學(xué)科融合式“模擬化學(xué)”選修課的開發(fā)與研究

馬玉芳 繆陳萱

摘? ? 要：學(xué)科融合式“模擬化學(xué)”課程通過計(jì)算機(jī)、化學(xué)兩門學(xué)科的融合，選取難以實(shí)踐操作完成的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)來加以突破。一方面，有利于促進(jìn)計(jì)算機(jī)、化學(xué)兩門學(xué)科的集群融合式發(fā)展;另一方面，也有利于拓寬學(xué)生解決問題的視野，從而更好地培養(yǎng)融合性創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：學(xué)科融合;模擬化學(xué);選修課

學(xué)科融合（Fusion of subjects）是指在承認(rèn)學(xué)科差異的基礎(chǔ)上不斷打破學(xué)科邊界，促進(jìn)學(xué)科間相互滲透、交叉的活動(dòng)，能夠有效化解教學(xué)實(shí)際問題，更好地完成教學(xué)目標(biāo)[1]。學(xué)科融合既是社會(huì)發(fā)展的需求，也是科學(xué)發(fā)展的需要，更是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑之一[2]。

一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)過程中需要使用劇毒有害類化學(xué)藥品、實(shí)驗(yàn)操作中具有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)步驟、化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分劇烈且具有嚴(yán)重的危險(xiǎn)性、化學(xué)反應(yīng)過程及現(xiàn)象無法用肉眼觀察到等因素，難以實(shí)踐操作完成。

因此，筆者提出學(xué)科融合式“模擬化學(xué)”選修課的開發(fā)與研究，旨在利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)施虛擬化學(xué)研究，構(gòu)建系統(tǒng)化教學(xué)內(nèi)容。一是加深學(xué)生對(duì)化學(xué)和計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解;二是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)有效化解化學(xué)部分疑難問題;三是培養(yǎng)學(xué)科融合式新型人才，拓寬解決問題的視野和手段。

一、“模擬化學(xué)”的基本思路和定位

1.“模擬化學(xué)”是一門融合環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的特色選修課。

2.“模擬化學(xué)”是以化學(xué)知識(shí)為教學(xué)內(nèi)容，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為載體，達(dá)到專業(yè)融合的效果。既體現(xiàn)出化學(xué)知識(shí)的專業(yè)性，又體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)踐性和學(xué)科融合的科學(xué)性。

二、“模擬化學(xué)”的課程目標(biāo)

1. “模擬化學(xué)”是一門既要學(xué)習(xí)化學(xué)專業(yè)知識(shí)，也要學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)，更要能靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)表現(xiàn)化學(xué)知識(shí)的特色選修課。

2.? 在化學(xué)知識(shí)方面，“模擬化學(xué)”主要講解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)，利用計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)，易于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以有效避免可能會(huì)對(duì)教師和學(xué)生產(chǎn)生的身心傷害。

3. 在計(jì)算機(jī)技術(shù)方面，“模擬化學(xué)”主要講解使用Flash、Photoshop、公式編輯器、高斯理論計(jì)算、ChemDraw和Camtasia Studio等應(yīng)用軟件的方法，并能熟練制作出化學(xué)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象。

三、教材的主要內(nèi)容

“模擬化學(xué)”的主要內(nèi)容包括教學(xué)專業(yè)知識(shí)（化學(xué)和計(jì)算機(jī)），選擇化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原因，教學(xué)指標(biāo)和教材二維碼，具體內(nèi)容可見表1。

四、“模擬化學(xué)”選修課的特色

（一）選取具有三性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，凸顯專業(yè)融合“取長(zhǎng)補(bǔ)短”的特點(diǎn)

“模擬化學(xué)”選取的化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有三個(gè)特征：危險(xiǎn)性、微觀性、耗時(shí)性。融合的計(jì)算機(jī)技術(shù)既保持了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的完整性，又規(guī)避了實(shí)驗(yàn)操作的危險(xiǎn)性，也起到了從微觀到宏觀雙效合一的作用，還縮短了實(shí)操時(shí)間。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用起到了很好的“取長(zhǎng)補(bǔ)短”的作用。

（二）選用多種計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，盡顯專業(yè)融合“形象生動(dòng)”的特點(diǎn)

“模擬化學(xué)”特色選修課中涉及的化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較廣，包括無機(jī)和環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，也包括光化學(xué)和儀器分析，還包括微觀化學(xué)等。不同化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理、操作和現(xiàn)象也不盡相同。因此，需要借助多種計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件媒介，進(jìn)行模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)，盡顯專業(yè)融合“形象生動(dòng)”的特點(diǎn)。

（三）化學(xué)和計(jì)算機(jī)融合貫通，體現(xiàn)專業(yè)融合“學(xué)科融會(huì)”的特點(diǎn)

以化學(xué)知識(shí)為著力點(diǎn)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為載體，兩個(gè)學(xué)科的融合使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，使微觀的問題形象化。這樣有助于學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，有助于對(duì)計(jì)算機(jī)軟件使用的強(qiáng)化記憶。

（四）凝練和優(yōu)化微課資源庫，具有“長(zhǎng)期儲(chǔ)備”性的特點(diǎn)

學(xué)生通過對(duì)化學(xué)和計(jì)算機(jī)知識(shí)的學(xué)習(xí)，經(jīng)實(shí)操演變成可視化作品，并逐漸優(yōu)化形成微課資源庫。隨著學(xué)生“學(xué)中做、做中學(xué)”不斷的深化，資源庫表現(xiàn)的多樣性、內(nèi)容的豐富性和作品的專業(yè)性會(huì)不斷地顯現(xiàn)。微課資源庫的使用不僅使特色選修課的學(xué)員受益，也使專業(yè)課學(xué)習(xí)的學(xué)生受益。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸啟威.學(xué)科融合不是簡(jiǎn)單的跨學(xué)科教育[J].教育與管理，2016（32）：22-23.

[2]李綱，湯仲勝.我國(guó)交叉學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)研究[J].科學(xué)與科學(xué)技術(shù)管理，2000（11）：45-49.