無機化學課程教學中學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐探索

吳芳輝，魏先文

（安徽工業(yè)大學 化學與化工學院，安徽 馬鞍山243002）

無機化學是所有化學專業(yè)學生必修的一門重要的專業(yè)基礎課，旨在使學生系統(tǒng)掌握化學反應的基本概念和基礎理論，了解有關化合物的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)等基本知識，初步具備應用化學原理認識、分析和解決實際化學問題的能力。［1］由此可見，無機化學課程的學習對于化學專業(yè)學生初學者來說有著較強的現(xiàn)實意義，是進一步學習化學專業(yè)課程的堅實基礎。然而，原有的無機化學課程教授體系中存在的一些弊病和不足，嚴重阻礙了大學生創(chuàng)新能力的提高。例如，導引課程中專業(yè)界限不明，沒有實施啟發(fā)和分層式教學模式，難以激發(fā)學生學習的興趣；工程案例缺乏，無法真實體現(xiàn)無機化學課程學習的實際意義，難以調(diào)動學生學習的積極性和主動性；教學方法和手段單一，難以使學生有效理解抽象理論知識和實踐內(nèi)容；實驗課強烈依附于實驗條件，難以與理論課內(nèi)容相互貫通，形成體系，達到高質(zhì)量培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的；授課教師對無機化學領域前沿科技了解不足或沒有開展相關的創(chuàng)新性科研工作，難以及時更新陳舊的知識和理念，限制了教學水平的提高。筆者通過多年的無機化學課程教學實踐后認為，要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)素質(zhì)教育，必須關注以下幾個問題。

一、根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標革新教學內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣

無機化學課程是涉及生物科學、數(shù)學、物理學、營養(yǎng)學、食品安全、資源與環(huán)境、藥學等多專業(yè)多方向交叉，內(nèi)容極為豐富的一門學科，［2］在短時期內(nèi)完全領悟這門課程的內(nèi)容有一定的難度，但是倘若學生對這門課程產(chǎn)生了極大的興趣，那么他們學習起來就會事半功倍。因此，根據(jù)我院化學不同專業(yè)學生的特點和接受能力，精選難易適中、先進實用的教學內(nèi)容，提高學生的學習興趣是取得良好教學效果的關鍵。例如我院分為化學工程、應用化學和高分子化學三個專業(yè)，在緒論導引課上，應該有不同側(cè)重點，以滿足不同的專業(yè)要求。當授課對象為化學工程專業(yè)的學生時，遴選化工廠的熱力學反應、石油與天然氣產(chǎn)品成分分析、催化等與化學工程有關的實用內(nèi)容重點介紹，使該專業(yè)學生在學習中更注重理論聯(lián)系實際，關注知識的應用以及目前的學習與將來自身的發(fā)展和就業(yè)之間的聯(lián)系。當授課對象為應用化學專業(yè)的學生時，突出“應用”這一核心體系，大量補充化合物的應用性內(nèi)容，甚至把應用性環(huán)節(jié)滲透到教學的全過程，為應用化學專業(yè)學生對理論知識基礎產(chǎn)濃厚的探索欲望打下基礎。當授課對象為高分子化學專業(yè)的學生時，則選擇一些學生熟悉的高分子材料傳授高分子化合物的組成、結(jié)構(gòu)和應用價值，讓他們在學習中體驗到成就感。無機化學課程前半部分有關熱力學和四大平衡體系中牽涉的化學反應和化學定律較多，學生記憶并理解起來非常困難，這時可以穿插一些化學理論方法產(chǎn)生的歷史過程，古今中外化學史上的名人軼事以及著名化學家探索真理過程中說過的經(jīng)典名言等趣昧內(nèi)容來鼓勵學生，活躍課堂氣氛，充分拓寬他們的知識面，使他們萌生獻身科學的信念和精神。隨著科技的迅猛發(fā)展，教材內(nèi)容不可避免有些滯后，這時需要教師跟蹤國內(nèi)外研究發(fā)展的動向，不斷融入現(xiàn)代科技知識和當前社會熱點問題，及時傳授給學生或與學生產(chǎn)生共鳴。例如在講授碳族元素的知識點時，引入碳家族中一維碳納米管、二維石墨烯和三維富勒烯的最新研究進展，播放由這些材料研制的儲氫材料以及宇宙飛船等高清圖片，定能從理論與實踐相互滲透的角度調(diào)動起學生學習的積極性。高等教育的培養(yǎng)目的之一是培養(yǎng)學生的自學能力，而且因為無機化學課程學時少，不可能在課堂上有充足的時間對每個知識點進行詳細講解，所以教師應該奉行知識、能力、素質(zhì)辯證統(tǒng)一的思想，至少安排課程中三分之一的內(nèi)容鼓勵學生在課后自主學習，引導學生創(chuàng)新意識的形成和發(fā)展。而順利做到這一點的重要前提是為學生找到一些自學的切人點，例如開展小型研討活動，活動之前，要求學生必須從問題的源頭開始查閱課本、資料甚至文獻，審時度勢，準備解決方案，理清辯論思路，最后通過課堂上學生與學生、教師與學生之間的交談和溝通有效激發(fā)學生的求知欲望和學習主動性，有利于創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。

二、靈活運用多種教學法進行教授，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力

現(xiàn)代高等教育理念中最重要的一條就是堅持以學生為中心，教師為主導的雙向交流的知識傳授模式，因此在無機化學課程教學中，從原有的單一、固定的“注入式”教學轉(zhuǎn)向按照學生的特點來設計多維、靈活的教學方法，是培養(yǎng)具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿θ瞬诺闹匾緩健６嗑S、靈活的教學方法可以體現(xiàn)在傳授給學生科學的學習方法、互動式教學以及不斷練習鞏固等方方面面。例如在緒論的最后一部分，教師均應為學生分析整個課程的特點和主要內(nèi)容，盡可能根據(jù)教材內(nèi)容梳理并列出課程體系圖（如圖1所示），通過教師提綱挈領的講授，引導學生關注課程重點和難點，合理安排學習時間和學習計劃，少走彎路，并便于后續(xù)接受新知。

筆者發(fā)現(xiàn)，在上課過程中，如果啟發(fā)式、聯(lián)想式、對比式、探究式等前人體驗過的較為成熟的互動環(huán)節(jié)交替使用，可以適應現(xiàn)代素質(zhì)教育的發(fā)展，培養(yǎng)出既具有扎實基礎理論知識，又具有較強實踐能力的高素質(zhì)人才。比如，我們在講授反應熱效應的計算公式之前，就可以先啟發(fā)學生聯(lián)想到前期測定恒容熱效應的實驗，接著引導學生推導出恒壓熱效應和恒容熱效應之間的關系式，由結(jié)論探索出蓋斯定律，最后通過比對所有反應方程式熱效應的計算過程特點，水到渠成地獲知反應熱效應的計算公式。由此可見，單是這一個綜合性的知識點就糅合了學生的切磋、討論和思考等多個過程，可以使學生將已有知識領悟貫通，比被動接受知識有效得多。眾所周知，孔子《論語》中精彩之語是孔子欣賞并踐行的“溫故而知新”，說明不斷的復習也應是貫穿于整個教學過程中的重要任務。對于無機化學課程來說，當前復習的有效手段除了及時歸納總結(jié)各知識點之外，適量的練習必不可少。例如物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分需要強化記憶的內(nèi)容很多，可以設計一些客觀題如選擇題、填空題提供給學生思考并解釋原因。而對于酸堿平衡、氧化還原反應以及沉淀溶解平衡等內(nèi)容，則多列舉一些計算題供學生解析，同時及時、恰當?shù)亟o予正確的評價和指導，經(jīng)過一定時間的訓練，將會對學生思維能力的提高起到潛移默化的作用。

三、運用多媒體技術拓寬教學手段，提高教學效果

在無機化學課程的教學中，我們對傳統(tǒng)的單一性板書式教學手段進行了一系列的革新，包括利用多媒體課件呈現(xiàn)形象、直觀、生動的教學內(nèi)容；網(wǎng)上下載并整理大量與無機化學課程教學有關的圖片資料；搭建物質(zhì)結(jié)構(gòu)的實物模型增強學生的認知立體感；開設遠程網(wǎng)絡無機化學課程教學，方便學生對該課程內(nèi)容進行課前預習、課后復習以及習題訓練等。例如在教授原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時，在黑板上很難描繪出氫原子的彩色光譜，無法模擬出電子衍射實驗動態(tài)過程以及解釋抽象難懂的氫原子能級圖，而這些通過植入聲音、文字、圖形、圖像、動畫為一體，借助于各種教學軟件的多媒體技術可以輕松實現(xiàn)。無機化學課程知識面廣、圖表多、動態(tài)過程復雜、數(shù)學推導公式冗長，因此需要教師投入很多精力編制多媒體教學課件，但是一旦使用了一套結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)容完整的多媒體教學課件，就可以降低教學難度，有助于學生掌握理論知識，有效提高課堂的教學效率。為了拓寬化學專業(yè)學生的知識面，課堂上教師在講授理論知識之余，輔之以清晰、生動的圖片，可以讓學生更形象地接受理論知識。例如在介紹d區(qū)元素時，為學生展示采用各種過渡元素制造的軍事武器、航天飛船、汽車以及功能材料等精美圖片供他們觀賞并討論，極大地調(diào)動了學生的學習熱情。固體結(jié)構(gòu)部分有關四大晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)容立體感強，需要學生具備較好的空間想象力，為此我們精心準備了實物模型供學生觀察，自主總結(jié)出不同類型晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)別和特點，使學生對固體結(jié)構(gòu)有一個更清楚、更深刻的認識。針對無機化學課程學時少的特點，開設遠程網(wǎng)絡無機化學課程教學，可以再現(xiàn)教學情景，開展課程教學在線討論和輔導、傳遞化學的前沿動態(tài)信息等，進一步在課余時間調(diào)動學生積極參與教學活動，有利于學生知識的獲取和保持，提高了學生的素質(zhì)和教學效果。近幾年來，隨著上述教學手段的逐步推廣和使用，使我們深切地感受到了教學效果上質(zhì)的飛躍。然而各種現(xiàn)代技術日益暴露出的一些缺陷，如節(jié)奏感強、播放速度過快、過程跨度大、每幅幻燈片呈現(xiàn)的信息量有限等又讓我們反思傳統(tǒng)板書的優(yōu)勢所在。黑板加粉筆式的教學揉入了教師豐富的肢體語言，使教學過程富有人情味，讓學生感到更親切，最重要的是，板書書寫出無機化學課程中一些復雜的公式推導過程、作業(yè)的評講和習題演算，可以將每個步驟細化，使學生有足夠的時間記錄并思考，有利于學生消化吸收，另外，在黑板上隨手書寫的一些關鍵性詞語，也能突出重點，有效吸引學生的注意力。因此理性看待現(xiàn)代教學手段與傳統(tǒng)教學手段的優(yōu)缺點，探索兩者有機結(jié)合的方式，是促進教學質(zhì)量提高的強有力的保證。

四、加強實驗內(nèi)容與理論內(nèi)容的融合，營造多元化教學環(huán)境

無機化學是實踐性很強的一門課程，課程中的理論內(nèi)容原則上均是前人通過實驗來驗證和獲取的，因此學生通過實驗教學來強化記憶并理解無機化學課程內(nèi)容是無可替代的教學環(huán)節(jié)。筆者針對當前實驗教學中存在的實驗資源缺乏，實驗課程內(nèi)容與理論教學分裂隔離以及無視學生個體差異，采取與素質(zhì)教育模式背道而馳的教學方法等一系列突出問題，提出以下幾點措施：（1）改善和拓寬實驗教學資源，有利于培養(yǎng)學生的基本操作技能。近幾年來，隨著招生人數(shù)的急劇增多，以往的實驗資源無論從數(shù)量還是質(zhì)量上均已遠遠不能滿足學生學習的需要，此時需要教師打破原來實驗開設的格局，構(gòu)建新的實驗教學體系。例如縮少驗證型實驗內(nèi)容或?qū)⑵涓鼡Q為演示內(nèi)容，增加綜合性和設計性實驗比例，把對學生“知識、能力、素質(zhì)”的培養(yǎng)融為一體；請求學校支持，增大經(jīng)費投入，購買或引進功能強大、價格低廉的實驗儀器，增加學生動手機會，增強對學生認知能力的培養(yǎng)；積極加強與科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的合作與聯(lián)系，充分利用各種渠道，為學生科技創(chuàng)新活動提供實驗基地，延伸課內(nèi)實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的綜合能力；購買網(wǎng)絡資源或開設無機化學網(wǎng)上實驗教學，利用互聯(lián)網(wǎng)和多媒體實現(xiàn)遠程教學，便于學生充分地學習和掌握實驗教學的內(nèi)容。（2）促進實驗教學和理論教學的融合，有利于培養(yǎng)學生發(fā)散性創(chuàng)新思維能力，達到更好的實驗效果。隨著科學技術的發(fā)展，無機化學理論教學內(nèi)容也在不斷更新，但實驗教學一般采用自編的教材，跟不上理論教學的步伐，甚至已經(jīng)嚴重脫節(jié)，而且很多理論課程中的重點內(nèi)容由于條件限制，也沒有在實驗教學中得以體現(xiàn)，所以加強實驗內(nèi)容和理論內(nèi)容的融合和齊頭并進，培養(yǎng)學生的操作能力、分析問題和解決問題的能力勢在必行。新的實驗教學體系必須與時俱進，及時更新實驗指導書，遵循理論課程結(jié)構(gòu)的安排，由淺入深，從部分到整體，同時盡可能創(chuàng)造條件安排理論重點內(nèi)容的實驗環(huán)節(jié)，提高實驗教學效率。（3）針對學生特點，實施分層教學，有利于實現(xiàn)素質(zhì)教育的基本目標。對于來自不同地域的學生來說，最顯著的特點之一就是實驗基礎參差不齊，造成這種現(xiàn)象的深層次原因在于各地經(jīng)濟發(fā)展不平衡，進而導致各中學實驗條件不均衡所致，與學生之間的個體差異關系不大，所以在高校實驗教學環(huán)節(jié)中，實施分層教學就顯得很迫切。對于來自發(fā)達地區(qū)，基礎較好的學生，可以鼓勵他們利用充足的時間做一些設計性和綜合性強的實驗，進一步鍛煉他們的動手能力；而對于來自偏遠貧困地區(qū)，基礎較為薄弱的學生，則一開始只要求他們完成教材既定的基本實驗任務，然后教師再利用課余時間對這些學生開展一些針對性的輔導，盡快縮小與實驗操作能力強的學生之間的差距。

五、督促教師開展科研工作，更新優(yōu)化教學內(nèi)容

科技發(fā)展日新月異，新知識、新技術層出不窮，新信息、新概念傳播迅速，教師教育思想觀念也要與時俱進，隨之轉(zhuǎn)變。上世紀80年代。英國學者勞倫斯.斯坦豪斯就提出了“教師作為研究者”的理論，［3］他認為作為教師必須要了解、掌握本學科的最新發(fā)展動態(tài)，開闊教學視野，不斷更新和完善自己的知識結(jié)構(gòu)。因此教師如果還和以往相同，僅僅拘泥于課本內(nèi)容的講授是遠遠不夠的。而為了追蹤最新研究動態(tài)，除了要及時吸收和關注新知識、新信息之外，最好是開展與課程教授相關的科研工作，把教育理論直接應用于科研實踐，激發(fā)自己的創(chuàng)新力和判斷力，使自己始終立于學科知識的前沿，掌握深厚和廣博的專業(yè)技能，并嘗試將科研中的思維方法等引入教學，這樣才能切實滿足學生對新知識的渴求。另外，教師開展科研工作更重要的意義在于，教師能夠利用已有的科研平臺為部分高層次學生搭建課外實踐教學的平臺，推進研究性活動，提高學生的創(chuàng)新能力。所謂研究性活動，就是根據(jù)所教內(nèi)容的特點適當?shù)卦O定一些有趣的或有挑戰(zhàn)性的化學科研課題，督促有探究激情的學生在既定的時間內(nèi)借助教師的科研條件獨立完成甚至發(fā)表科研論文。而無機化學課程自身的特點，決定了幾乎每一個章節(jié)都可以安排研究性活動，例如在講授化學熱力學部分的內(nèi)容時，引導部分學生在查閱最新文獻的基礎上設計一個較為簡單的有機反應，通過薄層色譜觀察反應進行的程度，進而研究出濃度、溫度以及催化劑等實驗條件對該反應速率的影響規(guī)律，加深對理論內(nèi)容的理解，同時也可能獲得新的有應用潛力的產(chǎn)物，培養(yǎng)學生的實驗操作技能和獨立性研發(fā)能力。無機化學課程的下半部分最重要的內(nèi)容就是d區(qū)元素，而整個d區(qū)元素牽涉最多的內(nèi)容就是配合物的組成、結(jié)構(gòu)及其化學鍵理論，這部分內(nèi)容繁多，理解起來有難度，為此教師結(jié)合自身的研究特點，指導學生有機會介入各種無機合成法制備功能配合物的課題研究中來，并安排學生在條件許可的情況下觀摩X射線單晶衍射儀測試、解析晶體結(jié)構(gòu)的全過程，通過這樣的科研活動促使學生在學習中更注重理論聯(lián)系實際，對培養(yǎng)學生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新意識具有積極的作用。

奧斯特洛夫斯基說：當我們回憶往事時，不因虛度年華而悔恨，也不因碌碌無為而羞愧……，因此作為一名教師為了實現(xiàn)自己的人生價值，責任重大，只有不斷實踐、不斷探索、不斷總結(jié)，推進無機化學課程教學改革，才能使學生在學習中更有效地掌握和理解本課程的基本知識和要點，也才能使他們的思維能力、反應能力、運用化學知識分析和解決實際問題的能力以及由此綜合衍生的創(chuàng)新能力得到大幅提高。

［1］大連理工大學無機化學教研室.無機化學（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2003：1－3.

［2］章福平.化學與社會［M］.南京：南京大學出版社，2007：1－3.

［3］肖鳳茹.學會研究——教師專業(yè)發(fā)展的必由之路［M］.北京：高等教育出版社，2006，22（3）：73.