基礎(chǔ)課培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)有效教學(xué)策略探討

楊奇　陳三平等

摘要：教師的主導(dǎo)作用是基礎(chǔ)課培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)的關(guān)鍵，教師科研和教學(xué)“兩只翅膀”都硬起來(lái)是起主導(dǎo)作用的基礎(chǔ)。通過(guò)凸顯教材創(chuàng)新意識(shí)，建設(shè)科學(xué)思維平臺(tái)；提倡批判性思維模式，培養(yǎng)科學(xué)思辨能力；注重文獻(xiàn)介紹，擴(kuò)大科學(xué)視野；講究授課藝術(shù)，展現(xiàn)科學(xué)魅力；引入化學(xué)史例，激發(fā)科學(xué)研究欲望；規(guī)范第二課堂，訓(xùn)練科學(xué)素養(yǎng)等一系列有效教學(xué)策略，達(dá)成基礎(chǔ)課培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)課；主導(dǎo)作用；科學(xué)意識(shí)；有效教學(xué)策略

錢(qián)偉長(zhǎng)說(shuō)過(guò)，大學(xué)教育的一個(gè)重要任務(wù)，是培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力。此乃教育功能之所在，即教師要通過(guò)教學(xué)使學(xué)生學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)、增長(zhǎng)如何思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；或者說(shuō)大學(xué)本科教育的目標(biāo)是培養(yǎng)人才和如何培養(yǎng)人才。“無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析”是一門(mén)基礎(chǔ)課，本文以該課為例，闡釋如何加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)，并提出基礎(chǔ)課也能培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)的觀點(diǎn)。

一、教師的主導(dǎo)作用是基礎(chǔ)課培養(yǎng)學(xué)生科

研意識(shí)的關(guān)鍵

研究型大學(xué)需要進(jìn)行研究性教學(xué)。在大學(xué)里基礎(chǔ)課課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課仍是主要方式，其中教師是知識(shí)傳播、人才培養(yǎng)的主導(dǎo)。要在基礎(chǔ)課達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)的目的，教師的主導(dǎo)作用是關(guān)鍵。

1.主導(dǎo)作用的內(nèi)涵

南開(kāi)大學(xué)顧沛教授（第一屆高等學(xué)校教學(xué)名師獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)撸┌呀虒W(xué)分為三個(gè)層次：職業(yè)、事業(yè)和藝術(shù)。第三個(gè)層次是要把教學(xué)當(dāng)做一門(mén)藝術(shù)，是指要“貫通古今，博采眾長(zhǎng)，精心設(shè)計(jì)，不斷創(chuàng)新，在課堂的舞臺(tái)上信手拈來(lái)，左右逢源，寓教于理，寓教于情，寓教于樂(lè)，讓學(xué)生在欣賞和享受中吸取廣泛的營(yíng)養(yǎng)?！彼阎鲗?dǎo)作用分析得入木三分，認(rèn)為主講教師要研究教學(xué)規(guī)律，應(yīng)用教學(xué)規(guī)律，不斷提高教學(xué)效果；要以新的正確的教育思想和理念指導(dǎo)教學(xué)改革；要把學(xué)生當(dāng)做教學(xué)的主體，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自己吸取營(yíng)養(yǎng)；要精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)和駕馭課堂教學(xué)；要善于激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情，激發(fā)學(xué)生的好奇心；要滿懷激情地教學(xué)，不但以理服人，而且以情動(dòng)人；要主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)眼光觀察和思考問(wèn)題；要體現(xiàn)教師自己的個(gè)性和人格魅力；要孜孜以求，不斷追求新的境界。教師的教學(xué)模式要從“一桶水和一杯水”轉(zhuǎn)變到“一眼泉”。主講教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)決定著主導(dǎo)作用的發(fā)揮程度。

2.怎樣具有主導(dǎo)作用

怎樣達(dá)到教學(xué)的第三層次呢？我們的做法是提倡高校教師要科研和教學(xué)“兩只翅膀”都硬起來(lái)。我校史啟禎教授（第一屆高等學(xué)校教學(xué)名師獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)撸┮笪覀儯簩?duì)一個(gè)教師而言，教學(xué)和科研就像兩只翅膀，像鳥(niǎo)一樣，一只翅膀是飛不起來(lái)的。特別是對(duì)我們西大這類(lèi)學(xué)校的教師而言，更是如此。教師要以科研為支撐，邊干邊學(xué)，在干中不斷增長(zhǎng)學(xué)問(wèn)和智慧，這是積極有效的方法。教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)提高了，才有可能促進(jìn)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。教學(xué)和科研是相輔相成、相互促進(jìn)的。為此，我們一方面加強(qiáng)課程組教師本身的科研能力提高，做到了每人都有國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目并能連續(xù)獲得；一方面提倡要把教學(xué)研究當(dāng)做科學(xué)研究那樣重視，認(rèn)為轉(zhuǎn)變教育觀念就會(huì)有搞好教學(xué)研究之動(dòng)力，提升教學(xué)理念就會(huì)有搞好教學(xué)研究之策略，改變教學(xué)方法就會(huì)有搞好教學(xué)研究之成果，探索了一種教學(xué)研究的新模式。基于此，在課程組一、二代負(fù)責(zé)人（高等學(xué)校教學(xué)名師獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)吆褪〖?jí)教學(xué)名師）退休后，第三代負(fù)責(zé)人才能順利地將國(guó)家精品課程“無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析”的建設(shè)和實(shí)踐，推高到“國(guó)家精品資源共享課”的平臺(tái)。

二、科學(xué)實(shí)施基礎(chǔ)課培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)的實(shí)踐

近些年來(lái)，兩件事情對(duì)我們觸動(dòng)很大：一是批判性思維對(duì)中國(guó)教育如何培養(yǎng)人有很大啟發(fā)，我們究竟在基礎(chǔ)課堂上實(shí)施如何；二是風(fēng)靡全球的哈佛大學(xué)明星教授邁克爾·桑德?tīng)柗磸?fù)強(qiáng)調(diào)，教育需培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者。我們認(rèn)為，這些都直接相關(guān)基礎(chǔ)課培養(yǎng)本科生科研意識(shí)的實(shí)施，講的都是如何使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、如何提高思考問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的教學(xué)理念和方法，對(duì)于基礎(chǔ)課培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)有效教學(xué)策略的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

1.凸顯教材創(chuàng)新意識(shí)，建設(shè)科學(xué)思維平臺(tái)

自“質(zhì)量工程”“本科教學(xué)工程”實(shí)施以來(lái)，相關(guān)部門(mén)引進(jìn)了多種外國(guó)教材。無(wú)機(jī)化學(xué)教材的引進(jìn)就是這樣。這些國(guó)外優(yōu)秀教材為我們提供了新的營(yíng)養(yǎng)要素，從而實(shí)現(xiàn)了多元化。

首先，教材創(chuàng)新就是要立足于“有利于教師使用、有利于學(xué)生學(xué)”，要有特點(diǎn)。我們將《無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析》主教材內(nèi)容分為主副篇，主篇是基礎(chǔ)，是綱，也是核心，真正起到導(dǎo)論的作用；副篇內(nèi)容主要反映化學(xué)的重要應(yīng)用實(shí)例和化學(xué)發(fā)展中的標(biāo)志性事件，凸顯化學(xué)新概念、新知識(shí)、新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)。副篇起到了讓學(xué)生洞察無(wú)機(jī)化學(xué)新發(fā)展，體會(huì)無(wú)機(jī)化學(xué)研究樂(lè)趣，延伸主篇深度和廣度的作用。

主教材彰顯了創(chuàng)新意識(shí)（從1998年至2012年在高教社出版了5個(gè)版本），在繼承與創(chuàng)新之間取得了最佳平衡。鄭蘭蓀院士撰文認(rèn)為“教材不僅給學(xué)生帶來(lái)知識(shí)，而且?guī)?lái)科學(xué)的思維方式，使教師和學(xué)生雙方受益，不愧為一部精品教材?！敝鹘滩慕o主講教師講課發(fā)揮主導(dǎo)作用提供了空間。

2.提倡批判性思維模式，培養(yǎng)科學(xué)思辨能力

培養(yǎng)批判性思維是高等教育的目標(biāo)之一?；A(chǔ)課采用批判性思維模式授課，能夠培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，增強(qiáng)科研意識(shí)。

舉例一：在講授共價(jià)鍵部分時(shí)，當(dāng)講清楚現(xiàn)代價(jià)鍵理論以及路易斯結(jié)構(gòu)式、價(jià)層電子對(duì)互斥理論、價(jià)鍵理論、雜化軌道理論和分子軌道理論的基本內(nèi)容后，引導(dǎo)學(xué)生討論3個(gè)問(wèn)題。

（1）為什么離子鍵理論只有一種，共價(jià)鍵理論卻有5種？（意在使學(xué)生明白化學(xué)鍵理論是在科學(xué)研究中發(fā)展的，是不斷完善的，還有不盡如人意之處——離子鍵理論得有離子極化理論補(bǔ)充，共價(jià)鍵理論有無(wú)統(tǒng)一的可能？）

（2）既然理論計(jì)算可以很方便地通過(guò)計(jì)算得到分子中的雜化軌道形式，那么“雜化軌道理論”是否過(guò)時(shí)？（提供相關(guān)文獻(xiàn)，介紹自然鍵軌道方法（NBO）計(jì)算乙烷中C原子的自然雜化軌道為sp^2.36；甲胺中C原子的自然雜化軌道為sp^3.61，N原子為sp^2.24，而不是sp³，來(lái)重新認(rèn)識(shí)“雜化軌道理論”，理解理論與實(shí)驗(yàn)互為補(bǔ)充、相互促進(jìn)，使化學(xué)原理不斷豐富和發(fā)展的意義。）

（3）學(xué)習(xí)這些理論的用意何在？（以文獻(xiàn)說(shuō)明化學(xué)鍵理論在研究物質(zhì)“構(gòu)效關(guān)系”時(shí)的作用。）

舉例二：在介紹原子結(jié)構(gòu)內(nèi)容時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生討論2個(gè)問(wèn)題。

（1）考察原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展史，以事實(shí)說(shuō)話，辨析有些教材提到“玻爾的氫原子模型和薛定諤的波動(dòng)力學(xué)模型都是波粒二象性催生的”觀點(diǎn)是否正確？

（2）在無(wú)機(jī)化學(xué)中講“原子結(jié)構(gòu)”，除現(xiàn)行所有教材只講“電子及其排列”外，要不要講原子結(jié)構(gòu)的另一部分“原子核結(jié)構(gòu)”？

學(xué)生通過(guò)實(shí)例、文獻(xiàn)分析，從科學(xué)角度自己判斷所學(xué)理論的動(dòng)態(tài)發(fā)展及其作用。從而避免了僵化地學(xué)習(xí)知識(shí)和不加判斷地吸收，提高科學(xué)思辨能力，把知識(shí)學(xué)“活”，知道為什么要學(xué)這些，學(xué)了用在哪里，甚至使一些學(xué)生產(chǎn)生深入研究的欲望。

3.注重文獻(xiàn)介紹，擴(kuò)大科學(xué)視野

擴(kuò)大科學(xué)視野不是說(shuō)只加大化學(xué)新概念、新知識(shí)、新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的羅列，而是在于對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)容的背景文獻(xiàn)介紹、科學(xué)發(fā)展展現(xiàn)，順著思路自然介入，有利于學(xué)生科研意識(shí)的培養(yǎng)。

舉例一：講解“原子結(jié)構(gòu)”，以原子結(jié)構(gòu)模型的重要里程碑為引子，介紹原子結(jié)構(gòu)模型的幾個(gè)主要里程碑的來(lái)源、發(fā)展、進(jìn)化，使學(xué)生了解現(xiàn)在學(xué)習(xí)的不是“死的東西”，而是當(dāng)時(shí)科學(xué)研究中最為先進(jìn)的理論，然而它又是發(fā)展的；同時(shí)，教會(huì)學(xué)生會(huì)查看和理解原始文獻(xiàn)，看看科學(xué)家是怎樣在大腦中產(chǎn)生這些想法的，利于科研意識(shí)的培養(yǎng)。關(guān)于這一點(diǎn)，北京大學(xué)講授“無(wú)機(jī)化學(xué)”課程的卞江教授的課件給了我們很大的啟發(fā)，使學(xué)生明白科研意識(shí)產(chǎn)生的氣氛、環(huán)境。

舉例二：大一無(wú)機(jī)化學(xué)課程中的元素化學(xué)教學(xué)一直是基礎(chǔ)課教師關(guān)注的焦點(diǎn)之一。幾位中國(guó)科學(xué)院院士也對(duì)此給予了關(guān)注。近年來(lái)，很多一線教師根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐探索總結(jié)了不少教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表了很有見(jiàn)地的論文。我們也以西北大學(xué)大一無(wú)機(jī)化學(xué)的元素化學(xué)教學(xué)實(shí)踐討論過(guò)加強(qiáng)和提高元素化學(xué)教學(xué)的一些理念和做法。下面舉例介紹重點(diǎn)元素氮之講課策略。

講解N₂，除了一般的講解存在、制備、結(jié)構(gòu)和用途外，著重講解其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性原因（價(jià)鍵理論成鍵、分子軌道理論解釋、極化率低），聯(lián)系了化學(xué)鍵和熱化學(xué)，知識(shí)融會(huì)貫通。又要講這種穩(wěn)定又是相對(duì)的：（1）豆科植物根部可固氮（是人們每年合成的40倍）；（2）金屬鋰在空氣中可生成1：2的Li₂O和Li₃N黑色殼；（3）雷電下，空氣中的N₂和O₂會(huì)化合生成氮的氧化物；（4）光催化合成。

繼而進(jìn)一步講到固氮的研究進(jìn)展：

（1）通過(guò)過(guò)渡金屬的分子氮配合物活化N≡N鍵的進(jìn)展；

（2）根瘤菌中固氮酶的結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展；

（3）其中還穿插介紹了因發(fā)明氮?dú)夂桶睔庵苯雍铣砂钡姆椒ǘ@1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的Fritz Haber和闡明了合成氨反應(yīng)過(guò)程是由7個(gè)步驟構(gòu)成、因?yàn)閷?duì)表面化學(xué)研究的貢獻(xiàn)而獲得2007年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的Gerhard Ertl。

學(xué)生們很認(rèn)可這種講法，課堂很活躍，紛紛認(rèn)為原來(lái)元素化學(xué)這么豐富有趣，受益匪淺。這種講法與朱萬(wàn)強(qiáng)等“對(duì)一氧化氮分子結(jié)構(gòu)的教學(xué)討論”有異工同曲之處。

4.講究授課藝術(shù)，展現(xiàn)科學(xué)魅力

善歌者使人繼其聲，善教者使人繼其志。教材是授課之本，有了精品的主教材，并不意味著就成了精品課程。教師授課不是“教教材”，而是“用教材教”。通過(guò)基礎(chǔ)課課堂藝術(shù)的講授才能讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)的魅力，增長(zhǎng)科學(xué)意識(shí)。因此，狠抓教學(xué)方法的改革應(yīng)是首位的。

（1）提倡大綱式教學(xué)方法。讓學(xué)生在上課前就知道該預(yù)習(xí)什么、該聽(tīng)什么、該問(wèn)什么，這樣才有可能實(shí)施討論，才可能獲得好的教學(xué)效果。好的教師都應(yīng)有自己的授課大綱，有自己的觀點(diǎn)和見(jiàn)解、特點(diǎn)和藝術(shù)，而不是照本宣科。這是一種易于達(dá)到課堂上“以學(xué)生為主體”的方法，有利于營(yíng)造出和諧寬松的教學(xué)氣氛。這也是催促教師的教學(xué)模式從“一桶水和一杯水”轉(zhuǎn)變到“一眼泉”的好辦法。

（2）電子輔助教材是我們授課的強(qiáng)有力工具。我們制作與主教材配套的電子輔助教材的原則就是源于教材，進(jìn)行再創(chuàng)作、再提升。表現(xiàn)出了鮮明的創(chuàng)新點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)同類(lèi)課程教學(xué)提供了一套從教材到教案、從課堂講授到課外學(xué)習(xí)的完整、可行的教學(xué)模式。

（3）重視授課中思維方法的訓(xùn)練。思維是對(duì)客觀事物和現(xiàn)象的間接認(rèn)識(shí)過(guò)程。在化學(xué)原理講授中，要學(xué)習(xí)許多基本原理、定律、理論、新概念，在了解了知識(shí)大背景后去掌握課程的基本原理，為了這個(gè)目的，需要依此加強(qiáng)對(duì)多個(gè)具體問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和釋疑。例如，學(xué)了“原子結(jié)構(gòu)理論”，就得會(huì)填寫(xiě)每個(gè)元素原子的電子式；學(xué)了化學(xué)鍵中的“雜化理論”，就需要會(huì)解釋許多具體分子的化學(xué)鍵形成及其空間結(jié)構(gòu)；學(xué)了“熱力學(xué)初步”，就要會(huì)用熱力學(xué)基本原理判斷某個(gè)具體化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行與否和程度如何。顯然，演繹法在這里是大有作為的。在元素部分講授中采用“歸納法”顯然是有利的。因?yàn)槭紫纫獙W(xué)習(xí)和掌握許多具體元素及其化合物的反應(yīng)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途之后，才可用化學(xué)原理解釋、比較，歸納有利于提升、記憶和提綱挈領(lǐng)。讓學(xué)生在學(xué)完每一章后，采用歸納法將一章的內(nèi)容只寫(xiě)于一張紙上，達(dá)到了“書(shū)越讀越薄”的效果。自然，演繹法和歸納法在學(xué)習(xí)中是相輔相成的。

5.引入化學(xué)史例，激發(fā)科學(xué)研究欲望

基礎(chǔ)課適時(shí)適當(dāng)引入化學(xué)史例，有助于情感態(tài)度價(jià)值觀的培養(yǎng)。豐富多彩的化學(xué)史常常會(huì)以動(dòng)人的故事使我們激動(dòng)不已，會(huì)激發(fā)起學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，感受并贊賞化學(xué)科學(xué)研究，培養(yǎng)獻(xiàn)身科學(xué)的精神和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度，讓我們走進(jìn)化學(xué)并熱愛(ài)化學(xué)事業(yè)。

實(shí)例一：為什么說(shuō)“倫琴發(fā)現(xiàn)X射線是有準(zhǔn)備的意外發(fā)現(xiàn)”？

倫琴用感應(yīng)圈使放電管發(fā)出陰極射線。突然意外的事情出現(xiàn)了：他猛然注意到桌上不遠(yuǎn)處涂有鉑氰化鋇的紙屏發(fā)出特殊的閃光。他用不透光的黑紙包住放電管，紙屏閃光仍不消失。為此他在實(shí)驗(yàn)室里連續(xù)研究了三周。1895年12月，他在實(shí)驗(yàn)室用X射線將其夫人用黑紙包著的手照射了15分鐘，顯影后，呈現(xiàn)出了夫人的手骨相。照片一經(jīng)發(fā)出立即成為引起轟動(dòng)的新聞。倫琴于1895年12月28日向維爾茨堡物理醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)提交了報(bào)告《一種新的射線——初步報(bào)告》，1901年他因此而獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

然而之前已有許多科學(xué)家對(duì)這種現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)卻“沒(méi)有準(zhǔn)備”，很多科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似現(xiàn)象，但都忽視了或者沒(méi)有深入研究，事實(shí)說(shuō)明“機(jī)遇只偏愛(ài)那些有準(zhǔn)備的人。”

實(shí)例二：化學(xué)鍵的本質(zhì)是怎樣被揭示的？

向義和以“化學(xué)鍵的本質(zhì)是怎樣被揭示的”為題，以翔實(shí)的文獻(xiàn)對(duì)這一產(chǎn)生作了詳細(xì)的表述，認(rèn)為完整的鮑林價(jià)鍵理論的思想起源和形成過(guò)程應(yīng)該包括：接受路易斯的化學(xué)鍵電子理論；吸取海森伯的量子共振概念；得到海特勒和倫敦對(duì)氫分子結(jié)構(gòu)近似處理的啟發(fā)；從而完善了價(jià)鍵理論，提出了電子對(duì)鍵的六條規(guī)則；解決了碳原子四面體構(gòu)型的問(wèn)題，建立了雜化軌道理論。這是極為客觀的。1939年鮑林正式出版了他的《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書(shū)，這本書(shū)可以說(shuō)是有關(guān)化學(xué)鍵論述的壓卷之作。然而，更為重的是學(xué)生從書(shū)中可以看到鮑林是怎樣從一個(gè)青年畢業(yè)生成長(zhǎng)為科學(xué)家的過(guò)程，會(huì)使學(xué)生懂得怎樣的思維可以成為化學(xué)家。

6.規(guī)范第二課堂，訓(xùn)練科學(xué)素養(yǎng)

我們?cè)O(shè)計(jì)并規(guī)范了第二課堂教學(xué)，力圖擴(kuò)展學(xué)生的科學(xué)眼界，訓(xùn)練他們的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)。例如大力引導(dǎo)學(xué)生閱讀與課程相關(guān)的參考書(shū)以改變學(xué)生一門(mén)課抱著一本教材的學(xué)習(xí)習(xí)慣，開(kāi)展寫(xiě)作“課程論文”活動(dòng)，定期安排學(xué)術(shù)報(bào)告，這些都是很有成效的做法。

[責(zé)任編輯：余大品]