淺談關(guān)于化學(xué)元素起源的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)施方案

杜 斌

（天津工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，天津 300387）

1 現(xiàn)狀分析

化學(xué)（chemistry）是自然科學(xué)的重要組成部分，是研究物質(zhì)變化的科學(xué)[1]。在高等學(xué)校教學(xué)中，大學(xué)化學(xué)課程（包括：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)等）已成為化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)及眾多非化學(xué)類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程。大學(xué)化學(xué)的內(nèi)容不僅突出專業(yè)性，同時(shí)其實(shí)用性極強(qiáng)。隨著現(xiàn)代化學(xué)學(xué)科的發(fā)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(huán)境污染、可持續(xù)發(fā)展等，且與人們的生活與健康息息相關(guān)。學(xué)生可以通過相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，掌握化學(xué)專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)自身科學(xué)素養(yǎng)。眾所周知，門捷列夫提出的化學(xué)元素周期表是學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)。大學(xué)化學(xué)課程中雖然介紹過一些元素的發(fā)現(xiàn)歷程，但篇幅有限。并且，對(duì)于化學(xué)元素的起源—即化學(xué)元素在宇宙中是如何產(chǎn)生的？這一本源問題，在四大化學(xué)的相關(guān)課程中鮮有涉及。在上個(gè)世紀(jì)四十年代，科學(xué)家開始關(guān)注元素起源問題[2-4]。隨著物理學(xué)尤其是粒子物理學(xué)和天體物理學(xué)的發(fā)展，化學(xué)元素的起源與演化的理論初步形成,逐漸成為當(dāng)代自然科學(xué)研究的前沿?？紤]到其理論基礎(chǔ)以及學(xué)生學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理的課程安排，因此，這部分內(nèi)容的教學(xué)適于安排在物理化學(xué)理論課的課堂教學(xué)中進(jìn)行。鑒于教學(xué)時(shí)長的限制，在教學(xué)內(nèi)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(guān)理論。目的在于使學(xué)生對(duì)于元素的產(chǎn)生機(jī)制有初步的了解，填補(bǔ)這一知識(shí)盲點(diǎn)。本文將討論關(guān)于化學(xué)元素起源的教學(xué)內(nèi)容及其實(shí)施方法。

2 教學(xué)內(nèi)容與實(shí)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(guān)數(shù)據(jù)[5]；當(dāng)前關(guān)于元素產(chǎn)生機(jī)制的主流理論，包括：原初核合成理論（αβγ理論），恒星內(nèi)元素合成（BFH理論）以及鐵峰后元素的合成機(jī)制[6]。計(jì)劃授課時(shí)長55-60分鐘。

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

該紀(jì)錄片由英國廣播公司（British Broadcasting Corporation，縮寫B(tài)BC）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(xué)元素的起源，詳細(xì)而生動(dòng)地展現(xiàn)了各主要元素產(chǎn)生的過程：首先是氫、氦在宇宙中的產(chǎn)生（原初核合成理論），繼之產(chǎn)生碳、氧、鈉、鎂、鐵等常見元素（恒星內(nèi)元素合成），最后是星系中超新星爆炸產(chǎn)生的重金屬元素，如：金。選用該視頻作為多媒體教學(xué)的素材，其優(yōu)勢在于：1）真實(shí)生動(dòng)。紀(jì)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(shí)性。視頻取景宏大壯觀，畫面色彩絢麗，配樂優(yōu)美，從而達(dá)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(dòng)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性；2）學(xué)術(shù)嚴(yán)瑾。視頻由英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，粒子物理學(xué)家Brian Cox講解。Brian Cox任職于英國曼徹斯特大學(xué)，同時(shí)也是瑞士歐洲核物理研究組織(CERN)之大型強(qiáng)子對(duì)撞器(LHC)的實(shí)驗(yàn)研究人員。他長期從事高能物理研究，保證了視頻內(nèi)容在學(xué)術(shù)上的可靠和嚴(yán)謹(jǐn)。解說采用英文原聲，發(fā)音純正，并配有中英雙語字幕，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到專業(yè)英文詞匯；3）兼容性。在內(nèi)容上，視頻與課件中所介紹的元素產(chǎn)生的理論，前后一致，授課中形成呼應(yīng)的效果。在時(shí)間上，鑒于整個(gè)教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃2學(xué)時(shí)完成，而視頻時(shí)長約30分鐘，非常適于在講授課件之后播放。

2.3 安排學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研并撰寫報(bào)告，評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

課后布置學(xué)生進(jìn)行自學(xué)，主題是調(diào)研某一元素（除課堂授課中已介紹過的元素）的產(chǎn)生機(jī)制或調(diào)研近期該領(lǐng)域的最新進(jìn)展。學(xué)生可以通過文獻(xiàn)檢索、查閱資料等方式收集所需資料，通過對(duì)材料的篩選整理，最終以論文的形式撰寫報(bào)告并提交。教師通過學(xué)生所提交的論文進(jìn)行量化打分，并計(jì)入平時(shí)成績。

3 總結(jié)

本教學(xué)內(nèi)容和方案充分發(fā)揮了多媒體教學(xué)的優(yōu)勢。課堂教學(xué)采用課件講解與視頻展示相結(jié)合的方式，使得抽象而晦澀的概念變得直觀而生動(dòng)，通過具體的圖像搭建了知識(shí)與想象力之間的橋梁，強(qiáng)化了學(xué)生的記憶。內(nèi)容上填補(bǔ)了學(xué)生的知識(shí)盲點(diǎn)；形式上弱化了繁冗的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，簡潔而明了的展現(xiàn)了理論的精髓，便于學(xué)生理解吸收。課后以調(diào)研報(bào)告的形式形成反饋，使得教學(xué)方式由單向輸導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向交流，鍛煉了學(xué)生檢索文獻(xiàn)以及資料搜集、整理、分析和撰寫總結(jié)的能力，利于學(xué)生獨(dú)立思考習(xí)慣的培養(yǎng)，激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，利于引導(dǎo)學(xué)生開展課后的自主學(xué)習(xí)。