知识传授·问题探索·创新培养——漫谈无机化学教学改革

张一兵

(上饶师范学院 化学化工学院，江西 上饶 334001)

对于高等师范院校而言，无机化学是化学专业学生面临的第一门专业基础课。如何保证学生完成从中学到大学的顺利过渡和知识上的有机衔接，无机化学这门课就起着十分重要的作用，它既承上启下，又是大学生专业的启蒙与开端。那么，如何教好这门课呢?笔者认为，在完成本课程的教学任务的前提下，主动适应社会发展需要，改革传统的灌输知识的教学模式，注重学生能力的培养，提高学生的求知欲望和探索意识，增强学生的创新精神，使其毕业后成为高素质人才。在此，笔者谈谈自己无机化学教学改革的点滴体会，旨在抛砖引玉。

1 知识传授是基本

1.1 基础知识是平台

无机化学作为一门化学专业学生的首门主要理论基础课，必须传授学生必要的基础知识。它包括两大部分:基本化学理论和元素及其化合物基础知识。前者要保证学生初步掌握元素周期律理论、化学热力学理论、近代物质结构理论、化学平衡理论以及基础电化学等基础理论知识，后者注重培养学生运用基本理论去掌握有关化学元素及其化合物的基本知识，具备对一般化学问题进行理论分析和计算等运用能力。基础的化学知识是学生必须掌握的，它是学生解决实际问题和创新发展的平台。

1.2 现代知识不可少

目前大部分无机化学教材内容知识比较经典，现代知识的介绍比重很小。学生普遍对知识学习存在一种遥远、与现实生活脱节的无用感觉，造成学习兴趣不浓。因此，在教学中就结合实际适当介绍一些现代知识，以开阔学生的视野，提高学生的学习积极性，从而使其更加认识到无机化学的重要性和实用性。如在讲述元素部分的“氮族元素”中的氮的氧化物时，除讲述NO的一些基本知识外，向学生介绍当前的社会热门话题:伟哥(Viagra)——一种风靡世界的抗阳痿药。作为有效缓解心绞痛的急救药硝酸甘油，其作用机理百年来一直没有弄清楚。直到1977年为美国科学家穆拉德发现，硝酸甘油进入人体内可释放出NO气体(俗称“笑气”)，这种无色无味的气体能放松人的血管平滑肌细胞，从而扩张血管，起到控制血压治疗心脏病的作用。为此穆拉德获得1998年诺贝尔生理和医学奖，同年基于该发现成功研制的“伟哥”获得专利权。

通过从硝化甘油—→NO—→伟哥—→诺贝尔奖的讲解，极大地提高了学生的学习积极性，取得良好的教学效果。当然，联系现代知识的讲解对老师的要求就更高了。

1.3 交叉学科知识很重要

学生除了掌握必要的专业基础知识和了解相应的现代知识外，老师应注重适时地向学生介绍一些跨学科知识，避免学生知识单一，缺乏综合解决问题的能力，阻碍创新意识的形成。

例1:在讲述“碳硼硅”一节中“硅”部分时，可补充介绍如下有关IT方面的交叉学科知识:计算机“脑”部件材料电子级(99.9999999%)硅片的制备:

①粗硅(96%—99%)的制备:砂子与焦炭在电炉中反应制硅此步所制得的硅为多晶硅，不能作为电“脑”硅片使用，必须将多晶硅转化为单晶硅。

第三步:利用Czochralski方法［1］，先将多晶硅熔化(约1420℃左右)后，加入单晶硅晶种浸入熔融物中，再将模块缓慢地抽成单晶硅球。

上述知识既涉及有关化学知识，又涉及电子、物理和机械加工等知识，使学生懂得，单一狭窄的知识用途有限，只有将各方面知识融会贯通，才能用途无限，生机无限。

②高纯单晶硅(99.9999996%)的制备:

第一步:高温下粗硅与氯化氢反应制HSiCl3气体，蒸馏后得纯HSiCl3液体。

第二步:高温下纯HSiCl3被氢气还原成高纯度(电子级)多晶硅，副产品HCl可循环使用。

2 问题探索是根本

学生在拥有一定的化学专业知识后，教师应培养学生探索问题和解决问题的能力，即所谓的学以致用，避免变成纸上谈兵的无用之才。在讲述完元素及其化合物部分的内容后，可出如下综合题来训练学生的探索问题的能力。

例2，有以下九瓶未贴标签的溶液:

除了请学生在不用其它试剂的条件下，将其一一区分开来，并要求其写出有关反应原理［2－4］。

要解决上述问题，要求学生除具备良好的过渡金属性质知识和氧化还原反应知识外，关键是要掌握一些过渡金属离子的颜色。学生可以通过一些离子的特殊颜色入手，如CrCl3呈灰绿色，FeCl3呈黄色，CoCl2为粉红色，NiCl2为绿色，CuCl2呈蓝色，将它们两两混和加以鉴别，具体操作如附表［2－4］

附表 九瓶未贴标签的溶液鉴别操作表

再如，提出以下问题让学生查找资料解决:①为什么会出现臭氧空洞?②如何得到安全饮用水?③如何控制燃烧排出物?④如何运用化学知识宣传环保?⑤酸雨是怎样形成的，如何控制?等等。

3 创新培养是目标

3.1 利用现代知识培养学生的创新意识

现代知识是在基本知识的基础上发展起来的。如在讲授第Ⅷ族元素铁钴镍的性质时，注意告知学生这族元素的最大性质特点之一就是它们是铁磁场性物质，即它们具有铁磁性。铁钴镍在以计算机为象征的现代信息社会发挥着巨大作用。为此可向学生介绍有关这方面的现代知识:

例3:据文献［5］报道，巨磁电阻效应已经被发现，研究表明巨磁电阻效应(GMR:giant magnetoresistance)与金属多层结构中是否有磁场相关。巨磁电阻效应是指磁性材料的电阻率在有无外磁场作用时存在显著变化的现象。通常定义MR=［R(H)－R(0)］/R(0)，式中R(H)和R(0)分指有外加磁场和零磁场条件下的电阻。巨磁电阻是指在特定磁场下电阻大幅减小，且减小的幅度比通常磁性金属或合金材料的磁电阻数值高出约10多倍［6］。巨磁电阻是一种量子力学效应，产自具有层状的磁性薄膜结构。如图1所示，许多GMR物质含有一个磁性的、非磁性的、磁性的三明治结构(分别为Co、Cu、NiFe层)，每层厚度为纳米级。Cu层厚少于15个原子。多层结构的运行类似于一种“自旋阀”(见图1)。

当没有外部磁场作用时(图1A)，磁性层的电子自旋相反，因而产生高磁阻(图1A的右边不画箭头↑。箭头↑、↓分别表示电子的自旋方向)，这就象用交叉光学偏振镜阻止光传播一样;在外加磁场作用下(图1B)，两磁层的电子自旋方向相同，因而磁阻较小(图1B右边以↑表示)，类似于用平行偏振镜透射光一样。在电脑的硬盘中，就是需在外加磁场作用下，在磁性自旋区产生图1B的效应。美国的IBM公司宣称其硬盘读出磁头就是根据GMR效应制造出来的产品。新式磁头更灵敏，更能清晰读出较弱磁信号且转换成清晰的电流变化，从而引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今手提式电脑、MP4等各类数码电器中装配的硬盘，几乎都运用了GMR效应技术成为新的标准。GMR效应发现不仅带来了硬盘生产的革命，而且对效应的后续深入研究导致开创了一个新领域:自旋电子学。自旋电子学使得原先分开的电子学和磁学复合回来，并在纳米尺寸的微电子领域占主导地位。类似于上述极大影响现代生活的现代科技知识的介绍，能极大地激励学生的学习兴趣，对其创新意识的培养将产生非同寻常的促进作用。

图1 GMR物质中含有的三明治结构

3.2 运用基础知识培养学生的创新能力

培养学生对知识的灵活综合应用能力以及理论与实践(包括实验操作)相给合的能力，能提高学生的综合素质创新能力。如，对学生已有的单一知识和技能，有意识地培养其进行并联形成知识网络，无疑将激发学生的学习欲望，产生创新发展的动力。

例4，图2是某一酸碱化学反应的“多米诺”实验［7］，老师可先讲解的装置设计原理有化学反应方程式。该“多米诺”实验所涉及到的化学反应方程式如下:

图2 酸碱化学应的“多米诺”示意图

再布置作业让学生按图3动手组装实验装置依照氧化还原多米诺实验［8］，要求说明实验原理及反应现象，并写出相应的化学反应方程式。

图3 氧化还原反应的“多米诺”演示

4 结语

总之，通过对无机化学教学的点滴改革尝试，取得了一定的效果。这也充分说明当前的大学教学改革势在必行。学生再也不能只是成为知识的接受桶，老师也不应该只仅仅充当知识的传授勺，把知识舀给学生就完事。老师必须培养学生在其掌握必要知识的基础上，具备探索问题与解决问题的能力，并最终达到能创新发展的水平。

［1］Zhang J，Liu D，Zhao Y，et al.Impact of heat shield structure in the growth process of czochralski silicon derived from numerical simulation［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2014，27(3):504 － 510.

［2］Serena Tan Y S，Iain Tan B H，Lee H K.et al.Designing a self－ contained qualitative analysis test for transition metal ions［J］.J Chem Edu，1998，75(4):456－458.

［3］丁秀云，马淮凌，曹广秀，等.过渡金属离子颜色规律的探讨［J］.甘肃联合大学学报(自然科学版)，2006，20(4):43－46.

［4］北师大等三院校.无机化学(下册):第3版［M］.北京:高等教育出版社，1994.

［5］Campbell D J，Lorenz J K ，Ellis A B.et al.The computer as a materials science benchmark［J］.J Chem Edu，1999，73(3):298－312.

［6］董海鹏，张凤玲.由“巨磁电阻效应”诺贝尔获奖者引发的思考［J］.教育教学论坛，2013，(49):271－272.

［7］程萍，龙淇，李广洲.化学多米诺实验［J］.化学教学，2000，(4):14－15.

［8］Alexander M D，Haworth D T，Xue T J.Chemical demon stration［J］.J Chem Edu，1998，75(4):490 －494.