研究性教學理念在基礎理論課程教學中的應用

馬成有 趙新運 時艷香

摘? ? 要：研究性教學主要體現(xiàn)在兩個方面：一是對教學內(nèi)容的研究;二是對教學方法、教學模式的研究，核心內(nèi)容是對教學內(nèi)容的研究。文章將研究性教學理念貫徹于教學過程中，引導學生對具體教學內(nèi)容深入研究，以期提高學生對知識掌握的深度與廣度，達成或超越學習目標。

關鍵詞：研究性教學理念;教學方法;教學模式

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）10-0031-03

一、前言

對于理工類的大學生來說，數(shù)學、物理和化學等基礎理論課程是必修的，其重要性不言而喻。那么如何才能學好這些基礎理論課程呢？

2005年1月7日，教育部印發(fā)《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》，其中提出積極推動研究性教學，提高大學生的創(chuàng)新能力，為我國高校課堂教學改革提供了思路并指明了方向。教師以培養(yǎng)學生的研究意識、研究能力和創(chuàng)新能力為目標，通過對具體知識內(nèi)容及教學過程的研究，引導學生對知識深入理解，從而讓學生掌握知識，培養(yǎng)他們的研究和創(chuàng)新能力[1]。

研究性教學在全國高等教育界十分流行，那么什么是研究性教學呢？有人說研究性教學就是加重教學研究的份量;有人說研究性教學就是教會學生45分鐘之外的自主探索式學習;也有人說研究性教學就是培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的學生;還有人說研究性教學就是科研與教學有機結(jié)合，將最前沿的科研動態(tài)引入教學內(nèi)容。

其實無論是什么樣的教學都只有一種：教與學。研究性教學應該包括對具體教學內(nèi)容的研究以及對教學模式、教學方法的研究，核心內(nèi)容是對具體教學內(nèi)容的研究。研究是手段、策略，是對知識內(nèi)容的深刻領悟及其拓展應用。研究性教學的目標，首要的就是教會學生理解掌握所學知識內(nèi)容，并能靈活運用所學知識解釋、提出、分析、解決實際問題，以及在所學知識內(nèi)容基礎之上有所拓展、延伸、舉一反三。教學內(nèi)容與教學模式、方法渾然天成、水乳交融，才能實現(xiàn)最理想的教學效果[2-4]。

以“無機化學”為例，探討研究性教學理念在課程教學過程中的應用，將研究性教學理念貫穿其中，提高對知識掌握的深度與廣度，開拓視野，開闊思維，對達成或超越學習目標很有意義。

二、研究性教學的內(nèi)涵

（一）提綱挈領——把握課程整體脈絡

“無機化學”課程主要由化學熱力學、化學動力學、化學平衡、原子結(jié)構、化學鍵與分子結(jié)構、分散系氣體和溶液等基礎理論部分和酸堿反應、沉淀反應、氧化還原反應、配位反應四大類型的化學反應等應用部分組成。

原子結(jié)構和化學鍵與分子結(jié)構屬于相對獨立的知識體系，與其他方面的知識體系并無直接關系。原子結(jié)構這一部分主要從原子的構成、原子的核外電子排布以及原子半徑、電離能、電子親合能、電負性、氧化數(shù)等指標體系了解原子?；瘜W鍵與分子結(jié)構這一部分以原子結(jié)構為基礎，講述原子如何構成分子，以及分子的構型如何，也涉及到離子鍵的形成和離子晶體的構型、共價健的形成和特點，其中雜化軌道理論和分子軌道理論是主要研究內(nèi)容。

四大類型的化學反應與化學熱力學、動力學、化學平衡等相關知識密切相關。根據(jù)熱力學知識可以判斷化學反應能否發(fā)生，根據(jù)動力學知識可以求解化學反應速率及相關常數(shù)，如反應級數(shù)、速率常數(shù)和活化能等。根據(jù)平衡常數(shù)可以判斷化學反應進行的程度。

任何一門課程內(nèi)容的構成，在編者動筆之前，心里就應該有了大致的結(jié)構體系。從使用者角度，學習本門課程之前，一定是先了解課程的整體脈絡體系、知識結(jié)構，做到心中有數(shù)、步步為營。

對課程整體知識脈絡的把握，要求教師不只是對具體知識點理解、掌握，更是要從全局上對知識的理解與掌控，做足知識儲備，只有這樣才可以實現(xiàn)研究性教學理念的實踐與推廣，實現(xiàn)對具體知識內(nèi)容的研究，對相關知識內(nèi)容在深度與廣度上進行拓展。

（二）掌握核心，抓住主線——對課程核心內(nèi)容的理解

縱覽課程的總體脈絡結(jié)構，一定要找出課程的核心內(nèi)容。當然，這需要對課程整體知識有一定基礎了解之后才可以做到。

以“無機化學”為例，不論四大類型化學反應中的何種類型，都有其對應的標準平衡常數(shù)，酸堿反應的平衡常數(shù)為KaΘ或KbΘ;沉淀反應的平衡常數(shù)為KspΘ;配位反應的平衡常數(shù)有標準平衡常數(shù)KfΘ和條件平衡常數(shù)Kf';氧化還原反應平衡常數(shù)KΘ與電極電勢φ密切相關，而電動勢有條件電極電勢φΘ'和標準電極電勢φΘ ，那么平衡常數(shù)的本質(zhì)是什么呢？

在化學反應平衡一章內(nèi)容當中有化學反應等溫式：

所以說化學反應的標準平衡常數(shù)是定義的，但是定義后的標準平衡常數(shù)表示的是一個確定的化學反應在標準狀態(tài)下，一定溫度條件下所能達到的平衡狀態(tài)，是一個確定的化學反應本身該有的一個物理指標[5]。

化學反應標準平衡常數(shù)在有關化學反應進度、物質(zhì)量的計算過程中起著重要的作用，是各類化學反應的一條主線。在化學分析當中，不論是酸堿滴定、沉淀滴定及配位滴定，還是氧化還原滴定、化學計量點以及計量點前后±0.1%誤差時，理論計算的基礎都是基于化學反應標準平衡常數(shù)和條件平衡常數(shù)。所以深刻理解并掌握章節(jié)的核心內(nèi)容，抓住主線，對于相關內(nèi)容的學習會起到事半功倍的效果。

（三）夯實基礎，揭示本質(zhì)——對課程關鍵知識點的探討與挖掘

在化學熱力學內(nèi)容當中，Hess（蓋斯）定律是最基礎的定律，它是熱力學第一定律的特殊形式，是熱力學第一定律在化學反應當中的應用。Hess（蓋斯）定律將狀態(tài)函數(shù)內(nèi)能的變化量與功和熱這兩個非狀態(tài)函數(shù)聯(lián)系在一起，實現(xiàn)完美對接，能計算、分析化學反應過程中體系與環(huán)境因功和熱交換而引起研究對象體系內(nèi)能的變化量等問題。Hess（蓋斯）定律最實際的應用就是通過化學反應的偶聯(lián)可以改變化學反應的方向，使不可能正向發(fā)生的化學反應正向發(fā)生或是阻止某些化學反應的發(fā)生，利用偶聯(lián)反應，可以有效控制化學反應的方向。說得更直接一些就是化學反應相加減，得出新的化學反應，那么對應的狀態(tài)函數(shù)相加減就得出新狀態(tài)函數(shù)的值，根據(jù)新值的大小確定化學熱量的吸收或放出多少，確定化學反應的方向和化學反應進行到什么程度。

Hess（蓋斯）定律其實就是熱力學第一定律在特定條件下的化學反應所遵循的規(guī)律。特定條件主要有兩個方面：一就是定容;二就是定壓。定容條件下，體系從環(huán)境吸收熱量或向環(huán)境放出熱量稱為定容熱，即Q，因為此種條件下Qv=△U化學反應體系體積沒有變化，△V=0，所以體系對環(huán)境做功或環(huán)境對體系做功都為零，根據(jù)熱力學第一定律此種條件下，即體系內(nèi)能的變化在數(shù)值上等于定容熱。定壓條件下，體系從環(huán)境吸收熱量或向環(huán)境放出熱量稱為定壓熱，即QP，此種條件下化學反應體系體積可能有所變化，即△V≠0，所以體系對環(huán)境做功或環(huán)境對體系做功不為零，根據(jù)熱力學第一定律及焓的定義得：Qp=△H。

定壓熱在數(shù)值上等于體系內(nèi)能的變化Qp=△H，定容熱在數(shù)值上等于體系的焓變Qv=△U。不論是Qv還是Qp都是非狀態(tài)函數(shù)，而△U、△H為狀態(tài)函數(shù)，狀態(tài)函數(shù)是描述體系熱力學狀態(tài)的物理量，其特征就是體系狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)函數(shù)的變化只取決于體系的起始狀態(tài)和最終狀態(tài)，而與變化途徑無關。所以就可以有這樣的結(jié)論：在化學反應體系當中，定容條件下的熱效應和定壓條件下的熱效應只決定于始態(tài)和終態(tài)，而與途徑無關。這個結(jié)論和Hess（蓋斯）定律所表達的意思是一致的。

如果學生和教師在狀態(tài)函數(shù)（p 、V、n、T、△U、△H、△S、△G）和非狀態(tài)函數(shù)（W、Q）的教與學的過程中深刻理解△U、△H的意義，真正掌握狀態(tài)函數(shù)的特征，自己總結(jié)分析就可以得出和Hess（蓋斯）定律一樣的規(guī)律結(jié)論。所以深刻理解掌握基本概念、基礎理論很重要，再高深的理論也離不開最本質(zhì)、最基礎的東西。

（四）前后聯(lián)系，有機結(jié)合——善于發(fā)現(xiàn)內(nèi)在關聯(lián)

再次提到化學反應平衡常數(shù)，標準平衡常數(shù)和條件平衡常數(shù)是貫穿于無機化學和分析化學當中的一個主線，也是核心內(nèi)容。那么化學反應標準平衡常數(shù)KΘ（T）與Hess（蓋斯）定律有什么關系嗎？

Hess（蓋斯）定律解決了化學反應體系熱效應的計算問題，將非狀態(tài)函數(shù)的問題轉(zhuǎn)化為狀態(tài)函數(shù)。

化學反應的標準平衡常數(shù)KΘ（T）與其對應的標準摩爾吉布斯自由能變△rGmΘ（T）有著直接的關系，即：

化學反應的吉布斯自由能變△G與焓變△H一樣，同樣是通過定義而來，并且是確定的狀態(tài)函數(shù)。標準狀態(tài)下化學反應的摩爾吉布斯自由能變：

既然化學反應的標準摩爾吉布斯自由能變△rGmΘ（T）是狀態(tài)函數(shù)，所以△rGmΘ（T）也只決定于化學反應體系的始態(tài)和終態(tài)，而與途徑無關。擴展了Hess（蓋斯）定律的研究范圍，Hess（蓋斯）定律對此也是適用的。可以這樣說，如果沒有Hess（蓋斯）定律，那么標準平衡常數(shù)就無從談起。

要善于發(fā)現(xiàn)前后內(nèi)容之間的關聯(lián)，善于發(fā)現(xiàn)在于勤于思考。所以教師不能僅是按部就班地教學，而是要對相關知識內(nèi)容進行關聯(lián)、融合，引導學生拓寬思路，融會貫通;不能只局限于部分知識內(nèi)容的掌握，而是要注意多個知識點之間的聯(lián)系;要歸納總結(jié)教學和實驗過程中的經(jīng)驗、心得，對教學內(nèi)容進行整合，對各個知識點之間的聯(lián)系進行總結(jié)研究，形成教學論文、教材、教案等形式，具體落實在課堂教學上，輔助并發(fā)展課堂教學。

（五）關注細節(jié)，深入思考——從不同角度看問題

從原子結(jié)構到分子結(jié)構這一部分內(nèi)容很抽象，理解空間構型全憑想象。價鍵理論在解釋共價鍵的形成和分子空間構型上并不是很圓滿，而雜化軌道理論對價鍵理論不能圓滿解釋的分子構型進行了合理的解釋。

二氧化碳分子的空間結(jié)構是直線型，采用傳統(tǒng)的價鍵理論解釋不了二氧化碳為什么是直線型分子，雜化軌道理論先將中心碳原子最外層的四個電子 2s2 2p2 采用sp雜化的方式，形成兩個sp 雜化軌和兩個沒有參與雜化的 2p軌道，每個軌道中有1個電子，兩個sp 雜化軌道是以碳原子核為中心呈直線關系，另兩個2p軌道分別垂直于sp雜化軌道，并且 2個p軌道也互相垂直。氧原子用2p軌道及其上面的單電子與碳原子的雜化軌道和未雜化的軌道分別形成σ鍵和π鍵，碳原子周圍就有四條鍵：兩個σ鍵和兩個π鍵。那么為什么中心原子碳原子只采用sp 雜化，而不采用 sp2 或 sp3 方式雜化呢？

有關分子結(jié)構，并非要用雜化軌道理論來解釋，基于傳統(tǒng)的價鍵理論加上相關知識也可以對有些分子結(jié)構進行合理的解釋，如水分子、氨分子的空間構型。

水分子結(jié)構可以采取傳統(tǒng)的價鍵理論進行合理的解釋。中心氧原子最外層電子結(jié)構：2s22p4，氫原子電子層結(jié)構：1s1，形成分子時可以這樣解釋：每個氫原子的含1個電子的 1s 軌道分別與氧原子的含 1個電子的2p 軌道重相交重疊，形成1s-2p 型σ鍵，每個氫原子周圍都有 2個電子達到穩(wěn)定結(jié)構，氧原子周圍有兩對孤對電子，再加上與氫原子的共用電子對達到了周圍有8個電子的穩(wěn)定結(jié)構。如果沒有其他力的作用，兩個1s - 2p 型σ鍵夾角為90°，但是在構成水分子過程中，兩個1s-2p型σ鍵上的兩對電子會與來自氧原子2s2和2p2上的兩對孤對電子發(fā)生相互力的作用，導致鍵的角度發(fā)生變化，不再是 90°。

當然對水分子來說，如果采用中心氧原子以 sp3 雜化的方式來解釋水分子的空間結(jié)構會很難講得清楚，可是氧原子為什么是sp3 雜化的形式，而不是sp雜化或是 sp2 雜化的形式呢？

如果中心原子氧原子以sp2方式雜化，中心原子氧原子最外層電子結(jié)構：2s2 2p4，采取sp2雜化方式時，形成三個sp2雜化軌道，其中一個sp2雜化軌道上有一對電子，另外兩個sp2 雜化軌道上各有一個單子電子，三個sp2 雜化軌道之間的夾角為120 °。此外，還有一個沒有參與雜化的 p 軌道垂直于三個sp2雜化軌道所在的平面上，此p 軌道上了有一對電子。在水分子形成過程中，兩個氫原子的1s1電子分別與氧原子的兩個sp2雜化軌道上的單電子形成兩個1s-sp2σ鍵，如果沒有其他外力作用，σ鍵夾角為 120°，但受分子中氧原子沒有成鍵但參與雜化的 sp2 雜化軌道上的一對電子以及沒有參與雜化的的 2p 軌道上的一對電子的影響，兩個1s-sp2σ鍵夾角一定會發(fā)生變化，不會保持 120°。

關于分子構型并非必須利用雜化軌道理論才能解釋，傳統(tǒng)價鍵理論結(jié)合其他相關專業(yè)知識同樣可以解釋清楚。價鍵理論與雜化軌道理論之間并無一條嚴格的界線。

三、實施措施

研究性教學理念的應用關鍵在于如何實施，讓學生接受研究性教學理念并從中受益，提高對問題的理解能力、分析能力、研究能力，提升個人專業(yè)素質(zhì)。具體措施如下。

第一，以微課的形式體現(xiàn)，針對一個知識點，展開深入、拓展研究并制作相應的微課，形式短小精悍，內(nèi)容豐富凝練，有利于學生理解。深度研究知識內(nèi)容，挖掘、拓展，尋找更多的知識亮點，以微課形式體現(xiàn)，方便傳授知識與學生。

第二，以短視頻的形式體現(xiàn)，在自媒體時代，豐富的網(wǎng)絡平臺給我們充分的展示空間，對具有一定研究意義和一定深度的內(nèi)容以教師講解、板書配合，適當動畫、圖片等或其他各種能解釋清楚知識的方法以短視頻的形式展現(xiàn)出來，方便學生觀看并理解。

第三，以專題報告的形式引領方向，研究性教學理念本身也是一項研究內(nèi)容，聘請富有教學經(jīng)驗的名師做有關教學研究的專題報告，當然面向的對象主要是教師。不同的報告人、不同的報告內(nèi)容，教學思想、方法、模式風格迥異，聽報告者即教師一定會有所收益，并將這種收益轉(zhuǎn)化為培養(yǎng)學生的能量。

當然，研究性教學理念的貫徹與實施的方式、方法沒有固定模式，教師須潛心研究教學內(nèi)容，找到與之適應的教學方法，并引導學生對學習內(nèi)容進行深入研究，使之知其然，更要知其所以然。

參考文獻：

[1]中華人們共和國教育部.關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見[Z].教高（2005）1號.

[2]張明星.論基于研究性學習理念的“研究性教學”[J].四川教育學院學報，2003（12）.

[3]劉智運.論高校研究性教學與研究性學習的關系[J].中國大學教學，2006（2）.

[4]王金發(fā).探索研究性教學——用心授課[J].中國高等教育，2004（9）.

[5]趙士鐸.普通化學（第2版）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2003：35-73.

[責任編輯? 宋? ? 宇]