大學無機化學教學改革的探索與實踐*

臧雙全 王建設(shè) 韋永麗 楊光

(鄭州大學化學與分子工程學院 河南鄭州 450001)

近年來，鄭州大學化學與分子工程學院以創(chuàng)建國內(nèi)一流學科一流專業(yè)為目標，加大教學改革力度，特別是根據(jù)國家化學基地的學生普遍具有基礎(chǔ)好、學習能力強等特點，利用“國家級化學實驗教學示范中心”的良好實驗條件，充分發(fā)揮其學科門類齊全和科研實力雄厚的優(yōu)勢,鼓勵教師進行本科教學改革，注重學生實踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。筆者根據(jù)無機化學課程的特點，對化學基地班的無機化學課程從3個方面進行了改革與實踐。

1 教學與教研相結(jié)合

新世紀的大學教育著重于培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)與創(chuàng)新意識，因此，在課程學時基本穩(wěn)定的情況下,教師應(yīng)認真考慮如何依據(jù)少而精的原則對教材和教學內(nèi)容做出合理的取舍,使其能夠比較全面地體現(xiàn)基礎(chǔ)理論性和科學創(chuàng)新性原則。如何在課堂教學中真正做到以學生為主體、以教師為主導,在傳授基本理論、基本知識和基本技能的同時,努力培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力,是一個值得探討的重要問題[1]，而解決這一問題需要將教學與教研相結(jié)合。

鄭州大學化學基地班的學生入校成績好，學習能力強。因此，基地以培養(yǎng)研究型人才為導向，形成了“以科研促進教學，突出實踐能力培養(yǎng)”的專業(yè)特色。根據(jù)“加強基礎(chǔ)、淡化專業(yè)、交叉滲透、分流培養(yǎng)、注重創(chuàng)新”的原則，制定了較為科學的培養(yǎng)方案，建立了與之對應(yīng)的課程體系和教學內(nèi)容，例如，針對基地班的學生本科畢業(yè)后絕大部分都要攻讀碩士研究生，而無機化學的研究方向又多偏向材料和生物的現(xiàn)實，我們鼓勵教師在基礎(chǔ)無機化學的教學中適當引入生物無機和材料無機的相關(guān)內(nèi)容，以激發(fā)學生的科研興趣，營造了教學相長、教研互動的良好局面。

無機化學課程由基礎(chǔ)理論和元素化學兩大部分組成,它們相互滲透,組成課程的整體。在基礎(chǔ)理論部分中,需要學生理解和應(yīng)用的概念、原理比較多,而元素化學部分的內(nèi)容繁瑣、龐雜,需要記憶的材料多，不僅教師感到難教,學生也覺得枯燥難學。此時需要教師采用科學的教學方法，例如元素部分可以通過對實驗現(xiàn)象的歸納導出性質(zhì)，而基礎(chǔ)理論部分則先講結(jié)論再用實例驗證理論，以使學生建立正確的認知規(guī)律；有的知識點如分子構(gòu)型、反應(yīng)方程式等采用推理式教學法，以提高學生邏輯思維的能力；有的知識點(如同族、同周期或同區(qū)的元素性質(zhì))則需采用歸納式、對比式、總結(jié)式教學法，以培養(yǎng)學生對相關(guān)問題進行歸納總結(jié)的能力。例如在講氮族元素的時候,先從其外圍電子結(jié)構(gòu)入手,概述其可能的物理化學性質(zhì)，再通過上下同族元素及左右同周期元素的對比,解析其獨特的化學性質(zhì)，并以此類推，通過理論—分析—總結(jié)的方式將p區(qū)元素放在一起串講，使學生有了更加全面、系統(tǒng)的理解和認知。

無機化學課程的教學內(nèi)容多，知識點零碎、抽象,而現(xiàn)代多媒體的信息量大且對數(shù)據(jù)、色彩、圖像具有強大的處理功能，因此，我們在教學中根據(jù)教學內(nèi)容，充分地將多媒體手段引入教學。例如我們采用多媒體教學手段，對抽象的原電池兩極的電子得失和流動過程、化學鍵的形成以及分子的立體結(jié)構(gòu)等進行描述,變抽象為具體,變復雜為簡單,從而使學生對知識點有更深的理解和記憶。通過多媒體，我們還直觀地向?qū)W生展示無機化學與生產(chǎn)、生活乃至生命、環(huán)境的關(guān)系，并及時將無機化學的前沿研究領(lǐng)域及科研成果介紹給學生。同時，我們也注意到如果多媒體的信息量太大，會造成講課節(jié)奏太快,學生的思路跟不上,易使學生產(chǎn)生視覺和精神的雙重疲勞。因此，我們通過精心制作多媒體課件，藝術(shù)地利用其中的動畫效果或放映方式，并輔以傳統(tǒng)的板書，突出教學重點，而不是將大量內(nèi)容堆砌在一起，簡單地給學生閱讀。

教育的目的之一是“授人以漁”,即培養(yǎng)學生的自學能力。無機化學課程知識點多、學時卻相對較少。據(jù)此，我們改變以往以傳授或灌輸為主要特征的教學模式,構(gòu)建以教師只講授重點難點并介紹本學科的前沿研究成果，而基礎(chǔ)知識則以學生自學為主的新型教學模式。課堂教學偏重激發(fā)學習興趣、奠定自學基礎(chǔ)、劃定自學范圍、傳授自學方法，以培養(yǎng)學生的自學能力。每次下課前教師都要提出問題讓學生思考,鼓勵學生利用各種資源查閱與知識點相關(guān)的內(nèi)容，以培養(yǎng)他們查閱文獻的能力；在下次上課的前10分鐘，讓學生相互交流，教師再給予正確的點評總結(jié)以開拓思維、加深記憶；使“問題→探究→交流討論→分析歸納”的過程成為學生自主獲取知識、提高學習效率、深化理解書本知識的手段。這種通過課堂教學和自主學習的合理分配,讓學生積極主動地參與是提高教學效果的有效方法之一。

2 教學與科研相結(jié)合

本科教學是基礎(chǔ)教學,著重培養(yǎng)知識面寬、適應(yīng)性強、素質(zhì)好的后備人才。但這種基礎(chǔ)教學不同于中學的基礎(chǔ)教學,它帶有專業(yè)性和研究性的特點。因此大學本科教學不僅僅是傳授知識,更重要的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。不同的辦學層次和辦學方向應(yīng)該有不同的培養(yǎng)目標。鄭州大學國家化學基地重視學科建設(shè)，注意發(fā)揮科學研究對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用，鼓勵師生積極參與科研，實現(xiàn)教學科研相互促進、共同提升。

(1) 關(guān)注學科發(fā)展，開拓學生的化學視野。

無機化學是化學發(fā)展史上最早建立的學科分支。無機化學課程是大學化學的第一門基礎(chǔ)課，該課程的教學效果直接影響學生的學習熱情及后續(xù)相關(guān)課程的學習。因此，我們在教學過程中不時地縱觀無機化學的發(fā)展史，從元素周期表的建立到原子能、半導體工業(yè)的興起，從近代的宇航、催化、能源和生物化學的發(fā)展到現(xiàn)代的材料化學、生命化學的成立[2],使無機化學這一古老的學科展現(xiàn)出現(xiàn)代化的無窮魅力，極大提高了學生的學習熱情。無機化學的前沿方向涉及到過渡元素金屬有機化學、生物無機化學和固體無機化學。我們鼓勵學生查閱這些領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀并從中找到自己感興趣的方向，使學生對學科有全面的了解，這有利于學生開拓視野，提高素質(zhì)和培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

(2) 將科研引入課堂，培養(yǎng)學生的科研興趣。

大學教育不僅要傳道授業(yè)解惑，更重要的是培養(yǎng)具有科學精神和實踐能力的創(chuàng)新型人才。因此，大學教師應(yīng)盡可能地承擔科研任務(wù),關(guān)注學科進展，不斷汲取學術(shù)上的新思想和新成果,擴充知識、積累素材。這樣就可以將自己的科研經(jīng)歷和科研成果以及對學科知識的理解及時充實到教學中去,直接轉(zhuǎn)化成課堂教學的內(nèi)容,有助于培養(yǎng)學生的科研興趣。例如，我們在講元素部分的時候，綜合p區(qū)部分非金屬元素和d、f區(qū)金屬離子的性質(zhì)以及配位化學的基本知識，適時通過多媒體課件展示我們利用合適的金屬離子和有機多羧酸配體，通過自組裝，在空間上形成了一維、二維、三維的或螺旋或孔洞的無限結(jié)構(gòu)。這類聚合物具有許多特殊的性能,在新功能材料如儲氫材料、光電材料,磁性材料和芯片開發(fā)中有著潛在的應(yīng)用前景，以此提高學生對科研的興趣。另外，我們還鼓勵本科生到實驗室進行科研訓練，這樣不僅能使學生受到科學的思維方式、研究方法和實驗技能的培訓，而且能使學生在與導師的接觸中，領(lǐng)悟?qū)煹目蒲芯?、思想和方法，這些都是從書本和課堂上無法學到的。教師對事業(yè)的追求和人生的理解，教師在科研中所體現(xiàn)的求實和探索精神,構(gòu)成一種重要的人文環(huán)境，有助于培養(yǎng)學生嚴謹執(zhí)著的科學精神和相互協(xié)作的團隊精神,對學生今后的人生發(fā)展將會產(chǎn)生積極而深遠的影響[3]。

(3) 試行全英文教學，增強學生的科研潛能。

我們在國家理科基地2008級和2009級創(chuàng)新拔尖班以及2010級和2011級本碩班開展了無機化學課的全英文教學。通過近幾年的探索與實踐，我們掌握了使用英語進行教學的方法，編制了英語的教學課件，取得了初步成果。通過調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，這些本科生中有相當一部分學生在使用英文進行化學專業(yè)的知識學習、文獻閱讀、論文撰寫以及學術(shù)交流的能力不低于甚至超過了我系研究生的平均水平。

3 教學與實踐相結(jié)合

化學是一門應(yīng)用性很強的學科，化學知識已經(jīng)廣泛滲透到個人和社會生活的各個方面，化學物質(zhì)、化學現(xiàn)象、化學變化無處不在[4]。因此,無機化學的教學也應(yīng)盡可能與現(xiàn)代的生產(chǎn)、生活相結(jié)合。在課堂上，我們因勢利導，及時把教學內(nèi)容中的基礎(chǔ)理論與實踐中的具體應(yīng)用融合起來，以提高學生課堂學習的興趣，拓寬學生的化學視野。

化學與生產(chǎn)緊密相連，如在講原電池時,我們列出了鋅錳干電池、鎳氫電池、鋰離子電池等常用電池的電池反應(yīng),對電池的正負極材料、優(yōu)缺點及其市場分布等做了簡單介紹,使學生在學習氧化還原反應(yīng)理論的同時,對新型電極材料也有了初步的了解。

化學與生活息息相關(guān)，在講過渡金屬元素時引入了七彩紛呈的寶石作為實例。水晶的紫色、孔雀石的綠色、藍寶石的藍色等，從化學的角度來說，就是寶石中含有不同顏色的過渡金屬離子所致；另外，人體中過渡金屬微量元素含量的高低也會導致一些疾病的發(fā)生。在講p區(qū)一些非金屬元素的性質(zhì)時，我們講述了二氧化硫作為食物“化妝品”的作用，以及消毒水的成分、變色眼鏡及人工降雨的化學原理等。

一些著名的環(huán)境事件與化學有關(guān)，而污染源中大部分有毒有害的元素及其化合物又是無機化學的重要教學內(nèi)容。因此，在元素部分的教學中，我們利用多媒體的教學手段展示了諸如由N、S等非金屬元素引起的大氣污染，由某些重金屬或放射性元素引起的水及土壤污染等。為了讓學生對化學有正確的認識，我們在講述一些元素或化合物可能會造成污染的同時，也介紹了如何用化學的方法避免或治理這種污染，并極力向?qū)W生倡導綠色化學的理念。綠色化學是在化學反應(yīng)的始端就采用預防污染的科學手段，因而過程和終端均為零排放或零污染，是一門從源頭阻止污染的化學。綠色化學是新世紀化學進展的主要方向之一，綠色化學的理念也應(yīng)成為化學課程與教學改革的重要指導思想。因此，在設(shè)計具體實驗方案時，我們引導學生盡量避免使用或產(chǎn)生毒性較大的、容易形成污染的物質(zhì)，盡量選擇污染少的實驗方法和實驗裝置，在無法避免使用或產(chǎn)生有害物質(zhì)和污染的情況下，實驗方案必須包括有效預防和處理污染的措施。

4 結(jié)語

總之，根據(jù)鄭州大學化學基地的培養(yǎng)目標和無機化學課程的特點以及本專業(yè)的科研優(yōu)勢，我們對無機化學課程的教學內(nèi)容和教學方法進行了改革與創(chuàng)新，總結(jié)了一套切實可行、效果良好的教學方法。在具體的授課過程中，我們也深切地感受到要教好一門課不但要有深厚、廣博的知識功底，還要具備嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度、科學的教學方法和藝術(shù)的教學手段。

[1] 侯文華,陳靜.大學化學,2009,24(3):22

[2] 洪茂椿,陳榮,梁文平.21世紀的無機化學.北京:科學出版社,2005

[3] 朱亞先,夏海平,袁友珠,等.大學化學,2010,25(5):17

[4] 布里斯羅 R.化學的今天和明天.華彤文,宋心琦,張德和,等譯.北京:科學出版社,2002