環(huán)境工程專業(yè)無機(jī)化學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐*

王立艷，馮利利，劉 騫

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

環(huán)境工程專業(yè)無機(jī)化學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐*

王立艷，馮利利，劉 騫

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

無機(jī)化學(xué)是理工科類各專業(yè)的基礎(chǔ)必修課之一。本文介紹了在環(huán)境工程專業(yè)無機(jī)化學(xué)教學(xué)中，根據(jù)課程所具有的銜接性突出、內(nèi)容繁多和理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，以面向?qū)I(yè)需求、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，對(duì)無機(jī)化學(xué)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段等方面進(jìn)行積極的教學(xué)思考和有益的探索，從而達(dá)到使無機(jī)化學(xué)成為專業(yè)課程和專業(yè)應(yīng)用紐帶的教學(xué)效果。

無機(jī)化學(xué)；環(huán)境工程；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

無機(jī)化學(xué)是研究無機(jī)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)，其研究對(duì)象包括了除有機(jī)化合物以外的所有元素及其化合物，是化學(xué)學(xué)科中發(fā)展最早的一個(gè)分支學(xué)科，因此各個(gè)方向的理工科專業(yè)領(lǐng)域均將無機(jī)化學(xué)作為基礎(chǔ)課程之一列入教學(xué)計(jì)劃和培養(yǎng)方案中[1]。隨著行業(yè)戰(zhàn)略方針的調(diào)整和學(xué)科發(fā)展的推進(jìn)，無機(jī)化學(xué)教學(xué)也在面臨不斷的改革與新發(fā)展，尤其是現(xiàn)代物理方法和各種波譜技術(shù)在無機(jī)物結(jié)構(gòu)研究中的廣泛應(yīng)用，使無機(jī)化學(xué)的研究范圍打破了原有的界限，其研究內(nèi)容和研究領(lǐng)域無論在深度還是在廣度上都發(fā)生了前所未有的變化。面向本科生一年級(jí)的無機(jī)化學(xué)是我?；瘜W(xué)工程、礦物加工工程和環(huán)境工程專業(yè)的必修課和基礎(chǔ)課，也是學(xué)生從高中進(jìn)入大學(xué)階段深入拓展化學(xué)知識(shí)的首要系列課程之一，對(duì)于環(huán)境工程專業(yè)來說，大氣、水、土壤等環(huán)境介質(zhì)中物質(zhì)的特性、存在狀態(tài)及其變化規(guī)律等等，均離不開無機(jī)化學(xué)的核心知識(shí)體系。

與此同時(shí)，我國高等院校的無機(jī)化學(xué)教學(xué)也在不斷地發(fā)展與更新中，既要配合與時(shí)俱進(jìn)的科技發(fā)展，又要滿足現(xiàn)代大學(xué)生對(duì)于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求與任務(wù)，因此，這就對(duì)我們現(xiàn)在大學(xué)課堂的無機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等提出了更加明確更加高標(biāo)準(zhǔn)的要求。當(dāng)然，鑒于現(xiàn)代大學(xué)生的特點(diǎn)與需求，在教學(xué)實(shí)踐中自然而然地出現(xiàn)一些新問題，比如，學(xué)生獲取信息、收獲知識(shí)及交流溝通的方式等都發(fā)生了翻天覆地的變化，不再單純地依靠教師的講解和課堂上手抄筆記，相反地，甚至很少有學(xué)生上課記筆記，這必然影響到現(xiàn)在大學(xué)生聽課的認(rèn)真與投入程度[2]；再比如越來越多的學(xué)生因家庭條件的允許其目標(biāo)是出國，這些學(xué)生則把更多的精力用于外語的學(xué)習(xí)，以及還有一部分學(xué)生急功近利的思想意識(shí)，總是想依賴于教師的課件及希望教師所劃出的考試重點(diǎn)，只求考試通過，而對(duì)于真正知識(shí)的渴求與自身知識(shí)水平的提高并不是特別地強(qiáng)烈，甚至對(duì)于課堂講授的基本原理不去理解透徹甚至不理解，等等這些系列問題值得深入研究探索與研究，并找出改革方法與措施并進(jìn)行實(shí)踐。本文結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)及對(duì)無機(jī)化學(xué)知識(shí)體系的要求，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容等方面對(duì)無機(jī)化學(xué)教學(xué)進(jìn)行了初步的改革、探索與實(shí)踐，建立了一套適合于工科特別是環(huán)境工程專業(yè)的無機(jī)化學(xué)教學(xué)模式，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)無機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

1 對(duì)教學(xué)目標(biāo)的定位與強(qiáng)化

大學(xué)古今中外的教育歷史中承擔(dān)著鏈接校園與社會(huì)的職能，而隨著現(xiàn)代社會(huì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展和異常激烈的競爭，社會(huì)對(duì)人才的需求越來越趨向于國際化、綜合型、創(chuàng)新型人才[3]，其中學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)與訓(xùn)練已經(jīng)作為基礎(chǔ)課程教學(xué)中最為突出的教學(xué)目標(biāo)呈現(xiàn)出來。在大學(xué)教書育人“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力、求創(chuàng)新”的大背景下，特別是結(jié)合我校建設(shè)研究型大學(xué)目標(biāo)的確立，我們?cè)跓o機(jī)化學(xué)的教學(xué)中將如何引導(dǎo)學(xué)生課本知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合、如何從基礎(chǔ)知識(shí)中尋求突破與科技創(chuàng)新相結(jié)合作為教學(xué)目標(biāo)的重中之重。

為此，我們?cè)谥贫ń虒W(xué)計(jì)劃和制作教案的過程中，特別強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)內(nèi)容與環(huán)境工程學(xué)科的相關(guān)聯(lián)課題或現(xiàn)象，以與學(xué)生切身緊密相關(guān)的生活問題或生產(chǎn)實(shí)際作為課堂教學(xué)的切入點(diǎn)和學(xué)生的興趣點(diǎn)，即將基礎(chǔ)知識(shí)、理論與原理，在教師的講解下與生產(chǎn)或生活實(shí)際相結(jié)合，才能引起學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，并為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供素材與源泉，這是研究型大學(xué)發(fā)展的必然趨勢和要求，也是為培養(yǎng)多層次人才所必備的教書育人模式。如此，將環(huán)境工程專業(yè)無機(jī)化學(xué)的教學(xué)目標(biāo)定位明確，學(xué)生能夠很清楚地理解和正確把握學(xué)習(xí)此課程的目的和意義所在，同時(shí)強(qiáng)化了無機(jī)化學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域方面的教學(xué)目標(biāo)，以本課程的第一部分“化學(xué)反應(yīng)原理”篇為例，每一章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容均與環(huán)境工程學(xué)科中的某一方面或某個(gè)應(yīng)用相聯(lián)系，并設(shè)立了明確的教學(xué)目標(biāo)，如表1所示。因此，在現(xiàn)有的高等教育體制與教學(xué)模式下，學(xué)生的創(chuàng)新能力是在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過教師在教學(xué)過程中進(jìn)行理論結(jié)合實(shí)踐的引導(dǎo)與啟發(fā)而培養(yǎng)起來的。

表1 無機(jī)化學(xué)教學(xué)中相對(duì)于環(huán)境工程方面的教學(xué)目標(biāo)強(qiáng)化

2 對(duì)教學(xué)內(nèi)容的精選與擴(kuò)展

無機(jī)化學(xué)是我校環(huán)境工程專業(yè)本科生的一門重要基礎(chǔ)課，雖然幾十年來其教學(xué)內(nèi)容框架基本沒變，但由于學(xué)科間的相互滲透形成了許多跨學(xué)科的新研究領(lǐng)域，因此無機(jī)化學(xué)學(xué)科的面貌也發(fā)生了很大的改觀，出現(xiàn)了許多新概念、新理論、新反應(yīng)、新方法和新型結(jié)構(gòu)的化合物，同理要求我們的無機(jī)化學(xué)教學(xué)也要與時(shí)俱進(jìn)，推陳出新[4]。目前，我校環(huán)境工程專業(yè)無機(jī)化學(xué)課程采用的是大連理工大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室主編、高等教育出版社的《無機(jī)化學(xué)》作為本科生教材，并且將前十一章即從第一章“氣體”到第十一章"配合物結(jié)構(gòu)"作為第一期無機(jī)部分的教學(xué)內(nèi)容。為滿足現(xiàn)代無機(jī)化學(xué)教學(xué)緊跟學(xué)科發(fā)展進(jìn)度的要求，同時(shí)由于新教學(xué)大綱對(duì)于課時(shí)的壓縮，我們?cè)趯?shí)際教學(xué)過程中采取精簡教學(xué)內(nèi)容、適當(dāng)刪減部分過時(shí)內(nèi)容和適量補(bǔ)充最新發(fā)展動(dòng)態(tài)中無機(jī)化學(xué)相關(guān)知識(shí)的措施，既保障了教學(xué)基本思路和框架結(jié)構(gòu)完整，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)教學(xué)目標(biāo)的定位與強(qiáng)化，同時(shí)達(dá)到了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性的目的，提高了教學(xué)質(zhì)量。

從我校研究型工科大學(xué)的本質(zhì)要求出發(fā)，要做到“研究與教學(xué)相結(jié)合”，就要在基礎(chǔ)課程教學(xué)中特別強(qiáng)調(diào)“寬基礎(chǔ)”，尤其是針對(duì)剛剛進(jìn)入大學(xué)校門的一年級(jí)學(xué)生，專業(yè)方向的概念尚未形成，所謂“萬丈高樓平地起”，對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來說專業(yè)的培養(yǎng)才剛剛是打地基的階段，因此對(duì)于無機(jī)化學(xué)這種基礎(chǔ)課教學(xué)內(nèi)容的精選與擴(kuò)展方面，除了講授基本原理外，適當(dāng)引入或擴(kuò)展一些與專業(yè)方向相結(jié)合的實(shí)例與學(xué)科研究進(jìn)展，將會(huì)讓提前對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的研究范疇和學(xué)科動(dòng)態(tài)有一定的認(rèn)識(shí)與感悟，對(duì)于學(xué)生的學(xué)業(yè)發(fā)展來說將會(huì)是受益匪淺。為此，我們將無機(jī)化學(xué)教材課后化學(xué)視野的部分內(nèi)容作為引例或本章內(nèi)容的切入點(diǎn)，即是對(duì)教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容的補(bǔ)充，又是基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容在應(yīng)用方面的擴(kuò)展。如第二篇“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”部分，目前世界范圍內(nèi)對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)環(huán)保材料需求的急速增長，而新型環(huán)保材料的開發(fā)、合成與結(jié)構(gòu)鑒定分析等相關(guān)知識(shí)與理論均與本章內(nèi)容息息相關(guān)，以新型環(huán)保材料有研究動(dòng)態(tài)及最新研究成果為本章講解的切入點(diǎn)，對(duì)于學(xué)生理解和掌握較為抽象的化學(xué)鍵類型與價(jià)鍵理論將大有幫助和啟發(fā)；再如將前兩章“氣體”與“熱化學(xué)”串聯(lián)到一起，先提出當(dāng)前的能源過剩、綠色能源市場不足與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展相矛盾的現(xiàn)狀，從能源的合理利用、解決能源危機(jī)和快速發(fā)展綠色能源的必要性與緊迫性講起，以此來理解本章教學(xué)內(nèi)容中的反應(yīng)熱、焓變與熱力學(xué)第一定律等系列基礎(chǔ)理論，進(jìn)一步深入把握不同形式能源之間熱值的對(duì)比問題，并讓學(xué)生從中思考能源發(fā)展的新動(dòng)向與新思路。從學(xué)生的反饋來看，通過這些與基礎(chǔ)理論相結(jié)合的具體實(shí)例的引入，學(xué)生們對(duì)課堂上教師提出的精選與擴(kuò)展內(nèi)容相當(dāng)感興趣，作為連接理論知識(shí)的橋梁，它使得理論知識(shí)變得通俗易懂而且生動(dòng)，讓學(xué)生們覺得無機(jī)化學(xué)知識(shí)體系在未來學(xué)有所用，自己也具備廣闊的用武之地和發(fā)展空間，同時(shí)也為學(xué)生將來從事創(chuàng)新訓(xùn)練活動(dòng)提供了素材和思考空間，學(xué)生們表示非常歡迎，因此保證和提高了教學(xué)效果。

3 對(duì)教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變與探索

如前所述，無機(jī)化學(xué)是一門學(xué)科大類基礎(chǔ)課程，其在整個(gè)大學(xué)培養(yǎng)體系中的基礎(chǔ)性、銜接性與過渡性的地位，授課對(duì)象則是剛剛從高中畢業(yè)初入大學(xué)課堂的新生，這就決定了無機(jī)化學(xué)的教學(xué)模式中需要增加課堂教學(xué)的機(jī)動(dòng)性、靈活性與趣味性，讓學(xué)生們有一個(gè)適應(yīng)期和過渡期，教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)重點(diǎn)等方面也是循序漸進(jìn)地展開，以幫助學(xué)生們完成從高中時(shí)期的偏固定化思維方式向大學(xué)時(shí)代開放型思維方式的轉(zhuǎn)變[5]。在此過程中，引導(dǎo)學(xué)生們從全方位、多視角去看待問題，而不再僅僅局限于課本上固有的知識(shí)點(diǎn)，并逐漸確立專業(yè)概念與對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的感悟，讓學(xué)生意識(shí)到甚至是某些科學(xué)問題也還是有很多地方或存在諸多疑惑的，是需要探討和爭論的，并不完全是真理似的存在，還需要學(xué)生們用一點(diǎn)點(diǎn)積累的知識(shí)去解決和探索，比如無機(jī)化學(xué)便是其中之一。

因此，我們?cè)跓o機(jī)化學(xué)的教學(xué)中采用了問題探究式教學(xué)法，即：圍繞教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類、歸類和總結(jié)之后，從每一章的切入點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容中提出一到兩個(gè)問題，當(dāng)然問題是與本章內(nèi)容相關(guān)且緊密聯(lián)系科學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)和生產(chǎn)生活實(shí)際的，讓學(xué)生頭腦中帶著這些極為實(shí)用和感興趣的問題，層層講解基礎(chǔ)理論，逐步提出解決這些問題的途徑、方法與相關(guān)理論。比如：講解第三章“化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)”和第四章“化學(xué)平衡”時(shí)，兩章之間有相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)理論原理，即化學(xué)反應(yīng)的兩方面穩(wěn)定性問題，一個(gè)是熱力學(xué)穩(wěn)定性理論，一個(gè)是動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性理論；如果單純枯燥地講解純理論內(nèi)容，盡管教師講解得已經(jīng)很透徹，但學(xué)生對(duì)此仍然是懵懵懂懂、模棱兩可的狀態(tài)，這說明對(duì)學(xué)生們來說理論知識(shí)的學(xué)習(xí)缺乏具體實(shí)例的輔助，缺乏將理論應(yīng)用于實(shí)際中的理解。為此，我們改變了教學(xué)方法，從一開始便拋出問題，讓學(xué)生們?cè)诼犝n過程中隨時(shí)從中找到答案，帶著問題去探究基礎(chǔ)理論原理。如以汽車尾氣無害化處理的化學(xué)反應(yīng)2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)為例，分別用到化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)穩(wěn)定性原理與動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性原理，熱力學(xué)原理上這個(gè)反應(yīng)是客觀存在、完全可行的，也就是說汽車尾氣是可以實(shí)現(xiàn)自然狀態(tài)下無害化轉(zhuǎn)化的，但現(xiàn)實(shí)卻為何并非如此呢？同時(shí)安排適當(dāng)?shù)恼n時(shí)供學(xué)生相互交流，帶著興趣性問題的分析與探究，逐層次展開課堂教學(xué)內(nèi)容，也讓學(xué)生在聽課過程中參與和進(jìn)行實(shí)際問題的討論、推論與拓展，加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用推廣。

通過這種帶著問題探究理論知識(shí)基本原理和機(jī)理的教學(xué)模式，使得教學(xué)目標(biāo)更加明確，教學(xué)內(nèi)容脈絡(luò)清晰、主次分明，能讓學(xué)生對(duì)每一部分知識(shí)點(diǎn)都一目了然，有助于學(xué)生快速地從切入點(diǎn)處入手逐級(jí)掌握各層次知識(shí)點(diǎn)，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，做到了課堂上有效學(xué)習(xí)，又培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)拓展知識(shí)的能力，完全有助于實(shí)現(xiàn)我校研究型大學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)目標(biāo)。

4 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代物理方法在無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與擴(kuò)展，使得無機(jī)化學(xué)教學(xué)在各個(gè)學(xué)科中的基礎(chǔ)性和重要性都不言而喻。通過多年的無機(jī)化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，我們?cè)诮虒W(xué)目標(biāo)方面進(jìn)行專業(yè)方向定位與強(qiáng)化、在教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行精選與適當(dāng)擴(kuò)展、在教學(xué)方法方面采用問題探究式方法的改革、探索與實(shí)踐中，很好地結(jié)合了我校研究型大學(xué)培養(yǎng)工科技術(shù)型、創(chuàng)新型人才的需求，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，改善了課堂教學(xué)效果，提高了無機(jī)化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

[1] 喬正平,龔孟濂,巢 暉. 淺談基礎(chǔ)無機(jī)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的選擇與講授[J].大學(xué)化學(xué), 2017, 32(5): 7-10.

[2] 王立艷,蔡衛(wèi)濱,袁 寧. 礦物加工專業(yè)無機(jī)化學(xué)教學(xué)研究與探索[J].廣州化工, 2017, 45(9): 186-188.

[3] 隋惠芳. 無機(jī)化學(xué)研究的前沿領(lǐng)域在教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 青海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 20(1): 76-78.

[4] 李良超, 何亞兵, 童國秀, 等. 基于互動(dòng)和合作學(xué)習(xí)的無機(jī)化學(xué)教學(xué)模式[J].大學(xué)化學(xué), 2017, 32(5): 1-6.

[5] 李 芹,董麗敏,湯 卉.材料專業(yè)無機(jī)化學(xué)課程教學(xué)模式的改革探索[J].高教學(xué)刊, 2017, 25(3): 104-107.

TeachingReformandPracticeonInorganicChemistryforEnvironmentalEngineering

WangLiyan,FengLili,LiuQian

(School of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083,China)

Inorganic chemistry is one of the required and fundamental courses for the students majored in science and engineering. According to the characteristics of the course including the outstanding cohesion, the various content, and the theoretical knowledge, this paper tends to conduct an active and beneficial exploration on teaching objectives, teaching contents and teaching approaches to satisfy professional requirements, improve the teaching efficiency and promote the students' enthusiasm in learning. By the flexible teaching approaches, it is cultivated the teaching effect of making inorganic chemistry as the link of professional course and professional application.

inorganic chemistry; environmental engineering; teaching reform; teaching practice

2017-07-12

中國礦業(yè)大學(xué)(北京)《無機(jī)與分析化學(xué)B1》課程建設(shè)項(xiàng)目(No:k150305)；中國礦業(yè)大學(xué)(北京)本科教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目(J170307)。

王立艷(1976—)，女，副教授，主要從事無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、界面化學(xué)教學(xué)和研究。

G642

B

1008-021X(2017)18-0178-02

(本文文獻(xiàn)格式王立艷，馮利利，劉騫.環(huán)境工程專業(yè)無機(jī)化學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].山東化工，2017，46(18)：178-179，181.)