無機(jī)化學(xué)課程在高校地球化學(xué)專業(yè)中的教學(xué)探討

李文霞　路遠(yuǎn)發(fā)　吳越

摘要：無機(jī)化學(xué)課程作為地球化學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是建立地球化學(xué)專業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)和能力水平的基石。在授課過程中，以扎實(shí)基礎(chǔ)理論、解決生活實(shí)際問題和激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣為目的，通過穿針引線、旁征博引和因勢利導(dǎo)的教學(xué)方式，使地球化學(xué)專業(yè)的學(xué)生能夠更好地掌握基礎(chǔ)理論，提高專業(yè)素養(yǎng)，進(jìn)而成長為高水平的地質(zhì)專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；無機(jī)化學(xué)；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）44-0174-02

地球化學(xué)是地球科學(xué)的重要分支學(xué)科之一，顧名思義，地球化學(xué)就是地球的化學(xué)，它是研究地球（包括部分天體）的化學(xué)組成、化學(xué)作用及化學(xué)演化的學(xué)科，是地學(xué)和化學(xué)邊緣雜交的產(chǎn)物[1]，是建立地球化學(xué)專業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)和能力水平的基石。由于地球化學(xué)是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，那么化學(xué)課程無疑是地球化學(xué)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)相關(guān)課程作為石油、地質(zhì)類院校地球化學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，如何有效地教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其在學(xué)習(xí)這一專業(yè)基礎(chǔ)課的同時，對地球化學(xué)專業(yè)有所了解，培養(yǎng)對本專業(yè)的忠誠度，是值得探討的問題。目前，長江大學(xué)地球化學(xué)專業(yè)開設(shè)的化學(xué)類專業(yè)基礎(chǔ)課之一為無機(jī)化學(xué)，下面談?wù)劚救嗽跓o機(jī)化學(xué)教學(xué)過程中的一些嘗試和心得。

一、穿針引線，融會貫通，扎實(shí)基礎(chǔ)理論知識

無機(jī)化學(xué)涉及的知識面廣，內(nèi)容多，包括大量抽象理論、公式和原理。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，需要花大量時間掌握。實(shí)際上，很多知識之間存在著聯(lián)系。只要學(xué)生扎實(shí)掌握了基本概念和原理，教師在講課過程中起到穿針引線的作用，便可達(dá)到融會貫通的目的。以平衡常數(shù)K為例，第一次接觸這個概念是在化學(xué)平衡及其移動部分：在一定條件下，任何一個可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時，系統(tǒng)內(nèi)各物質(zhì)的濃度（或分壓）以反應(yīng)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積為一常數(shù)。由于該常數(shù)是由實(shí)驗(yàn)獲得的，故稱為實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)。將相對平衡濃度（相對平衡分壓）引入到實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)中，便得到常用的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ[2]。學(xué)生一旦在首次接觸平衡常數(shù)時就扎實(shí)掌握，那么對于后續(xù)章節(jié)，如酸堿平衡的解離常數(shù)（酸堿水溶液中解離的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)），沉淀—溶解平衡的溶度積常數(shù)（難溶電解質(zhì)在其飽和溶液中達(dá)到沉淀-溶解平衡的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)），配位化合物的穩(wěn)定常數(shù)（配位反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)）等便可以很好的理解和把握。通過這種學(xué)生打好基礎(chǔ)、教師穿針引線的方法，不但可以使學(xué)生將大量知識內(nèi)容串聯(lián)起來，便于掌握，使內(nèi)容看起來沒有那么繁多，還可以節(jié)省大量時間和精力。

二、旁征博引，學(xué)以致用，解決生活實(shí)際問題

在學(xué)習(xí)無機(jī)化學(xué)的過程中，學(xué)生經(jīng)常感覺內(nèi)容枯燥，不易提起學(xué)習(xí)興趣。因而在講課過程中，由淺入深，理論聯(lián)系實(shí)際就尤為重要。將課本內(nèi)容與生活現(xiàn)象、社會時事和科學(xué)前沿結(jié)合起來，既可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，也可以達(dá)到學(xué)以致用的目的。介紹熵增原理時，可以將古語“由儉入奢易，由奢入儉難”作為引子，來闡述在沒有外力作用下，事物都有向混亂度增大（也就是熵增大）的方向變化的趨勢，儉樸的生活要自我約束才能做到。同樣，想把某個東西變得更好、更有序，就要對它做功。比如，要成就一番事業(yè)，就要加倍努力，付出多于常人；要保持好的身材，就要不斷地健身和控制飲食；要做個有修養(yǎng)、有氣度的人，就要時刻注意自己的言行，不斷地修為。以上都是不同形式的做功。拓展了這些內(nèi)容，使同學(xué)深刻理解知識點(diǎn)的同時，進(jìn)一步明白“只有付出，才會有收獲”這一道理。將教學(xué)內(nèi)容與社會熱點(diǎn)相結(jié)合，也可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。如目前霧霾已經(jīng)成為城市大氣污染的一個主要方面，霧霾作為一個分散系統(tǒng)，其組成成分、危害性、監(jiān)測方法和防治方法等，都可以引導(dǎo)同學(xué)關(guān)注。這些內(nèi)容的引入，使同學(xué)獲得相關(guān)知識的同時，關(guān)注社會時事和熱點(diǎn)，不因在校學(xué)習(xí)而脫離社會，在一定程度上，也有助于培養(yǎng)大學(xué)生的社會責(zé)任感。同時，一些長期以來懸而未決的化學(xué)問題也是年輕大學(xué)生的興趣點(diǎn)，如姆佩巴效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及研究過程[3]，很多同學(xué)就非常好奇。該實(shí)驗(yàn)操作起來相對容易，同學(xué)們利用課余時間就可以自己動手還原這一過程，可以用不同的物質(zhì)來驗(yàn)證姆佩巴效應(yīng)，在寓學(xué)于樂的過程中培養(yǎng)青年人的探索精神。另外，在講授玻爾理論時，正值諾貝爾獎發(fā)布時間，借機(jī)向同學(xué)介紹諾貝爾物理學(xué)獎和化學(xué)獎獲獎人及其成果，使同學(xué)在了解最新科學(xué)前沿的同時，對科學(xué)研究工作產(chǎn)生濃厚的興趣。

三、因勢利導(dǎo)，滲透專業(yè)知識，激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣

地球化學(xué)是研究“地球的化學(xué)”的一門科學(xué)，從事地球化學(xué)專業(yè)的實(shí)際工作和研究主要依賴于化學(xué)學(xué)科的理論和方法，溶解-沉淀反應(yīng)、酸堿理論、氧化-還原反應(yīng)、置換反應(yīng)、氣體、溶液、相體系等化學(xué)理論廣泛應(yīng)用于地球化學(xué)專業(yè)的各個方向：如硫化物礦床的次生富集帶的研究涉及了置換反應(yīng)，流體包裹體的研究主要以理想氣體狀態(tài)方程、溶液、相體系等化學(xué)知識為理論基礎(chǔ)，巖石學(xué)的研究主要涉及元素性質(zhì)等方面的知識。因而，化學(xué)基礎(chǔ)知識對于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)尤為重要。而同學(xué)在學(xué)習(xí)化學(xué)課程的時候，并不清楚課程和專業(yè)之間的聯(lián)系，對專業(yè)的意義在哪里。這時，就需要老師在授課過程中，利用有利的時機(jī)，將化學(xué)知識與地球化學(xué)專業(yè)聯(lián)系起來，向同學(xué)滲透專業(yè)知識，培養(yǎng)用化學(xué)理論和方法解決地質(zhì)問題的專業(yè)思維方式，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情。具體來說，在講到反應(yīng)速率這章中的一級反應(yīng)時，適當(dāng)滲透同位素地球化學(xué)中的年代學(xué)內(nèi)容。同位素地質(zhì)年代學(xué)是同位素地球化學(xué)的一個重要分支，它是根據(jù)放射性同位素衰變規(guī)律確定地質(zhì)體形成時間和地質(zhì)事件發(fā)生的時代，來研究地球和行星物質(zhì)的形成歷史和演化規(guī)律的。同位素地質(zhì)年代的測定基于元素放射性衰變定律，而衰變定律正是化學(xué)反應(yīng)速率中的一級反應(yīng)，換言之，一級反應(yīng)是同位素地質(zhì)年代學(xué)的理論基礎(chǔ)。因此，借講授一級反應(yīng)這一知識點(diǎn)時，將同位素測年的知識融入進(jìn)來，使所學(xué)知識用到實(shí)處，更能激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。同時，年代學(xué)涉及的一級反應(yīng)得到的年齡結(jié)果大多是以百萬年（Ma）計(jì)的，使同學(xué)了解地球的年齡、地質(zhì)事件發(fā)生的時間，從而意識到自然的偉大，人類的渺小，對自然資源、環(huán)境要有敬畏之心，珍惜之意。酸堿平衡中溶液酸度的計(jì)算可以計(jì)算地表水的pH值。以石灰?guī)r發(fā)育地區(qū)為例：該地區(qū)地表水（H2O）的特點(diǎn)是與大氣（CO2）接觸并與石灰?guī)r（CaCO3）反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：CaCO3+H2O+CO2？葑Ca2++2HCO3-，該反應(yīng)控制著地表方解石的溶解和沉淀，式中又暗含著P（CO2）的控制作用，這與體系所處的壓力有關(guān)。當(dāng)氫離子（H+）濃度增加時，平衡向右移動，即石灰?guī)r（CaCO3）溶解，石灰?guī)r地區(qū)的溶蝕地形就是這樣形成的；相反，氫離子（H+）濃度降低時，即pH值增大，則平衡向左移動，方解石沉淀，形成石筍、鐘乳石等。反應(yīng)達(dá)平衡時，經(jīng)溶液酸度的計(jì)算可得石灰?guī)r發(fā)育地區(qū)地表水（同時與大氣接觸）pH=8.4，為堿性溶液[4]。氧化還原反應(yīng)是地殼中最常見的水-巖化學(xué)作用類型之一。氧化反應(yīng)實(shí)際上是電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)。如鐵的硫化物發(fā)生氧化時，在水的參與下，二價鐵離子失去一個電子被氧化成三價鐵離子，氧接受電子由原子態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)二價離子：3Fe2S+8.5O2+3H2O=2Fe3O4+3H2SO4。氧化反應(yīng)形成了硫酸，而酸的存在可以進(jìn)一步加速巖石的氧化。

以上這些，都是將專業(yè)知識引入到化學(xué)課程的實(shí)例，使同學(xué)了解化學(xué)知識的專業(yè)應(yīng)用，學(xué)習(xí)不再盲目，也有利于對地球化學(xué)專業(yè)的了解。

總之，通過教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為對于地球化學(xué)專業(yè)的化學(xué)類基礎(chǔ)課，無論是無機(jī)化學(xué)，還是其他基礎(chǔ)化學(xué)的教學(xué)，都應(yīng)本著扎實(shí)基礎(chǔ)、學(xué)以致用和結(jié)合專業(yè)的原則，使學(xué)生真正認(rèn)識到這些基礎(chǔ)課程的現(xiàn)實(shí)作用和對后續(xù)課程的重要意義。在教師積極引導(dǎo)下，盡早了解自己所學(xué)專業(yè)，激發(fā)專業(yè)興趣，發(fā)揮學(xué)習(xí)的主觀能動性，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的和諧統(tǒng)一，達(dá)到良好教學(xué)效果的同時，有利于提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，為將來的科研和實(shí)際生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國科學(xué)院地球化學(xué)教研所.高等地球化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1998.

[2]大連理工大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室.無機(jī)化學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]胡錫晟.“姆佩姆巴效應(yīng)”的啟示[J].發(fā)明與創(chuàng)新（綜合版），2009，（9）：1.

[4]趙倫山，張本仁.地球化學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.

Abstract：Inorganic Chemistry is a professional course for geochemical undergraduates. The object of the teaching is to make students master basic theory，solve practical problems and stimulate professional interest. In the course of teaching，the author linked similar knowledge，cited from various sources and made the best use of the chance to introduce some professional concepts，which could help undergraduates to be the excellent geological workers.

Key words：geochemistry；inorganic chemistry；teaching