论地方院校“无机化学”教学内容之改革

(上饶师范学院 化学与环境科学学院，江西 上饶334001)

自从前些年来的全国高校的合并、升格之风涌过以来，大量的专科学校升格为本科院校，出现了许多目前的新生地方二本院校，且它们大多不在省会城市。在国家连续多年的大学扩招政策影响下，这些新兴的地方二本院校的化学类专业也得到发展。从正面看，大学大量扩招不断提高了学生毛入学率，大学已经由原来的精英教育过渡到大众教育。但同时出现了“负面”结果：现在的新生质量与过去的精英大学新生相比则是连年下降，这极大地挑战了化学专业类“无机化学”这门专业基础课的教学质量。作为大一新生专业课的老师，我们必须正视当前形势下扩招后大学新生存在的问题(如：1.扩招后新生基础薄弱，质量总体滑坡，角色转换慢使新生的学习质量难达标；2.学校控制挂科率使部分学生对学习无所谓；3.减教学课时(减少了1/3左右)教学内容多使学生学习更吃力，学习兴趣更弱；4.课程内容的古板，灵活性差)，适应新情况，对症下药。本文结合作者几十年的教学经验，在新形势下从改革“无机化学”教学内容上下功夫，以期让学生增加学习兴趣和动力，达到提高学习效率的目的，成为学校达标的大一新生，为后续的课程及今后的人生打下良好的基础。

多年的教学让我体会到，“无机化学”难教之处在于：首先它是大学新生首门专业基础课，学生面临中学与大学的学习方法的根本转变；其次，该课程的大多数知识点，学生既在中学接触过(学的不深)，又与后续的“分析化学”“物理化学”“结构化学”等课程中有更深层次的重复。如何选择教学内容，做到既与中学知识衔接，又尽可能避免不必要的重复，是摆在老师面前的一个突出难题。针对目前上述问题和新生质量的偏低现象，我一直尝试对“无机化学”教材(我们选用的教材为，武汉大学、吉林大学等校编写的《无机化学》，第3版，)进行内容精选。在坚持科学性、系统性和先进性的原则下，重基础和突重点，力争较好地解决课时少(第1、2学期分别为65和64课时)与教学内容多且庞杂的矛盾。

1 做减法

新生第一学期开学晚、又要进行入学教育和军训等，还有国庆与元旦等多个假日，使课时少的“无机化学”课任务艰巨。因此，在教学内容的选择中尽量做减法，讲主干、少讲或省略相关的枝叶。重点讲解最基本的概念和理论，特别是容易混淆的知识点。如：熵、波粒二象性、状态函数、热力学的标准状态、四个量子数、杂化轨道理论、分子轨道理论等。在讲解一些重要公式(如薛定谔方程、Gibbs方程式、化学反应等温式、能斯特方程式等)时，避开复杂的推导过程，只讲透其物理意义的基础，注重应用。元素化学部分只讲重点，其它以学生自学为主。以上册“无机化学”为例，主要说明如下：

第一章：诸论。学生自学；

第二章：物质的状态。主要讲解气体分压定律、气体扩散定律、晶体等内容，其它自学；

第三章：原子结构。重点讲解，课时加码(约12课时)。薛定谔方程(包括几个量子数)只讲授其物理意义，方程的推导等省略；

第四章：化学键与分子结构。重点讲解，课时加码(约12课时)。省略异核双原子分子的分子轨道能级图；

第五章：氢和稀有气体。基本以学生自学为主，主要讲解离子型氢化物、金属型的氢化物、稀有元素主要化合物；

第六章：化学热力学初步。简讲：体积功与p-V图、燃烧热。可逆过程、吉布斯方程式推导过程自学；

第七章：化学反应速率。简讲：均相催化、多相催化、催化剂的选择性；

第八章：化学平衡。省略：化学反应等温式的推导过程、选择合理的生产条件的一般原则；

第九章：溶液。重点：依数性、溶胶。自学：溶液浓度的表示方法、溶解度原理、分配定律、高分子溶液；

第十章：电解质溶液。简讲：多元弱酸的解离平衡、多元弱酸盐和酸式盐的水解平衡。重点讲：一元弱酸、碱的近似计算公式；

第十一章：氧化还原反应。省略：氧化数法配平化学方程式。简讲：电解。省略：化学电源简介。

2 做加法

除上述做减法外，注意结合生活实际做少量加法。以提高学生的学习兴趣。以下册“无机化学”为例：

如：讲解第十二章卤素之拟卤素部分，可增加氢氰酸、氰化物与生活生命相联系的有关知识：

氢氰酸为无色液体，其蒸气剧毒，有苦杏仁味，可溶于水、乙醇、乙醚等。常见的氰化物有KCN、NaCN(俗称“三步倒”)等均有剧毒，其主要用途有：作消毒剂、杀虫剂和防霉剂，工业上多应用于冶金、电镀等方面，对环境有害。一些水果如桃子、李子、杏仁、樱桃、枇杷核仁里含有HCN与醛、酮产物-糖甙，糖甙虽然无毒，但若遇到酶、胃酸会发生水解生成HCN，结果引起中毒。由于-CN有很强的配位能力，氢氰酸或氰化物进入人体后，与含铁细胞色素氧化酶(呼吸酶)中的铁结合，造成氧的输送中断，导致组织细胞因缺氧而造成细胞内窒息。另外，氰化物对中枢神经系统有毒害，且以呼吸及血管运动中枢为甚，先刺激兴奋而后抑制，直至呼吸麻痹。

如：讲解第十三章氧族元素时，可补充当前热门元素硒的相关知识：

硒是人体必需的微量元素，当硒的质量占全部溶液质量为(0.04～0.1)×10-6时，对动物和人都有益，含量超过4×10-6则是有害的(说明把握量的重要性)。硒具有提高抗氧化抗衰老，提高人体免疫力，防癌抗癌，参与糖尿病的治疗，保护修复细胞，保护眼睛，提高红细胞的携氧能力，防治心血管类的疾病，解毒防毒抗污染，保护肝脏等功用。硒缺乏引起的典型地方病是克山病(即地方性心肌病)，这种病人血液中硒浓度下降，通过膳食中补硒可控制克山病的发生率。若体内硒过量则会中毒，症状表现为头发和指甲脱落、皮肤损伤、牙齿腐蚀和神经系统异常等。例如我国湖北恩施县就曾发生过地方性硒中毒，事故的原因是当地水中硒含量过高，导致粮食、蔬菜、水果等含硒量高，人长期食用这些食物引起中毒。硒是典型的半导体材料。硒最特殊的性质是在光照射下导电性可提高近千倍，是光导材料，可制光电管。

如：讲解第十四章氮族元素时，可加上间充型氮化物和光化学烟雾的有关知识：

间充型氮化物：如过渡金属的氮化物如TiN、ZrN、Mn5N2、W2N3等，N填充在金属结构的间隙中，合金的结构没有变，具有金属的外形，且更充实了，所以性质更稳定，一般不易与水、酸起反应，不被空气中的氧所氧化，热稳定性高，能导电并具有高熔点，适用于作高强度的材料。

光化学烟雾：排到大气中的氮氧化物和烃类，在太阳光照射下发生系列复杂的光化学反应，生成的物质与反应物的混和物是一种具有刺激性的浅蓝色烟雾。产生光化学烟雾的主要条件是：足够浓度的氮氧化物(NO、NO2)、烃类、醛类，充足的太阳光(主要作用是紫外线)，悬浮微粒和其他污染物，特定的气象条件及地理位置或地形条件。光化学烟雾能在空气中远距离传输。

我们主要以汽车排气(烃+CO+NO2)和逸出汽油后生成光化学烟雾的主要过程和反应来说明：

(烃+CO+NO2) (氧化剂和刺激剂)

光化学烟雾里有害的主要成分有两个：有刺鼻的刺激性气味NO2和强氧化剂O3，它们是危害植物的主因。此外，空气污染物中的SO2会被氧化成硫酸和硫酸盐，成为光化学烟雾中气溶胶的重要部分。烃类中挥发性小的氧化产物也会凝结成气溶胶液滴而使能见度降低。光化学烟雾的反应机理很复杂，至今尚未完全搞清楚。光化学烟雾成分复杂，对动植物和材料有害，其中有的成分具有强致癌性。人和动物受到的主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛。光化学烟雾刺激人的鼻、眼、肺和气管等器官，使人产生流泪、眼红、气喘、咳嗽等症状，浓度大时可致死。要特别强调光化学烟雾对人类居住环境危险。

3 做衔接法

“无机化学”内容的“繁、杂、散”，不要说大一新生难以掌握，就是高年级学生也不敢保证能掌握。它是涵盖“分析化学”“有机化学”“物理化学”及“应用化学” “环境化学”“材料化学”“生物化学”等课程的基础理论，对学生后续课程的学习影响很大。“无机化学”是承接高中化学知识和后续各化学课的桥梁，在某种程度上直接影响着学生对专业的兴趣和择业方向。因此对“无机化学”教学内容的改革，意义重大，老师应引起高度重视，具体应注意做好如下几个方面的衔接：

3.1 注意与中学化学知识的衔接

对于“无机化学” 中学生在中学已经学习的知识(如概念、理论、元素及其性质等)，在教学过程中可指导学生自学。但因中学教学知识程度较浅(有的知识作为选修内容)，许多概念多处于了解层面上，且各省(市、区)的学习内容存在较大差异，“无机化学”的教学内容在难度和深度上均有很大提升，这些必须注意提醒学生，注意大、中学知识的区别与提升所在。例如：

化合价概念：中学与大学的描述是不同的，大学分为氧化数和化合价两个概念，其中氧化数与中学的化合价更接近些；

硫的分子式：中学为S，大学为S8；

白磷及其氧化物的分子式：中学分别为P、P2O3和P2O5，大学相应分别为P4、P4O6和P4O10；

化学平衡常数：大学分为经验平衡常数与标准平衡常数，注意与中学的平衡常数的区别与提高；

同素异形体：告知大学除了与中学化学一样称呼外，还可叫同素异性体(更直观，能顾名思义)；

氯气在OH-中的岐化：告诉学生温度对歧化产物的影响，冷OH-溶液和热OH-溶液的产物的不同，说明大学知识在中学基础上的提高。

3.2 注意本课程前后章节知识的衔接

“无机化学”教学内容主要涉及：化学反应基本原理、物质结构与元素化学三部分内容。其中前二部分一般在上册，元素化学安排在下册。对新生而言，虽然基本原理和物质结构比较难学，有的内容还比较抽象，但对第二学期的元素化学的学习很有帮助，因为物质结构决定性质。如：原子结构——化学键——分子结构——物质性质——物质的制备与用途是关联的；化学热力学及动力学与反应方向及产率是关联的；共价键理论——酸碱理论——配位化学是相关联的。除了密切注意宏观的化学反应基本原理、物质结构和元素化学三大模块相互衔接外，也要注意各模块、各章节(中观)的知识的相互衔接。如四大平衡的共性，对所有平衡常数进行总结分析，比较其异同以利于学生掌握。

3.3 注意与其它相关课程知识的衔接

“无机化学”的许多内容与后续化学课程有部分重复，如括四大平衡知识后续的“分析化学”有；热力学、动力学、电化学和溶液等内容后续“物理化学”有20% ～ 30%的重复，为了避免与后续课程教学内容的重复，相关老师可事先沟通，“无机化学”可奉行拿来主义，主要注重公式的意义及应用，至于较难的内容如公式的推导等，可放在后续课程中讲解，学生也可随着学年的递增，循序渐进地加深难度，提升专业知识水平。

4 做结合法

4.1 注意与学科前沿知识结合，培养科研潜质

为了提高学生的学习兴趣，开阔学生视野、培养学生的科研潜质，在“无机化学”教学中要注意结合现代学科前沿知识。例如：

讲解价键理论后，可告诉学生此理论的“八隅律”可能将受到挑战，据郑锡荣报道(《化学通报》1993年第5期第39页)：1983年德国埃朗根-纽伦堡大学的Paul von Rague Schleyer等人用计算机预测了CLi6的存在和稳定性，十年后日本化学家宫藤博司是用质谱仪对100 0 K左右下在固态二锂乙炔上形成的奇异核素进行探测时发现CLi6，据宫藤计算，CLi6分子中的C-Li键的结合能约为225 KJ/mol。CLi6似乎违反了八隅规律，因为C原子周围共有10个电子而不是8个，用来与6个锂原子形成6个化学键(如图1)。乔治亚大学理论化学家Henry F. Schleyer 认为多出来的电子是用来加强Li-Li键的，这有助于解释为什么CLi6会如此稳定。

图1 呈八面体的CLi6分子模型

讲授碳、石墨等内容时，可结合近几十年研究热点纳米材料——管碳(碳纳米管)介绍： 如从1991年日本Sumio Iijima用电弧放电法制备碳材料中首次观察到纳米碳管(Sumio Iijima.Nature,1991，354(6348):56-58)，它是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空管体，管壁为类石墨二维结构(见图2)，基本上由六元并环构成。碳纳米管按管壁上的碳碳键与管轴的几何关系，可分为“扶手椅管”“锯齿状管” “螺管”三大类，按管口开合与否分为“封口管”和“开口管”两种，按管壁层数则分为单层管和多层管。管碳的长度通常只达到纳米级。到现在，人们能用纳米技术合成出机械强度超过钢铁几百倍的碳纳米管材料，纳米技术在日益增长。

讲授氢一节内容时，可在清洁能源利用上有意识地提及储氢技术的研究进展。如，1999年我国沈阳金属研究所材料科学家发表在《科学》杂志上的的研究成果(Cheng Hui-ming，等。Science,1999,286:1127-1129)：100个大气压下室温时，在纳米碳管里储存了达4.2%(质量分数)的氢气，碳氢原子比为2∶1，在室温下降压至常压，80%的氢便释放出来，稍加热剩余的氢也放了出来。到现在的研究重点主要集中在金属氢化物、配位氢化物、有机液体氢化物等等方面，但各有利弊(周鹏，等。化工进展,2014,33(8):2004-2011)。

讲述金属钛的氧化物内容时，可将自己的研究方向与讲课内容相结合，进行相关介绍：TiO2纳米材料是较理想的光催化剂，它效率高、无毒性、价格低，可循环使用，在做洁净材料和光催化降解有机污染物等方面潜力巨大。二氧化钛存在三种晶型即金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，虽然以锐钛矿型即A-TiO2的催化活性最高，但由于作为半导体的禁带较宽 (Eg=3.2 eV)，只能在紫外光下显示较好的光催化性能，对太阳光利用率很低不足5%，这大大削弱了其优良特性的发挥。掺杂改性是提高A-TiO2光催化降解效率有效途径，再向同学们分享自己在掺杂改性所做的研究工作。

4.2 注重与专业需求结合，为毕业后发展做准备

作为一门专业基础课，“无机化学”开设对象主要为化学、化工、应用化学、环境化学、材料化学、化学教育等专业和生命科学学院的学生。老师要结合专业需求，根据培养目标对教学内容选择有所侧重，为学生毕业后发展(如考研、就业、创业等)做准备。如对化学专业和化学教育(难度降低些)的学生，应该注意全面系统地进行讲解；对应用化学和化工专业的学生，除了保证重视基本知识和要求达标外，要注重对气体、热力学、动力学和电化学等方面的讲授，为其后续专业课( 如化工热力学、化工原理)及毕业后需求做准备。考虑到这两专业的学生今后可能大多成为地方特色工业经济的应用型人才，为此，可结合当地矿产特色(如铜矿)，有意识进行铜及相关金属如银、金、铅和锌等的相关知识的教学，让学生及早了解地方特色产业发展动态，有意识地为今后就业打下良好基础；对环境化学专业的学生，应加强对四大平衡、氧化还原反应、有毒有害物质的性质、自由基、配位化学等方面的知识的讲解，培养学生利用化学专业知识解决环境方面存在的问题；对材料化学专业的学生，则应注意对原子结构、分子结构、固体(结构)、金属键理论等方面的知识的讲解，培养学生能从物质结构修饰的角度，理解和解释物质结构决定其性质原理；至于对生命科学学院的学生，应少讲深奥的理论，可侧重讲授基本的无机化学理论和性质在其专业的运用，如酶(催化)的作用、配合物的相关知识、微量元素对人体的影响等。

5 结语

“无机化学”是大学化学最重要的专业基础课之一，学生对它的学习效果不但关乎教学目标的完成，更直接影响着后续化学课程。因此老师应利用“无机化学”承前启后的特点，在教学内容选择上下功夫，注重知识的衔接与递进，不但可得到较好的教学效果，而且对大一新生顺利完成中学到大学的蜕变，开启高效、愉快大学学习生活意义重大。

通过对“无机化学”教学内容的改革，我们感觉到至少有以下几点收获：首先，教学内容多课时少的矛盾缓解了；其次，教学相长效果更有效了；再次，专业的针对性更强了；最后，化学知识更新性及时了。

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