以问题引导法进行元素及化合物教学*

2012-09-25袁孝友李村王来英

大学化学 2012年6期

袁孝友李村王来英

(1安徽大学化学化工学院安徽合肥 230039；2合肥市第六中学安徽合肥 230061)

无机化学是化学及相关专业的第一门专业基础课。作为专业入门课程，无机化学的教学方法和教学效果对学生巩固专业思想、提升专业兴趣、形成学习方法都有重要影响。在无机化学课程中，元素及化合物部分的知识点多、内容琐碎，若采用传统的讲授法介绍元素及化合物知识，很容易出现教师一言堂描述、学生被动听课、死记硬背的局面。这样的课堂教学效率低，教学效果不好，不利于培养学生的创新能力。因此，改革元素及化合物教学方法，提高课堂教学效率和教学效果，培养学生自主学习和应用创新能力，一直是无机化学教学中需要突破的共同课题[1-5]。作者将元素及化合物各章节教学内容设计成问题，以问题引导法组织教学。经过15年教学实践，此教学方法已逐渐趋于成熟，在此与教育同行交流。

问题引导法是以学生为中心的教学方法。学生在教师的启发、引导和讲解下，通过分析、讨论、解答问题，理解并掌握相关概念和知识，同时养成自主学习的习惯。该方法一方面可提高课堂教学效率，节约学时数，一方面还可调动学生的学习积极性，让学生参与教学全过程，提高教学效果。为达到预期教学目标，需要做好以下教学环节。

(1) 教案设计:以问题为引导，发挥学生的主体作用。

以武汉大学、吉林大学等校编写的《无机化学》(第3版,下册)为例，涉及元素及化合物的内容共10章。围绕培养学生自主学习能力、归纳总结能力、语言表达能力和应用创新能力，科学设计问题。比如第12章卤素中的教学内容，可以依次设计问题如下：① 写出卤素成员元素符号，指出它们的价电子结构特征，解释它们的氧化数多呈现奇数。② 由元素电势图和氧化态-自由能图，判断卤素单质在酸、碱性介质中的稳定性，并比较卤素含氧酸(或盐)在酸、碱介质中的氧化能力强弱。③ 如何解释卤素单质由F2到I2的颜色、状态及水溶液溶解性变化?④ 已知卤素单质和卤化氢键能数据如下：F—F 154.8kJ/mol，Cl—Cl 239.7kJ/mol，Br—Br 190.16kJ/mol，I—I 148.95kJ/mol，H—F 565kJ/mol，H—Cl 428.02kJ/mol，H—Br 362.3kJ/mol，H—I 294.6kJ/mol，试解释卤素单质与氢气反应的实验现象，即F2：低温黑暗下反应剧烈;Cl2：光照或加热下反应迅速;Br2：加热时反应较慢;I2：加热较高温度下反应可以发生但不完全。⑤ 如何解释卤化氢的沸点变化顺序及其水溶液的酸性强弱顺序？⑥ 根据电负性知识或考虑结构因素，判断非金属卤化物PCl3、BCl3、BrF5、NCl3、SF6、CCl4能否与水反应？若能反应，写出对应产物。⑦ 请解释CaF2、CaCl2、CaBr2、CaI2熔点逐渐降低；KCl、CaCl2、ScCl3、TiCl4由KCl典型的离子化合物过渡到TiCl4为共价化合物；AgF易溶于水，而AgCl、AgBr、AgI难溶于水。⑧ 指出在卤素氧化物中的中心原子通过杂化形成共价键时，哪些氧化物有对应的含氧酸？⑨ 指出卤素含氧酸中卤素的成键方式。⑩ 从结构上分析，指出卤素由HXO到HXO4，同一元素的含氧酸及不同元素、相同氧化态的含氧酸酸性强弱顺序。比较卤素含氧酸及其对应盐的热稳定性及氧化性规律。试分析工业上制备MXO(次卤酸盐)时，为什么产品中经常含有MXO3或MX？比较高氯酸和高碘酸在水溶液中酸性和氧化性的强弱，实验室中如何保存高氯酸？归纳氟元素单质及化合物相对于其他卤素的特殊性。区分酸的氧化性和氧化性酸概念，分析影响含氧酸酸性和氧化性强弱的因素。实验室中如何安全使用拟卤素氰及其化合物？又如第14章中有关铋的性质，设计成如下问题(为方便表述，在不同章节的问题，这里按顺序编号)：氮族的其他元素都有多变氧化态，为什么铋只有+3、+5氧化态？

随着对元素及化合物的知识积累，还可以设计出前后内容关联的问题，使学生掌握知识的系统性，培养其归纳能力。例如针对锰的氧化还原性质，设计的问题是：写出4个Mn2+被氧化为的化学反应方程式。

问题引导法教学的关键是教师要凝炼教学内容，科学设计问题；把握问题的深度和广度，构成完整的知识体系；所设计的问题要符合学生认知规律，具备合适的知识梯度，让学生动脑筋拾级而上，层层推进，处处体现对学生能力的培养。按照上述方式，《无机化学》(第3版,下册)中元素及化合物的教学内容大约需要设计180个问题，就可以涵盖全部内容。

此外，还要不断更新和补充无机化学领域的热点课题和最新研究成果，使无机化学的元素及化合物教学内容与时俱进。例如：超音速飞机释放的NOx对大气臭氧层的破坏，二氧化碳的减排及转化利用，水资源保护，碳纳米管，石墨烯，ITO(铟锡氧化物膜)显示材料，纳米TiO2，光伏电池，稀土催化等，都可以设计成问题作为补充教学内容。

(2) 课堂讲授:互动交流,深入浅出,逐步展开。

然后提示学生观察Bi在上述氧化还原反应中的氧化态变化，再从本族元素的价电子结构特征ns2np3入手，由体系能量和稳定性关系进行讨论，根据洪特规则的半满、全满、全空特例，波函数径向分布图，s电子钻穿效应，引导出6s2惰性电子对效应概念，从而解释了铋在化学反应中主要有+3、+5氧化态。设计这个问题，既介绍了6s2惰性电子对效应概念，又介绍了铋的氧化还原反应特性，巩固了原子结构理论知识，让学生学会从多角度分析思考问题。

在课堂上讨论和解决问题，要逐步展开、层层递进、讲练结合、互动交流，以启发式替代教师满堂灌教学。问题引导法教学可以培养学生的观察、分析、思考、表达及归纳能力，使其掌握科学的学习方法，参与教学全过程，在轻松活泼的课堂气氛中掌握知识。因此，教学效率和教学效果很好。

(3) 板书演练:突出重点,黑板与多媒体并用。

问题引导法教学所设计的问题是每堂课教学的核心内容，为节约板书时间，可用多媒体逐一显示每个问题，而不是一次全部显示一节课内容的所有问题。多媒体显示与讲课进度要同步，针对问题进行讲解或引导提示，这就需要教师精心设计板书内容，在恰当的时间和恰当的位置插入板书，使其发挥画龙点晴的作用。需要注意的是，不论是粉笔板书还是多媒体字幕，都要针对关键概念、关键知识点和重要结论，粉笔板书和多媒体字幕要恰到好处地配合使用，切忌板书大段文字或播放未经整理加工的图表。板书要呈现知识的系统性和规律性，以便学生掌握。在教学中要本着精讲多练、讲练结合的原则，让学生有足够时间来书写表达或口头表达，以此提升学生的归纳总结和语言表达能力。

(4) 课后作业:联系实际,培养学生的应用创新能力。

元素及化合物部分的每一章习题，大多是从巩固本章知识的角度设计的。教学过程中的大部分习题可采用集体讨论方式解决，少部分留给学生独立处理。此外，还要及时补充无机化工生产或科学研究的最新成果，设计一些新习题，以培养学生的应用创新能力。比如在卤素一章中，可以补充习题：电解食盐水制备烧碱时，副产物次氯酸钠为什么只能以10%左右的溶液存在？指出其储存和运输需要注意的安全问题。这个习题将理论与生产实际紧密结合，让学生理论知识学得活、记得住。另外，还可设计综合性习题，以全面考察、训练学生的应用创新能力。如用精炼铜废液合成CuCl的工艺流程如下[6]：