葛欣

(南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院/匡亞明學(xué)院 江蘇南京210093)

南京大學(xué)匡亞明學(xué)院作為國家理科基礎(chǔ)科學(xué)研究人才培養(yǎng)基地——多學(xué)科綜合點(diǎn)(大理科試驗(yàn)班)，其“以重點(diǎn)學(xué)科為依托，按學(xué)科群打基礎(chǔ)，以一級學(xué)科方向分流，貫通本科和研究生教育”的寬口徑、厚基礎(chǔ)的大理科模式［1］，經(jīng)過20多年的教育與教學(xué)實(shí)踐，形成了一整套獨(dú)特的通識(shí)教育與個(gè)性化培養(yǎng)相結(jié)合的人才培養(yǎng)方案和課程體系，造就了一大批活躍在科學(xué)研究前沿的優(yōu)秀人才。自2009年加入“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”以來，在基于大理科模式培養(yǎng)化學(xué)及其相關(guān)交叉學(xué)科研究的人才方面，積極探索，努力創(chuàng)新，不斷完善和實(shí)踐與之相匹配的人才培養(yǎng)方案和課程體系，取得了很好的效果。

1 化學(xué)拔尖學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)

大理科模式的辦學(xué)宗旨是培養(yǎng)具有寬厚理科基礎(chǔ)、專業(yè)領(lǐng)域競爭力強(qiáng)、適應(yīng)交叉學(xué)科研究的高層次后備人才，其化學(xué)方向的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生將來能夠成為與化學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，并逐步躋身國際一流科學(xué)家隊(duì)伍。

2 培養(yǎng)方案和課程結(jié)構(gòu)

根據(jù)辦學(xué)宗旨和培養(yǎng)目標(biāo)，在《高等學(xué)校化學(xué)類專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》［2］的基礎(chǔ)上，對原有的課程體系［3］和結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行梳理，制定了適應(yīng)拔尖學(xué)生培養(yǎng)的新的課程體系和教學(xué)計(jì)劃(學(xué)時(shí)以每學(xué)期授課16周計(jì))，見表1。

表1 基于大理科模式的化學(xué)方向課程結(jié)構(gòu)

3 新課程體系及其特點(diǎn)

按照戴安邦先生“化學(xué)教育既傳授知識(shí)和技術(shù)，更訓(xùn)練科學(xué)方法和思維，還培養(yǎng)科學(xué)精神和品德”的全面化學(xué)教育思想，課程體系設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是系統(tǒng)地傳授數(shù)、理、化、生等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生構(gòu)建獨(dú)特的個(gè)性化知識(shí)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)今后從事化學(xué)及其相關(guān)交叉學(xué)科的研究。

(1)注重全面綜合素質(zhì)培養(yǎng)。在通識(shí)通修類課程中，學(xué)生需修滿涵蓋文學(xué)、歷史、藝術(shù)、哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)、自然等范疇的高水平通識(shí)課程學(xué)分，提高英語的讀、聽、說、寫水準(zhǔn)，提高計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)水平，并且通過新生研討課、高年級研討課來初步學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法。

(2)進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。高等數(shù)學(xué)由微積分I和II、線性代數(shù)組成，為理科一類課程，并增加了32學(xué)時(shí)講授現(xiàn)代數(shù)學(xué)及其應(yīng)用。大學(xué)物理是適合大理科教學(xué)的新型綜合物理課程［4］，后續(xù)相繼開設(shè)數(shù)學(xué)物理方法、理論物理(量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué))，為學(xué)生今后在理論與計(jì)算、譜學(xué)與解析、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等方面的研究打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)。

(3)重新整合化學(xué)基礎(chǔ)課程體系?；瘜W(xué)原理課程［5］充實(shí)了更多的元素化學(xué)內(nèi)容。有機(jī)化學(xué)教學(xué)采用英文原版教材，以反應(yīng)機(jī)理為主線，以過渡態(tài)結(jié)構(gòu)為核心，全面講授各種類型的有機(jī)化合物及其研究進(jìn)展，課時(shí)從80調(diào)整為96。將結(jié)構(gòu)化學(xué)、譜學(xué)基礎(chǔ)、高階物理化學(xué)內(nèi)容整合為“高等物理化學(xué)”。這樣就將化學(xué)原理、有機(jī)化學(xué)、高等物理化學(xué)、高等無機(jī)化學(xué)、結(jié)晶化學(xué)組成新的化學(xué)基礎(chǔ)課程體系，以強(qiáng)化化學(xué)專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)。

(4)擴(kuò)展生物類課程內(nèi)涵。將大學(xué)生物學(xué)列入基礎(chǔ)課程體系，生物化學(xué)由原先48課時(shí)擴(kuò)展到96課時(shí)，內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)和代謝生物化學(xué)，其深度類同生物學(xué)專業(yè)的要求;并開設(shè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課程，為希望今后從事涉及生物學(xué)有關(guān)領(lǐng)域研究的學(xué)生提供初步的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。

(5)一體化、多層次、開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)［6］。按照化學(xué)一級學(xué)科的整體性對各層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了梳理。整合無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)及定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)為大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn);開設(shè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)取代原有的二級學(xué)科的專門化實(shí)驗(yàn);通過及時(shí)轉(zhuǎn)化科研成果開設(shè)研究性實(shí)驗(yàn)。

(6)營造科研氛圍。通過第二課堂，邀請國內(nèi)外優(yōu)秀學(xué)者開設(shè)多學(xué)科前沿研究講座，每年超過30場，內(nèi)容覆蓋理科多個(gè)學(xué)科包括與化學(xué)相關(guān)的交叉領(lǐng)域。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各類大學(xué)生學(xué)科競賽(如化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽、大學(xué)物理競賽等)，舉辦每年度的本科生基礎(chǔ)學(xué)科論壇，交流各自的研究成果。

(7)系統(tǒng)的科研訓(xùn)練機(jī)制。利用學(xué)校儀器平臺(tái)，開設(shè)大型分析儀器操作課程［7］，使學(xué)生具備實(shí)際操作電鏡和各類譜學(xué)儀器的能力，為介入科研做準(zhǔn)備。在導(dǎo)師指導(dǎo)下，通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃、自然科學(xué)基金委理科基地能力提高項(xiàng)目、拔尖計(jì)劃項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支持，讓學(xué)生在好奇心與創(chuàng)新意識(shí)驅(qū)動(dòng)下開展相關(guān)科學(xué)研究與探索［8］。

(8)開拓國際化視野。積極引進(jìn)國外優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，邀請國外專家開設(shè)化學(xué)生物學(xué)等課程，參加化院聘請的外籍教師有機(jī)化學(xué)、有機(jī)反應(yīng)機(jī)理、物理化學(xué)等課程學(xué)習(xí)。此外，除了學(xué)校的國際交流計(jì)劃外，學(xué)院還通過“交換學(xué)生合作協(xié)議”，每年選派10多位學(xué)生前往杜克大學(xué)理學(xué)院進(jìn)行為期半年包括化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的課程學(xué)習(xí)和科研訓(xùn)練，并予以全額資助。

4 創(chuàng)建新型基礎(chǔ)課程

課程建設(shè)是構(gòu)建培養(yǎng)拔尖學(xué)生課程體系的基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)課程建設(shè)方面，依托大理科基礎(chǔ)平臺(tái)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)［9］，在化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)和核心課程建設(shè)方面，有由長江學(xué)者特聘教授等領(lǐng)銜的教學(xué)隊(duì)伍，對原有的課程及其內(nèi)容進(jìn)行了全面的改革和整合，教學(xué)資源優(yōu)化配置效果明顯，為學(xué)生自我構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)和向交叉學(xué)科發(fā)展提供了必要的知識(shí)儲(chǔ)備。

(1)微積分與線性代數(shù)。該課程既包含原有的傳統(tǒng)和經(jīng)典的核心內(nèi)容，如微積分、空間解析幾何、線性代數(shù)、常微分方程等，又有機(jī)融入了近代科學(xué)研究最需要的部分，如Lebesgue積分、點(diǎn)集拓?fù)?、泛函分析、近世代?shù)、Fourier分析、小波分析、分布理論等。教學(xué)內(nèi)容充分體現(xiàn)了數(shù)與形(代數(shù)概念的幾何化和幾何形體的代數(shù)化)、有限與無限、特殊與一般、簡單與復(fù)雜、線性與非線性互化的辨證統(tǒng)一等現(xiàn)代教育思想。

(2)大學(xué)物理學(xué)。作為理科共同的基礎(chǔ)，該課程以全新的構(gòu)思，以現(xiàn)代物理知識(shí)為主導(dǎo)，講授力學(xué)、熱物理、電磁學(xué)和現(xiàn)代物理基礎(chǔ)。該課程的研究性教學(xué)模式呈現(xiàn)出全新的四大特點(diǎn)［9］:一是整體研究性，探究貫穿課堂教學(xué)、討論課、習(xí)題、論文、課外學(xué)習(xí)等等(教學(xué)環(huán)節(jié));二是思想統(tǒng)攝性，即其所謂的“集成教學(xué)”，即適當(dāng)?shù)卣现R(shí)點(diǎn)使之成為一個(gè)案例，完整地表達(dá)一定的思想;三是師生互動(dòng)性;四是資源開放性，教學(xué)中突破教室和課本的限制，將外部世界作為教學(xué)的場所和內(nèi)容。

(3)化學(xué)原理。該課程重點(diǎn)講授化學(xué)專業(yè)學(xué)生必需的現(xiàn)代化學(xué)基本理論及其應(yīng)用。具體包括:①宏觀理論。講述熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，該部分在無機(jī)化學(xué)、化學(xué)分析和物理化學(xué)中均占有較大篇幅，化學(xué)原理課程以較高起點(diǎn)對其中重復(fù)較多的內(nèi)容進(jìn)行了整合，首先講述物質(zhì)的氣體、液體、固體和等離子體四態(tài)，重點(diǎn)闡述熱力學(xué)基本定律和平衡理論，之后進(jìn)一步介紹具體的化學(xué)反應(yīng)平衡系統(tǒng)如酸堿平衡和容量分析、沉淀與溶解平衡和重量分析、電化學(xué)和氧化還原滴定法、配位平衡和配位滴定法，以及膠體與表面系統(tǒng)等。非平衡態(tài)熱力學(xué)作為專題介紹。動(dòng)力學(xué)包括宏觀的唯象理論和基元反應(yīng)的統(tǒng)計(jì)理論兩部分。②平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論。主要講述Boltzmann統(tǒng)計(jì)及其應(yīng)用，而系綜作為專題介紹。③微觀理論。從原子分子論和微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)介紹原子結(jié)構(gòu)和元素周期律、分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，重點(diǎn)要求理解原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、價(jià)鍵理論和分子軌道理論。④元素部分是無機(jī)化學(xué)中的重點(diǎn)，本課程采用在講授化學(xué)基本原理之后，按ⅠA-ⅣA族元素、非金屬元素和過渡元素三大塊，通過結(jié)構(gòu)影響性質(zhì)的觀點(diǎn)來介紹元素、化合物的性質(zhì)和反應(yīng)性能。

(4)高等物理化學(xué)。該課程從量子力學(xué)的基本假設(shè)出發(fā)，介紹一些模型體系的薛定諤方程的精確解和化學(xué)鍵理論，在此基礎(chǔ)上介紹計(jì)算量子化學(xué)(包括基函數(shù)、Hartree-Fock方法、電子相關(guān)方法、利用Gaussian 98計(jì)算分子性質(zhì))、群論、分子光譜，并從量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)出發(fā)在分子水平上理解熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，包括化學(xué)平衡和化學(xué)動(dòng)力學(xué)、氣相反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)、固體和固體表面化學(xué)等。

5 初步成效

基于大理科模式的化學(xué)拔尖學(xué)生培養(yǎng)的課程體系，在原有的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)加強(qiáng)數(shù)理基礎(chǔ)，進(jìn)一步整合化學(xué)基礎(chǔ)課程和內(nèi)容，擴(kuò)充生命科學(xué)的教學(xué)，特別是強(qiáng)化了國際化課程教學(xué)與交流，經(jīng)過幾年的探索和教學(xué)實(shí)踐，取得了初步的成效，所培養(yǎng)學(xué)生的扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較為寬廣的學(xué)科視野，適應(yīng)化學(xué)以及相關(guān)交叉學(xué)科的研究。2009級16位畢業(yè)生中有6位出國深造，10位在國內(nèi)著名高校學(xué)習(xí)。2010級26位畢業(yè)生中，出國深造14位，10位在國內(nèi)攻讀研究生。這兩屆畢業(yè)生發(fā)表論文30多篇。他們在化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科繼續(xù)深造，得到所在研究生階段學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)的廣泛認(rèn)可。誠然，本課程體系的建設(shè)應(yīng)當(dāng)說還只是初步取得了階段性的成果，相關(guān)的教材建設(shè)、研究型教學(xué)的推進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)都還在進(jìn)行之中。此外，關(guān)于數(shù)理基礎(chǔ)、生物學(xué)課程與化學(xué)相關(guān)課程的銜接問題，還需要長期的教學(xué)實(shí)踐和總結(jié)而加以改進(jìn)。

［1］盧德馨.大理科模式20年——思想、舉措、人才.北京:清華大學(xué)出版社，2009

［2］教育部高等學(xué)?；瘜W(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)編制.高等學(xué)校化學(xué)類專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范.北京:高等教育出版社，2011

［3］葛欣，許望，盧德馨.大學(xué)化學(xué)，2005，20(1):11

［4］盧德馨.中國大學(xué)教學(xué)，1996(5):14

［5］葛欣，董林，趙斌，等.大學(xué)化學(xué)，2009，24(5):21

［6］王志林，朱成建.中國大學(xué)教學(xué)，2013(10):19

［7］葛欣，許望，盧德馨.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22(3):22

［8］葛欣，許望.高等理科教育，2010(教育教學(xué)研究專輯(一)):253

［9］葛欣，許望，盧德馨.中國大學(xué)教學(xué)，2009(6):16