学生3～5分钟时间思考和讨论，让他们带着各种各样的答案，学习分子间作用力的知识。最后，介绍壁虎脚趾上有数百万根微米级刚毛和纳米级绒毛阵列，在与接触表面接触后可产生范德华力形成超级黏附力［8］。这样就能帮助学生得出最终的答案，并为人类能够如“蜘蛛侠”般行动设计可行的方案。

师生间的这种互动、提问、设疑、解答，能使学生在愉悦的情境中完成对抽象知识的学习，并主动参与到分析问题、解决问题的过程中，提高思辨能力和创造力。

3.2 以学生为主体

我们在课程中让学生客串小老师，讲解一些较为简单、有趣的知识点，并接受提问。这样既可以丰富课堂教学，激发学生的学习兴趣，又能培养学生自学、提问和表达的能力以及思辨能力。评价可以采取同学互评与导师点评相结合的方式。例如，在讲解了金属的腐蚀与防护后，学生对钢结构的腐蚀问题特别感兴趣，在大海里的桥墩和在长江里的桥墩腐蚀程度有何差异，在雨水多的南方和干燥寒冷的北方钢结构的腐蚀差异等，应如何防止或缓解腐蚀程度;在讲解沉淀溶解平衡时，学生可以利用平衡的理论知识来解释结石的形成及预防结石形成的措施;在学习了原电池的基本原理后，学生可结合电化学的基本原理，对商业电池的种类、工作原理及优缺点进行分析，并设计性能更好的电池产品;还有部分学生对电池产业造成的环境问题比较感兴趣，可以让他们查阅资料，谈谈对环境的影响及处理手段。实践证明，这样的授课方式受到学生的欢迎，能提高学生查阅资料、分析问题、解决问题的能力;讲解和点评的过程有助于培养学生的表达和思辨能力。

由于本课程的特点，不可能安排所有学生都以演讲的方式开设专题小报告，可以让学生用小论文的形式反映自己的想法。主题可以是生活中的化学问题、课程中的某个知识点、化学知识与本专业相结合的思想火花，等等。例如，学生利用电化学原理的知识，查阅目前废旧电池的回收情况，就废旧电池的回收提出了自己的看法等。通过这种方式可以培养学生的文献查阅能力、归纳总结能力、提炼科学问题能力以及创新能力，同时可使他们在撰写论文方面得到锻炼。

3.3 以专题讲座拓展学生视野

我校普通化学课程主讲教师多年来都在利用课时外的时间安排专题讲座。如2012-2013学年第一学期的讲座中安排了蛋白质与分子疾病，能源化学，新型合金及复合材料，生命化学，环境与化学，稀土新材料，药物与手性化学，食品中的化学与人类健康，新能源材料，纳米材料与纳米科技等10个专题，每个专题讲座时间控制在2～3学时。要求每位学生根据自己的兴趣至少参与2个专题讲座。讲座不点名考勤，而是在期终考试中设置与讲座内容相关的考题(10选2)对学生参与讲座的情况进行考察。

专题讲座可以拓宽学生的视野，把化学理论与生活、生产实践相结合;同时也能使学生感受到化学与生活质量的提高、生产的进步、生活的质量等密切相关，是一门能满足人类需求、社会需要的科学;从而激发学生学习化学、学好化学的热情，启迪学生的创新思维，提升学生的科学素养。

4 评价体系的改革

考核评价体系必须与新的教学方式相适应［9］，因此普通化学课程的考核方式应向“多模式平时成绩与多种考试方式结合”转变，从平时成绩多模式化以及考试方式多样化两个方面着手，以考促教、以考促学。这就要求教师提高责任心，精心设计教学方案，加强与学生的交流;要注意激发学生的学习兴趣，发挥他们的主观能动性，提高他们学习、提问、沟通、表达及创新的能力。新考核评价体系的制定，旨在对学生“知识、能力和人格(素质)”的综合表现进行评定;对学生的知识掌握、课堂表现、网络参与、演讲展示等多方面进行考核，力求全面反映学生的综合素质。

表1列出了改革后的考核评价体系组成项目及所占分值，评价方案可概括为:多模式平时成绩与多方式考试相结合的考核评价方式。其中，平时成绩中的出勤主要通过教师课堂互动提问进行随机检查;能按时完成作业即得到5分，完成质量排名前10%的学生可以获得1～5分的加分，这样可以促使学生认真完成作业，减少抄袭现象，从而更真实地反映学生对知识的掌握情况。

表1 考核评价组成表

优秀的学生应该是知识、能力和素质全面发展的学生，这一点在我们的考核方式改革中也得到了很好的体现。从表1可以看出，在新的评价体系中，仅仅全勤、认真按时完成作业并且考试成绩很好，而没有积极参与其他环节的学生是无法获得优等评价的。因此，相较于单一的考核方式，新的考核评价体系能够更加科学和全面地反映学生的知识、能力和综合素质。

5 结语

以上4项改革措施在本校土木工程类专业普通化学教学过程中起到了良好的作用，提高了教学质量，获得了良好的教学效果。希望能为高等学校非化学化工类专业普通化学的教学提供参考。

［1］叶成.化学学科发展综合报告(2006).化学学科发展研究报告.北京:中国学术期刊电子杂志出版社，2006

［2］林峰，顾祥林，何敏娟.高等建筑教育，2006，15(1):26

［3］牛发民.工程建设与设计，2011(9):69

［4］李华，孙伟，左晓宝.硅酸盐学报，2012，40(8):1119

［5］钟芳.装备制造技术，2008(5):134

［6］杨海荣，郑琦编译.国外桥梁，1997(2):69

［7］邹波.中国水运，2012，12(11):196

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

［9］佘远富，王庆仁.高等工程教育研究，2011(6):111