化学课程中经典内容教学的现代化问题论文.doc

化学课程中经典内容教学的现代化问题论文 无论化学科学怎样发展总会有一些以往的教学内容被保留下来像一些以前发现的元素的性质及其化学反应、经典的容量和重量分析方法、元素及化合物的分离和提纯方法等这些内容在化学教育课程中被称为经典内容现代化学教学中应该怎样处理这些经典的内容呢?是完全不保留还是建立一个全新的化学教学体系将这些内容有选择地保留在新的体系中呢?本文将就此问题进行探讨 1什么是化学课程中的经典内容 化学科学史对于经典化学时期与现代化学时期的分期问题存在着两种不同的观点一种观点认为以原子序为基础的元素周期系建立以后的化学是现代化学之前的化学是经典化学这种观点是以20世纪初卢瑟福的原子核结构实验作为基础;另一种观点认为现代化学与经典化学的分期以鲍林出版化学键的本质一书作为分界线但是鲍林等人的理论是以量子力学作为基础的量子力学理论的形成也是在20世纪初因此这两种观点从时间上讲时期的划分相距不远从学术观点上看二者都是以现代原子、分子结构理论的建立时间作为基础的分期 从以上的分期来看现在大学里讲授的化学课程中许多都是经典化学的内容而且地位非常重要 如无机化学中的元素化学部分分析化学课程中经典的容量和重量分析方法有机化学中很多重要经典合成反应、手性化合物分离方法、布特列洛夫的化学结构学说、凯库勒苯环结构以及物理化学中的化学热力学理论、电离学说、络合物热力学理论、氧化还原理论等都是经典内容 2重新评价经典化学内容在现代化学教育中的地位 尽管现代化学科学已出现了诸多新的理论和实验方法应用了现代仪器分析和信息与计算机技术经典化学的方法仍然在现代化学科学体系中占有举足轻重的地位主要表现在以下几个方面： (1)经典化学实验的方法被作为现代方法的标准很多现代大型化学分析仪器的化学基准物是用经典的化学实验方法分离提纯和分析之后才作为标准的在判断很多新的化学分析实验方法是否准确时也是通过与经典方法进行比较后才得到结论 (2)有些现代的理论和方法中整合了经典的理论和方法有些是对经典理论和方法的修正和扩展例如现代的量热方法虽然更智能化却应用了经典化学热力学的原理和量热学方法;又如现在合成一个有机化合物其中一些步骤是经典的有机合成反应还可以发现有些物理化学的定律在修正之后可以扩大应用范围甚至适用于其他的化学科学领域;合成化学家将一些经典的化学合成方法改进之后使其用途更广泛 （3)在现代化学分析方法的样品预处理方法中很多都是经典方法或者借鉴了经典方法的原理而有机化合物在进行波谱分析前样品先要用经典元素分析方法确定最简式 (4)现代化学理论并非十全十美现时无法解决的问题还要从经典理论和方法中寻求智慧 同时应该告诉学生经典理论和方法的局限性及其适用范围经典理论为了简化解决问题步骤物质结构以及化学反应模型忽略了很多存在的相互作用有些是经验型的缺乏定量的逻辑关系其理论缺乏普适性经典实验方法一般适用于高的反应物用量不适用于微量物质的化学反应 3经典化学教学内容的取舍与讲授课时的确定 随着化学科学的发展有些经典教学内容应被淘汰有些内容仍然重要应该保留现在化学教学中取舍的原则经典内容教学课时应该怎样确定呢 首先应该保留那些在化学科学发展历史过程中不可忽略的部分告诉学生这些内容对于现代化学科学的影响 还有一些内容是无论在科学研究还是在产业界以及社会服务机构都已不再采用的方法可是教师认为这些方法的教学可以用来培养学生的科学思维能力在20世纪80年代大学化学教科书中还使用硫化氢体系定性分析18种阳离子的实验教学|21而当时的化学工业界、医药、商检和司法界已开始广泛使用光谱学分析方法那时的化学教师之所以保留这个体系是由于他们认为虽然这个体系很经典却可以帮助学生学会应用简单的化学反应将无机离子分组分离的逻辑思维方法熟悉常见的化学试剂和仪器的使用方法而不是简单地仅仅知道使用现代化学分析仪器进样和输出数据结果后来由于污染和毒性的原因这个体系被淘汰掉了对于这部分内容可以寻找其他可以使学生得到类似的思维训练的体系代替同时能够克服以往方法的缺陷 主张多讲授经典内容的教师认为:除非学生毕业后专业从事经典内容的教学、科研工作或者他们在产业界和社会服务机构的工作恰恰与这些内容相关他们可能终身都不会再有机会接触到这些内容 对于他们来讲这些内容是第一次学习也是最后一次学习那么经典部分的教学就非常重要 主张少讲授的教师有另外的观点：学生毕业以后需要就业因为产业界及政府机构会很快更新技术过多地学习经典课程似乎是多余的甚至成为教育与现实脱节的一个原因高等教育正在出现高等基础教育与高等职业教育一体化的趋势高等教育课程的内容更实用、更适应人才市场需求也是评价大学教育水准的一个重要方面 教师在教育学生时应该给予他们一个完整的科学体系而不是为了实用只去告诉学生这个体系的一些部分设计现代的化学教学体系时是仅仅考虑很快谋得职业还是考虑为学生开辟更广阔的发展前景这是决定化学课程中经典内容取舍和教学课时时应该思考的问题 4重新系统化 无论是波义耳出版怀疑的化学家的时代还是门捷列夫发现化学元素周期律的时代以及20世纪初由原子结构理论和量子力学推动的化学科学革命的时代化学科学曾多次重新系统化化学教育也跟随化学科学的发展多次重新系统化今天的化学科学出现了很多新的理论和实验方法如纳米科学、单分子光谱学、新的有机合成方法等;化学教育的注意力也在转移更趋向生物体系以及能源和环境问题所以化学教学也在面临重新系统化的问题我认为对教科书以及理论和实验教学方法的重新系统化应该考虑以下原则 (1）谨于现代的化学结构和化学反应的理论 基于经典部分同现代化学科学的联系用现代化学科学的观点去重新审视经典内容建立新的化学教育体系将保留的经典内容整合在新体系中例如现代有机化学在讲授苯的性质、结构和化学反应时仍旧保留了凯库勒苯环结构以及很早以前就已发现的苯的化学反应等经典内容用分子轨道理论去阐述问/题 (2)基于教育的规律 不仅仅是化学科学在发展教育科学在近20年也在发展考虑接受教育的主体在变化|31新的教育方法要融合在新的化学教学体系中化学教师要与教育心理学、教育社会学专家合作研究建立新体系 在化学教学中阐述问题的先后次序往往与科学发现的历史顺序不同例如讲授元素化学部分是根据化学元素周期表的顺序而不是根据元素发现的历史顺序；因为这样讲授学生更容易理解同时不违背科学规律 1998年联合国教科文组织在21世纪世界高等教育宣言:愿景与行动中提出：创新教育的方法是具有批评能力的思考和创造力宣言肯定了以学生为导向的教学方法并且指出：新的教育方法还意味着新的教学内容以及与之相应的新的教学试验方法不仅仅发展学生的记忆力还要发展他们的理解力、实际工作技能和创造力如果采用建构主义14的学习方法告诉学生一些建构的原则和方法把用于建构的理论和实验的模块给他们把经典的和现代的化学知识模块给他们让他们自己去建构新的化学科学大厦然后用他们的大厦跟前辈大师的大厦去比较他们会发现自己应该向大师学习什么他们也可能还会发现大师的缺陷无论是在知识模块里还是在由模块构成的体系中以及构造的方法可能都存在问题当学生能够提出问题并且懂得为了给出问题的答案如何重新学习时这才标志着达到了教学的目的 (3）谨于国际标准化原则 现在有些化学教师在教学中并没有使用IPAC最新颁布的化学原子量数据;有些化学教师没有访问过UPAC的网站去认真阅读过跟自己教学的专业有关的专业术语和名词的文章;很多大学化学教学实验室的实验条件数据(TP）和实验仪器（天平、容量仪器沫作过国际标准化的校正教科书中经典内容的编纂和教学应该采用新的名词术语和国际标准数据 (4)基于智能化原则 化学教师不应该重复劳动应该更有创造性地从事教学工作如建立智能化互联网教学答疑系统把学生提问率高的问题和答案放在教学网络上使学生可以自己搜索提问和获得答案这样教师可以有更多时间与学生讨论一些有争议的问题又如在互联网上开辟化学科学教育社区使教师和学生可以更自由地在不同的时间和空间讨论问题 智能化教学不仅仅是学生自己编写计算机程序去处理经典化学的计算问题使用像EXCEL这样的软件更重要的是要将经典的化学知识模块化整合在化学计算机数据库中设计出虚拟的解决化学问题的程序这种程序可以判断化学反应的可能性预言反应产物和动力学途径以及是不是生态化的反应还可以控制自动化和机器视觉化化学实验系统总之应用智能化技术可以令经典化学实验教学更具有吸引力而且还可以缩短实验时间得到更准确的数据为学生将来在科研和产业界就职打下基础16 应该注意的问题是智能化教学系统是为帮助学生建立正确的科学概念设计的有些教师在PFT中使用了动漫技术、FLASH技术帮助学生理解一些化学科学概念但是这些技术表达的图像有时与的物质结构和化学反应相去甚远容易给学生造成错误的印象所以教学使用的图像应与的化学反应图像越接近越好如果图像是示意的一定要向学生说明 (5)基于生态化原则 生态化的观点认为:如果化学反应过程的反应物和产物以及化学反应能量与自然体系的交换方式不对自然物种及其食物链构成破坏不影响生态体系平衡就可以认为是生态化的化学反应 现在化学教科书中叙述的一些经典化学分析方法以及一些高产率的经典有机合成反应使用对人体有害的试剂产物也污染环境这些方法将来可能被淘汰作为化学科学史的部分这些方法都曾有过很重要的作用这些方法的原理对于建立新方法可能作为借鉴和参考如果课程中保留这些内容也只是保留原理同时应告诉学生方法中存在的生态问题将来应用这些方法时化学反应要根据生态化要求重新设计 1)对于帮助学生理解原理和学习方法的实验应尽量选择生态化试剂考虑产物是不是生态化比如碱标定实验选用草酸作为基准物比邻苯二甲酸氢钾更符合生态化要求因为前者是天然产物它的降解产物也很容易步入自然循环中不至于对自然生态造成破坏 2)化学实验教学应该减少试剂用量现在经典常量化学实验使用试剂量过多与实际工作要求有很大差距过高的试剂使用量也造成过多的废弃物但是试剂减量也会带来一些问题原来的方法可以观察到的现象可能会观察不到原来的方法可以得到的准确数据也可能得不到了所以经典方法的实验化学反应和观察计量用的实验仪器都要重新设计 3)现实工作中很多环境、医药的分析工作要分析和处理毒物和污染物而生态化的替代试剂和方法还没有出现决定了实验体系还不可能是生态化的但是为了培养学生的工作能力又不得不保留这些实验方法因此要有标准化的防护和处理废弃物的方法 4)经典化学实验室的设备要及时更新应将汞温度计换成数字式的;将直接排放水的旧式回流冷凝水管换成电动循环冷凝装置以节约大量净化过的水;要更换含有毒金属的实验设备和高耗能设备以节约实验成本并使实验过程更安全 5)化学工作者要与生态学专家合作建立化学实验室的生态评估体系请生态学专家对化学实验室作出生态化评估|81因为化学产业的生态化的革命是从实验室开始的大学化学教学应该帮助学生建立这样的理念 5小结 现在的化学教师可能是