基础无机化学教学的思考与实践*

龚孟濂 乔正平 巢晖

(中山大学化学与化学工程学院 广东广州 510275)

无机化学是高等院校化学化工类各专业本科生的第一门专业基础课，也是生命科学、物理学、材料科学、环境科学、地学、医学、药学等专业和师范院校相关专业本科生的一门专业必修课。作为大学阶段的第一门化学课，无机化学是一门承前启后的课程。教好、学好无机化学，对于提高相关专业的大学新生学习化学的兴趣，引领他们进入大学阶段化学的科学大门将起着重要作用。

在基础无机化学教学中常遇到以下几个问题：基础与创新的关系、“授鱼”与“授渔”的关系、怎样讲好绪论课以及如何形成自己的教学风格。下面对这几个问题阐述我们的观点，并简要介绍相应的教学实践活动。

1 基础与创新

俄国化学家门捷列夫提出的元素周期律已成为现代化学的奠基石。无机化学的基础就是建立在元素周期律上，它包括微观和宏观两方面的内容，即微观结构理论——原子、分子、晶体和宏观理论——化学热力学原理(含四大化学平衡)、化学动力学原理。1869年，门捷列夫提出元素周期律的表述是：“元素性质随着原子量的递增而发生周期性的变化”，据此，他提出了第一张元素周期表。随着20世纪20～30年代原子结构被人类认识，我们知道，元素周期律的准确表达是：“元素性质随着原子序数的递增而发生周期性的变化”。这是因为：当元素按原子序数递增顺序依次排列时，原子最外层电子数目总是从1到8发生周期性的变化，即最外层电子构型重复s1到s2p6的变化。因此，元素周期表中元素总是从碱金属(s1)开始，以稀有气体(s2p6)结束(第一周期s2)。而每一次这样的重复，都是一个旧周期的结束和一个新周期的开始。同时，原子最外层电子数目的每一次重复出现，元素及其化合物的宏观性质就重复地表现出某些相似性，因为元素的化学性质主要取决于元素原子本身的电子层结构，尤其是最外层电子的构型。所以元素最外层电子构型的周期性变化，决定了元素性质的周期性变化。从这个角度看，门捷列夫元素周期律本身，既包括宏观性质，也包括微观结构的周期性变化。

距离元素周期律提出140年后，现代化学理论已取得了引人注目的发展，尤其是在物质结构(原子、分子、晶体)、纳米层次、介于分子和微米层次(超分子)以及涉及生物化学的领域[1-2]。但是，回首过去140年化学科学的发展可以看出，建立在元素周期律基础上的无机化学基本理论体系并没有被动摇，恰恰相反，这些新进展都证明了无机化学基本理论体系的正确性。

如果学生只掌握化学基础理论、知识、技能，并不能保证他们具有创新精神。必须认识到：培养学生创新精神和创新能力是一项综合工程，需要在课堂内、外采取一系列的措施进行培养工作。我们在课堂教学中讲好基础理论的同时，还适当介绍了有关领域的最新科学研究活动和成果，以激发学生学习兴趣，培养他们的科学思维能力。如彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农由于在水分子和金属离子的细胞膜通道方面做的开创性工作而获得2003年诺贝尔化学奖，获奖消息公布次日,我们即在无机化学课上简介了他们的科研成果，说明从分子-原子水平研究生物的重要性。又如，在讲解臭氧时，我们引用了NASA卫星提供的南极上空最新的臭氧层空洞照片，并与1993年的相应照片进行对照，既说明臭氧的分子结构和形成机理，又阐明无机化学理论学习与环境保护的关系。此外，我们还采取了开放实验室、开办创新性实验、让本科生参加教师主持的科研项目研究等措施。目前，我们学院约有20%左右的二年级以上本科生，已进入了教师的科研课题组，接受初步的科学研究训练，而且部分本科生还在国内外学术刊物上发表了他们的研究论文。

2 “授鱼”与“授渔”——知识讲授与方法传授

基础无机化学课程内容庞杂，容易使学生感到繁琐、枯燥，失去学习兴趣。如何处理好知识讲授与方法传授，即“授鱼”与“授渔”的关系？

我们认为：理论讲解、知识讲授是课程的基础，不能离开课程内容去讲方法；方法传授必须渗透到理论讲解和知识讲授中。在方法传授中，重要的是引导学生掌握正确的逻辑思维方法。在课程学习中，最基础的逻辑思维方法就是演绎法和归纳法。在课程起始阶段，由于学生欠缺化学基础理论和知识，我们在教学时多采用演绎法，例如，先讲解一个化学原理，然后再用它解释若干化学事实。随着学生化学基础理论和知识的增加，逐渐增加归纳法方式的讲授。例如，在讲述化学平衡移动时，我们联系热力学原理，分别讲述了浓度、压力、温度对平衡的影响，然后引导学生归纳、总结。我们还对考试方式做了改革，采取了“有限开卷，独立完成”的考试办法，要求学生在考试前对学过的无机化学内容进行总结、归纳，并用两页纸写出书面小结；在考试时，可以用这两页书面小结作参考进行“有限度”的开卷考试。考试结束后，将小结与试卷一并上交，同时作为成绩的评定依据。考试试卷采用了一些综合的、要求灵活运用各种基础理论知识的题目，以考查学生的创新思维能力。这种考试方式，能促使学生认真学习，学会总结、归纳，受到学生普遍的欢迎。我们的教学目标是：不但要让学生学好课程本身，而且要引导学生掌握正确的逻辑思维方法，增强未来持续学习的能力。

3 重视讲好绪论课

由于教学课时偏少，部分教师对讲好绪论课不够重视。俗话说：“万事起头难”；“好的开始，是成功的一半”。绪论课集中反映了教师对课程的理解、掌握和控制程度，对启发学生学习课程的兴趣有重要影响。因此，必须高度重视讲好绪论课。下面是我们的无机化学绪论课的部分内容示例。

面对大学一年级新生，我们在课堂上提出的第一个问题，就是“什么是大学？”这个问题并无标准答案，也没有唯一答案，而且看似与化学无关，其实并不然。学生端正学习态度，比什么都重要。我们提出：大学是培养人才、服务社会的机构，是思想宝库和理想源泉；大学是学做人、做学问的地方；大学的特点就是“大大的学，自由地学，自觉地学”。提醒学生：你的梦想将在这里成真(Your dream is coming true here)。我们用先人的哲言激励学生：“希望寄托在你们身上”(毛泽东，1957)、“今日之责任，不在他人，而全在我少年。少年智则国智，少年富则国富，少年强则国强，少年独立则国独立，少年自由则国自由，少年进步则国进步，少年胜于欧洲，则国胜于欧洲，少年雄于地球，则国雄于地球。”(梁启超，1900)。我们的教学实践证明：用几分钟谈一谈这些看似非化学的问题，可对学生起明显的提醒和激励作用。

由于欠缺化学知识，社会上有人存在对化学的不正确认识。例如，有人认为化学导致环境污染，有人认为化学危害人的健康，更多的人不知道化学研究的内容、化学为人类创造多少财富。我们在绪论课上，就理直气壮向学生指出：化学是一门“中心科学”[3]。表1给出了化学与各门科学的研究对象及其相互关系。显然，数学是其他各门自然科学的基础。从研究对象而言，化学是一门承上启下的中心科学：按照研究对象由简单到复杂的程度，自然科学可以划分为上游、中游和下游，数学、物理学是上游，化学是中游，材料科学、生命科学、医学、环境学等是下游，也就是说，化学处在其他自然科学学科的连接点上。如果进一步从研究对象尺寸角度看，化学正好处于物理学和其他科学的“包围”之中，如表1所示。除了提供研究对象的物质基础外，材料科学、生命科学、医学、药学、环境学研究中的许多重大问题，只有在分子水平上才能获得解决，而分子及其各种凝聚态正是化学研究的主要对象之一。因此，化学理论的发展，促进了材料科学、生命科学、医学、药学、环境学的发展。环境污染、人的健康受损等情况，恰恰正是由于人们欠缺化学知识和其他知识而引起的。

表1 各门科学的研究对象及其相互关系

此外，在绪论课上，还应该简要指出课程的主要内容、学习方法、教学安排、考核办法，列出主要参考书目和网络教学资源目录，使学生在课程开始就知道要学习什么，应该怎样学。

4 努力形成自己的教学风格

在使用多媒体技术进行课堂教学的条件下，教师的教学风格和教学艺术对于教学效果起着重要作用。不同的教师有不同的教学风格，风格无所谓好或不好；学生能从不同风格的教师的教学中受益。

在课堂上，我们通常都站在学生面前或学生中间讲课，有时在教室中边走边讲解，与学生零距离接触，这对吸引学生注意力及形成良好的师生互动有利。我们教的是广义的无机化学：在教学内容允许的情况下，可以把无机化学与哲学、历史、经济、军事、环境、生物、生活联系在一起，力求既严谨，又生动。例如，原子结构常被认为是无机化学课程中难教、难学的章节，我们按照揭示原子结构秘密的科学史线索来组织教学内容，从居里夫人发现放射现象到氢原子线状发射光谱、玻尔原子结构理论(电子能量量子化，经典电磁理论对微观世界失效)，再到实物粒子的波粒二象性和测不准原理(经典力学对微观世界失效)，最后引入核心内容——量子力学对核外电子运动状态的描述(薛定谔方程)并重点讲述，使整个教学过程与科学发展史联系在一起，在讲科学故事中讲结构理论。学生对此表现出浓厚的兴趣，在轻松、快乐的氛围中学到了无机化学的理论和知识。

注意解决好教学实践中的以上几个问题，将有利于提高课程的教学质量。我们的教学实践得到了学生的认可，多年来在化学学院本科课程的教学评估中，一直名列前茅。

[1] 洪茂春，陈荣，梁文平.21世纪的无机化学.北京:科学出版社,2005

[2] 巢晖，高峰，计亮年.化学进展.2007,19(12):1844

[3] 布里斯罗 R.化学的今天和明天——化学是一门中心的、实用的和创造性的科学.华彤文、宋心琦、张德和,等译.北京：科学出版社，2001