国外化学原理教材介绍——以...th_edition)为例_胡锴.pdf

Univ.Chem.2023,38(6),4145 41 收稿：2023-02-22；录用：2023-03-27；网络发表：2023-03-30*通讯作者，Email: 专题 doi:10.3866/PKU.DXHX202302055 国外化学原理教材介绍国外化学原理教材介绍 以Zumdahl的Chemistry(10th edition)为例 胡锴1,*，赵苹苹2，蔡苹1，程功臻1 1武汉大学化学与分子科学学院，武汉 430072 2武汉大学图像传播与印刷包装研究中心，武汉 430072 摘要：摘要：Zumdahl夫妇和DeCoste合著的Chemistry是一本在国内外广受赞誉的化学原理类教材。本文以此教材为例，介绍了国外化学原理类的教材。Chemistry这本教材内容既有广度同时也具有深度，具有可读性强、适用面广和拓展性强的特点。教材编写紧扣其培养学生化学思维和知识应用能力的基本理念，在内容和形式设计上运用了多种策略培养学生分析解决问题的能力和批判性思维能力。关键词关键词：教材介绍；化学原理；教材编写 中图分类号：中图分类号：G64；O6 Investigation into the Foreign Textbook of Chemical Principle:Book Review of Chemistry(10th edition)by Zumdahl Kai Hu 1,*,Pingping Zhao 2,Ping Cai 1,Gongzhen Cheng 1 1 College of Chemistry and Molecular Sciences,Wuhan University,Wuhan 430072,China.2 Research Center for Graphic Communication,Printing and Packaging,Wuhan University,Wuhan 430072,China.Abstract:Zumdahls Chemistry is a popular,internationally acknowledged textbook on chemical principles.In this paper,we give a brief introduction of this textbook.The content of the textbook has both breadth and depth,and also has the easy readability,wide applicability and strong expansibility.The compilation of the textbook closely follows the basic idea of helping students chemical thinking so that they can apply the process of the problem solving to all aspects of their life.In the content and form design,the textbook adopts a variety of strategies to cultivate students ability of analyzing and solving problems and the ability of critical thinking.Key Words:Book review;Chemistry principle;Textbook compilation 为了更好地培养高素质人才并将人才培养与国际接轨，很多学校会选用国外原版教材作为化学原理或普通化学类课程的指定教材。由Illinois大学的Steven S.Zumdahl、Susan A.Zumdahl和Donald J.Decoste共同编写的Chemistry就是适用面广的经典教材之一。该教材现由Cengage Learning出版社出版，目前市面的最新版本为第10版(2017年)1，第11版将于2024年出版。与针对荣誉课程的普通化学原理类教材如Atkins的Chemical Principles 2，Oxtoby等的Principles of Modern Chemistry 3相比，Zumdahl的Chemistry属于中等难度，其教材内容跨度从化学入门知识到大学低年级的化学基本原理都有涉及，内容无论是在难度和深度均有明显的梯度。因此教材的适用面很广，美国一些高中的化42 大 学 化 学 Vol.38 学荣誉课程或者大学低年级普通化学课程都采用该教材4,5，国内也常作为美国大学预科课程化学(Advanced Placement Chemistry，AP Chemistry)考试的参考书和大学低年级的化学原理教材。本文以Chemistry第10版为基础介绍该教材。1 教材编写基本理念和框架介绍教材编写基本理念和框架介绍 编写理念直接决定了教材的风格、编排及教学设计。在Chemistry的教材使用说明中Zumdahl明确指出，该教材的编写旨在通过概念性学习和问题导向性学习帮助学生像化学家一样思考，希望学生通过学习能将化学的基本原理和化学的思维方法应用于解决实际问题和日常生活的方方面面。教材通过对不同教学环节的精心设计，帮助学生建立科学的批判性思维，提升他们分析问题和解决问题的能力以及应用化学理论于日常和建立模型的能力。教材不是单纯地描述化学事实，章节的展开多以问题为导向，在陈述分析事实的基础上建立模型并引出概念和原理，进而解决问题。每章节都有很多与生活相关的实例，既增强了教材的可读性和趣味性，同时也有助于提升学生学习和应用化学的能力。Chemistry第10版采用全彩页印刷，全书分22章并有7个附录(表1)，共1200页，适用于两学期的教学。章节设置和编排与大多数国外的普通化学原理教材类似，包括化学的基本概念和原理、热力学和动力学初步、原子和分子结构、物质状态及其性质、溶液中的四大平衡、电化学基础、元素性质和配位化学基础、核化学基础及有机和生物分子。表表1 Chemistry教材的章节和附录教材的章节和附录 章节 内容 Chapter 1 Chemical Foundations 化学基础知识 Chapter 2 Atoms,Molecules,and Ions 原子，分子和离子 Chapter 3 Stoichiometry 化学计量法 Chapter 4 Types of Chemical Reactions and Solution Stoichiometry 化学反应类型和溶液体系的计算 Chapter 5 Gases 气体 Chapter 6 Thermochemistry 热化学 Chapter 7 Atomic Structure and Periodicity 原子结构和元素周期律 Chapter 8 Bonding:General Concept 化学键：基本概念 Chapter 9 Covalent Bonding:Orbitals 共价键：轨道 Chapter 10 Liquids and Solids 液体和固体 Chapter 11 Properties of Solutions 溶液的性质 Chapter 12 Chemical Kinetics 化学反应动力学 Chapter 13 Chemical Equilibrium 化学平衡 Chapter 14 Acids and Bases 酸和碱 Chapter 15 Acid-Base Equilibria 酸碱平衡 Chapter 16 Solubility and Complex Ion Equilibria 溶解度和配离子平衡 Chapter 17 Spontaneity,Entropy,and Free Energy 自发性、熵和自由能 Chapter 18 Electrochemistry 电化学 Chapter 19 The Nucleus:A chemists View 核：从化学家的角度 Chapter 20 The Representative Elements 典型的主族元素 Chapter 21 Transition Metals and Coordination Chemistry 过渡金属和配位化学 Chapter 22 Organic and Biological Molecules 有机和生物分子 (待续)No.6 doi:10.3866/PKU.DXHX202302055 43(续表1)章节 内容 Appendix 1 Mathematical Procedures 数学推导 Appendix 2 The Quantitative Kinetic Molecular Model 定量分子动力学模型 Appendix 3 Spectral Analysis 图谱分析 Appendix 4 Selected Thermodynamic Data 一些热力学数据 Appendix 5 Equilibrium Constants and Reduction Potentials 平衡常数和还原电势 Appendix 6 SI Units and Conversion Factor SI单位及其转化 Appendix 7 Molecular Spectroscopy:An Introduction 分子光谱：简介 前六章的内容和难度基本与国内高中化学一致，这种由浅入深的编排对于初学者和自学者都非常友好。区别于国内教材，第五章除了讨论气体性质外还引入了气体分子运动论，重点讨论了从现象到定律再到模型的科学研究过程和方法，指出了科学模型建立的一般方法。这也体现了著者的基本编写理念，重视化学模型的建立和训练科学的思维，这一部分与后面很多章节如原子分子结构中重点讨论模型的建立和应用共同构成了本书的一个亮点。此外，该教材对共价键理论的讨论是以定域理论和离域理论两条线展开，第八章讨论定域理论，第九章则重点讨论化学键的离域理论。笔者发现这种编排在实际教学过程中更有利于学生理解化学键的本质和化学键模型，有助于学生提升利用不同理论模型解决实际问题的能力。在化学热力学和动力学基础内容的编排顺序上，国内外教材存在较大区别。国内教材一般是在完成热力学和动力学基础的介绍后引入平衡或者结构，而大部分国外教材则多以动力学平衡反应自发性这一顺序展开学习。笔者猜测，国外的这种编排顺序也可能是遵循了从现象到理论模型的思路；而国内教学过程则更加倾向于先教授热力学和动力学的理论，然后通过对不同化学过程的讨论进一步应用、理解和掌握这些理论。第19章到22章核化学、元素化学以及生物化学等内容都仅简要介绍了相关二级学科的基本概念。元素性质部分讨论了重要元素的主要性质；配位化学含在过渡元素部分讨论，内容较之国内普通化学而言更深入，涉及异构和晶体场理论等内容；有机和生物分子的内容与国内高中教材大致相同。另外值得注意的是在新修订版中，加入了更多与生物相关的内容和习题4。2 章节结构组织特点章节结构组织特点 教材的每章均由四部分组成，简介、正文、总结和习题。各个部分的设计都体现了“以学生为中心”的基本想法，形式和内容上旨在让学生能更有效地掌握知识并能灵活地应用。具体结构组织的特点总结为以下几个方面。2.1 帮助学生搭建学习内容框架帮助学生搭建学习内容框架 化学学习知识框架的搭建和链接是非常重要的。教材每章开篇页都有目录，借此帮助学生在开始学习这部分内容前搭建一个大致的学习框架；在章节内容结束后还列了一个比较详细的重难点内容总结，以完成基本框架上各具体内容的填充。两者相结合，能帮助学生更好地搭建该部分知识的结构和内容，建立各知识点之间的链接，促进理解、掌握和应用所需内容。2.2 加强对基本概念和模型的正确理解加强