無機化學的教學創(chuàng)新探索*

任玲 胡長文 吳俠

(北京理工大學理學院化學系 北京 100081)

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是高等教育的主要目的。在教學過程中，應該有意識地把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識貫徹于教學的各個環(huán)節(jié)，而不是簡單地進行知識傳授，筆者多年講授大學本科化學、化工及相關專業(yè)基礎課無機化學，在教學實踐中，對此作了一些思考和探索。

1 創(chuàng)新意識的培養(yǎng)需要創(chuàng)新內(nèi)容的支撐

我們在教學中使用的教材是“十五”國家級規(guī)劃教材[1]，相對成熟。但紙質(zhì)教材不可避免地存在著局限性。一是受更新周期所限，難以反映本學科的最新成就；二是受容量所限，難以有更廣闊的視野。尤其是傳統(tǒng)學科，囿于所傳授的知識必須是經(jīng)典的、成熟的、公認的、不可推翻的，所以很少會涉及學科發(fā)展的前沿。無機化學就是這樣一門基礎課，主要內(nèi)容是基礎理論和概念，如果簡單講授，不僅枯燥，而且也會使學生覺得這門課遠離科研，遠離現(xiàn)實，難而無用。所以，我們在教學實踐中特別注意對紙質(zhì)教材的內(nèi)容進行擴展，增加本學科學術前沿以及相關學科內(nèi)容，近距離地貼近科研，貼近現(xiàn)實。

(1) 在電子教案緒論中增加了學科前沿內(nèi)容。在緒論中，我們基本上放棄了經(jīng)典內(nèi)容而去捕捉學科發(fā)展的前沿;不拘泥于本學科的內(nèi)容，而是放眼于整個化學以及與化學相關的許多學科。例如在課程中講授了化學對社會發(fā)展的影響，強調(diào)化學不僅是一門經(jīng)典科學，而且是一門極為活躍、持續(xù)創(chuàng)新的科學，化學的創(chuàng)新不斷改變著人類的生活，還促進著人類的發(fā)展進程[2]；介紹了近年來諾貝爾化學獎得主的背景以及他們的研究領域和研究方法；還引入了徐光憲院士[3]近年講到的化學最新多維定義、化學發(fā)展趨勢以及化學面臨的難題。緒論如導航，開宗明義，可使學生在接觸本學科之初即對學科有一個基本的認識，對創(chuàng)新有一個直觀的感受，這會影響學生的整個學習過程。

(2) 在每一章的電子教案中設 “學術前沿零距離”欄目，介紹相關的學術前沿。例如，講授配合物結(jié)構及性質(zhì)后，我們介紹了在JAmChemSoc上發(fā)表的最新研究成果——溶液法合成鎳配合物納米管[4]，學生可以利用剛剛學到的知識分析該化合物的空間構型，并預測其穩(wěn)定性及磁性。在講授氧化還原與電化學后，我們介紹了本教研室教師所取得的最近研究成果——PbO2和Pb3O4單晶納米棒的選擇性制備[5]，在常規(guī)條件下，制備出PbO2納米棒，在水熱條件下，制備出Pb3O4納米棒，該研究利用的正是剛剛學到的氧化還原的基本原理。通過本欄目，我們要告訴學生一個明確的信息，創(chuàng)新和基礎理論是密不可分的，創(chuàng)新因基礎理論而得以實現(xiàn)，基礎理論因創(chuàng)新而體現(xiàn)活力。

(3) 在每一章的電子教案中設 “化學視野”欄目，強調(diào)本學科與相關學科的聯(lián)系。不同的學科雖然有明確的分工，但相關學科之間又都有密切的聯(lián)系，重大創(chuàng)新不僅需要大量的相關學科知識的支撐，而且很多創(chuàng)新是在相關學科的交叉中找到突破點的。設立本欄目的目的除讓學生領略相關學科的發(fā)展外，很大程度上也是為了使學生增強創(chuàng)新意識。例如，在講授熱化學中能源問題時，我們介紹了太陽能光伏技術研究的領軍人物馬丁·格林(Martin Green)教授在“2007年諾貝爾獎獲得者北京論壇”北京理工大學分會場所作的第3代光伏發(fā)電技術的演講。在講一氧化氮性質(zhì)時，我們介紹了王韻、韓濟生[6]的文章《一氧化氮在醫(yī)學中的現(xiàn)在和將來——1998年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎評價》，該文中指出，1998年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎之所以授予3名美國科學家，是因為他們發(fā)現(xiàn)了一氧化氮是心血管調(diào)節(jié)血壓和血流的信號分子，并奠定了一個全新概念的生物系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)導原理。我們還介紹了諾貝爾得主路易斯·J·伊格納羅在“2006年諾貝爾獎獲得者北京論壇”北京理工大學分會場所作的報告，路易斯發(fā)現(xiàn)了一氧化氮在心血管系統(tǒng)中的信使作用，揭開了困擾科學家百年的硝酸甘油作用機理之謎，因此而獲得了諾貝爾生理與醫(yī)學獎。

2 基本知識講授和創(chuàng)新意識培養(yǎng)相結(jié)合

無機化學是一門專業(yè)基礎課，但基礎知識的講授并不排斥創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，兩者可以相互結(jié)合，相互促進。我們在這方面做了一些探索。

(1) 在每一章增設 “科學家及其成就回顧”欄目。化學中的知識點都閃爍著科學家智慧的火花。我們在講授理論、定理、公式的同時，介紹與之相關的科學家，例如維爾納、利普斯科姆、路易斯、鮑林、玻爾、薛定諤、泡利、洪特、普朗克、門捷列夫等人的生平、創(chuàng)新經(jīng)歷及思想軌跡，介紹我國的一些著名科學家如侯德榜等人的創(chuàng)新思維方式。將理論與科學史結(jié)合講授，理論就不再是靜態(tài)的理論，而是創(chuàng)新的過程和結(jié)果，學生的創(chuàng)新意識也在理論的學習中得到了提高。

(2) 在講授基礎知識時，適量地介紹與之相關的重大科研進展。例如，在講授硼族元素性質(zhì)時，介紹了中國科技大學錢逸泰、謝毅研究小組在水熱合成工作基礎上，在有機體系中設計和實現(xiàn)了新的無機化學反應，制備一系列非氧化物納米材料的相關研究。如在280℃下，苯溶劑中，通過GaCl3和Li3N反應制備得到了GaN納米材料。這一研究成果發(fā)表在Science上，被審稿人評價為“兩個激動人心的研究成果：一是在非常低的溫度下苯熱制備了結(jié)晶GaN，二是觀察到了以前只有在超高壓下才出現(xiàn)的亞穩(wěn)立方巖鹽相”[7]。又如在講授氮族元素中水合肼的還原性時，介紹了清華大學李亞棟研究組在新型一維納米結(jié)構的制備、組裝方面取得的突出進展，他們利用的正是無機化學元素部分教學中所介紹的水合肼的還原性，用水合肼還原硝酸鉍生成了由具有準層狀結(jié)構特性的金屬鉍形成的一種新型的單晶多壁金屬納米管，這是國際上首例由金屬形成的單晶納米管，為無機納米管的形成機理和應用研究提供了新的對象和課題[8]。

3 給學生留出創(chuàng)新的空間

學生的創(chuàng)新應該從課堂開始。我們在這方面也做了一些探索。

(1)要求學生參與教案的編寫和更新。我們的電子教案中的許多欄目(例如“化學視野”、“學術前沿零距離”)都是動態(tài)的，內(nèi)容年年更新。為了提高學生的能動性，我們把部分內(nèi)容的更新及制作交由學生完成，學生對此有很高的熱情，所更新的內(nèi)容豐富、貼切，圖案制作也很精美。如2006級學生制作了關于2005年度諾貝爾化學獎的獲得者法國的伊夫·肖萬、美國的羅伯特·格拉布和理查德·施羅克在烯烴復分解反應方面研究成果的內(nèi)容。

(2)部分內(nèi)容要求學生自學或自授。例如元素部分，先由教師精講周期系中某些區(qū)的大通性、族的中通性以及元素的個性，教授元素化學的思維方法，其他部分由學生自學，自學后開展討論，最后推選優(yōu)秀者到課堂上講授。

(3)給學生布置創(chuàng)新大作業(yè)。每學期上課之初，我們先給學生布置一項需要整個學期完成的作業(yè)，要求學生就本課程的任一知識點找到新材料、新方法，提出新見解、新觀點，系統(tǒng)整理后寫出論證文章。在學期將結(jié)束時，所有學生就自己的作業(yè)分組講解，再由學生遴選出優(yōu)秀者，參加大課宣講與答辯。完成這項作業(yè)，需要查閱大量的資料，這是科研必備的技能；同時要有創(chuàng)新的思維，這是科研必備的素質(zhì)。

以上教學活動鍛煉了學生分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新能力、語言表達能力、協(xié)作學習能力以及應變能力。

4 結(jié)語

我們的探索激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維。2005年，在教育部開始實施大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目時，2002級有幾位本科生積極報名參與創(chuàng)新項目，他們選擇的是低維納米結(jié)構材料制備，以葡萄糖為原料制成無定形碳納米球，再以碳納米球為載體合成納米金屬單質(zhì)，并對其進行各種表征，為進一步催化烯烴加氫反應奠定基礎。2008年，化工與環(huán)境學院2006級幾名學生參加國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目，他們選擇新型鋰離子二次電池正極材料磷酸鐵鋰為研究對象，采用溶劑熱法和溶膠-凝膠法制備了橄欖石結(jié)構磷酸鐵鋰納米材料，并通過包覆，對材料進行了改性，以提高其導電率和鋰離子遷移率。

每年網(wǎng)上評教，學生都給無機化學課程打出了高分，說明學生對創(chuàng)新教學給予了充分肯定。。

[1] 大連理工大學無機化學教研室.無機化學.第5版.北京:高等教育出版社,2006

[2] 布里斯羅 R.化學的今天和明天.華彤文,宋心琦,張德和,等譯.北京:科學出版社,2002

[3] 徐光憲.大學化學,2001,16(1):1

[4] Guo L,Liu C M,Wang R M,etal.JAmChemSoc,2004,126:4530

[5] Cao M H,Hu C W,Peng G,etal.JAmChemSoc,2003,125:4982

[6] 王韻,韓濟生.生理科學進展,1999,30:1

[7] 陳榮,梁文平.中國科學基金,2002,16:4

[8] Li Y D,Wang J W,Deng Z X,etal.JAmChemSoc,2001,123:9904