應(yīng)用無機化學(xué)課程教學(xué)實踐與思考

劉金庫

(華東理工大學(xué)化學(xué)系 上海 200237)

目前各高校開設(shè)的無機化學(xué)課程的內(nèi)容幾乎全部屬于基礎(chǔ)無機化學(xué)范疇，主要強調(diào)理論和計算，而涉及無機化學(xué)實際應(yīng)用的內(nèi)容很少，難以全面反映無機化學(xué)在現(xiàn)代科技發(fā)展中的重要地位[1]。隨著社會的不斷進步，無機化學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用，對無機化學(xué)人才的需求不斷加大。然而，有些學(xué)生片面地認為無機化學(xué)應(yīng)用面窄，選擇攻讀無機化學(xué)專業(yè)畢業(yè)后工作難求等等，導(dǎo)致無機化學(xué)這一傳統(tǒng)而又經(jīng)典的學(xué)科領(lǐng)域，在研究生報考時反而受到了部分學(xué)生的“冷落”，在一定程度上影響了無機化學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)。鑒于上述種種情況，我們于2007年春季面向本科三、四年級學(xué)生開設(shè)了應(yīng)用無機化學(xué)課程。最初有49人選修，隨后各年度人數(shù)激增，2008、2009年度分別為146人和174人，90%以上的學(xué)生選修了這門課，并在授課內(nèi)容安排及課堂效果等方面給予了很高的評價。課程達到了預(yù)期的效果，使學(xué)生更多地了解了無機化學(xué)經(jīng)典理論在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的具體應(yīng)用，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)無機化學(xué)的興趣，并拓展了他們在應(yīng)用無機化學(xué)領(lǐng)域的知識面。本文就該課程設(shè)置的基本思想、授課內(nèi)容及形式，以及教學(xué)效果等方面，進行一些探討和分析。

1 基本思想

設(shè)置應(yīng)用無機化學(xué)課程就是要將無機化學(xué)理論在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實際應(yīng)用展示給學(xué)生。設(shè)置授課內(nèi)容的基本思想如下：(1) 課程主線突出，彰顯無機化學(xué)特色。雖然無機化學(xué)的理論豐富多彩，但在內(nèi)容選取上必須具有清晰明了的知識脈絡(luò)，既要兼顧知識的系統(tǒng)性、完整性，又要有一定的深度，特別是要強調(diào)以實際應(yīng)用為主線，以區(qū)別于基礎(chǔ)無機化學(xué)課程，做到博而精。(2) 課程內(nèi)容必須具有現(xiàn)代化特征。課程內(nèi)容的現(xiàn)代化就是要把現(xiàn)代科學(xué)、技術(shù)、文化的重要成果及時地反映在教學(xué)中，重點闡述無機化學(xué)理論在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用，正確處理社會需求、知識體系、學(xué)生發(fā)展三者之間的關(guān)系[2-3]。(3) 課程內(nèi)容必須滿足社會需要。開設(shè)應(yīng)用無機化學(xué)課程的目的是使學(xué)生學(xué)會如何運用無機化學(xué)知識解決實際問題，為社會培養(yǎng)優(yōu)秀的科技人才。課堂所講述的實用技術(shù)，必須面向社會的熱點領(lǐng)域，重點講解一些正在采用或?qū)碛锌赡懿捎玫膶嵱眉夹g(shù)。(4) 注重?zé)o機化學(xué)與其他學(xué)科之間的交叉，將無機化學(xué)知識應(yīng)用在材料、生物、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，實現(xiàn)學(xué)科間的優(yōu)勢互補。作為現(xiàn)代社會的科技人員，靈活掌握應(yīng)用無機化學(xué)知識至關(guān)重要。因此，課程構(gòu)建時既要注意豐富學(xué)生應(yīng)用無機化學(xué)的知識，又要通過具體實例，讓學(xué)生了解無機化學(xué)在其他學(xué)科領(lǐng)域也同樣能發(fā)揮重要作用。(5) 重在引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識。當(dāng)代大學(xué)生思維活躍，知識面廣，喜歡新鮮事物。傳統(tǒng)無機化學(xué)基礎(chǔ)課程的授課內(nèi)容理論性強，注重原理和計算，這雖有助于學(xué)生打好理論基礎(chǔ)，但也容易讓學(xué)生感到枯燥乏味。因此，在應(yīng)用無機化學(xué)課程內(nèi)容的構(gòu)建中，我們通過介紹現(xiàn)代無機化學(xué)的前沿領(lǐng)域、重大發(fā)現(xiàn)和當(dāng)前的科研熱點，在讓學(xué)生開闊眼界的同時，激發(fā)他們對無機化學(xué)的興趣，讓他們以全新的角度重新認識無機化學(xué)。

2 主要教學(xué)內(nèi)容與方法

應(yīng)用無機化學(xué)課程立足于無機化學(xué)的基本理論，結(jié)合現(xiàn)代先進技術(shù)與科研成果，著重向?qū)W生講授無機化學(xué)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用、無機材料的制備及性能、結(jié)構(gòu)研究方法等，使學(xué)生較為全面地掌握應(yīng)用無機化學(xué)知識。考慮到這門課程課時有限，我們選擇了無機化學(xué)在精細化工領(lǐng)域中的應(yīng)用、無機納米材料及其在高科技領(lǐng)域中的應(yīng)用、無機化學(xué)在資源環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用、無機化學(xué)與營養(yǎng)保健等內(nèi)容進行講解(表1)。在授課過程中，通過具體的應(yīng)用實例，探討無機化學(xué)經(jīng)典理論如何在前沿領(lǐng)域應(yīng)用。例如，無機化學(xué)中常見的溶度積理論，如果按照基礎(chǔ)無機化學(xué)理論課上的理解，Ksp僅僅能用于判斷沉淀溶解度的大??；而如果將該理論應(yīng)用在材料制備上，利用化合物Ksp的差異可完成沉淀的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)在Ksp大的材料表面包覆一層Ksp小的功能材料，就能夠獲得具有光、電、磁等特殊功能的核殼結(jié)構(gòu)材料[4]。將無機鹽分解溫度的遞變規(guī)律應(yīng)用到納米材料的制備領(lǐng)域，可以降低前驅(qū)體的分解溫度，同時大大提高目標產(chǎn)物的比表面積，這一技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在導(dǎo)電金屬氧化物的制備等領(lǐng)域。再如，關(guān)于稀土元素的內(nèi)容在基礎(chǔ)無機化學(xué)授課中往往涉及不深，在應(yīng)用無機化學(xué)課程中，我們在介紹稀土元素4f0～4f14獨特亞層、大的原子磁矩、各向異性、豐富的能級躍遷、大范圍可變的配位數(shù)(6～14)及有序變化的原子和離子半徑等結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，詳細闡述由于這些結(jié)構(gòu)特點所帶來的優(yōu)異的磁性能、發(fā)光性能、催化性能、生物性能等，并介紹了稀土元素在石油化工、農(nóng)作物增產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用。

表1 課程設(shè)置

我們根據(jù)該課程內(nèi)容的特點，在授課方式上進行了一些嘗試。課堂上偏重工藝及生產(chǎn)、應(yīng)用實例的講解，而基礎(chǔ)課上講解的理論則成為該課程應(yīng)用的依據(jù)。另外，除了主講教師授課外，我們還針對課程中的某些內(nèi)容，邀請從事該領(lǐng)域研究的專家進行更為深入的講解。比如，課程進行到無機納米材料中的碳化學(xué)部分時，我們邀請專門從事碳材料研究的教師來講解；在介紹無機納米材料表征部分時，請從事無機領(lǐng)域微區(qū)分析測試研究的教師進行講解。另外，我們在課堂上盡可能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，畢竟興趣才是最好的老師，只有學(xué)生愿意學(xué)、主動學(xué)，才能實現(xiàn)良性互動，達到教學(xué)目標。在課程臨近結(jié)束時，我們將學(xué)生分成若干個小組，這些小組針對自己感興趣的無機化學(xué)內(nèi)容查閱文獻資料，在課堂上進行交流討論。我們規(guī)定交流的內(nèi)容要與應(yīng)用無機化學(xué)相關(guān)，但可以不受教師講課內(nèi)容的限制。這種學(xué)生參與課堂教學(xué)的模式一方面增加了師生互動，體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，另一方面也為調(diào)整課程內(nèi)容提供了重要信息。比如，2008年度在“無機化學(xué)與營養(yǎng)健康”一章補充的無機營養(yǎng)元素方面的知識，就是上一屆學(xué)生課堂研討時普遍感興趣的內(nèi)容。另外，我們還嘗試利用2節(jié)課的時間，進行一次應(yīng)用無機化學(xué)的觀摩實驗，內(nèi)容為淺色導(dǎo)電粉體的制備及其在抗靜電涂料中的應(yīng)用[5]。學(xué)生從材料的制備到實際應(yīng)用，切身感受到了無機化學(xué)知識所發(fā)揮的作用。

這種以任課教師講授為主，以專家講座、小組討論、實驗觀摩為輔的教學(xué)模式，很適合21世紀對人才綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，深受學(xué)生的歡迎。應(yīng)用無機化學(xué)課程共計32個學(xué)時，2個學(xué)分，作為應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)等化學(xué)相關(guān)專業(yè)的選修課，適合于大三和大四學(xué)生選讀。

3 效果分析與展望

通過應(yīng)用無機化學(xué)課程，學(xué)生能更多地了解應(yīng)用無機化學(xué)，更深刻地理解無機化學(xué)的基本理論，明白無機化學(xué)究竟能夠解決哪些實際問題等等。應(yīng)用無機化學(xué)課程已開設(shè)三年，通過與學(xué)生的交流，結(jié)合授課后的研討以及學(xué)生就業(yè)、考研等情況，我們認為該課程的開設(shè)主要起到了以下幾方面作用：

(1) 有利于學(xué)生學(xué)科知識的均衡發(fā)展。無機化學(xué)作為四大化學(xué)之一，具有非常重要的學(xué)科地位，是其他化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的前提和基礎(chǔ)。很多理論和實際問題在利用其他學(xué)科無法解決時，往往還要依賴無機化學(xué)[6]。本課程通過講解無機化學(xué)的基本理論在不同領(lǐng)域巧妙應(yīng)用的實例，填補了無機化學(xué)知識在實際應(yīng)用領(lǐng)域的空白，使學(xué)生對無機化學(xué)知識有更加深入的理解。

(2) 有助于為無機化學(xué)專業(yè)尋找優(yōu)秀接班人。無機化學(xué)專業(yè)的發(fā)展，必須有好的生源，作為今后學(xué)科發(fā)展的接班人。通過該課程，可以讓學(xué)生更多地了解無機化學(xué)，吸引優(yōu)秀學(xué)生投身到無機化學(xué)的學(xué)習(xí)研究中，為學(xué)科發(fā)展培育后備力量。

(3) 有助于為社會培養(yǎng)無機化學(xué)專業(yè)技術(shù)人才。從無機化學(xué)新材料的研發(fā)試用，到生產(chǎn)過程中遇到問題的解決，往往都離不開無機化學(xué)經(jīng)典理論的支持。特別是近些年來，隨著我國化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展，無機化工企業(yè)越來越多，對無機化學(xué)科技人才的需求也越來越大。學(xué)生只有對無機化學(xué)感興趣，才有可能努力成為真正的無機化學(xué)專業(yè)技術(shù)人才。

(4) 有助于提高學(xué)生學(xué)以致用的本領(lǐng)。本課程注重理論與實踐的有機結(jié)合，讓學(xué)生掌握的無機化學(xué)理論學(xué)以致用，從而提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)和科研能力。本課程通過講解無機化學(xué)在精細化工、食品保健、電子通訊、國防科技等諸多領(lǐng)域的具體應(yīng)用，讓學(xué)生深刻感受到了無機化學(xué)知識在實際生產(chǎn)中發(fā)揮的作用，這將有助于學(xué)生在遇到實際問題時，利用無機化學(xué)理論尋找解決方案。

應(yīng)用無機化學(xué)課程雖然取得了預(yù)期的開設(shè)效果，但也存在一些必須解決的問題。比如，及時跟蹤無機化學(xué)的最新應(yīng)用研究進展，在有限的課時內(nèi)展示無機化學(xué)理論應(yīng)用實例，開發(fā)新的無機觀摩實驗，協(xié)調(diào)好授課時間與所邀請專家的空余時間的關(guān)系，等等。在今后的教學(xué)中，我們將努力解決上述問題，并根據(jù)課程研討的結(jié)果，結(jié)合聽課學(xué)生反饋的信息，向無機化學(xué)界的專家、前輩請教，獲得他們的支持和幫助，博采眾家之長，以便將應(yīng)用無機化學(xué)課程更充實、更生動地開展下去。

參 考 文 獻

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