無(wú)機(jī)元素化學(xué)課程教學(xué)與大學(xué)生能力培養(yǎng)*

張歡 楊定明 戴亞堂

(西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621010)

在化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科專(zhuān)業(yè)中，無(wú)機(jī)元素化學(xué)是剛進(jìn)入大學(xué)的本科生所學(xué)習(xí)的一門(mén)重要課程。該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果直接影響到對(duì)大學(xué)生的專(zhuān)業(yè)思想、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)[1]。就如何寓大學(xué)生能力培養(yǎng)于無(wú)機(jī)元素化學(xué)教學(xué)中，我們進(jìn)行了一些探索與嘗試，介紹如下：

(1) 教師提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生思考，鼓勵(lì)學(xué)生帶著問(wèn)題走進(jìn)課堂。

在教與學(xué)的過(guò)程中，提出問(wèn)題與解答問(wèn)題具有重要意義。教師創(chuàng)造問(wèn)題情境，結(jié)合所教授的知識(shí)點(diǎn)提出有價(jià)值的問(wèn)題是培養(yǎng)學(xué)生興趣和能力的重要方式。在無(wú)機(jī)元素化學(xué)教學(xué)中，如“在Li-Mg、Be-Al、B-Si 3對(duì)元素中，各對(duì)元素性質(zhì)上有哪些相似性？”等問(wèn)題可使學(xué)生通過(guò)思考提高比較學(xué)習(xí)的能力；“為什么LiF在水中的溶解度比AgF小，而LiI在水中的溶解度比AgI大？”等問(wèn)題可使學(xué)生聯(lián)系無(wú)機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)解釋元素化學(xué)的相關(guān)問(wèn)題，透過(guò)現(xiàn)象尋找本質(zhì)，從而提高分析問(wèn)題的能力；“心臟起搏器電源有哪些特殊要求，鋰電池能否滿(mǎn)足這些要求？”等問(wèn)題是對(duì)所學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步運(yùn)用，由此可提高學(xué)生解決問(wèn)題、應(yīng)用知識(shí)的能力。這些問(wèn)題既可以在課前提出，便于學(xué)生查閱資料尋找答案；也可以在課堂上提出，考察學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。

除了教師創(chuàng)造問(wèn)題情境外，在問(wèn)題的提出與解答中提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的另一重要方式是學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)帶著問(wèn)題走進(jìn)課堂。如果一個(gè)學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)了，一是可能會(huì)比較輕松地回答老師上課的提問(wèn)；二是可能對(duì)教材中某個(gè)知識(shí)點(diǎn)提出疑問(wèn)，這有利于課堂解惑；三是一些學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)，不僅弄清楚了某知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈，還能提出該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步應(yīng)用和深入研究的問(wèn)題，因而能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的愿望，既樂(lè)于與老師多交流，又愿意在后續(xù)課程或相關(guān)書(shū)籍、資料中汲取知識(shí)，同時(shí)也在學(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)了思考。在無(wú)機(jī)元素化學(xué)課程中，學(xué)生在預(yù)習(xí)中可以提出的問(wèn)題是多方面的，如物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用以及應(yīng)用的條件，化學(xué)反應(yīng)的可行性，反應(yīng)進(jìn)行的程度，等等。

(2) 課外拓寬知識(shí)面、開(kāi)闊視野。

獲得課本之外知識(shí)的途徑，一是書(shū)籍，二是網(wǎng)絡(luò)，其中從網(wǎng)絡(luò)獲取知識(shí)非?？旖莘奖恪o(wú)機(jī)元素化學(xué)這門(mén)課程可以查閱的資料包括：元素及其化合物的化學(xué)史、化學(xué)與生活(材料、環(huán)境、生命等)、新發(fā)現(xiàn)、科學(xué)發(fā)展前沿等。

學(xué)習(xí)某一元素及其化合物的知識(shí)時(shí)，可以查閱相關(guān)的化學(xué)史。一種元素的發(fā)現(xiàn)或一種物質(zhì)的合成往往會(huì)伴隨一個(gè)科學(xué)故事，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)的興趣，同時(shí)可以使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的來(lái)龍去脈有所了解，這樣就淡化了學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)枯燥乏味的感覺(jué)[2]。例如，在學(xué)習(xí)元素氟時(shí)，查閱氟單質(zhì)的相關(guān)發(fā)現(xiàn)史，可以使學(xué)生了解氟的活潑性——電解出的氟只要一碰到某種物質(zhì)就能與其化合，同時(shí)也加深了對(duì)應(yīng)用氣體氟注意事項(xiàng)的理解。

在元素化學(xué)的內(nèi)容中，有很多是體現(xiàn)在生活中的化學(xué)知識(shí)，除了書(shū)本中有限的生活中的化學(xué)知識(shí)外，課外書(shū)和網(wǎng)絡(luò)，特別是網(wǎng)絡(luò)會(huì)給我們展現(xiàn)出一個(gè)更豐富的生活中的化學(xué)世界。如與生活息息相關(guān)的有：石英表、光導(dǎo)纖維、可口可樂(lè)與二氧化碳、微量元素與身體健康等，這些都展現(xiàn)出化學(xué)就在我們身邊，生活離不開(kāi)化學(xué)。另外，還可以通過(guò)硫酸銅與毒木耳、硫磺與毒銀耳和毒蜜棗、亞硝酸鹽與染色劑、硼砂沙琪瑪、兒童血鉛超標(biāo)、礦泉水中的溴酸鹽等，告訴學(xué)生化學(xué)品的濫用正在危害我們的環(huán)境和健康。這些課本上所沒(méi)有的知識(shí)能使學(xué)生明白很多物質(zhì)的應(yīng)用是有利有弊，如果應(yīng)用不合理就可能給人類(lèi)帶來(lái)危害。

要使學(xué)生的視野更開(kāi)闊，就要鼓勵(lì)學(xué)生去了解無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展的前沿工作，使教學(xué)貼近現(xiàn)代科技。這些知識(shí)可以從近期的學(xué)術(shù)期刊以及網(wǎng)絡(luò)獲取。如學(xué)習(xí)碳單質(zhì)知識(shí)時(shí)，相關(guān)碳家族的新成員不僅有富勒烯，還有結(jié)構(gòu)獨(dú)特的碳納米管和石墨烯。其中首次制備出富勒烯和石墨烯的科學(xué)家都獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。碳家族的3個(gè)新成員已經(jīng)或者即將對(duì)化學(xué)、物理、材料、生命、電子等科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并在光、電、磁等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。又如介紹高效催化劑、納米材料、超導(dǎo)材料、新型功能陶瓷材料等新發(fā)現(xiàn)或?qū)W科前沿知識(shí)能使學(xué)生大開(kāi)眼界，使其對(duì)未知的科學(xué)世界充滿(mǎn)探索欲望。

通過(guò)從課外書(shū)和網(wǎng)絡(luò)查閱資料，既能使學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)的教材知識(shí)，也能開(kāi)闊他們的視野，更重要的是在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)的能力不斷加強(qiáng)，特別是新發(fā)現(xiàn)或?qū)W科前沿的知識(shí)有助于激發(fā)學(xué)生探索新領(lǐng)域的熱情。

(3)創(chuàng)造交流和討論機(jī)會(huì)。

教師要下功夫研究如何使學(xué)生積極主動(dòng)查閱資料、搜索知識(shí)并進(jìn)行檢驗(yàn)?？梢蕴峁┙涣鲗W(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，如堅(jiān)持課前5分鐘學(xué)生輪流小演講，可以擠出上課時(shí)間或用課外時(shí)間進(jìn)行專(zhuān)題討論。這樣做的好處有3個(gè)，一是學(xué)生要與同學(xué)交流討論，必然要對(duì)所查閱資料進(jìn)行分析，從而能加深對(duì)這部分知識(shí)的理解和熟悉程度；二是單個(gè)學(xué)生的時(shí)間和精力是有限的，因而查閱的資料也是有限的，而一個(gè)學(xué)生查閱的資料通過(guò)交流和討論可以與幾十個(gè)學(xué)生分享，能夠拓寬所有學(xué)生的視野；三是交流和討論能給學(xué)生充分表達(dá)的機(jī)會(huì)。這樣，不僅強(qiáng)化了學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，還提高了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，并讓他們?cè)诮涣饔懻撝畜w驗(yàn)成就感，使他們體會(huì)到學(xué)習(xí)的興趣。

筆者近年來(lái)在給學(xué)生上元素?zé)o機(jī)化學(xué)課程前，都給學(xué)生布置一學(xué)期要完成的一個(gè)重要任務(wù)，即每個(gè)學(xué)生都要查閱某一種元素或其化合物以及某一類(lèi)元素或其化合物的相關(guān)資料，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候安排其與同學(xué)交流。幾年來(lái)，學(xué)生選取的資料非常豐富，如食品安全與化學(xué)、大氣污染與水污染、碳元素與交通安全、半導(dǎo)體材料、納米材料及其應(yīng)用前景、化學(xué)武器與武器化學(xué)、月球上的化學(xué)，等等。學(xué)生的組織材料能力和講解能力明顯提高。

(4) 開(kāi)展實(shí)驗(yàn)及適當(dāng)?shù)目茖W(xué)研究。

元素?zé)o機(jī)化學(xué)課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要有3個(gè)層次，一是物質(zhì)的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)直觀(guān)地學(xué)習(xí)化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)，在鞏固課本知識(shí)的同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)基本操作技能；二是綜合實(shí)驗(yàn)，化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)一般與學(xué)科前沿緊密結(jié)合，帶有一定科研成分，能夠體現(xiàn)科研與教學(xué)的關(guān)系，并涉及學(xué)科間的交叉，旨在提高學(xué)生綜合運(yùn)用基本知識(shí)和基本技能解決較復(fù)雜問(wèn)題的能力；三是設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)，化學(xué)設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)是學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)課題要求，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并獨(dú)立完成的具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)[3]。性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的取材是教材中某物質(zhì)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的取材往往是多種物質(zhì)在較復(fù)雜條件下的反應(yīng)或應(yīng)用；設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)的選材則大多是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)、生產(chǎn)實(shí)踐或日常生活所涉及的單質(zhì)或其化合物的制備、性質(zhì)、檢驗(yàn)方法等具有探究性的內(nèi)容。

實(shí)際上，學(xué)生做設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)就相當(dāng)于進(jìn)行科學(xué)研究，既可以一個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成，也可以多個(gè)學(xué)生分工合作。對(duì)于特別有興趣進(jìn)行化學(xué)研究的學(xué)生，還可以聯(lián)系相關(guān)教師去做其感興趣的研究項(xiàng)目。無(wú)論是做設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)還是進(jìn)行初步的科學(xué)研究，在研究的過(guò)程中總會(huì)遇到各種的問(wèn)題，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，要通過(guò)查資料和請(qǐng)教別人分析問(wèn)題存在的原因，并尋求解決問(wèn)題的方法。因此，學(xué)生進(jìn)行研究的過(guò)程就是其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力的過(guò)程。對(duì)于做得好的學(xué)生，可以鼓勵(lì)其撰寫(xiě)科技論文。通過(guò)撰寫(xiě)論文，學(xué)生可以把眾多物質(zhì)的性質(zhì)以及物質(zhì)間的關(guān)系、反應(yīng)歷程弄得更明白；并能通過(guò)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果學(xué)到更多的理論知識(shí)。

(5) 增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感和使命感，充分挖掘潛能。

就無(wú)機(jī)元素化學(xué)課程而言，能增強(qiáng)學(xué)生責(zé)任感和使命感的知識(shí)點(diǎn)很多。一種具有廣闊應(yīng)用前景的新的單質(zhì)或化合物制備出來(lái)，但如何應(yīng)用于實(shí)際還存在諸多問(wèn)題，可以增強(qiáng)學(xué)生深入研究、發(fā)展化學(xué)的使命感；傳統(tǒng)能源面臨枯竭和污染危機(jī)，可以增強(qiáng)學(xué)生致力于開(kāi)發(fā)新的清潔能源的責(zé)任感；國(guó)防現(xiàn)代化離不開(kāi)耐高溫材料、形狀記憶合金、隱形材料以及高效輕便的固體火箭燃料等，可以激發(fā)學(xué)生下決心將來(lái)突破相關(guān)的難題；許多食品添加劑在帶給人類(lèi)豐富的物質(zhì)生活條件的同時(shí)，也可能因使用不當(dāng)而威脅人類(lèi)的健康與生命，可以激發(fā)學(xué)生致力于綠色食品的開(kāi)發(fā)與研究；令人觸目驚心的大氣污染、水污染和固體廢棄物污染等可以使學(xué)生樹(shù)立傳統(tǒng)化學(xué)要向綠色化學(xué)轉(zhuǎn)變的理念，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

(6) 改變考核模式，課程考核貫穿學(xué)習(xí)過(guò)程。

我們?cè)跓o(wú)機(jī)元素化學(xué)這門(mén)課程中采用了較多的教學(xué)手段——在提問(wèn)與問(wèn)題中解惑、借助課本之外的資源拓展元素化學(xué)知識(shí)、在交流與討論中獲得知識(shí)并提升表達(dá)能力、在實(shí)驗(yàn)與研究中增強(qiáng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力，等等。學(xué)生在這些方面付出了很多努力，在每個(gè)方面都展現(xiàn)出一定的水平和能力。因此，我們將期中及期末的筆試成績(jī)所占比例大幅降低，而將學(xué)習(xí)過(guò)程中的得分相應(yīng)提升。

總之，大學(xué)教學(xué)要以培養(yǎng)學(xué)生能力為重。學(xué)生要在學(xué)習(xí)中提升能力，是與學(xué)校、教師重視教學(xué)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)和對(duì)人才培養(yǎng)的嚴(yán)格要求分不開(kāi)的。

[1] 李夏.首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,28:111

[2] 蘇芳.大學(xué)化學(xué),2008,23(3):18

[3] 霍冀川,鄧躍全,何平,等.化學(xué)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007