以問(wèn)題引導(dǎo)法進(jìn)行元素及化合物教學(xué)*

袁孝友 李村 王來(lái)英

(1安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 安徽合肥 230039；2合肥市第六中學(xué) 安徽合肥 230061)

無(wú)機(jī)化學(xué)是化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的第一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。作為專業(yè)入門(mén)課程，無(wú)機(jī)化學(xué)的教學(xué)方法和教學(xué)效果對(duì)學(xué)生鞏固專業(yè)思想、提升專業(yè)興趣、形成學(xué)習(xí)方法都有重要影響。在無(wú)機(jī)化學(xué)課程中，元素及化合物部分的知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容瑣碎，若采用傳統(tǒng)的講授法介紹元素及化合物知識(shí)，很容易出現(xiàn)教師一言堂描述、學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)課、死記硬背的局面。這樣的課堂教學(xué)效率低，教學(xué)效果不好，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，改革元素及化合物教學(xué)方法，提高課堂教學(xué)效率和教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力，一直是無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中需要突破的共同課題[1-5]。作者將元素及化合物各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成問(wèn)題，以問(wèn)題引導(dǎo)法組織教學(xué)。經(jīng)過(guò)15年教學(xué)實(shí)踐，此教學(xué)方法已逐漸趨于成熟，在此與教育同行交流。

問(wèn)題引導(dǎo)法是以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。學(xué)生在教師的啟發(fā)、引導(dǎo)和講解下，通過(guò)分析、討論、解答問(wèn)題，理解并掌握相關(guān)概念和知識(shí)，同時(shí)養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。該方法一方面可提高課堂教學(xué)效率，節(jié)約學(xué)時(shí)數(shù)，一方面還可調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生參與教學(xué)全過(guò)程，提高教學(xué)效果。為達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，需要做好以下教學(xué)環(huán)節(jié)。

(1) 教案設(shè)計(jì):以問(wèn)題為引導(dǎo)，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

以武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等校編寫(xiě)的《無(wú)機(jī)化學(xué)》(第3版,下冊(cè))為例，涉及元素及化合物的內(nèi)容共10章。圍繞培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、歸納總結(jié)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力，科學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題。比如第12章鹵素中的教學(xué)內(nèi)容，可以依次設(shè)計(jì)問(wèn)題如下：① 寫(xiě)出鹵素成員元素符號(hào)，指出它們的價(jià)電子結(jié)構(gòu)特征，解釋它們的氧化數(shù)多呈現(xiàn)奇數(shù)。② 由元素電勢(shì)圖和氧化態(tài)-自由能圖，判斷鹵素單質(zhì)在酸、堿性介質(zhì)中的穩(wěn)定性，并比較鹵素含氧酸(或鹽)在酸、堿介質(zhì)中的氧化能力強(qiáng)弱。③ 如何解釋鹵素單質(zhì)由F2到I2的顏色、狀態(tài)及水溶液溶解性變化?④ 已知鹵素單質(zhì)和鹵化氫鍵能數(shù)據(jù)如下：F—F 154.8kJ/mol，Cl—Cl 239.7kJ/mol，Br—Br 190.16kJ/mol，I—I 148.95kJ/mol，H—F 565kJ/mol，H—Cl 428.02kJ/mol，H—Br 362.3kJ/mol，H—I 294.6kJ/mol，試解釋鹵素單質(zhì)與氫氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即F2：低溫黑暗下反應(yīng)劇烈;Cl2：光照或加熱下反應(yīng)迅速;Br2：加熱時(shí)反應(yīng)較慢;I2：加熱較高溫度下反應(yīng)可以發(fā)生但不完全。⑤ 如何解釋鹵化氫的沸點(diǎn)變化順序及其水溶液的酸性強(qiáng)弱順序？⑥ 根據(jù)電負(fù)性知識(shí)或考慮結(jié)構(gòu)因素，判斷非金屬鹵化物PCl3、BCl3、BrF5、NCl3、SF6、CCl4能否與水反應(yīng)？若能反應(yīng)，寫(xiě)出對(duì)應(yīng)產(chǎn)物。⑦ 請(qǐng)解釋CaF2、CaCl2、CaBr2、CaI2熔點(diǎn)逐漸降低；KCl、CaCl2、ScCl3、TiCl4由KCl典型的離子化合物過(guò)渡到TiCl4為共價(jià)化合物；AgF易溶于水，而AgCl、AgBr、AgI難溶于水。⑧ 指出在鹵素氧化物中的中心原子通過(guò)雜化形成共價(jià)鍵時(shí)，哪些氧化物有對(duì)應(yīng)的含氧酸？⑨ 指出鹵素含氧酸中鹵素的成鍵方式。⑩ 從結(jié)構(gòu)上分析，指出鹵素由HXO到HXO4，同一元素的含氧酸及不同元素、相同氧化態(tài)的含氧酸酸性強(qiáng)弱順序。比較鹵素含氧酸及其對(duì)應(yīng)鹽的熱穩(wěn)定性及氧化性規(guī)律。試分析工業(yè)上制備MXO(次鹵酸鹽)時(shí)，為什么產(chǎn)品中經(jīng)常含有MXO3或MX？比較高氯酸和高碘酸在水溶液中酸性和氧化性的強(qiáng)弱，實(shí)驗(yàn)室中如何保存高氯酸？歸納氟元素單質(zhì)及化合物相對(duì)于其他鹵素的特殊性。區(qū)分酸的氧化性和氧化性酸概念，分析影響含氧酸酸性和氧化性強(qiáng)弱的因素。實(shí)驗(yàn)室中如何安全使用擬鹵素氰及其化合物？又如第14章中有關(guān)鉍的性質(zhì)，設(shè)計(jì)成如下問(wèn)題(為方便表述，在不同章節(jié)的問(wèn)題，這里按順序編號(hào))：氮族的其他元素都有多變氧化態(tài)，為什么鉍只有+3、+5氧化態(tài)？

隨著對(duì)元素及化合物的知識(shí)積累，還可以設(shè)計(jì)出前后內(nèi)容關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，使學(xué)生掌握知識(shí)的系統(tǒng)性，培養(yǎng)其歸納能力。例如針對(duì)錳的氧化還原性質(zhì)，設(shè)計(jì)的問(wèn)題是：寫(xiě)出4個(gè)Mn2+被氧化為的化學(xué)反應(yīng)方程式。

問(wèn)題引導(dǎo)法教學(xué)的關(guān)鍵是教師要凝煉教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題；把握問(wèn)題的深度和廣度，構(gòu)成完整的知識(shí)體系；所設(shè)計(jì)的問(wèn)題要符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，具備合適的知識(shí)梯度，讓學(xué)生動(dòng)腦筋拾級(jí)而上，層層推進(jìn)，處處體現(xiàn)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。按照上述方式，《無(wú)機(jī)化學(xué)》(第3版,下冊(cè))中元素及化合物的教學(xué)內(nèi)容大約需要設(shè)計(jì)180個(gè)問(wèn)題，就可以涵蓋全部?jī)?nèi)容。

此外，還要不斷更新和補(bǔ)充無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題和最新研究成果，使無(wú)機(jī)化學(xué)的元素及化合物教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)。例如：超音速飛機(jī)釋放的NOx對(duì)大氣臭氧層的破壞，二氧化碳的減排及轉(zhuǎn)化利用，水資源保護(hù)，碳納米管，石墨烯，ITO(銦錫氧化物膜)顯示材料，納米TiO2，光伏電池，稀土催化等，都可以設(shè)計(jì)成問(wèn)題作為補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容。

(2) 課堂講授:互動(dòng)交流,深入淺出,逐步展開(kāi)。

然后提示學(xué)生觀察Bi在上述氧化還原反應(yīng)中的氧化態(tài)變化，再?gòu)谋咀逶氐膬r(jià)電子結(jié)構(gòu)特征ns2np3入手，由體系能量和穩(wěn)定性關(guān)系進(jìn)行討論，根據(jù)洪特規(guī)則的半滿、全滿、全空特例，波函數(shù)徑向分布圖，s電子鉆穿效應(yīng)，引導(dǎo)出6s2惰性電子對(duì)效應(yīng)概念，從而解釋了鉍在化學(xué)反應(yīng)中主要有+3、+5氧化態(tài)。設(shè)計(jì)這個(gè)問(wèn)題，既介紹了6s2惰性電子對(duì)效應(yīng)概念，又介紹了鉍的氧化還原反應(yīng)特性，鞏固了原子結(jié)構(gòu)理論知識(shí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)從多角度分析思考問(wèn)題。

在課堂上討論和解決問(wèn)題，要逐步展開(kāi)、層層遞進(jìn)、講練結(jié)合、互動(dòng)交流，以啟發(fā)式替代教師滿堂灌教學(xué)。問(wèn)題引導(dǎo)法教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、思考、表達(dá)及歸納能力，使其掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，參與教學(xué)全過(guò)程，在輕松活潑的課堂氣氛中掌握知識(shí)。因此，教學(xué)效率和教學(xué)效果很好。

(3) 板書(shū)演練:突出重點(diǎn),黑板與多媒體并用。

問(wèn)題引導(dǎo)法教學(xué)所設(shè)計(jì)的問(wèn)題是每堂課教學(xué)的核心內(nèi)容，為節(jié)約板書(shū)時(shí)間，可用多媒體逐一顯示每個(gè)問(wèn)題，而不是一次全部顯示一節(jié)課內(nèi)容的所有問(wèn)題。多媒體顯示與講課進(jìn)度要同步，針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行講解或引導(dǎo)提示，這就需要教師精心設(shè)計(jì)板書(shū)內(nèi)容，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間和恰當(dāng)?shù)奈恢貌迦氚鍟?shū)，使其發(fā)揮畫(huà)龍點(diǎn)晴的作用。需要注意的是，不論是粉筆板書(shū)還是多媒體字幕，都要針對(duì)關(guān)鍵概念、關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和重要結(jié)論，粉筆板書(shū)和多媒體字幕要恰到好處地配合使用，切忌板書(shū)大段文字或播放未經(jīng)整理加工的圖表。板書(shū)要呈現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)性和規(guī)律性，以便學(xué)生掌握。在教學(xué)中要本著精講多練、講練結(jié)合的原則，讓學(xué)生有足夠時(shí)間來(lái)書(shū)寫(xiě)表達(dá)或口頭表達(dá)，以此提升學(xué)生的歸納總結(jié)和語(yǔ)言表達(dá)能力。

(4) 課后作業(yè):聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。

元素及化合物部分的每一章習(xí)題，大多是從鞏固本章知識(shí)的角度設(shè)計(jì)的。教學(xué)過(guò)程中的大部分習(xí)題可采用集體討論方式解決，少部分留給學(xué)生獨(dú)立處理。此外，還要及時(shí)補(bǔ)充無(wú)機(jī)化工生產(chǎn)或科學(xué)研究的最新成果，設(shè)計(jì)一些新習(xí)題，以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。比如在鹵素一章中，可以補(bǔ)充習(xí)題：電解食鹽水制備燒堿時(shí)，副產(chǎn)物次氯酸鈉為什么只能以10%左右的溶液存在？指出其儲(chǔ)存和運(yùn)輸需要注意的安全問(wèn)題。這個(gè)習(xí)題將理論與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，讓學(xué)生理論知識(shí)學(xué)得活、記得住。另外，還可設(shè)計(jì)綜合性習(xí)題，以全面考察、訓(xùn)練學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。如用精煉銅廢液合成CuCl的工藝流程如下[6]：

讓學(xué)生回答上述各步驟的化學(xué)原理，并指出影響CuCl產(chǎn)率的關(guān)鍵步驟。

這個(gè)習(xí)題既有理論問(wèn)題，又有工藝控制問(wèn)題，需要對(duì)各物質(zhì)的物理、化學(xué)性能進(jìn)行綜合考慮才能獲得較高的產(chǎn)率。同時(shí)，這個(gè)習(xí)題也有助于培養(yǎng)學(xué)生循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色化學(xué)的思想。

作者相信，圍繞培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、歸納總結(jié)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力的教學(xué)改革是必須要堅(jiān)持的。15年的教學(xué)實(shí)踐表明：以問(wèn)題引導(dǎo)法教授元素及化合物知識(shí)，相對(duì)于原先的講授法，可節(jié)約12學(xué)時(shí)左右；這種方法不僅能提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，更主要的是能教會(huì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方法，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

[1] 徐敏.大學(xué)化學(xué),2010,25(6):32

[2] 高洪苓,安穎,楊秋華,等.大學(xué)化學(xué),2011,26(4):24

[3] 龔孟濂,喬正平,巢暉.大學(xué)化學(xué),2011,26(1):20

[4] 任玲,胡長(zhǎng)文,吳俠.大學(xué)化學(xué),2011,26(1):23

[5] 路麗英,方春英.大學(xué)化學(xué),2009,24(5):10

[6] 袁孝友,李村.材料保護(hù),1999,32(11):33