以問題引導法進行元素及化合物教學*

袁孝友 李村 王來英

(1安徽大學化學化工學院 安徽合肥 230039；2合肥市第六中學 安徽合肥 230061)

無機化學是化學及相關專業的第一門專業基礎課。作為專業入門課程，無機化學的教學方法和教學效果對學生鞏固專業思想、提升專業興趣、形成學習方法都有重要影響。在無機化學課程中，元素及化合物部分的知識點多、內容瑣碎，若采用傳統的講授法介紹元素及化合物知識，很容易出現教師一言堂描述、學生被動聽課、死記硬背的局面。這樣的課堂教學效率低，教學效果不好，不利于培養學生的創新能力。因此，改革元素及化合物教學方法，提高課堂教學效率和教學效果，培養學生自主學習和應用創新能力，一直是無機化學教學中需要突破的共同課題[1-5]。作者將元素及化合物各章節教學內容設計成問題，以問題引導法組織教學。經過15年教學實踐，此教學方法已逐漸趨于成熟，在此與教育同行交流。

問題引導法是以學生為中心的教學方法。學生在教師的啟發、引導和講解下，通過分析、討論、解答問題，理解并掌握相關概念和知識，同時養成自主學習的習慣。該方法一方面可提高課堂教學效率，節約學時數，一方面還可調動學生的學習積極性，讓學生參與教學全過程，提高教學效果。為達到預期教學目標，需要做好以下教學環節。

(1) 教案設計:以問題為引導，發揮學生的主體作用。

以武漢大學、吉林大學等校編寫的《無機化學》(第3版,下冊)為例，涉及元素及化合物的內容共10章。圍繞培養學生自主學習能力、歸納總結能力、語言表達能力和應用創新能力，科學設計問題。比如第12章鹵素中的教學內容，可以依次設計問題如下：① 寫出鹵素成員元素符號，指出它們的價電子結構特征，解釋它們的氧化數多呈現奇數。② 由元素電勢圖和氧化態-自由能圖，判斷鹵素單質在酸、堿性介質中的穩定性，并比較鹵素含氧酸(或鹽)在酸、堿介質中的氧化能力強弱。③ 如何解釋鹵素單質由F2到I2的顏色、狀態及水溶液溶解性變化?④ 已知鹵素單質和鹵化氫鍵能數據如下：F—F 154.8kJ/mol，Cl—Cl 239.7kJ/mol，Br—Br 190.16kJ/mol，I—I 148.95kJ/mol，H—F 565kJ/mol，H—Cl 428.02kJ/mol，H—Br 362.3kJ/mol，H—I 294.6kJ/mol，試解釋鹵素單質與氫氣反應的實驗現象，即F2：低溫黑暗下反應劇烈;Cl2：光照或加熱下反應迅速;Br2：加熱時反應較慢;I2：加熱較高溫度下反應可以發生但不完全。⑤ 如何解釋鹵化氫的沸點變化順序及其水溶液的酸性強弱順序？⑥ 根據電負性知識或考慮結構因素，判斷非金屬鹵化物PCl3、BCl3、BrF5、NCl3、SF6、CCl4能否與水反應？若能反應，寫出對應產物。⑦ 請解釋CaF2、CaCl2、CaBr2、CaI2熔點逐漸降低；KCl、CaCl2、ScCl3、TiCl4由KCl典型的離子化合物過渡到TiCl4為共價化合物；AgF易溶于水，而AgCl、AgBr、AgI難溶于水。⑧ 指出在鹵素氧化物中的中心原子通過雜化形成共價鍵時，哪些氧化物有對應的含氧酸？⑨ 指出鹵素含氧酸中鹵素的成鍵方式。⑩ 從結構上分析，指出鹵素由HXO到HXO4，同一元素的含氧酸及不同元素、相同氧化態的含氧酸酸性強弱順序。比較鹵素含氧酸及其對應鹽的熱穩定性及氧化性規律。試分析工業上制備MXO(次鹵酸鹽)時，為什么產品中經常含有MXO3或MX？比較高氯酸和高碘酸在水溶液中酸性和氧化性的強弱，實驗室中如何保存高氯酸？歸納氟元素單質及化合物相對于其他鹵素的特殊性。區分酸的氧化性和氧化性酸概念，分析影響含氧酸酸性和氧化性強弱的因素。實驗室中如何安全使用擬鹵素氰及其化合物？又如第14章中有關鉍的性質，設計成如下問題(為方便表述，在不同章節的問題，這里按順序編號)：氮族的其他元素都有多變氧化態，為什么鉍只有+3、+5氧化態？

隨著對元素及化合物的知識積累，還可以設計出前后內容關聯的問題，使學生掌握知識的系統性，培養其歸納能力。例如針對錳的氧化還原性質，設計的問題是：寫出4個Mn2+被氧化為的化學反應方程式。

問題引導法教學的關鍵是教師要凝煉教學內容，科學設計問題；把握問題的深度和廣度，構成完整的知識體系；所設計的問題要符合學生認知規律，具備合適的知識梯度，讓學生動腦筋拾級而上，層層推進，處處體現對學生能力的培養。按照上述方式，《無機化學》(第3版,下冊)中元素及化合物的教學內容大約需要設計180個問題，就可以涵蓋全部內容。

此外，還要不斷更新和補充無機化學領域的熱點課題和最新研究成果，使無機化學的元素及化合物教學內容與時俱進。例如：超音速飛機釋放的NOx對大氣臭氧層的破壞，二氧化碳的減排及轉化利用，水資源保護，碳納米管，石墨烯，ITO(銦錫氧化物膜)顯示材料，納米TiO2，光伏電池，稀土催化等，都可以設計成問題作為補充教學內容。

(2) 課堂講授:互動交流,深入淺出,逐步展開。

然后提示學生觀察Bi在上述氧化還原反應中的氧化態變化，再從本族元素的價電子結構特征ns2np3入手，由體系能量和穩定性關系進行討論，根據洪特規則的半滿、全滿、全空特例，波函數徑向分布圖，s電子鉆穿效應，引導出6s2惰性電子對效應概念，從而解釋了鉍在化學反應中主要有+3、+5氧化態。設計這個問題，既介紹了6s2惰性電子對效應概念，又介紹了鉍的氧化還原反應特性，鞏固了原子結構理論知識，讓學生學會從多角度分析思考問題。

在課堂上討論和解決問題，要逐步展開、層層遞進、講練結合、互動交流，以啟發式替代教師滿堂灌教學。問題引導法教學可以培養學生的觀察、分析、思考、表達及歸納能力，使其掌握科學的學習方法，參與教學全過程，在輕松活潑的課堂氣氛中掌握知識。因此，教學效率和教學效果很好。

(3) 板書演練:突出重點,黑板與多媒體并用。

問題引導法教學所設計的問題是每堂課教學的核心內容，為節約板書時間，可用多媒體逐一顯示每個問題，而不是一次全部顯示一節課內容的所有問題。多媒體顯示與講課進度要同步，針對問題進行講解或引導提示，這就需要教師精心設計板書內容，在恰當的時間和恰當的位置插入板書，使其發揮畫龍點晴的作用。需要注意的是，不論是粉筆板書還是多媒體字幕，都要針對關鍵概念、關鍵知識點和重要結論，粉筆板書和多媒體字幕要恰到好處地配合使用，切忌板書大段文字或播放未經整理加工的圖表。板書要呈現知識的系統性和規律性，以便學生掌握。在教學中要本著精講多練、講練結合的原則，讓學生有足夠時間來書寫表達或口頭表達，以此提升學生的歸納總結和語言表達能力。

(4) 課后作業:聯系實際,培養學生的應用創新能力。

元素及化合物部分的每一章習題，大多是從鞏固本章知識的角度設計的。教學過程中的大部分習題可采用集體討論方式解決，少部分留給學生獨立處理。此外，還要及時補充無機化工生產或科學研究的最新成果，設計一些新習題，以培養學生的應用創新能力。比如在鹵素一章中，可以補充習題：電解食鹽水制備燒堿時，副產物次氯酸鈉為什么只能以10%左右的溶液存在？指出其儲存和運輸需要注意的安全問題。這個習題將理論與生產實際緊密結合，讓學生理論知識學得活、記得住。另外，還可設計綜合性習題，以全面考察、訓練學生的應用創新能力。如用精煉銅廢液合成CuCl的工藝流程如下[6]：

讓學生回答上述各步驟的化學原理，并指出影響CuCl產率的關鍵步驟。

這個習題既有理論問題，又有工藝控制問題，需要對各物質的物理、化學性能進行綜合考慮才能獲得較高的產率。同時，這個習題也有助于培養學生循環經濟和綠色化學的思想。

作者相信，圍繞培養學生的自主學習能力、歸納總結能力、語言表達能力和應用創新能力的教學改革是必須要堅持的。15年的教學實踐表明：以問題引導法教授元素及化合物知識，相對于原先的講授法，可節約12學時左右；這種方法不僅能提高教學效率和教學效果，更主要的是能教會學生自主學習的方法，并培養學生的創新能力。

[1] 徐敏.大學化學,2010,25(6):32

[2] 高洪苓,安穎,楊秋華,等.大學化學,2011,26(4):24

[3] 龔孟濂,喬正平,巢暉.大學化學,2011,26(1):20

[4] 任玲,胡長文,吳俠.大學化學,2011,26(1):23

[5] 路麗英,方春英.大學化學,2009,24(5):10

[6] 袁孝友,李村.材料保護,1999,32(11):33