淺談非化學(xué)專業(yè)學(xué)生如何學(xué)習(xí)“應(yīng)用化學(xué)”課程
——以醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)為例

歐 沙，隆耀航，代 杰，胡祖權(quán)

（貴州醫(yī)科大學(xué)生物與工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

化學(xué)與我們的生活息息相關(guān)，在我們的日常生活中無(wú)處不在。正如我國(guó)著名化學(xué)家楊石先先生曾說(shuō)：“農(nóng)、輕、重、吃、穿、用，樣樣都離不開(kāi)化學(xué)?！便@木取火的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展，同時(shí)也是古代化學(xué)的開(kāi)端。時(shí)至今日，化學(xué)已成為一門(mén)中心學(xué)科，許多院校工科專業(yè)都增設(shè)了與化學(xué)相關(guān)的課程，筆者所在的貴州醫(yī)科大學(xué)也不例外，醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)開(kāi)設(shè)了“應(yīng)用化學(xué)”課程。應(yīng)用化學(xué)課程共分六章，從不同層面反映化學(xué)在能源、環(huán)境、材料、軍事和人類健康等領(lǐng)域的應(yīng)用和重要性，著重介紹化學(xué)在當(dāng)今社會(huì)中的重要作用，普及化學(xué)知識(shí)，本文就醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)如何學(xué)習(xí)應(yīng)用化學(xué)課程做簡(jiǎn)單的介紹。

1 “應(yīng)用化學(xué)”課程的主要內(nèi)容

因筆者所在學(xué)校開(kāi)設(shè)的“應(yīng)用化學(xué)”課程針對(duì)的是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)，且課程設(shè)置在大一上學(xué)期，考慮到學(xué)生在中學(xué)階段有涉及化學(xué)課程學(xué)習(xí)，但學(xué)習(xí)的內(nèi)容較為簡(jiǎn)單。因此，任課教師在充分考慮學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，選擇了由吳范宏與徐虎主編，華東理工大學(xué)出版社出版的《應(yīng)用化學(xué)》一書(shū)為教材。該書(shū)分為六章，在第一章緒論中，主要介紹了化學(xué)發(fā)展的簡(jiǎn)史，正如培根先生所說(shuō)的那樣，學(xué)史可以使人明智，通過(guò)對(duì)化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明確化學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)不同時(shí)期，每個(gè)發(fā)展時(shí)期研究?jī)?nèi)容、任務(wù)各不相同，獲得的成就也不相同。第二章化學(xué)與能源，從能源的概述、以碳為主的能源、化學(xué)電源、核能與其他新型綠色能源幾方面進(jìn)行介紹。第三章化學(xué)與環(huán)境，首先介紹了水溶液、水污染及其防治，該內(nèi)容既含有基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)：稀溶液的依數(shù)性及水溶液的酸堿性，又包含了現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從如何評(píng)價(jià)水質(zhì)出發(fā)，引出水污染問(wèn)題并提出如何用化學(xué)方法來(lái)治理水污染；其次介紹了大氣污染及其防治，從引發(fā)大氣污染的污染物種類、來(lái)源等方面進(jìn)行介紹，提出如何采用化學(xué)的方法進(jìn)行防治；最后介紹了固體廢棄物污染的化學(xué)治理方法。第四章化學(xué)與材料，從材料簡(jiǎn)介、材料學(xué)的分類、高分子材料、納米介孔氧化硅材料、新型能源材料等方面進(jìn)行介紹，包含了化學(xué)鍵的種類、高分子的種類、聚合物的命名等基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)與太陽(yáng)能電池原理、仿生材料、隱身材料等科普內(nèi)容。第五章化學(xué)與軍事，從化學(xué)武器及其危害、特點(diǎn)、防護(hù)，原子彈、氫彈、中子彈等核武器，火藥和近代軍事“四彈”等內(nèi)容進(jìn)行介紹。第六章化學(xué)與健康，首先從人體內(nèi)的化學(xué)成分、化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)，人體內(nèi)化學(xué)元素的相互作用出發(fā)，引出生命在于平衡；其次介紹蛋白質(zhì)、糖類、脂類、維生素、無(wú)機(jī)鹽的作用與功能，提出合理營(yíng)養(yǎng)觀念；最后介紹抗生素、抗癌劑、抗凝劑、抗高血壓藥物、利尿劑、解熱鎮(zhèn)痛抗炎藥物等常用化學(xué)藥品，闡述化學(xué)藥物與健康的關(guān)系。

2 醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“應(yīng)用化學(xué)”課程的意義

2.1 普及化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)

“應(yīng)用化學(xué)”課程從與人類生活息息相關(guān)的不同化學(xué)領(lǐng)域切入，由淺入深，進(jìn)行課程講授。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生們學(xué)習(xí)到了化肥與農(nóng)藥的使用，增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量，有效解決全球糧食短缺問(wèn)題；化學(xué)藥物的開(kāi)發(fā)與合成，降低了藥物生產(chǎn)成本，挽救了成千上萬(wàn)人的生命；化學(xué)纖維合成，不但豐富了我們的衣櫥，在軍事領(lǐng)域也有很大的貢獻(xiàn)。此外，目前國(guó)際上最關(guān)心的幾個(gè)重大問(wèn)題——環(huán)境保護(hù)、能源的開(kāi)發(fā)利用、功能材料的研制和生命過(guò)程奧秘的探索都與化學(xué)密切相關(guān)，充分體現(xiàn)了化學(xué)中心學(xué)科的地位。因此，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，不但可以普及化學(xué)知識(shí)，而且能培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

2.2 學(xué)以致用，提高生活質(zhì)量

相信大家都聽(tīng)過(guò)這樣的廣告詞“本產(chǎn)品不含食品添加劑”，沒(méi)有學(xué)過(guò)相關(guān)化學(xué)知識(shí)的人普遍認(rèn)為，不含添加劑的產(chǎn)品就是好產(chǎn)品，含添加劑的產(chǎn)品就不好，事實(shí)上到底是怎樣的呢？學(xué)習(xí)了應(yīng)用化學(xué)課程就可以很好地回答該問(wèn)題。食品添加劑是為了改善食物的外觀、質(zhì)地或貯存性能而加入到食物中的少量非營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì)（實(shí)際上，并不排除存在有營(yíng)養(yǎng)的添加劑），它是否有毒或是說(shuō)有害主要取決于添加的劑量。因此，我們也沒(méi)有必要追求所謂的零添加，食用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的食品添加劑是安全無(wú)害的。

3 醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“應(yīng)用化學(xué)”課程的方法

在應(yīng)用化學(xué)課程學(xué)習(xí)中，涉及了有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、材料化學(xué)等化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，如果要求學(xué)生去死記硬背每個(gè)知識(shí)點(diǎn)是相當(dāng)困難的。筆者基于多年來(lái)化學(xué)課程的授課經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合對(duì)學(xué)生學(xué)情的分析，總結(jié)了以下學(xué)習(xí)方法。

3.1 理論聯(lián)系實(shí)際，問(wèn)題引發(fā)思考

考慮到學(xué)生更容易接受的是生活生產(chǎn)中的真實(shí)現(xiàn)象，因此，學(xué)生可以從現(xiàn)象著手，理論聯(lián)系實(shí)際，去揭示現(xiàn)象后蘊(yùn)含的化學(xué)原理。例如：二氟二氯甲烷制冷劑能破壞臭氧層這個(gè)現(xiàn)象是同學(xué)們所熟悉的，那么同學(xué)就可以從這個(gè)熟悉的現(xiàn)象著手，探索其破壞臭氧層的原理，二氟二氯甲烷進(jìn)入平流層后，分解出氯自由基，臭氧在紫外光照射下發(fā)生解離，產(chǎn)生氧原子與氧氣分子，氯自由基與臭氧發(fā)生一系列連鎖反應(yīng)，涉及的化學(xué)反應(yīng)如下所示：

由以上方程式可以看出，氯自由基在反應(yīng)前后沒(méi)有發(fā)生變化，在該反應(yīng)中僅做催化劑，因此，氯自由基一旦產(chǎn)生，便持續(xù)消耗著臭氧層，據(jù)計(jì)算，每一個(gè)氯自由基能消耗10萬(wàn)個(gè)O。這樣，由該現(xiàn)象及蘊(yùn)含的化學(xué)知識(shí)就能理解氯氟烴這類制冷劑被行業(yè)淘汰的原因。

生活中大家都知道飯后要刷牙，且市面上售賣(mài)的牙膏多是含氟牙膏，那么，為什么生活中需要用含氟的牙膏來(lái)刷牙？牙膏中的氟含量大約是多少呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，同學(xué)們就可以學(xué)習(xí)人體中的沉淀平衡相關(guān)知識(shí)了。人體的骨骼主要是由水、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)質(zhì)等組成，其中無(wú)機(jī)鹽的含量決定了骨骼的硬度，有機(jī)質(zhì)決定了骨骼的彈性與韌性。骨鹽的主要成分是鈣和磷的化合物，正常情況下，血液中的鈣、磷濃度與骨骼中的鈣、磷濃度維持著動(dòng)態(tài)平衡。牙齒中最堅(jiān)硬的部分是牙釉質(zhì)，從化學(xué)成分來(lái)看，主要是羥基磷灰石[Ca(OH)(PO)]，它存在以下平衡：

當(dāng)遇到酸性物質(zhì)時(shí)，按照化學(xué)平衡移動(dòng)原理，增大反應(yīng)物濃度，平衡向正方向移動(dòng)，即羥基磷灰石溶解，鈣離子與磷酸根將游離出來(lái)，這個(gè)過(guò)程叫做“脫礦”，在實(shí)際生活中，我們不希望該過(guò)程發(fā)生，即發(fā)生齲齒。若外部環(huán)境中的鈣、磷酸根的濃度增加，按照平衡移動(dòng)原理，該反應(yīng)將逆向進(jìn)行，即生成羥基磷灰石，叫做“再礦化”，該過(guò)程是人體自身防齲齒的過(guò)程。然而，當(dāng)我們進(jìn)餐后，口腔中的酶分解食物會(huì)產(chǎn)生乙酸、乳酸等有機(jī)酸，這就造成了口腔中的酸增加，如不及時(shí)除去，會(huì)促進(jìn)牙齒的脫礦過(guò)程。這就是為什么一定要堅(jiān)持飯后刷牙的原因。那么刷牙的牙膏中為什么要含氟呢？該過(guò)程就涉及化學(xué)中沉淀轉(zhuǎn)化的內(nèi)容，含氟牙膏中的F-取代羥基磷灰石中的OH-而形成了氟磷灰石[Ca(PO)F]，牙釉質(zhì)發(fā)生了變化，生成了更難溶的化合物，從而使牙齒具有了較強(qiáng)的抗酸能力，有效地防止了齲齒的發(fā)生。在實(shí)際生活中，成人含氟牙膏的含氟量為0.05%~0.15%，兒童含氟牙膏的含氟量為0.05%~0.11%，因?yàn)榉^(guò)量攝入時(shí)會(huì)形成氟斑牙。通過(guò)以上理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生就掌握了化學(xué)中的沉淀平衡原理、難溶物之間的相互轉(zhuǎn)化、平衡移動(dòng)原理。

液化石油氣是一種與石油相關(guān)的能源材料，俗稱煤氣，是很多家庭做飯會(huì)使用的燃料。使用液化石油氣雖然方便，但是罐內(nèi)氣體用完后必須及時(shí)更換，生活中常常會(huì)遇到這樣的小尷尬，你炒菜尚未結(jié)束，眼睜睜看著火焰一點(diǎn)點(diǎn)小下去，這時(shí)換氣肯定是來(lái)不及，有經(jīng)驗(yàn)的市民會(huì)采用一種臨時(shí)解決方法，先關(guān)掉閥門(mén)，然后大力搖晃氣罐或是在氣罐上澆上一些熱水，再次打開(kāi)時(shí)，火苗又變大了，這樣就可以把菜炒完后再更換煤氣。搖一搖或是熱敷一下，為什么還會(huì)有氣呢？同學(xué)就可以從這個(gè)問(wèn)題著手，了解液化石油氣的組成。通過(guò)學(xué)習(xí)同學(xué)們可以知道液化石油的主要成分為乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等，此外，還含有極少量的含五個(gè)碳原子的有機(jī)物，該類有機(jī)物在常溫下是液體，且其蒸汽壓隨溫度的升高而升高。當(dāng)液化石油氣中的乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯消耗殆盡后，火苗就會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)小下去。這時(shí)，搖一搖加速了含五個(gè)碳原子的有機(jī)物的揮發(fā)，熱敷提高了其蒸汽壓，使得液態(tài)的五個(gè)碳原子的有機(jī)物變?yōu)闅鈶B(tài)，燃燒產(chǎn)生熱量，火苗變大。通過(guò)以上生活中的現(xiàn)象，學(xué)生就掌握了液化石油氣的組成。

3.2 通過(guò)實(shí)際案例，強(qiáng)化知識(shí)理解

倫敦曾被稱為“霧都”，在1952年12月5日至9日，倫敦上空受反氣旋影響，大量工廠生產(chǎn)和居民燃煤取暖排出的廢氣難以擴(kuò)散，積聚在城市上空，導(dǎo)致倫敦被濃厚的煙霧籠罩，交通癱瘓，市民的出行及健康均受到嚴(yán)重威脅，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)月因這場(chǎng)大煙霧而死的人多達(dá)4,000人，此次事件被稱為“倫敦?zé)熿F事件”。從該事件中，同學(xué)們可以深入思考這些煙霧是什么、如何產(chǎn)生等問(wèn)題，從而加深對(duì)煤組成的理解，通過(guò)學(xué)習(xí)可知組成煤的主要成分是碳，此外還含有氫、氧、氮及硫、磷等48種元素。正由于煤中含有氮及硫元素，燃煤過(guò)程中產(chǎn)生氮氧化合物與硫氧化合物，這兩種氧化物在大氣中累積到一定程度，再加上特殊的氣候條件，將形成酸雨或是酸霧，籠罩在城市上空，阻礙交通，影響居民健康。要想解決該問(wèn)題，可以將煤進(jìn)行脫硫、脫氮處理或?qū)⑹侨济何矚獠捎脧U堿液吸收。由此可見(jiàn)，通過(guò)該案例可加深對(duì)煤的組成、其作為燃料的主要問(wèn)題及如何解決這些問(wèn)題的理解。

1943年，美國(guó)洛杉磯市發(fā)生了一次嚴(yán)重的光化學(xué)煙霧事件，該次事件使該市大多數(shù)市民患了眼紅、頭疼病，是世界上有名的公害事件之一，因此，光化學(xué)煙霧也叫做“洛杉磯煙霧”。通過(guò)該事件同學(xué)們可以思考，什么是光化學(xué)煙霧，它有什么特點(diǎn)，如何進(jìn)行防治等問(wèn)題，從而加深對(duì)光化學(xué)煙霧形成、特點(diǎn)與防治的理解。通過(guò)學(xué)習(xí)可知光化學(xué)煙霧是大氣中的碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏纫淮挝廴疚?，在太?yáng)光中紫外線照射下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，衍生種種二次污染物，由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象。該煙霧呈藍(lán)色，具有強(qiáng)氧化性；刺激人們眼睛，傷害植物葉子，能使橡膠開(kāi)裂，并使大氣能見(jiàn)度降低，嚴(yán)重影響人類的健康與生活。從其產(chǎn)生的原理來(lái)看，想要防治光化學(xué)煙霧首先要減少一次污染物碳?xì)浠衔锱c氮氧化合物的排放，具體措施如：對(duì)石油、氮肥、硝酸等化工廠的排廢嚴(yán)加管理，嚴(yán)禁飛機(jī)在航行途中排放燃料等，以減少氮氧化物和碳?xì)浠衔锏呐欧牛辉谄?chē)尾氣處理器中研制開(kāi)發(fā)催化轉(zhuǎn)化器，與排氣管相連的反應(yīng)器，使排放的廢氣和外界空氣通過(guò)催化劑處理后，氮氧化物轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的N，碳?xì)浠衔锟赊D(zhuǎn)化成CO和HO等。由此，通過(guò)案例，學(xué)生就可加深對(duì)于光化學(xué)煙霧相關(guān)問(wèn)題的理解。

4 總結(jié)

綜上所述，“應(yīng)用化學(xué)”課程內(nèi)容豐富，采用理論聯(lián)系實(shí)際，問(wèn)題啟發(fā)思考，深入分析案例等學(xué)習(xí)方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，不但可以普及化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)課程的積極性，而且還能培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，在實(shí)際生活中做到學(xué)以致用，提高學(xué)生生活質(zhì)量。