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新升本院校中级无机化学课程教学研究

 论文栏目:无机化学论文     更新时间:2019/5/16 10:21:47   

[摘要]本文针对新升本院校的中级无机化学课程教学存在的一些问题,在目前新升本院校应用型转型背景下,就这门课程的教学内容、教学方法、教学理念进行了探讨,并以教学与科研相结合的方式进行了教学上尝试,期以提高中级无机化学的教学质量,培养学生的科研素质,培养合格的专业技术人才。

[关键词]中级无机化学;教学方法;科研素养

1中级无机化学的重要地位

无机化学作为大学里的化学、化工、生物、医药等专业的基础学科,所介绍的内容主要为元素的基本性质,反应规律及相关的基本理论等。进入二十世纪后,二战及冷战对科技的强烈需求极大地推动着科学技术发展,无机化学所研究的内容在深度和广度上都有着快速的增长。在深度上,大量结构新颖、性能优异的无机材料得到了合成及精确表征,在社会生活与科技领域都扮演着重要的角色,如单晶硅的光电转化的应用,半导体在计算机芯片技术中应用等。在广度上,它打破了学科间的界限,形成如无机材料化学、有机金属化学、生物无机化学、超分子化学等交叉学科。在这样的背景下,将先进的无机化学研究成果引入大学的无机化学的课程中便成为了必然的趋势。1982年,北京大学化学系率先在大学的基础教学中开设中级无机化学这门课程,便是基于这样的思考:“对于一个化学专业的大学毕业生来讲,仅仅通过一年级普通及基础无机化学课程的学习,不可能对现代无机化学的面貌有一个概括地了解,因而是一种欠缺。”“在高年级大学生课程中增设中级无机化学选修课,可以解决以上矛盾,弥补上述不足。”[1]毫无疑问,中级无机化学的重要性在于它衔接了本科生从低级走向高级的无机化学学习,又丰富了学生的知识面与专业视野,对学生将来利进入高一级学习或走向研发岗位具有重要的意义。

2新升本院校中级无机化学教学中存在的问题

目前国内高校中使用的中级无机化学教材主要包含以下几种版本,分别是北师大朱文祥教授主编[2],北京大学项斯芬教授主编[3],以及唐宗薰教授主编[4]的中级无机化学等,截至目前无太多更新。无机化学在新世纪中交叉研究中产生了如:无机材料化学,金属有机化学,超分子化学,生物无机化学乃至超分子化学等领域,中级无机化学的知识体系需要不断更新。同时,各高校对于中级无机化学这门课程在化学等专业课程中的设立与否也各不相同。因而导致了中级无机化学不像无机化学课程那样,已经具备了明确的教学内容定位和完备的教学效果评价方法。相对而言,中级无机的教学仍然处于摸索阶段。另一方面作为教学的主体,新升本院校相对于“985”,“211”等重点高校而言有着明显的短板:教学实力不足,要上好中级无机化学课有一定难度;化学科研实力不足,学生在校内获得的无机化学的专业视野不够开阔;学生的素质不一,学习的主动性与化学实践的能动性难以保证。如何给新升本院校的中级无机化学课的找准定位也是一个需要探索的过程。我校于2007年升本,时间较短,目前正全力建设应用型本科院校。与其它地方高校相似,在中级无机化学教学方面也面临一些问题:教学时数相对较少(32学时),教学内容相对较多。如何根据课程的特点对教学内容进行优化,摘出核心的部分进行详细讲解,实现短课时条件下的教学效果最大化;如何通过追踪当前无机化学研究的前言热点,并匹配到课程教学中,以实现本门课程在本科教学中的前沿属性,同时又提高学生理论联系实际的能力,培养学生的独立思考化学问题,解决问题的能力。这些都是笔者在讲授这门课程过程中一直思考的问题,并结合自身的科研经历进行了一些课程教学上的探索。

3教学内容的筛选

笔者选择由北京师范大学出版社出版的《中级无机化学》(朱文祥编著)为课程教学的教材[2]。考虑到该课程设置的课时较少,同时还要兼顾这门课程设置上的过度性质,教学内容的筛选应当具有一定的策略性,原则上应当包含对已授内容回顾并引入新的知识内容,使得知识的传递形成连贯性的同时保持递进性。在此,笔者选择《中级无机化学》中的第一章酸碱理论与非水溶液化学、第三章配位化学、第四章有机金属化合物、第五章原子簇化合物、第六章固体无机化学,共五章的内容进行讲解。对第一章酸碱理论与非水溶液化学,在回顾质子理论、路易斯理论、软硬酸碱理论的基础上,进一步讲解Lux负氧离子理论,AG酸碱标度,超酸等新知识,以拓宽其知识面,最后对几种理论进行比对分析各酸碱理论的交叉处与不同处,分析各自的应用领域;对第三章配位化学,配合物的概念、命名、异构现象等已学过,在此章中着重讲述学生在对配合物的学习中的薄弱环节:配合物中的成键作用与电子结构,以及之后的配合物反应动力学及反应机理;对于第四章有机金属化合物部分,这一章的内容为新颖的知识,涉及的化合物从常规的离子键、配位键过度到了金属-碳(M-C)键,讲述的内容重在含有(M-C)的化合物的种类及其成键特点,以及两种成键中心的相互作用。更为重要的是这一章书的内容奠定了金属离子催化的基石,深入的讲解有益于学生理解金属有机催化的机理;第五章原子簇化合物,也是新旧结合的章节,该章涉及此前已曾讲授的硼烷与当代无机化学研究的重要内容——金属离子簇化学,故该章节的讲述重在讲解其成键的特点与相关的应用。第六章固体无机化学,众所周知,无机固体化学在材料科学研究中占有重要的地位,对其中的晶体微观知识的讲解(点阵、晶胞、密堆积等)有助于结构化学的学习,同时讲授内容将此前涉及的原子间成键方式进一步扩展有一定空间维度的导带、禁带、价带等能带理论,而后者正是现代光电材料领域的关键内容。

4无机化学研究前沿成果的引入

在教材中出现中的化学反应方程、结构及相关理论知识等,对学生而言往往是枯燥无味的。而无机化学所研究的领域依然在日新月异,新型的配位合物如MOFs材料作为新型的多孔材料获得广泛应用、基于金属有机化学的分子催化领域获得的长足进步,如钯催化的Suzuki偶联反应被广泛的应用于有机合成领域、能带理论所引发的半导体技术正是计算机芯片运算的核心。在中级无机化学教学过程中,在适当章节引入这些相应的无机化学研究成果,通过介绍教材中基础知识和这些科学前沿知识的相关性,使同学们对科学研究有一个全新的认识,改变同学们对科研敬而远之的畏惧状况,加深学生学以致用的思想,并激发他们的学习和创新的热情。故而,在实际的中级无机化学的教学过程中笔者结合教材经典理论,注意将相关的研究成果及科技信息及时地增加到教学内容中,以开阔学生的视野,提高学习兴趣。例如,在讲授配合物时,引入MOFs材料的构筑理念[5],及其广泛作用。而在讲解配位取代反应时,可以引入韩国浦项科技大学Kim课题组的研究成果,即首次在MOFs单晶材料中实现的金属离子交换反应[6],用以说明少见的亲电型配位取代反应类型。在讲授金属有机化学的知识时,M-C键的形成对配体形成的反馈Π键的活化作用,可以用获得2009年诺贝尔化学奖的Suzuki反应来说明[7]。讲授原子簇化合物时涉及到的[Re2Cl8]2-中由Re-Re三重键形成的paddle-wheel型结构,而这种类似结构又广泛存在于醋酸铜/铬之中,后者在近期的研究中被进一步用于充当MOFs材料的节点[8],与前文形成呼应。在讲授固体无机化学中的能带理论时,可以略微深入一些讲解半导体的类型(如N型半导体与P型半导体)及其能带结构,用以形成0和1的计算机/手机中芯片的运算基础[9]。即通过直接与教材理论相关的,且既有学术意义又有现实意义的一些相关案例来提高学生从事化学科研、材料研发的兴趣感乃至荣誉感。

5多种教学方式的综合运用

在实际的中级无机化学教学中,不可避免的使用到原文中的专业英文术语,而在引入文献讲解时也不可避免的使用到英文资料,故笔者尽量使用中英双语模式进行教学,有助于培养学生的专业语境,为今后流利的阅读乃至书写英文科研论文打下一定基础。在介绍前沿研究成果的过程引入相应表征方法的讲解,特别是在此前仪器分析教学中未曾出现的表征方法,如:单晶/粉末X-射线衍射技术,同步辐射技术,电镜技术(扫描电镜、透射电镜、球差电镜、能谱),二维核磁等,以图文并茂的方式讲解仪器的功能、测试的方式和数据的特点等,使得学生在独自面对这些测试方式时不至于那么陌生。在课程教学中,就相关的科研前沿可以开展一至两次的专题讨论的:通过课后作业可以布置小组形式的知网资料检索,汇集信息,安排半节课左右的时间用于互动,开展专题的讨论与交流,鼓励学生发表对问题的见解,这样学生们不仅能够加深对相关理论的理解增强课堂教学效果,进一步通过口头的鼓励更能培养学生的自信心,而这些对于二本高校的学生是极为重要的。

6结语

中级无机化学的课程教学,是一个内容富于弹性的教学过程,在无机化学的教学中扮演者承前启后的角色。在教学过程中不断的添加与理论相关的无机前沿研究成果与无机材料商业化范例,对于二本院校,特别是新升本的二本院校无疑是一个良好的选择。我们将不断地实践、总结与更新,将其打造成丰富学生化学视野的知识传播平台,以提高学生的综合素质,培养出面向社会的富于创造力的化学专业技术人才。

作者:韦联强 李启虔 陆俊宇 单位:河池学院 化学与生物工程学院

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