基礎無機化學教學的思考與實踐*

龔孟濂 喬正平 巢暉

(中山大學化學與化學工程學院 廣東廣州 510275)

無機化學是高等院校化學化工類各專業本科生的第一門專業基礎課，也是生命科學、物理學、材料科學、環境科學、地學、醫學、藥學等專業和師范院校相關專業本科生的一門專業必修課。作為大學階段的第一門化學課，無機化學是一門承前啟后的課程。教好、學好無機化學，對于提高相關專業的大學新生學習化學的興趣，引領他們進入大學階段化學的科學大門將起著重要作用。

在基礎無機化學教學中常遇到以下幾個問題：基礎與創新的關系、“授魚”與“授漁”的關系、怎樣講好緒論課以及如何形成自己的教學風格。下面對這幾個問題闡述我們的觀點，并簡要介紹相應的教學實踐活動。

1 基礎與創新

俄國化學家門捷列夫提出的元素周期律已成為現代化學的奠基石。無機化學的基礎就是建立在元素周期律上，它包括微觀和宏觀兩方面的內容，即微觀結構理論——原子、分子、晶體和宏觀理論——化學熱力學原理(含四大化學平衡)、化學動力學原理。1869年，門捷列夫提出元素周期律的表述是：“元素性質隨著原子量的遞增而發生周期性的變化”，據此，他提出了第一張元素周期表。隨著20世紀20～30年代原子結構被人類認識，我們知道，元素周期律的準確表達是：“元素性質隨著原子序數的遞增而發生周期性的變化”。這是因為：當元素按原子序數遞增順序依次排列時，原子最外層電子數目總是從1到8發生周期性的變化，即最外層電子構型重復s1到s2p6的變化。因此，元素周期表中元素總是從堿金屬(s1)開始，以稀有氣體(s2p6)結束(第一周期s2)。而每一次這樣的重復，都是一個舊周期的結束和一個新周期的開始。同時，原子最外層電子數目的每一次重復出現，元素及其化合物的宏觀性質就重復地表現出某些相似性，因為元素的化學性質主要取決于元素原子本身的電子層結構，尤其是最外層電子的構型。所以元素最外層電子構型的周期性變化，決定了元素性質的周期性變化。從這個角度看，門捷列夫元素周期律本身，既包括宏觀性質，也包括微觀結構的周期性變化。

距離元素周期律提出140年后，現代化學理論已取得了引人注目的發展，尤其是在物質結構(原子、分子、晶體)、納米層次、介于分子和微米層次(超分子)以及涉及生物化學的領域[1-2]。但是，回首過去140年化學科學的發展可以看出，建立在元素周期律基礎上的無機化學基本理論體系并沒有被動搖，恰恰相反，這些新進展都證明了無機化學基本理論體系的正確性。

如果學生只掌握化學基礎理論、知識、技能，并不能保證他們具有創新精神。必須認識到：培養學生創新精神和創新能力是一項綜合工程，需要在課堂內、外采取一系列的措施進行培養工作。我們在課堂教學中講好基礎理論的同時，還適當介紹了有關領域的最新科學研究活動和成果，以激發學生學習興趣，培養他們的科學思維能力。如彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農由于在水分子和金屬離子的細胞膜通道方面做的開創性工作而獲得2003年諾貝爾化學獎，獲獎消息公布次日,我們即在無機化學課上簡介了他們的科研成果，說明從分子-原子水平研究生物的重要性。又如，在講解臭氧時，我們引用了NASA衛星提供的南極上空最新的臭氧層空洞照片，并與1993年的相應照片進行對照，既說明臭氧的分子結構和形成機理，又闡明無機化學理論學習與環境保護的關系。此外，我們還采取了開放實驗室、開辦創新性實驗、讓本科生參加教師主持的科研項目研究等措施。目前，我們學院約有20%左右的二年級以上本科生，已進入了教師的科研課題組，接受初步的科學研究訓練，而且部分本科生還在國內外學術刊物上發表了他們的研究論文。

2 “授魚”與“授漁”——知識講授與方法傳授

基礎無機化學課程內容龐雜，容易使學生感到繁瑣、枯燥，失去學習興趣。如何處理好知識講授與方法傳授，即“授魚”與“授漁”的關系？

我們認為：理論講解、知識講授是課程的基礎，不能離開課程內容去講方法；方法傳授必須滲透到理論講解和知識講授中。在方法傳授中，重要的是引導學生掌握正確的邏輯思維方法。在課程學習中，最基礎的邏輯思維方法就是演繹法和歸納法。在課程起始階段，由于學生欠缺化學基礎理論和知識，我們在教學時多采用演繹法，例如，先講解一個化學原理，然后再用它解釋若干化學事實。隨著學生化學基礎理論和知識的增加，逐漸增加歸納法方式的講授。例如，在講述化學平衡移動時，我們聯系熱力學原理，分別講述了濃度、壓力、溫度對平衡的影響，然后引導學生歸納、總結。我們還對考試方式做了改革，采取了“有限開卷，獨立完成”的考試辦法，要求學生在考試前對學過的無機化學內容進行總結、歸納，并用兩頁紙寫出書面小結；在考試時，可以用這兩頁書面小結作參考進行“有限度”的開卷考試。考試結束后，將小結與試卷一并上交，同時作為成績的評定依據。考試試卷采用了一些綜合的、要求靈活運用各種基礎理論知識的題目，以考查學生的創新思維能力。這種考試方式，能促使學生認真學習，學會總結、歸納，受到學生普遍的歡迎。我們的教學目標是：不但要讓學生學好課程本身，而且要引導學生掌握正確的邏輯思維方法，增強未來持續學習的能力。

3 重視講好緒論課

由于教學課時偏少，部分教師對講好緒論課不夠重視。俗話說：“萬事起頭難”；“好的開始，是成功的一半”。緒論課集中反映了教師對課程的理解、掌握和控制程度，對啟發學生學習課程的興趣有重要影響。因此，必須高度重視講好緒論課。下面是我們的無機化學緒論課的部分內容示例。

面對大學一年級新生，我們在課堂上提出的第一個問題，就是“什么是大學？”這個問題并無標準答案，也沒有唯一答案，而且看似與化學無關，其實并不然。學生端正學習態度，比什么都重要。我們提出：大學是培養人才、服務社會的機構，是思想寶庫和理想源泉；大學是學做人、做學問的地方；大學的特點就是“大大的學，自由地學，自覺地學”。提醒學生：你的夢想將在這里成真(Your dream is coming true here)。我們用先人的哲言激勵學生：“希望寄托在你們身上”(毛澤東，1957)、“今日之責任，不在他人，而全在我少年。少年智則國智，少年富則國富，少年強則國強，少年獨立則國獨立，少年自由則國自由，少年進步則國進步，少年勝于歐洲，則國勝于歐洲，少年雄于地球，則國雄于地球。”(梁啟超，1900)。我們的教學實踐證明：用幾分鐘談一談這些看似非化學的問題，可對學生起明顯的提醒和激勵作用。

由于欠缺化學知識，社會上有人存在對化學的不正確認識。例如，有人認為化學導致環境污染，有人認為化學危害人的健康，更多的人不知道化學研究的內容、化學為人類創造多少財富。我們在緒論課上，就理直氣壯向學生指出：化學是一門“中心科學”[3]。表1給出了化學與各門科學的研究對象及其相互關系。顯然，數學是其他各門自然科學的基礎。從研究對象而言，化學是一門承上啟下的中心科學：按照研究對象由簡單到復雜的程度，自然科學可以劃分為上游、中游和下游，數學、物理學是上游，化學是中游，材料科學、生命科學、醫學、環境學等是下游，也就是說，化學處在其他自然科學學科的連接點上。如果進一步從研究對象尺寸角度看，化學正好處于物理學和其他科學的“包圍”之中，如表1所示。除了提供研究對象的物質基礎外，材料科學、生命科學、醫學、藥學、環境學研究中的許多重大問題，只有在分子水平上才能獲得解決，而分子及其各種凝聚態正是化學研究的主要對象之一。因此，化學理論的發展，促進了材料科學、生命科學、醫學、藥學、環境學的發展。環境污染、人的健康受損等情況，恰恰正是由于人們欠缺化學知識和其他知識而引起的。

表1 各門科學的研究對象及其相互關系

此外，在緒論課上，還應該簡要指出課程的主要內容、學習方法、教學安排、考核辦法，列出主要參考書目和網絡教學資源目錄，使學生在課程開始就知道要學習什么，應該怎樣學。

4 努力形成自己的教學風格

在使用多媒體技術進行課堂教學的條件下，教師的教學風格和教學藝術對于教學效果起著重要作用。不同的教師有不同的教學風格，風格無所謂好或不好；學生能從不同風格的教師的教學中受益。

在課堂上，我們通常都站在學生面前或學生中間講課，有時在教室中邊走邊講解，與學生零距離接觸，這對吸引學生注意力及形成良好的師生互動有利。我們教的是廣義的無機化學：在教學內容允許的情況下，可以把無機化學與哲學、歷史、經濟、軍事、環境、生物、生活聯系在一起，力求既嚴謹，又生動。例如，原子結構常被認為是無機化學課程中難教、難學的章節，我們按照揭示原子結構秘密的科學史線索來組織教學內容，從居里夫人發現放射現象到氫原子線狀發射光譜、玻爾原子結構理論(電子能量量子化，經典電磁理論對微觀世界失效)，再到實物粒子的波粒二象性和測不準原理(經典力學對微觀世界失效)，最后引入核心內容——量子力學對核外電子運動狀態的描述(薛定諤方程)并重點講述，使整個教學過程與科學發展史聯系在一起，在講科學故事中講結構理論。學生對此表現出濃厚的興趣，在輕松、快樂的氛圍中學到了無機化學的理論和知識。

注意解決好教學實踐中的以上幾個問題，將有利于提高課程的教學質量。我們的教學實踐得到了學生的認可，多年來在化學學院本科課程的教學評估中，一直名列前茅。

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

[2] 巢暉，高峰，計亮年.化學進展.2007,19(12):1844

[3] 布里斯羅 R.化學的今天和明天——化學是一門中心的、實用的和創造性的科學.華彤文、宋心琦、張德和,等譯.北京：科學出版社，2001