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化學課程中經(jīng)典內(nèi)容教學的現(xiàn)代化問題論文
無論化學科學怎樣發(fā)展，總會有一些以往的教學內(nèi)容被保留下來，像一些以前發(fā)現(xiàn)的元素的性質(zhì)及其化學反應(yīng)、經(jīng)典的容量和重量分析方法、元素及化合物的分離和提純方法等，這些內(nèi)容在化學教育課程中被稱為經(jīng)典內(nèi)容�，F(xiàn)代化學教學中應(yīng)該怎樣處理這些經(jīng)典的內(nèi)容呢?是完全不保留，還是建立一個全新的化學教學體系，將這些內(nèi)容有選擇地保留在新的體系中呢?本文將就此問題進行探討。
1什么是化學課程中的經(jīng)典內(nèi)容
化學科學史對于經(jīng)典化學時期與現(xiàn)代化學時期的分期問題存在著兩種不同的觀點。一種觀點認為，以原子序為基礎(chǔ)的元素周期系建立以后的化學是現(xiàn)代化學，之前的化學是經(jīng)典化學，這種觀點是以20世紀初盧瑟福的原子核結(jié)構(gòu)實驗作為基礎(chǔ);另一種觀點認為，現(xiàn)代化學與經(jīng)典化學的分期以鮑林出版《化學鍵的本質(zhì)》一書作為分界線。但是鮑林等人的理論是以量子力學作為基礎(chǔ)的量子力學理論的形成也是在20世紀初。因此，這兩種觀點從時間上講，時期的劃分相距不遠。從學術(shù)觀點上看，二者都是以現(xiàn)代原子、分子結(jié)構(gòu)理論的建立時間作為基礎(chǔ)的分期。
從以上的分期來看，現(xiàn)在大學里講授的化學課程中許多都是經(jīng)典化學的內(nèi)容，而且地位非常重要。
如無機化學中的元素化學部分，分析化學課程中經(jīng)典的容量和重量分析方法，有機化學中很多重要經(jīng)典合成反應(yīng)、手性化合物分離方法、布特列洛夫的化學結(jié)構(gòu)學說、凱庫勒苯環(huán)結(jié)構(gòu)，以及物理化學中的化學熱力學理論、電離學說、絡(luò)合物熱力學理論、氧化還原理論等都是經(jīng)典內(nèi)容。
2重新評價經(jīng)典化學內(nèi)容在現(xiàn)代化學教育中的地位
盡管現(xiàn)代化學科學已出現(xiàn)了諸多新的理論和實驗方法，應(yīng)用了現(xiàn)代儀器分析和信息與計算機技術(shù)經(jīng)典化學的方法仍然在現(xiàn)代化學科學體系中占有舉足輕重的地位，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)經(jīng)典化學實驗的方法被作為現(xiàn)代方法的標準，很多現(xiàn)代大型化學分析儀器的化學基準物是用經(jīng)典的化學實驗方法分離提純和分析之后才作為標準的，在判斷很多新的化學分析實驗方法是否準確時，也是通過與經(jīng)典方法進行比較后才得到結(jié)論。
(2)有些現(xiàn)代的理論和方法中整合了經(jīng)典的理論和方法，有些是對經(jīng)典理論和方法的修正和擴展。例如，現(xiàn)代的量熱方法，雖然更智能化，卻應(yīng)用了經(jīng)典化學熱力學的原理和量熱學方法;又如，現(xiàn)在合成一個有機化合物，其中一些步驟是經(jīng)典的有機合成反應(yīng)。還可以發(fā)現(xiàn)，有些物理化學的定律在修正之后可以擴大應(yīng)用范圍，甚至適用于其他的化學科學領(lǐng)域;合成化學家將一些經(jīng)典的化學合成方法改進之后，使其用途更廣泛。
�。�3)在現(xiàn)代化學分析方法的樣品預(yù)處理方法中^很多都是經(jīng)典方法或者借鑒了經(jīng)典方法的原理，而有機化合物在進行波譜分析前，樣品先要用經(jīng)典元素分析方法確定最簡式。
(4)現(xiàn)代化學理論并非十全十美，現(xiàn)時無法解決的問題，還要從經(jīng)典理論和方法中尋求智慧。
同時，應(yīng)該告訴學生經(jīng)典理論和方法的局限性及其適用范圍。經(jīng)典理論為了簡化解決問題步驟，物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及化學反應(yīng)模型忽略了很多真實存在的相互作用，有些是經(jīng)驗型的，缺乏定量的邏輯關(guān)系，其理論缺乏普適性。經(jīng)典實驗方法一般適用于高的反應(yīng)物用量，不適用于微量物質(zhì)的化學反應(yīng)。
3經(jīng)典化學教學內(nèi)容的取舍與講授課時的確定
隨著化學科學的發(fā)展，有些經(jīng)典教學內(nèi)容應(yīng)被淘汰，有些內(nèi)容仍然重要，應(yīng)該保留�，F(xiàn)在化學教學中取舍的原則是什么？經(jīng)典內(nèi)容教學課時應(yīng)該怎樣確定呢？
首先，應(yīng)該保留那些在化學科學發(fā)展歷史過程中不可忽略的部分，告訴學生這些內(nèi)容對于現(xiàn)代化學科學的影響。
還有一些內(nèi)容是無論在科學研究，還是在產(chǎn)業(yè)界以及社會服務(wù)機構(gòu)都已不再采用的方法，可是教師認為這些方法的教學可以用來培養(yǎng)學生的科學思維能力。在20世紀80年代，大學化學教科書中還使用硫化氫體系定性分析18種陽離子的實驗教學|21，而當時的化學工業(yè)界、醫(yī)藥、商檢和司法界已開始廣泛使用光譜學分析方法，那時的化學教師之所以保留這個體系，是由于他們認為，雖然這個體系很經(jīng)典卻可以幫助學生學會應(yīng)用簡單的化學反應(yīng)將無機離子分組分離的邏輯思維方法，熟悉常見的化學試劑和儀器的使用方法，而不是簡單地僅僅知道使用現(xiàn)代化學分析儀器進樣和輸出數(shù)據(jù)結(jié)果。后來，由于污染和毒性的原因，這個體系被淘汰掉了。對于這部分內(nèi)容，可以尋找其他可以使學生得到類似的思維訓練的體系代替，同時能夠克服以往方法的缺陷。
主張多講授經(jīng)典內(nèi)容的教師認為:除非學生畢業(yè)后專業(yè)從事經(jīng)典內(nèi)容的教學、科研工作，或者他們在產(chǎn)業(yè)界和社會服務(wù)機構(gòu)的工作恰恰與這些內(nèi)容相關(guān)，他們可能終身都不會再有機會接觸到這些內(nèi)容。
對于他們來講，這些內(nèi)容是第一次學習也是最后一次學習，那么，經(jīng)典部分的教學就非常重要。
主張少講授的教師有另外的觀點：學生畢業(yè)以后需要就業(yè)，因為產(chǎn)業(yè)界及政府機構(gòu)會很快更新技術(shù)，過多地學習經(jīng)典課程似乎是多余的，甚至成為教育與現(xiàn)實脫節(jié)的一個原因。高等教育正在出現(xiàn)高等基礎(chǔ)教育與高等職業(yè)教育一體化的趨勢，高等教育課程的內(nèi)容更實用、更適應(yīng)人才市場需求也是評價大學教育水準的一個重要方面。
教師在教育學生時，應(yīng)該給予他們一個完整的科學體系，而不是為了實用只去告訴學生這個體系的一些部分。設(shè)計現(xiàn)代的化學教學體系時，是僅僅考慮很快謀得職業(yè)，還是考慮為學生開辟更廣闊的發(fā)展前景，這是決定化學課程中經(jīng)典內(nèi)容取舍和教學課時時應(yīng)該思考的問題。
4重新系統(tǒng)化
無論是波義耳出版《懷疑的化學家〉的時代，還是門捷列夫發(fā)現(xiàn)化學元素周期律的時代，以及20世紀初由原子結(jié)構(gòu)理論和量子力學推動的化學科學革命的時代，化學科學曾多次重新系統(tǒng)化，化學教育也跟隨化學科學的發(fā)展多次重新系統(tǒng)化。今天的化學科學出現(xiàn)了很多新的理論和實驗方法，如納米科學、單分子光譜學、新的有機合成方法等;化學教育的注意力也在轉(zhuǎn)移，更趨向生物體系以及能源和環(huán)境問題。所以，化學教學也在面臨重新系統(tǒng)化的問題。我認為，對教科書，以及理論和實驗教學方法的重新系統(tǒng)化應(yīng)該考慮以下原則。
(1）謹于現(xiàn)代的化學結(jié)構(gòu)和化學反應(yīng)的理論。
基于經(jīng)典部分同現(xiàn)代化學科學的聯(lián)系，用現(xiàn)代化學科學的觀點去重新審視經(jīng)典內(nèi)容，建立新的化學教育體系，將保留的經(jīng)典內(nèi)容整合在新體系中。例如，現(xiàn)代有機化學在講授苯的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和化學反應(yīng)時，仍舊保留了凱庫勒苯環(huán)結(jié)構(gòu)以及很早以前就已發(fā)現(xiàn)的苯的化學反應(yīng)等經(jīng)典內(nèi)容，用分子軌道理論去闡述問/題。
(2)基于教育的規(guī)律。
不僅僅是化學科學在發(fā)展，教育科學在近20年也在發(fā)展，考慮接受教育的主體在變化|31，新的教育方法要融合在新的化學教學體系中，化學教師要與教育心理學、教育社會學專家合作研究建立新體系。
在化學教學中，闡述問題的先后次序往往與科學發(fā)現(xiàn)的歷史順序不同。例如，講授元素化學部分是根據(jù)化學元素周期表的順序，而不是根據(jù)元素發(fā)現(xiàn)的歷史順序；因為這樣講授學生更容易理解，同時不違背科學規(guī)律。
1998年，聯(lián)合國教科文組織在《21世紀世界高等教育宣言:愿景與行動〉中提出：創(chuàng)新教育的方法是具有批評能力的思考和創(chuàng)造力。宣言肯定了以學生為導向的教學方法，并且指出：新的教育方法還意味著新的教學內(nèi)容，以及與之相應(yīng)的新的教學試驗方法，不僅僅發(fā)展學生的記憶力，還要發(fā)展他們的理解力、實際工作技能和創(chuàng)造力。如果采用建構(gòu)主義14的學習方法，告訴學生一些建構(gòu)的原則和方法，把用于建構(gòu)的理論和實驗的模塊給他們，把經(jīng)典的和現(xiàn)代的化學知識模塊給他們，讓他們自己去建構(gòu)新的化學科學大廈，然后用他們的大廈跟前輩大師的大廈去比較，他們會發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該向大師學習什么，他們也可能還會發(fā)現(xiàn)大師的缺陷，無論是在知識模塊里，還是在由模塊構(gòu)成的體系中，以及構(gòu)造的方法，可能都存在問題。當學生能夠提出問題，并且懂得為了給出問題的答案如何重新學習時，這才標志著達到了教學的目的。
(3）謹于國際標準化原則。
現(xiàn)在有些化學教師在教學中并沒有使用IPAC最新頒布的化學原子量數(shù)據(jù);有些化學教師沒有訪問過UPAC的網(wǎng)站，去認真閱讀過跟自己教學的專業(yè)有關(guān)的專業(yè)術(shù)語和名詞的文章;很多大學化學教學實驗室的實驗條件數(shù)據(jù)(TP……）和實驗儀器（天平、容量儀器……沫作過國際標準化的校正。教科書中經(jīng)典內(nèi)容的編纂和教學應(yīng)該采用新的名詞術(shù)語和國際標準數(shù)據(jù)。
(4)基于智能化原則。
化學教師不應(yīng)該重復勞動，應(yīng)該更有創(chuàng)造性地從事教學工作。如建立智能化互聯(lián)網(wǎng)教學答疑系統(tǒng)，把學生提問率高的問題和答案放在教學網(wǎng)絡(luò)上，使學生可以自己搜索提問和獲得答案。這樣，教師可以有更多時間與學生討論一些有爭議的問題。又如在互聯(lián)網(wǎng)上開辟化學科學教育社區(qū)，使教師和學生可以更自由地在不同的時間和空間討論問題。
智能化教學不僅僅是學生自己編寫計算機程序去處理經(jīng)典化學的計算問題，使用像EXCEL這樣的軟件，更重要的是，要將經(jīng)典的化學知識模塊化，整合在化學計算機數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計出虛擬的解決化學問題的程序，這種程序可以判斷化學反應(yīng)的可能性，預(yù)言反應(yīng)產(chǎn)物和動力學途徑，以及是不是生態(tài)化的反應(yīng)，還可以控制自動化和機器視覺化化學實驗系統(tǒng)。總之，應(yīng)用智能化技術(shù)可以令經(jīng)典化學實驗教學更具有吸引力，而且還可以縮短實驗時間，得到更準確的數(shù)據(jù)，為學生將來在科研和產(chǎn)業(yè)界就職打下基礎(chǔ)16。
應(yīng)該注意的問題是，智能化教學系統(tǒng)是為幫助學生建立正確的科學概念設(shè)計的。有些教師在PFT中使用了動漫技術(shù)、FLASH技術(shù)幫助學生理解一些化學科學概念，但是這些技術(shù)表達的圖像有時與真實的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學反應(yīng)相去甚遠，容易給學生造成錯誤的印象。所以，教學使用的圖像應(yīng)與真實的化學反應(yīng)圖像越接近越好。如果圖像是示意的，一定要向?qū)W生說明。
(5)基于生態(tài)化原則。
生態(tài)化的觀點認為:如果化學反應(yīng)過程的反應(yīng)物和產(chǎn)物以及化學反應(yīng)能量與自然體系的交換方式，不對自然物種及其食物鏈構(gòu)成破壞，不影響生態(tài)體系平衡，就可以認為是生態(tài)化的化學反應(yīng)。
現(xiàn)在化學教科書中敘述的一些經(jīng)典化學分析方法，以及一些高產(chǎn)率的經(jīng)典有機合成反應(yīng)，使用對人體有害的試劑，產(chǎn)物也污染環(huán)境，這些方法將來可能被淘汰。作為化學科學史的部分，這些方法都曾有過很重要的作用，這些方法的原理對于建立新方法可能作為借鑒和參考。如果課程中保留這些內(nèi)容，也只是保留原理同時應(yīng)告訴學生方法中存在的生態(tài)問題，將來應(yīng)用這些方法時，化學反應(yīng)要根據(jù)生態(tài)化要求重新設(shè)計。
1)對于幫助學生理解原理和學習方法的實驗，應(yīng)盡量選擇生態(tài)化試劑，考慮產(chǎn)物是不是生態(tài)化，比如堿標定實驗選用草酸作為基準物比鄰苯二甲酸氫鉀更符合生態(tài)化要求，因為前者是天然產(chǎn)物，它的降解產(chǎn)物也很容易步入自然循環(huán)中，不至于對自然生態(tài)造成破壞。
2)化學實驗教學應(yīng)該減少試劑用量。現(xiàn)在經(jīng)典常量化學實驗使用試劑量過多，與實際工作要求有很大差距，過高的試劑使用量也造成過多的廢棄物。但是試劑減量也會帶來一些問題，原來的方法可以觀察到的現(xiàn)象可能會觀察不到，原來的方法可以得到的準確數(shù)據(jù)也可能得不到了，所以經(jīng)典方法的實驗化學反應(yīng)和觀察計量用的實驗儀器都要重新設(shè)計。
3)現(xiàn)實工作中，很多環(huán)境、醫(yī)藥的分析工作要分析和處理毒物和污染物，而生態(tài)化的替代試劑和方法還沒有出現(xiàn)，決定了實驗體系還不可能是生態(tài)化的。但是為了培養(yǎng)學生的工作能力又不得不保留這些實驗方法。因此，要有標準化的防護和處理廢棄物的方法。
4)經(jīng)典化學實驗室的設(shè)備要及時更新。應(yīng)將汞溫度計換成數(shù)字式的;將直接排放水的舊式回流冷凝水管換成電動循環(huán)冷凝裝置，以節(jié)約大量凈化過的水;要更換含有毒金屬的實驗設(shè)備和高耗能設(shè)備，以節(jié)約實驗成本，并使實驗過程更安全。
5)化學工作者要與生態(tài)學專家合作，建立化學實驗室的生態(tài)評估體系，請生態(tài)學專家對化學實驗室作出生態(tài)化評估|81。因為化學產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化的革命是從實驗室開始的，大學化學教學應(yīng)該幫助學生建立這樣的理念。
5小結(jié)
現(xiàn)在的化學教師可能是化學教育史上最為辛苦的化學教師。因為他們不僅要懂得化學的歷史一經(jīng)典和現(xiàn)代的化學科學概念的發(fā)展沿革，精通化學科學的方法一懂得理論分析、實驗技術(shù)和數(shù)學與計算機的處理方法，清晰地知道化學科學在整個科學體系中的位置以及化學與自然及社會的關(guān)系，學會用經(jīng)典的和現(xiàn)代的哲學觀念去思考化學問題，還要懂得全新的教育心理學和教育方法學，懂得藝術(shù)和美學，精通獲得化學資訊的方法，懂得知識產(chǎn)權(quán)的保護，懂得怎樣把化學知識市場化等等。由于他們正處在一個化學教育理念和方法轉(zhuǎn)折的時代，他們必須比以往的化學教師付出更多的勞動。
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