應用無機化學課程教學實踐與思考

劉金庫

(華東理工大學化學系 上海 200237)

目前各高校開設的無機化學課程的內容幾乎全部屬于基礎無機化學范疇，主要強調理論和計算，而涉及無機化學實際應用的內容很少，難以全面反映無機化學在現(xiàn)代科技發(fā)展中的重要地位[1]。隨著社會的不斷進步，無機化學發(fā)揮著越來越重要的作用，對無機化學人才的需求不斷加大。然而，有些學生片面地認為無機化學應用面窄，選擇攻讀無機化學專業(yè)畢業(yè)后工作難求等等，導致無機化學這一傳統(tǒng)而又經(jīng)典的學科領域，在研究生報考時反而受到了部分學生的“冷落”，在一定程度上影響了無機化學專業(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、四年級學生開設了應用無機化學課程。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%以上的學生選修了這門課，并在授課內容安排及課堂效果等方面給予了很高的評價。課程達到了預期的效果，使學生更多地了解了無機化學經(jīng)典理論在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的具體應用，提高了學生學習無機化學的興趣，并拓展了他們在應用無機化學領域的知識面。本文就該課程設置的基本思想、授課內容及形式，以及教學效果等方面，進行一些探討和分析。

1 基本思想

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

2 主要教學內容與方法

應用無機化學課程立足于無機化學的基本理論，結合現(xiàn)代先進技術與科研成果，著重向學生講授無機化學在不同領域中的應用、無機材料的制備及性能、結構研究方法等，使學生較為全面地掌握應用無機化學知識。考慮到這門課程課時有限，我們選擇了無機化學在精細化工領域中的應用、無機納米材料及其在高科技領域中的應用、無機化學在資源環(huán)境領域中的應用、無機化學與營養(yǎng)保健等內容進行講解(表1)。在授課過程中，通過具體的應用實例，探討無機化學經(jīng)典理論如何在前沿領域應用。例如，無機化學中常見的溶度積理論，如果按照基礎無機化學理論課上的理解，Ksp僅僅能用于判斷沉淀溶解度的大小；而如果將該理論應用在材料制備上，利用化合物Ksp的差異可完成沉淀的轉化，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構材料[4]。將無機鹽分解溫度的遞變規(guī)律應用到納米材料的制備領域，可以降低前驅體的分解溫度，同時大大提高目標產(chǎn)物的比表面積，這一技術已經(jīng)成功應用在導電金屬氧化物的制備等領域。再如，關于稀土元素的內容在基礎無機化學授課中往往涉及不深，在應用無機化學課程中，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構特點的基礎上，詳細闡述由于這些結構特點所帶來的優(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)等領域發(fā)揮的重要作用。

表1 課程設置

我們根據(jù)該課程內容的特點，在授課方式上進行了一些嘗試。課堂上偏重工藝及生產(chǎn)、應用實例的講解，而基礎課上講解的理論則成為該課程應用的依據(jù)。另外，除了主講教師授課外，我們還針對課程中的某些內容，邀請從事該領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)學生學習的積極性和主動性，畢竟興趣才是最好的老師，只有學生愿意學、主動學，才能實現(xiàn)良性互動，達到教學目標。在課程臨近結束時，我們將學生分成若干個小組，這些小組針對自己感興趣的無機化學內容查閱文獻資料，在課堂上進行交流討論。我們規(guī)定交流的內容要與應用無機化學相關，但可以不受教師講課內容的限制。這種學生參與課堂教學的模式一方面增加了師生互動，體現(xiàn)了學生的主體性，另一方面也為調整課程內容提供了重要信息。比如，2008年度在“無機化學與營養(yǎng)健康”一章補充的無機營養(yǎng)元素方面的知識，就是上一屆學生課堂研討時普遍感興趣的內容。另外，我們還嘗試利用2節(jié)課的時間，進行一次應用無機化學的觀摩實驗，內容為淺色導電粉體的制備及其在抗靜電涂料中的應用[5]。學生從材料的制備到實際應用，切身感受到了無機化學知識所發(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模式，很適合21世紀對人才綜合素質的培養(yǎng)，深受學生的歡迎。應用無機化學課程共計32個學時，2個學分，作為應用化學、材料化學等化學相關專業(yè)的選修課，適合于大三和大四學生選讀。

3 效果分析與展望

通過應用無機化學課程，學生能更多地了解應用無機化學，更深刻地理解無機化學的基本理論，明白無機化學究竟能夠解決哪些實際問題等等。應用無機化學課程已開設三年，通過與學生的交流，結合授課后的研討以及學生就業(yè)、考研等情況，我們認為該課程的開設主要起到了以下幾方面作用：

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

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

(3) 有助于為社會培養(yǎng)無機化學專業(yè)技術人才。從無機化學新材料的研發(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經(jīng)典理論的支持。特別是近些年來，隨著我國化學工業(yè)的飛速發(fā)展，無機化工企業(yè)越來越多，對無機化學科技人才的需求也越來越大。學生只有對無機化學感興趣，才有可能努力成為真正的無機化學專業(yè)技術人才。

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

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

參 考 文 獻

[1] 陶李明,譚倪.化工高等教育,2006(6):44

[2] 教育部高等學校化學類專業(yè)教學指導分委員會.中國大學教育,2005(6):4

[3] 謝志剛,宋仲容.高等理科教育,2006(2):104

[4] Liu J K,Xu Z Z,Wu Q S.NANO,2007(2):97

[5] 羅重霄,王燕,劉金庫,等.物理化學學報,2008,24(6):1007

[6] 張泉鴻.化工高等教育,2005(2):90