新中國成立之后實行計劃經濟體制,在此體制下,設置了許多的工業部門,各部門又制定了自己的管理條例,這就導致各部門之間、地區之間條塊分割、職能交叉、協調困難。為了解決這一問題并隨著我國改革開放的深入,著名科學家錢學森在1990~1992 年期間先后向成思危、顧秀蓮等同志提議“大化工”概念,即將化工與冶金、能源、材料工業(包括建材)、制藥業、生物化工等工業聯合起來,形成高度節能、環保的 21 世紀產業[1].
之后,國內許多工科院校尤其化工類院校都對大化工專業設置、教學模式、教學內容、課程體系、師資隊伍和學生培養等方面進行研究。如武漢工程大學經過多年大化工探索,目前已整合化學工程與工藝、應用化學、材料、礦物加工、制藥、生物工程等專業,并具有化學工程與技術和材料科學與工程兩個一級學科博士點。通過幾年基礎化學教學研究,發現無機化學教學在大化工背景下有以下幾個特點:(1)整合后化工、生物工程、制藥、材料、采礦等專業都要修這門課,而每個專業的學生入學時化學基礎不同;(2)教學內容不變,而教學學時縮減,從理科的無機化學 100左右的學時縮減到 64 學時;(3)需要通過這門課的教學培養學生的分析能力和實踐能力。根據這些特點,我從以下幾個方面對這門課程的教學進行改進。
1 采取模塊化教學
學生剛開始學習這門課時,覺得學習很容易,認為跟高中化學或高中化學選修課的內容差不多,因此便放松了警惕,導致在期末考試時高中化學成績較好的學生反而這門課學習的不好。為了避免學生放松警惕性,筆者在上該課程第一節課時便指出這門課不好學,主要困難有三點:(1)知識點較多,理清知識點不容易;(2)大學無機化學相比高中化學更強調理論分析,內容深度較大;(3)難懂概念如熱力學部分的焓、熵、吉布斯自由能;原子結構的波函數、電子運動狀態等不好掌握。作者認為其中最大困難在于知識點雜亂、難以理清。為了解決這一問題,應該對該課程實行模塊化教學,即把無機化學分成三個模塊[2,3]:一是化學基礎部分,包括化學熱力學、酸堿平衡、沉淀溶解平衡、氧化還原平衡、配位平衡等;二是化學結構部分,包括原子結構、分子結構、配合物結構;三是元素化學部分,包括主族元素和過渡金屬元素。這三個模塊基本上是獨立的,不同模塊各有特點,在講每一模塊時讓學生了解其特點。如化學基礎模塊特點是涉及大量平衡及其計算,要求重點掌握每種平衡及平衡間的聯合計算;化學結構模塊特點是電子運動與宏觀運動不同,容易受宏觀運動干擾,概念難懂,重點掌握在原子內和分子內的波函數,即原子軌道和分子軌道的含義;元素化學部分涉及較多元素及大量化學反應,重點對容易變價的主族元素及過渡金屬元素進行掌握。此外,在講每一模塊時,還要對模塊內不同章節的聯系進行歸納總結,并要求學生掌握這些總結,如酸堿平衡、沉淀溶解平衡和氧化還原平衡的關系在于化學平衡在不同體系的應用。通過這種教學,有助于學生掌握無機化學結構框架及各知識點聯系。
2 理論聯系實際,激發學生學習興趣
傳統的無機化學教學采取“講-聽-記-練”的形式,這種方式的特點是教師向學生灌輸知識,學生被動地接受知識[4].更有甚者,有的老師照本宣科,認為只要把教材內容傳授給學生就行了,不管學生理解程度如何;有的教師不理論聯系實際,導致理論教學與工業實踐脫節,進而導致學生不知道學這些知識有什么用。大化工類院校培養學生的目標是要用所學知識應用于工業實踐,所以在這些院校尤其要注重理論聯系實際。盡管學時有限,我們認為還是可在有些章節講授一些實際應用的例子,這樣不僅可以理論聯系實際,還可以加深學生對這些章節的理解與掌握。
例如在講到化學平衡一章濃度、壓力、催化劑、溫度等對化學平衡的影響時,可引入工業上合成氨的例子,由于合成氨反應是壓力減小的,所以為了提高產率需要加壓,為了提高反應速度,加入了催化劑,也可以介紹合成氨反應的裝置及反應流程圖。例如講到原電池這一節時,可介紹我們現在使用的鉛蓄電池應用和優缺點,清潔能源電池如太陽能電池的應用和研發前景等。再如講到元素化學中 P 這一元素時,可向采礦類學生介紹我國磷資源分布、我國磷資源利用現狀、磷礦浮選工藝、磷酸生產工藝及我校國家磷資源開發利用工程技術研究中心的研發情況等。
3 采取創新式教學,提高學生創新能力
創新是一個國家持續發展的動力,是一個民族不斷進步的靈魂。盡管大化工類院校要提高學生的動手能力和工業實踐能力,但筆者認為不斷研究創新式教學、提高學生的創新能力也是這類高校一項極其重要的任務。無機化學是相關專業的大一新生進入高校所學的第一門專業基礎課,因此,教師應該采取創新式教學,引導學生進行創新思維和創新研究[5].我們可選擇某些章節科學發展歷程,讓學生了解某種理論提出的背景及其過程,了解這些理論的提出不是憑空想象的。例如第二模塊原子結構這一章,所研究的電子我們看不到,摸不著,其運動狀態又與宏觀物體的運動截然不同,導致學生在理解這一章時非常困難,學習效果也不好,更會影響后一章分子結構的學習。我們可從道爾頓的原子學說--湯姆遜“面包式”原子結構模型--盧瑟福的“行星式”模型--波爾“定態”原子結構模型--原子結構的量子力學模型這條主線,讓學生了解在 20 世紀初到 20 世紀 30 年代期間科學家研究原子結構的歷史,這樣不僅可提高學生學習興趣,也減輕了他們對量子力學處理電子運動問題所得到波函數的含義、波函數四個量子數的物理意義、波函數的形狀等方面學習的畏難心理。
老師也可根據自己的研究方向在上某些章節時適當插入一些研究領域的前沿研究動態,如在講到晶體場理論對于 d 電子數為 4~7的過渡金屬離子依據晶體場的強弱發生高低自旋情況,可介紹目前配位化學熱點研究領域自旋交叉材料,也可在配位化學這一章介紹當前光、電、磁配合物材料的研究動態。當然,教師也可在某些章節提出一些研究領域,讓學生使用圖書館數據庫查一下這些研究領域的學術論文,并撰寫一篇不低于 3000 字的綜述論文,要求學生在寫綜述論文時要有標題、作者及單位、中英文摘要、關鍵詞、綜述正文、總結、參考文獻等信息。對于那些很難找到工業實踐例子而又是無機化學重點內容且學生很難掌握的章節來說,這樣做不僅可提高學生學習興趣和學習效果,也可鍛煉他們的科研素質和科研能力。
4 加強師生互動,拉近師生之間的距離
現在我們接觸的都是 90 后大學生,隨著手機性能的提升和4G 網絡技術的發展,學生獲得知識的途徑和效率明顯提高,但也有學生上課網絡聊天、打游戲、看網頁。如果教師只是一味的課堂教學,不管課堂上學生的學習動態教學效果可能不會很理想。
另外,有的學生學習興趣不高,自己人生定位不明確,不知道上大學有什么用。因此,教師不管課堂教學還是課外期間都應該關注學生的學習動態,把學生看成學習的主體,教師的作用也只是把自己對這門課的理解及工業實踐應用傳授給學生。作者在課堂教學時提問一些思考性的知識點激發學生思考;講解重點知識時目光投向學生引發學生注意;每節課出一個大概花費 1~2 分鐘的小習題讓學生當場練習,并在學生做習題時從教室轉一圈看看學生是不是都在思考,有沒有玩手機的,也可觀察學生對知識點掌握情況;課間到學生中間,了解他們的所思所想、人生定位目標、學習情況、有無不理解的內容等。此外,我還把自己的手機號碼、QQ 號碼、email 郵箱在上第一節課時告訴給學生,并創建了公共網盤,并把網盤賬號和密碼告訴學生。從而,在課間通過 QQ 群了解學生情況、學生不懂的問題拍成照片發給我,我再把思路用照片發給學生;自己整理的資料、課件、課外習題、有關工業實踐的資料放在網盤上,供學生參考。通過這些形式的教學,師生關系非常融洽,學生學習效果也很好。
綜上所述,大化工類本科院校許多專業的學生都要學習無機化學,學生基礎不同,在不減少無機化學教學內容的基礎上減少了學時,這些都給提高無機化學教學效果帶來了挑戰。本文從模塊化教學、理論聯系實際、創新式教學和師生互動等方面進行探討與研究。教學實踐發現,學生學習這門課的積極性、學生的學習效果及學生對老師的認可度等方面都得到顯著提高。當然,我們教師仍要堅持以學生為學習主體、不斷探索新的教學方法和不斷實施教學改革和教學研究,只有這樣才能持續得到學生的稱贊。
參考文獻
[1]尤若。大化工--錢學森對我國化學工業發展的展望[J].西藏大學學報(自然科學版),2010,25(2):120-124.
[2]王會生,游文章。淺談工科無機化學教學方法的思考與改革[J].化工高等教育,2013(2):95-98.
[3]張愛江,張長娟,沈紅旗,等。增強工科無機化學教學實效性的探索[J].廣東化工,2013,40(8):173.
[4]黃雪征,程鵬。無機化學課程教學改革的探索與實踐[J].廣州化工,2015,43(17):200-207.
[5]任玲,胡長文,吳俠。無機化學的教學創新探索[J].大學化學,2011,26(1):23-25.