新形勢下高等無機合成化學(xué)課程教學(xué)改革初探

秦秀娟 唐永福 郭文峰 樊玉欠

[摘要]隨著研究生教育改革的深入，研究生的課程教學(xué)也遇到了一些新的問題。為了適應(yīng)新形勢的變化，培養(yǎng)高質(zhì)量人才，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段等方面探討了《高等無機合成化學(xué)》課程的教學(xué)改革，提出了以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，教與學(xué)共同提高的課程改革思路。

[關(guān)鍵詞]新形勢；高等無機合成；教學(xué)改革

[中圖分類號]G642.0[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]10054634（2018）020072040引言

《高等無機合成化學(xué)》是燕山大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)碩士研究生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。開設(shè)目的是使學(xué)生了解現(xiàn)代無機合成化學(xué)的主要原理、工藝及設(shè)備，系統(tǒng)掌握相關(guān)理論和基本方法，為滿足碩士課題科研工作的需要提供必要的基礎(chǔ)知識。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對現(xiàn)代無機合成化學(xué)的新知識、新成就有所了解，為今后從事科研工作打下了堅實的基礎(chǔ)。因此，高等無機合成化學(xué)在整個專業(yè)教學(xué)中具有重要地位。

近幾年，隨著國家對研究生教育改革的深化，教師在教學(xué)實踐過程中遇到了一些新的情況，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能再適應(yīng)新形勢的需要。同時，新能源、新材料等領(lǐng)域的快速發(fā)展對高等無機合成化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也提出了較高的要求。從教育教學(xué)實際出發(fā)，培養(yǎng)符合社會需要的科技人才，課程教學(xué)改革勢在必行[1]。

1無機合成化學(xué)領(lǐng)域的研究進展

無機合成化學(xué)在新材料的研究中占有重要的地位， 是化學(xué)學(xué)科的核心之一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展及高新技術(shù)工業(yè)和高科技領(lǐng)域的技術(shù)需求， 新材料在諸多領(lǐng)域的重要地位愈加突顯。利用材料缺陷合成的色心晶體，在光敏、光致變色、信息存儲等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。具有特種結(jié)構(gòu)的無機材料，如具有層間嵌插結(jié)構(gòu)的二維晶體材料，在光電催化分解水、傳感器、柔性超級電容器、能量存儲與轉(zhuǎn)換、鋰電正極材料、儲氫和超導(dǎo)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。由美國科學(xué)家設(shè)計的如同黃色浴巾一樣具有特殊凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，由類玻璃纖維似的“超材料”組成的“隱形衣”，將成為未來軍隊的新裝備。以特定功能為導(dǎo)向，在分子水平上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)建，對特定性能的材料進行定向合成被寄予厚望。例如，“將磁性鏈或簇組裝到二維或三維聚合結(jié)構(gòu)”體系，合成具有高維結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出低維磁體行為的分子磁性材料。新一代光電轉(zhuǎn)換材料分子基光電功能膜材料的研究推進了特種功能材料的分子設(shè)計的研究進程。仿生材料和生物無機材料的研究也進行得如火如荼[2]。科技的進步和創(chuàng)新能力的提升，要求從事無機材料合成化學(xué)的研究人員能夠更多的提出新的、行之有效的合成反應(yīng)和路線，并對現(xiàn)有的陳舊的合成方法不斷地改進和創(chuàng)新。

2新形勢下教學(xué)過程面臨的問題

2.1研究生招生政策變化

2014年，國家調(diào)整了研究生的招生政策，“985”和“211”之外的學(xué)校受到?jīng)_擊影響較大。雖然燕山大學(xué)也是第一批次的重點大學(xué)，在各種機構(gòu)的排名中一直穩(wěn)定在前100名。本校保研的優(yōu)秀生源依然全部外流，其余考研學(xué)生也都報考了冠有“985”和“211”的學(xué)校，而把留校繼續(xù)讀研列在調(diào)劑的選項。國家考研招生政策的調(diào)整為廣大考生提供了更多的選擇機會，倒逼高校提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。學(xué)校目前化學(xué)工程與工藝專業(yè)的研究生生源主要來自普通二本和三本院校，表1列出了近4年該專業(yè)研究生招生生源及一志愿比例的變化。

第2期秦秀娟唐永福郭文峰樊玉欠新形勢下高等無機合成化學(xué)課程教學(xué)改革初探2014～2016年這3年化學(xué)工程與工藝專業(yè)研究生生源51.4%來自三本院校，一志愿率不足50%，這與招生政策調(diào)整之前形成巨大的反差。由于學(xué)生來源廣，課程設(shè)置的差異導(dǎo)致學(xué)生在先行課程所學(xué)的理論基礎(chǔ)方面參差不齊，個別非化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生沒有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過四大基礎(chǔ)化學(xué)課程。這種情況在2014年的期末結(jié)課考試中表現(xiàn)得尤為明顯。2014年的試題難度和考點分布與往年試卷相當(dāng)，但是成績相差卻非常懸殊，最高和最低成績分別為95分、36分，相差近60分，其中，不及格率達到10%。

2.2傳統(tǒng)教學(xué)模式遇到挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)教學(xué)主要是教師講、學(xué)生聽。由于缺少師生間的互動、交流，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不十分清楚。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的材料以及新的合成技術(shù)和手段不斷出現(xiàn)。作為研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課，教師除了講授教學(xué)計劃內(nèi)的知識，還應(yīng)該及時跟進科學(xué)研究的前沿進展，把最新的科研成果補充到教學(xué)內(nèi)容中，使學(xué)生與科學(xué)研究的熱點、前沿領(lǐng)域同步，為學(xué)生打開廣闊的科學(xué)研究視野。近3年學(xué)院的招生信息統(tǒng)計表明，學(xué)生水平差別較大，如果教師依然按照以前的教學(xué)內(nèi)容進行授課，一些基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生可能會因知識結(jié)構(gòu)的差異而產(chǎn)生學(xué)習(xí)障礙，進而降低學(xué)習(xí)效果，拖延后期順利進入課題研究的時間。如何以學(xué)生為本，真正讓學(xué)生學(xué)以致用。筆者對2014屆和2015屆的學(xué)生試卷進行分析，又和部分學(xué)生深入交流，在2016屆的教學(xué)過程中嘗試進行了一些教學(xué)模式與教學(xué)方法的改革。

3教學(xué)模式與教學(xué)方法的改革探索

3.1對教學(xué)內(nèi)容精煉整合

由于無機材料的多樣性和制備合成方法的復(fù)雜性及先進性，高等無機合成化學(xué)涉及到物理學(xué)、化學(xué)以及材料科學(xué)等多門學(xué)科的內(nèi)容。從經(jīng)典的無機合成技術(shù)到近年來發(fā)展迅速、應(yīng)用前景廣闊的現(xiàn)代無機材料合成方法，知識點比較分散，應(yīng)用性很強。就合成方法而言，涉及光、電、高溫、低溫、微波、高壓、低壓、氣相、液相、固相等。從合成對象方面，包括陶瓷材料、納米材料、單晶、絡(luò)合物、膜及團簇等。有很多知識是學(xué)生以前從未接觸過的，且不同材料或不同合成方法間缺乏明顯聯(lián)系或規(guī)律性，使得授課知識點增加，難度增大[3]。如何在有限的30個學(xué)時之內(nèi)，把必須的基本知識點、重要的合成方法傳授給學(xué)生，使學(xué)生在未來的課題研究中學(xué)有所用，開拓視野，介紹無機材料研究的前沿領(lǐng)域和現(xiàn)代的合成技術(shù)發(fā)展，同時還要兼顧不同層次學(xué)生的需求。在對無機合成化學(xué)領(lǐng)域的三部優(yōu)秀教材（徐如人、龐文琴編寫的《無機合成與制備化學(xué)》[4]、寧桂玲編寫的《高等無機合成》[5]以及張克立等人編寫的《無機合成化學(xué)》[6]）進行詳細分析后，針對不同教材的特點，結(jié)合最新科研進展及學(xué)院教師的科研方向，對教學(xué)內(nèi)容進行選擇與更新，整合歸納，突出重點，充分利用課堂教學(xué)時間，努力提高教學(xué)效果。整合后的教學(xué)內(nèi)容主要包括3個方面。

1） 基礎(chǔ)知識。主要包括高等無機合成化學(xué)課程簡介，該領(lǐng)域熱點與前沿研究，無機合成化學(xué)的熱力學(xué)、動力學(xué)，溶劑的使用。

2） 無機合成技術(shù)和方法。這部分內(nèi)容的變動較大。根據(jù)學(xué)院教師的科研方向及課程教學(xué)時數(shù)，改變了教材上的講授套路，對合成方法與技術(shù)進行了整合。具體內(nèi)容有：化學(xué)氣相沉積，高溫固相反應(yīng)→低熱固相反應(yīng)→前驅(qū)物合成，高壓合成→水熱溶劑熱合成，溶膠→凝膠合成，其他技術(shù)手段與無機合成化學(xué)的結(jié)合（包括低溫合成、低壓合成、光化學(xué)合成、微波合成、電化學(xué)合成、等離子技術(shù)等）。

3） 現(xiàn)代合成方法應(yīng)用。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，將最新科研成果作為具體合成技術(shù)應(yīng)用的例子及時補充到教學(xué)過程中。例如，以學(xué)院教師承擔(dān)的科研項目為依托，介紹了蠕蟲卵殼模板法合成碳金屬氧化物多級孔道結(jié)構(gòu)催化劑的生物合成技術(shù)，以超重力電沉積合成石墨烯摻雜鎳基電催化劑的電化學(xué)合成新工藝，調(diào)整前后的教學(xué)內(nèi)容變化如圖1所示。

教師對教學(xué)內(nèi)容選擇、整合以后，學(xué)生們反映實用性增強了，為學(xué)生進入課題研究打下了較好的基礎(chǔ)。

3.2運用多種教學(xué)手段

多媒體教學(xué)具有信息量大、直觀效果強的特點，可以大大提高課堂內(nèi)學(xué)生掌握知識的程度。但是在多媒體教學(xué)過程中，由于教師講授的速度比板書教學(xué)快，一些基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生跟不上課堂節(jié)奏，時間久了，差距拉大會使這部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。于是，在重點和難點部分采用多媒體和傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)方式，使學(xué)生有足夠的時間消化、理解知識，思考問題。在信息高度發(fā)達的今天，教學(xué)內(nèi)容也要與時俱進，及時更新、補充。網(wǎng)絡(luò)上報導(dǎo)了某高校研究生在利用Hummers法制備氧化石墨烯的過程中炸傷眼睛的事件。經(jīng)了解得知學(xué)院也有許多教師從事與石墨烯相關(guān)的研究，有一些研究生在進入課題研究時會遇到與氧化石墨烯、石墨烯制備相關(guān)的問題。于是，教師在課堂上就以這個案例為切入點，從Hummers法制備氧化石墨烯3個階段中包含的熱力學(xué)、動力學(xué)問題（涉及副反應(yīng)的控制，也是事故發(fā)生的根本原因），到液相法、氣相法制備石墨烯的優(yōu)缺點逐一分析，這里面涵蓋了高等無機合成化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中的基礎(chǔ)知識、無機合成技術(shù)和方法。由于案例來源于實際工作，又與學(xué)生的課題研究密切相關(guān)，因此課堂氣氛十分活躍。為了讓學(xué)生更多地參與到教學(xué)過程中，充分調(diào)動學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性、主動性，教師布置研究生結(jié)合課題研究對相關(guān)的重要合成方法錄制視頻，進行示范性實驗教學(xué)。經(jīng)過反復(fù)錄制，精心剪輯的實驗視頻在課堂上播放，學(xué)生們對視頻中的內(nèi)容與課堂講授的內(nèi)容進行比較、分析，把理論教學(xué)與學(xué)生的課題實踐聯(lián)系起來，這樣既加深了師生之間的交流，也提高了教學(xué)效果。

3.3設(shè)置課堂討論環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程是教師主導(dǎo)的“一言堂”模式。教師為中心， 重教輕學(xué)。教師只是向?qū)W生傳遞知識， 不能有效地進行師生互動交流， 更沒有對同一問題的信息分享和不同觀點的碰撞。這不利于研究生創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，也不利于學(xué)生分析和解決問題能力的提高。如何改進教學(xué)方式，發(fā)揮當(dāng)代學(xué)生思想活躍，想象力豐富的優(yōu)勢，在“教”與“學(xué)”的過程中展現(xiàn)學(xué)生能力，突出學(xué)生主體地位，課堂討論是較好的選擇[7]。

討論課適宜安排在課程后期。為了收到較好的討論效果，教師必須認真準(zhǔn)備，精心選擇討論題目。把課題研究方向相近的學(xué)生分在一組。設(shè)置的討論題目分別是：液相合成和固相合成的優(yōu)缺點；合成方法的改進與組合的探索；TiO2/石墨烯復(fù)合光催化劑制備方法比較。題目布置下去，由小組長協(xié)調(diào)分工進行查找資料、制作PPT。討論課上各組推選一名代表進行講解及答辯，同組學(xué)生可以進行補充。教師負責(zé)調(diào)動學(xué)生情緒活躍課堂氣氛?！耙合嗪铣珊凸滔嗪铣傻膬?yōu)缺點”講解完畢，學(xué)生們對各種合成技術(shù)進行了認真梳理，對前驅(qū)物（先驅(qū)物）合成法的產(chǎn)生、特點和適用范圍有了更深入的理解。通過“TiO2/石墨烯復(fù)合光催化劑制備方法比較”的講解和討論，學(xué)生們對合成目標(biāo)物的用途、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系、原料選擇、難易程度和性價比等有了認識。這對學(xué)生后期進入課題研究，合理設(shè)計實驗方案起到了積極作用?！昂铣煞椒ǖ母倪M與組合的探索”的討論更加活躍，有的學(xué)生就合成工藝上提出改進方法，比如噴霧輔助化學(xué)氣相沉積；有的學(xué)生在比較各種合成方法優(yōu)劣基礎(chǔ)上進行的再組合，比如溶膠電沉積、水熱電沉積等。盡管有些方案設(shè)計上還存在缺陷和不足，但學(xué)生們主動思考、敢于創(chuàng)新的精神值得鼓勵。課堂討論結(jié)束時教師的歸納總結(jié)是很重要也是必要的環(huán)節(jié)。教師對大家在討論中反映出的觀點進行評析， 并加以肯定、引導(dǎo)和糾正，使學(xué)生對討論的題目有一個科學(xué)、清晰的整體了解。對一些暫不明了、有待進一步探討的問題也要進行說明。傳遞一種尊重實驗數(shù)據(jù)、實事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的科學(xué)精神。通過設(shè)置這樣的課堂討論，讓學(xué)生們開動腦筋， 提高了思辨能力、講演應(yīng)變能力和參與意識， 也鍛煉了膽量， 對以前認識模糊、理解不深的問題， 有了更深入的理解。小組成員之間的團隊協(xié)作能力、個人表達能力，以及文獻檢索和綜合能力、制作PPT文檔的能力都得到了充分鍛煉。圖2是部分學(xué)生準(zhǔn)備的用于課堂討論的資料。

面對新形勢下研究生教育的改革以及建設(shè)創(chuàng)新型國家的需要，學(xué)院對化學(xué)工程與工藝專業(yè)碩士研究生的高等無機合成化學(xué)的教學(xué)模式和教學(xué)方法進行了探索，并取得了一些有益的結(jié)果。學(xué)生主動學(xué)習(xí)并參與教學(xué)過程的積極性得到提高，能夠針對一些問題提出自己的想法，對科學(xué)研究的興趣增強了。學(xué)院研究生科研立項數(shù)量由2014年的1人增加至2016年的7人。這些成果為進一步深化研究生的課程改革提供了良好的基礎(chǔ)。但是，應(yīng)該看到在研究生課程的教學(xué)過程中，要落實教育部倡導(dǎo)的從以“教”為中心轉(zhuǎn)為以“學(xué)”為中心的新的教學(xué)價值取向，從以知識為本轉(zhuǎn)向以能力為本，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高人才創(chuàng)新能力，教學(xué)改革依然任重而道遠。作為從事研究生培養(yǎng)工作的一線教育工作者，按照國家關(guān)于教育改革應(yīng)以提高質(zhì)量為核心的宗旨[8]。一切從實際出發(fā)，以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向做好研究生的教育教學(xué)工作，為國家培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的人才。圖2部分學(xué)生準(zhǔn)備的用于課堂討論的資料

參考文獻

[1] 葉俊偉，張守臣，寧桂玲.高等無機合成技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)改革與實踐[J].化工高等教育，2016（2）：3235.

[2] 尹智春.無機合成與制備化學(xué)的研究進展探析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014（14）：173.

[3] 張宏哲.無機合成課堂教學(xué)探索與實踐[J].化工高等教育，2012（1）：9294.

[4] 徐如人，龐文琴.無機合成與制備化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5] 寧桂玲，仲劍初.高等無機合成[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2007.

[6] 張克立.無機合成化學(xué)[M]武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

[7] 陳若愚，朱建飛，王國平.課堂討論提高課堂教學(xué)效果的實踐[J].化工高等教育，2007（6）：3234.

[8] 劉延?xùn)|.深化高等教育改革走以提高質(zhì)量為核心的內(nèi)涵式發(fā)展道路[J].求是，2012（10）：39.

Exploration on teaching reform in course of advanced inorganic

synthesis chemistry under new situation

Qin Xiujuan， Tang Yongfu， Guo Wenfeng， Fan Yuqian

（College of Environment and Chemical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei 066004， China）

AbstractWith the deepening of postgraduate education reform，postgraduate course teaching has met with some new problems.In order to adapt to the change of the new situation，training high quality talents，this paper discusses the reform and practice of higher inorganic synthetic chemistry curriculum from the aspects of teaching content，teaching methods and means，and puts forward to ability training as the guide，to the curriculum reform of learning and promote teaching ideas.

Keywordsnew situation； advanced inorganic synthesis； teaching reform