創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下的“元素化學”課程的教學改革探索

摘 要：“無機化學”是化學及相關(guān)專業(yè)的必修課程之一。其中，“元素化學”在“無機化學”課程中占有較大比重。因此，“元素化學”的教學質(zhì)量在很大程度上影響到學生的化學知識的基礎(chǔ)和對化學專業(yè)學習態(tài)度的培養(yǎng)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下，在“元素化學”的教學環(huán)節(jié)的開展過程中，積極地探索新的教學方法和策略，融入新觀點和新成果，讓學生在相對枯燥的“元素化學”課堂上感受化學的無限魅力，是“元素化學”開展教學改革的重要方向。基于此，本文以堿金屬元素為例，闡述了堿金屬元素的教學現(xiàn)狀及存在的不足，提出了教學改革措施并分析了教學實踐情況，以期為“元素化學”的教學改革與實踐提供參考。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；元素化學；教學改革

Abstract：Inorganic chemistry is one of the compulsory courses in chemistry and related majors.Among them，elemental chemistry accounts for a large proportion in inorganic chemistry courses.Therefore，the teaching quality of elemental chemistry greatly affects the foundation of students' chemical knowledge and the cultivation of their attitudes towards learning chemistry.In the context of innovation and entrepreneurship education，exploring new teaching methods and strategies，integrating new perspectives and achievements，and allowing students to experience the infinite charm of chemistry in relatively dry elemental chemistry are important directions for the reform of elemental chemistry teaching.Based on this，this article takes alkali metal elements as an example，and analyzes the teaching status and shortcomings，then proposes teaching reform measures and analyzes the teaching practice situation，to provide reference for the teaching reform and practice of elemental chemistry.

Keywords：Innovation and entrepreneurship education；Element chemistry；Teaching reform

1 概述

隨著我國不斷推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育也取得了豐碩成果。隨著創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的不斷深入，同時，伴隨在校大學生和高校應(yīng)屆畢業(yè)生的增多，高校作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育主陣地的趨勢也越來越明顯［1］。因此，面向在校大學生積極開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育已經(jīng)是高校教育的必要環(huán)節(jié)。很多高校十分重視創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，設(shè)立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育學院并統(tǒng)一組織學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育活動。這一措施的確起到了良好的效果。然而，除了課余的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育之外，高校課堂同樣是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的良好平臺，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下，在課堂教學過程中積極開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，同樣是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的良好抓手。

化學作為一門獨立學科，不僅是培養(yǎng)化學教師的專業(yè)，而且是和化工生產(chǎn)、材料制備、食品工業(yè)、環(huán)境保護等多個專業(yè)和行業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)學科。因此，化學基礎(chǔ)課程也是包括化學專業(yè)、食品專業(yè)、材料專業(yè)和環(huán)境等相關(guān)專業(yè)需要學習的基礎(chǔ)課程。其中，“無機化學”課程是必修課程之一［2］。在“無機化學”課程中，占有很大比重的元素化學是學生們了解和認識化學、材料、環(huán)境相關(guān)知識的重要窗口。通過這個窗口，學生們可以對化學元素有最基本的認識，對單質(zhì)、化合物的物理和化學基本性質(zhì)有較為系統(tǒng)的學習。這些知識都會成為學生學習化學及相關(guān)學科的重要橋梁，對學習相關(guān)學科具有重要意義。基于以上背景，本文以堿金屬為例，分析在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下“元素化學”教學存在的不足，并探討教學改革策略以及實踐情況。

2 “元素化學”教學過程中的不足

目前，盡管“元素化學”課程是必修課之一，有著非常重要的價值和作用，但是，“元素化學”的開設(shè)過程卻也面對著很多問題和不足，需要積極探索合適的解決辦法和實踐路線：（1）“元素化學”的課時安排有限［3］。一方面，在學生的培養(yǎng)方案中有明確的學分要求，需要開設(shè)足夠的課程來滿足學生的學分需求，課程數(shù)量的增加在一定程度上壓縮了各個課程的課時量；另一方面，化學專業(yè)學生考研需求在近些年不斷增加，而備考過程是一個長達一年時間的過程。為了讓學生能夠更好地專注于備考，很多高校在教學安排上做了調(diào)整，例如，將化學基礎(chǔ)課程包括無機化學和有機化學等考研潛在課程安排在大學三年級的春季學期前完成，不僅可以讓學生沒有太大的學習負擔，還能讓學生根據(jù)自身學習情況選擇合適的目標院校和目標專業(yè)。這樣的安排無可厚非，但是，這也確實給課程的安排以及學生的學習造成很大壓力。（2）元素化學的知識點多且雜［4］。“元素化學”課程的教學內(nèi)容以元素的單質(zhì)及其化合物為主，主要講解它們的包括熔點、沸點、顏色等在內(nèi)的物理性質(zhì)以及氧化性質(zhì)和還原性質(zhì)在內(nèi)的化學性質(zhì)，對元素的存在形式、豐度和應(yīng)用做簡要介紹。但是，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下，“元素化學”的教學過程中需要對元素的應(yīng)用部分的比重做出適當增加，讓學生學習和體會元素化學在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程中的作用。（3）“元素化學”課堂教學氣氛沉悶，學生積極性不高［5］。由于“元素化學”教授內(nèi)容較為枯燥，學生很難調(diào)動學習積極性，另外，很多教師在授課過程中，過度依賴PPT和課本，沒有較好的語言組織和課堂內(nèi)容延伸，加之PPT設(shè)計較為簡單，在講臺上站樁式教學等，這些都導致了課堂氣氛差、學習效果不佳等問題。

針對“元素化學”課程在教學過程中不斷出現(xiàn)的問題和不足，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下“元素化學”融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，筆者對“元素化學”的教學過程進行了適當改革并在教學過程中進行了實踐，本文以“元素化學”中的堿金屬元素為例，提出了教學改革方法和路線，并分析了實踐過程和實踐效果，希望為提高“元素化學”的教學質(zhì)量提供有益的參考。

3 “元素化學”教學改革與實踐

3.1 總結(jié)規(guī)律，突出差異

如前文所述，“元素化學”所授知識內(nèi)容繁多且細碎，加之課時量有限。因此，在有限的教學時間內(nèi)，如何高效地將知識完整系統(tǒng)地講授，成為需要解決的一個難題。以堿金屬為例，需要講授鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素的單質(zhì)及化合物的物理和化學性質(zhì)。鈁元素只是簡單介紹即可，如果對鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素逐個講解，很顯然在有限的課時內(nèi)很難完成全部教學內(nèi)容。但是，作為同族元素，鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素在很多方面存在規(guī)律性。例如，鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素的最外層電子數(shù)是1；原子半徑隨著周期數(shù)的增大而增大；金屬性隨著周期數(shù)的增大而增大；第一電離能隨著周期數(shù)的增大而減小；鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素都有一般氧化物和過氧化物；鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素的熔點和沸點逐漸降低；整理堿金屬和磷單質(zhì)、氮氣、硫單質(zhì)、鹵素單質(zhì)、氧氣、水以及液氨等的一些典型反應(yīng)；堿金屬的氫氧化物均為堿性；氫氧化鈉能與單質(zhì)硅、硼、砷、鋁和鋅等置換產(chǎn)氫；氧化物的熱穩(wěn)定性隨著周期數(shù)的增大逐漸降低等。另外，除了找到相同點和規(guī)律性，還有很多差異性和特殊性需要單獨強調(diào)。例如，鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素的熔點逐漸降低，其中，銫元素是可以在手心中熔化的金屬之一；鋰的標準電極電勢比鈉或鉀的標準電極電勢小，鋰與水反應(yīng)沒有其他金屬與水的反應(yīng)激烈；除了鋰之外，鈉、鉀、銣和銫四種元素都有超氧化物和臭氧化物；除了氫氧化鋰是微溶于水，其他四種元素的氫氧化物是易溶于水，且溶解度是隨著周期數(shù)的增大而增大；氧化物的顏色由白色隨著周期數(shù)的增大逐漸變?yōu)槌燃t色等。通過不斷地總結(jié)鋰、鈉、鉀、銣和銫五種元素的相同點和規(guī)律性變化以及性質(zhì)存在的差異性，不但能提高教學效率、節(jié)省課堂教學時間，還能幫助學生進行總結(jié)，提高學生的學習效率和學習熱情。

3.2 豐富教學方法，提高參與度

目前較為普遍的教學方法是講授法和PPT演示法為主。通過二者相結(jié)合，完整地呈現(xiàn)教學內(nèi)容。但是，元素化學知識瑣碎龐雜，僅靠講授和PPT演示法進行課堂教學，學生會逐漸失去學習熱情，課堂教學效果并不理想。特別是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下，如何融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育內(nèi)容到課堂教學中，讓二者有機結(jié)合，成為需要探索的新問題。以堿金屬元素為例，筆者采取了多種教學方法。（1）學生自主調(diào)研。筆者在課堂教學開始前，會提前通知學生通過自己的方式方法去了解堿金屬元素在自然界的存在形式和豐度，去查找我國在堿金屬的勘探和開采方面取得了哪些進展，堿金屬元素在生產(chǎn)生活中有哪些應(yīng)用。通過這些問題，讓學生在課堂教學前明確課堂教學要學習的內(nèi)容。事實上，這些自行查找的內(nèi)容并不是元素化學的核心知識點，而是通過這種方式讓學生拓寬視野。（2）集體分享討論。在課堂教學過程中，在講授完核心知識點后，讓學生通過PPT和視頻等方法對堿金屬的豐度和應(yīng)用等進行展示和分享并進行討論。例如，一方面，通過學生們的整理會發(fā)現(xiàn)，隨著全球鋰電池行業(yè)的發(fā)展，鋰礦石成為開采熱點，鋰礦石價格也居高不下。另一方面，鋰回收技術(shù)同樣受到重視，成為降低鋰源成本的方式之一。通過這樣的自主發(fā)掘和積極探討，學生能夠發(fā)現(xiàn)元素化學知識在生產(chǎn)生活中的重要作用，也能體會到技術(shù)開發(fā)的重要意義。（3）視頻演示。相比于任課教師在講臺上枯燥的口述和PPT所展示出的圖片形式，視頻演示能夠在視覺提供更直觀和更立體的效果，能夠更加直觀地展現(xiàn)出教學內(nèi)容。例如，講到鈉的基本性質(zhì)時，通過視頻資源向?qū)W生展示其化學性質(zhì)，還可以引入視頻片段，將單質(zhì)鈉直接倒入水池引起爆炸現(xiàn)象。讓學生直觀地看到鈉的活潑性；在講鋰離子電池的工作原理時，通過視頻模擬形式可以更加動態(tài)地看待其工作原理。通過這樣的方式，學生也能夠減少理解錯誤的情況，并且通過視頻展示，學生對知識點的掌握更加牢固；（4）課后作業(yè)。基于元素化學多而雜的特點，適當?shù)匕才耪n后作業(yè)，讓學生通過筆記整理本章內(nèi)容的重難點，幫助學生建立良好的學習習慣。在教學實踐過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，通過一系列組合拳的安排，學生的課堂專注度和知識的掌握情況都有明顯的提高，學生也反饋課堂教學過程生動有趣，能夠較好地跟隨筆者授課進度。

3.3 積極引導，加強創(chuàng)新實踐

化學學科是典型的實驗與實踐學科，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下，積極引導學生依據(jù)自己的化學專業(yè)知識和技能以及依據(jù)自身興趣愛好開展科研訓練等，開展實驗與實踐活動，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和能力是進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的良好途徑。在這個過程中，教師不僅是引導者還是參與者，既要積極引導學生開展相關(guān)實驗和實踐，還要積極指導和幫助學生解決理論和場地條件等實際需求，為學生提供和創(chuàng)造良好的實驗和實踐環(huán)境。以堿金屬為例，目前，隨著全球能源需求的不斷擴大，傳統(tǒng)化石燃料的消耗和環(huán)境污染問題已經(jīng)引起更多的關(guān)注，積極開發(fā)新能源已經(jīng)成為世界各國的共識。其中，鋰離子、鈉離子和鉀離子電池等電池的開發(fā)和設(shè)計也已經(jīng)向著高穩(wěn)定性、快速充電和高安全性等實際需求發(fā)展。因此，可以對學生開展積極引導。（1）融入前沿研究成果。鋰離子電池等從組成到工作原理，再到需要突破的技術(shù)瓶頸，是個復雜的研究體系。目前全球各國的科學家都在積極尋求突破。例如，如何抑制鋰枝晶的生長，電極材料的設(shè)計和開發(fā)等都是研究熱點。因此，在課堂教學過程中，根據(jù)這些問題，引入前沿研究成果，不僅可以開闊學生的視野，還可以讓學生體會提出問題和解決問題的過程，感受創(chuàng)新的樂趣。（2）課堂教學過程中要鼓勵學生積極參與相關(guān)的科研訓練，向?qū)W生比較系統(tǒng)地介紹電池開發(fā)的重要意義，然后鼓勵學生們積極參與到相關(guān)的研究和探索中，向?qū)W生們簡要推薦從事相關(guān)研究的老師和課題組，最后鼓勵他們積極聯(lián)系這些老師，爭取獲得科研訓練的機會。以渤海大學為例，化學與材料工程學院有多位優(yōu)秀的教師從事鋰離子電池、鈉離子電池和鉀離子電池的基礎(chǔ)科研工作。這些教師的科研實驗室有較充足的科研經(jīng)費和儀器設(shè)備，能夠為學生提供良好的實驗條件和環(huán)境。在過去的教學實踐過程中發(fā)現(xiàn)，很多學生受到課堂上的積極引導，主動聯(lián)系從事相關(guān)研究的老師并跟隨老師開展研究工作，在開展研究過程中，學生的科研實踐能力和文獻檢索能力等學術(shù)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力有明顯的提高，很多同學不僅通過科研訓練獲得了研究生報送資格還有學生發(fā)表了研究論文。（3）積極引導學生參加科技競賽。參加科技創(chuàng)新競賽是學生鍛煉和展示創(chuàng)新能力的重要途徑，因此，課堂教學過程中要積極鼓勵學生參加相關(guān)的科技競賽。同樣，教師不僅要積極引導還要積極指導，在學生參加科技創(chuàng)新競賽的過程中，學生能夠深度開展項目書撰寫、項目申報、項目答辯、項目路演等多個環(huán)節(jié)，在各個環(huán)節(jié)中，學生的創(chuàng)新能力不斷提高，團隊協(xié)作能力也會有明顯提升。從過去的實踐中發(fā)現(xiàn)，學生在鋰離子電池等作為核心研究目標和研究成果的競賽作品中，已經(jīng)有多個項目獲得了省級甚至更高級別的獎勵。此外，也有多項大學生創(chuàng)新訓練項目獲得過國家級和省級立項。這一方面源于對相關(guān)研究的重視，另一方面也體現(xiàn)了學生在相關(guān)研究和項目申報中的扎實準備。教學實踐證明，通過積極引導學生參加科研訓練和科技競賽，學生既能加深對所學知識的理解，還能提升學生的創(chuàng)新意識。

結(jié)語

本文以堿金屬為例探討了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下“元素化學”課程教學過程中存在的不足，并提出了教學改革措施，展示了教學實踐情況并分析了實踐效果。結(jié)果表明在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下開展課程改革不僅對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力具有重要意義，而且對課堂教學過程中的方式和方法更新探索具有積極促進作用。

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［5］王湘利，鄧遠富.“課程思政”視域下元素化學教學設(shè)計［J］.大學化學，2024，39（2），270279.

基金項目：基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下的《元素化學》課程教學改革與實踐探索（教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目：221002304082337）

*通信作者：張良（1993— ），男，漢族，內(nèi)蒙古赤峰人，博士研究生，講師，研究方向：化學教學及電分析化學。

作者簡介：王欣月（1991— ），女，漢族，河北滄州人，博士研究生，講師，研究方向：化學教學及電分析化學。