大学化学教育中的科学素养实施意义和目的

18世纪后期，法国科学家拉瓦锡提出了化学元素的概念，揭示了化学反应的质量守恒定律。自那时起，化学正式成为一门学科。到20世纪初，化学的四个分支学科已趋成熟，大学化学系相应地开设了无机化学、有机化学、分析化学和物理化学四大主干基础课程。但随着量子力学的发展，20世纪30年代，化学学科在整体上曾面临着被近代物理学所吞并的危险。这种唯理性的思潮也在化学教科书中得到充分体现，其代表作是20世纪50年代出版的由鲍林编著的普通化学。然后化学家们并没有困惑在理性的樊篱中，他们借助于近代物理学的进展，通过各种波谱方法，在认识原子、分子和晶体结构方面积累了大量的资料，化学学科进入了一个注重理论建构的全新发展阶段。化学还为发现与合成新的元素，分离、提取与合成新的化合物，开发与综合利用天然资源等方面做出了卓越的贡献。最近几十年以来，化学学科对自然学科最具有深远意义的贡献是促进了分子生物学和材料科学的诞生和成长。因此，在当代大学的普通化学教科书和教学中，人们普遍重视从理论、实验及化学的实际应用等多个方面来介绍整个化学领域的基础知识，为学习者能学习化学科学基础知识和为进入化学专门领域的学习奠定基础。所以，它不仅是大学化学教育的一门基础课程，也是大学实施通识性教育的重要途径之一。

（一）当代普通大学化学教育观念和教学方法革新的趋向

1.当代化学科学发展的趋势

关于21世纪化学学科发展的趋势，美国S.G.Pimentel教授集美国26位化学界各领域的杰出学术带头人反复研讨编撰而成的《化学中的机会——今天和明天》一书中预言：“化学将成为中心学科。在为全人类提供食物，开发新能源，提供穿衣和住房，为日益减少或稀缺材料提供再生的代用品，为改善健康和征服疾病，以及监视和保护环境等方面，化学都起着关键性的作用。”

由此可知，化学对人类社会的发展做出了巨大的贡献。由此，使得化学成为一个富有魅力的科学舞台，其也吸引着越来越多的青年人为之探索和奋斗。展望我国化学学科的发展前景，我国的经济发展越来越离不开化学，化学在我国成为一门中心学科已是不争的事实。我国参与化学研究与工作的人员队伍，其规模是国际上少有的。这正是我国化学科学发展的背景和动力。当前，我国所面临的挑战有人口控制问题、健康问题、环境问题、能源问题、资源与可持续发展问题等。化学家希望从化学的角度，通过化学知识和方法来解决这些问题，为我国的发展和民族的振兴做出更大的贡献。

2.化学反应过程与控制

化学的中心是化学反应。虽然人们对化学反应的许多问题已有比较深刻的认识，但还有很多问题尚不清楚。化学键究竟是如何断裂和重组的?分子是怎样吸收能量以及是怎样在分子内激发化学键达到特定的反应状态的?这一系列属于反应动力学的问题都有待回答，其研究成果对有效控制反应十分重要。复杂体系的化学动力学、非稳态粒子的动力学、超快的物化过程的实时探测和调控以及极端条件下的物理化学过程都已经成为重要的研究方向。

3.合成化学

未来化学发展的基础是合成化学的发展，合成化学在21世纪将进一步向高效率和高选择性发展；新方法、新反应及新试剂仍将是未来合成化学研究的热点；新试剂合成技术将越来越受到人们的重视；各类催化合成研究将会有更大的进展；化学家也将更多地利用细胞来进行物质的合成。仿生合成也是一个颇受注意的热点，该方面的研究进展将产生高效的模拟酶催化剂，它们将对合成化学产生重要影响。

4.基于能量转换的化学反应

太阳能的光电转换虽早已用于卫星，但大规模、大功率的光电转换材料的化学研究才刚刚开始。太阳能光解水产生氢燃料的研究已受到极大的重视，其中催化剂和高效储氢材料是目前研究最多的课题。特别值得提出的是，目前世界上关于植物光合反应的研究已经取得了一定的突破，燃料电池的研究也已取得进展。随着石油资源的大幅消耗，近年来对燃烧过程的研究又重新被提到日程上来，细致了解燃烧的机制不仅是推动化学发展的需要，也是充分利用自然资源的关键。

5.新化学反应途径与绿色化学(www.xing528.com)

我国现阶段的研究，一方面注意降低各种工业过程的废物排放、排放废料的净化处理和环境污染的治理，另一方面重视开发那些低污染或无污染的产品和过程。因此，化学家不但要追求高效率和高选择性，而且还要追求反应过程的“绿色化”。这种“绿色化学”将成为21世纪化学的重大变化。它要求化学反应符合“原子经济性”，即反应产率高，副产物少，而且耗能低，节省原材料，同时还要求反应条件温和，所用化学原料、化学试剂和反应介质及所生成产物均无毒无害或低毒低害，与环境友善。高效催化合成、以水为介质、以超临界二氧化碳为介质的反应研究将会有大的发展。

6.设计反应

综合结构、分子设计、合成、性能研究的成果以及计算机技术是创造特定性能物质或材料的有效途径。分子团簇，原子、分子聚集体已在我国研究多年。目前，这些研究正在深入，并与现代计算机技术、生物、医学等相结合获得了多角度、多层次的研究结果。21世纪的化学家将更普遍地利用计算机帮助人们进行反应设计。人们有望让计算机按照优秀化学家的思想方式去思考，让计算机评估浩如烟海的已知反应，从而选择最佳合成路线并制得预想的目的化合物。

7.纳米化学与单分子化学

从化学或物理学角度看，纳米级的微粒性能由于其表面原子或分子所占比例超乎寻常的大而变得不同寻常。研究其特殊的光学、电学、催化性质以及特别的量子效应已受到重视。另一方面，借助光摄等技术进行单分子化学研究将能观察在单分子层次上的许多不同于宏观的新现象和特异效应，对这些新现象和新效应的揭示将会导致一些科学问题的突破。

8.复杂体系的组成、结构与功能间关系的研究

21世纪的化学不仅要面对简单体系，还要面对包括生命体系在内的复杂系统。因此，除了研究分子的成键和断键，即研究离子键和共价键那样的强作用力之外，还必须考虑复杂体系中的弱相互作用力，如氢键，范德华力等。虽然它们的作用力较弱，但却能组装成分子聚集体和分子互补体系。这种超分子体系常常具有全新的性能，或者可使通常无法进行的反应得以进行。基于分子识别观点进行设计、合成及组建新的、有各种功能的分子、超分子及纳米材料将是未来一段时间中化学的重要研究内容。而深入研究控制分子的各种作用力，研究它们的本质并深刻了解分子识别是一个颇具重大意义并充满挑战的课题。

9.物质的表征、鉴定与测试方法

研究反应、设计合成、探讨生命过程、工业过程控制、商品检验等都离不开对物质的表征、测试、组成与含量测定。能否发展和建立适合于原子、分子、分子聚集体等不同层次的表征、鉴定与测定方法，特别是痕量物质的测定方法将成为制约化学发展的一大关键。我国目前的研究主要集中于以下几个方面：发展基于激光或其他原理的高灵敏度检测和分析方法；发展具有极高效率的毛细管电泳、基于分子识别的高选择性分离技术以及各种传感器技术等；探索建立基于微透析、电分析化学和传感器的现场或流水线测定方法；构建多元和集成分析方法以适应类似于人类基因组工程计划等大规模分析测试的需要。可以说，上述研究方向的转变已成为20世纪末、21世纪初我国化学发展的一个显著特点，并将由此引发这一学科自身在各个层次上的变革，同时带动和促进其他学科与技术的共同繁荣和发展。

当代化学的发展必将带动和促进其他相关学科的发展，同时其他学科的发展和技术的进步也会反过来推动化学本身不断前进。如量子化学家鲍林提出的氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型就为1953年沃生和克里克提出的DNA分子的双螺旋结构模型奠定了基础，后者又为破解遗传密码奠定了基础。从这里可以看出，化学与生物学相互促进。

展望未来化学事业的发展和化学对人类生活的影响，我们充满信心，亦倍感兴奋。化学是无限的，化学是至关重要的，它将帮助我们解决21世纪所面临的一系列问题。