李强（化学系）：不一样的大学化学

作为一门“中心的科学”， 化学贯穿着初中、高中和大学这三个最重要的学习阶段。对于化学的理解，虽然不一定非要提升到“就是你，就是我”那样的高度，但对于未来以研究物质世界为主要任务的理、工科同学而言，打好坚实的化学基础，对建立完整的知识体系，培养多角度思考、分析和解决问题的能力，定会有莫大的帮助。

与其它基础学科不同，大学化学与中学化学在知识结构上有着千丝万缕的联系与交叠。同学们乍看到大学化学参考书的目录时，会发现很多内容似乎在中学都曾接触过，如物质的状态、化学平衡、原子结构与元素化学等知识，因而会觉得缺乏新鲜感。但真正在课堂上听到老师讲授时，许多同学又会突然觉得以往已经十分清晰的概念开始变得捉摸不透，如：常见的物质形态并非三种而是五种； 结晶态的物质会有七种不同的对称类型；电子云的分布不仅具有球型或纺锤型等对称性，而且还拥有径向密度分布函数的周期性等等。导致这一问题的根源是大学化学所强调的知识结构和层面与中学化学有明显不同， 而这些差异又常会使初学的同学感到茫然。因此，如何使同学们在大学化学的教学过程中，既不会因探讨已知的概念而失去兴趣，又不会面对大量新知识的涌入而产生畏难情绪，这是每一位授课老师都必须优先解决的问题。　　

“钱班”是一个特殊的学习群体，与其他班级相比，同学们的中学化学基础更好，学习热情更高，对新知识的渴求更强烈，因而在大学化学学习中遇到上述类似问题的机会就愈多。在两年的教学实践中，我们一起尝试了两种不同的教学模式：首先，对于中学已经了解的许多内容，我们一起来不断地深化。大家在课堂上经常会被问到一些看似简单的问题，如用最简便的方法来测定分子量？为什么不会有完整的晶体？溶与不溶的界限是什么？影响化学平衡的关键因素是什么等等。 每当大家回答了原有层面的问题后，马上就会在新的层面上被追问又一个为什么， 随着层层“抽丝剥茧”式交流的深入，原有的许多概念在不断地被升华，当然也有不少以往认为正确的想法被“颠覆”。这就像爬山，即使是同一座山，每次选取的路线和角度不同，你的感受也会不同。基于这样的心态，在家门口再熟悉不过的小山上，也有机会发现别样的新景致。其次，对于中学时较少涉及的知识，我们尝试在不断地反复讲授中帮助大家加深理解。像可逆过程、反应进度、价键理论和晶体结构等这些大学化学教学中的重点内容，如果在大一新生还不具备必要的高等数学知识的条件下，想在一次讲授中就把它完全灌输给同学们的尝试往往收效甚微。 因此，在课堂上，这些过去未接触过的陌生知识常会被反复提起，并在不同的章节中被以不同的视角来加以阐述。这样的不断反复和不同角度的探讨，不仅是在一次次鼓励大家加快“登山的脚步”，去踏上新的高度；而且更重要的是在尝试为每一位参与的同学找到一条适合自己“攀登”的登顶之路。　

化学是一门高度依赖实验的科学，由于客观条件的限制，大学化学不可能再像中学那样通过一个个典型的课堂演示来介绍新的教学内容，取而代之的是对实验过程的综合描述，因此，培养多角度的形象思维能力对于学好大学化学具有特别重要的意义。例如，中学里大家虽然已经知道了s,p,d,f原子轨道的对称性， 但对核外电子云的密度分布却没有明确的概念。此时，如果仅从薛定谔方程的解来抽象地介绍原子轨道的量子化概念，许多人会感到“一头雾水”，而如果能从“象牙球”或“俄罗斯套娃”的类比中获得联想，就会最直接地体会核外电子云密度分布的实际情况。为了强化形象思维能力，我们设计了诸如“0℃时低压水蒸气的加压过程分析”和“钟乳石是如何形成的”这些开放性的小论文题目供大家训练。从推荐交流的优秀小论文中不难发现，抽象的氢键概念已经被同学们从水的三相点测定、固/液相变时的体积反常变化和克拉伯龙方程等方面进行了详细的论述；而对“石钟”和“石乳”形成机制的理解，也不再仅限于一个简单溶解和析出的循环过程，温度、饱和蒸气压和表面曲率变化等都被纳入通盘考虑的影响因素。这些针对性的训练，一方面帮助大家拓展了知识层面，另一方面也锻炼了从多角度分析和解决问题的能力。实践证明：习惯于从多角度分析和解决问题的人，往往能更快地从复杂的多重因果中找出规律性，从而把握更多的成功机会。　　

化学与其他自然科学和人类社会的发展息息相关。如果撇开这些联系，仅仅专注于化学理论和基础知识的学习，其效果往往是事倍功半。学习大学化学，不仅要掌握经典的四大平衡、热力学三大定律和原子结构等理论知识，而且要学会从该学科发展的历史、现状和未来的趋势中去感悟化学与相关领域的紧密关系。学过大学化学的同学就不会为三聚氰胺的物理还是化学毒性问题所困扰；不会认为冰刀的滑动只是由于摩擦生热而带来的便利；不会简单地用价键理论去解释金属材料的力学行为；更不会因为自身对新知识的认知不足，固步自封而重蹈Dmitri I. Mendeleev和Linus C. Pauling的覆辙。在此基础上，如果同学们还能从电离理论的奠基人Svante A. Arrhenius的经历中进一步感悟科学与科学家的道理，则更是学习大学化学的额外收获。　　

短短十六周的学习，大学化学已经为同学们打开了一个从化学角度了解其它学科知识，解决实际生活问题的小小“窗口”。希望大家能透过这个“窗口”，用全新的眼光去观察和探索丰富多彩的外部世界，在今后的学习、工作和生活中尽情享受不一样的大学化学所带给你们的一切。