无机化学课堂教学模式改革

胡芳东　弭侃刘　福玲　高克甫　姜晓蕾

摘要：解决大学课堂“沉闷”现象和学生“抬头难”问题的首要任务是提高学生的学习兴趣。在无机化学课堂教学改革中，通过视觉化教学设计传授基础知识，结合无机化学领域前沿研究成果推动学生高阶思维的建立，协同实现课程思政的有机融入。实践表明，此种教学模式能够激发学生积极思考，提升学习兴趣和主动性，使学生在夯实基础理论知识的同时，充分认识科技强国的重要性，树立远大的人生理想。

关键词：基础知识：前沿研究：课程思政;协同作用

文章编号：1008-0546（ 2022） 09x-0016-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.09x.004

全国教育大会和《中国教育现代化2035》中提出，坚持立德树人，深化本科教育教学改革，让“学生忙起来、教师强起来”，使“效果实起来”，旨在培养德、智、体、美、劳全面发展的社会主义建设者和接班人。近年来，大学课堂的“抬头难”已成为社会关注的一个热点问题，如何打破沉默式课堂，提高学生学习的积极性是每个高校教师所面临的难题与挑战。

无机化学是科学研究物质的核心基础学科之一，是化学相关专业从高中到大学衔接的核心课程，是一门既“传统”又“时尚”的化学专业核心课程。随着新一轮中学化学教育的改革与推进，在高中化学的选修课本中已经出现“无机化学”的内容，如Hess定律、化学反应速率、化学平衡的移动、解离平衡、沉淀溶解平衡、核外电子排布、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论等基础理论。[1-4]如果不用新理论、新知识、新成果更新教学内容，很难抓住学生的学习兴趣。因此，笔者认为应将无机化学领域的前沿热点问题融入课堂教学，提高教学内容的创新性和高阶性，从而激发学生的听课热情。然而，学时数是有限的，以临沂大学化学专业的无机化学课程为例，课程共112学时，分两学期完成。课程内容多，包含基本化学原理、物质结构基础和元素及其化合物的结构与性质三部分。在有限的学时内，既要完成基础知识的讲授，又要融入最近研究成果，做好教学内容的合理编排是十分重要的，笔者尝试从学习兴趣与品德培养两方面的协同作用对无机化学课堂教学模式进行改革（见图1）。

此前我们也实施过让学生课下自主阅读文献并分组讨论，但在调研中发现，大一新生对科技论文中的最新成果十分陌生，看不懂，甚至直接放弃，收效甚微。在后续的教学中，我们将相关理论的前沿成果以图片或者视频的方式插入教学课件中，通过故事创建教学情境，帮助学生理解。同时我们还将家国情怀、环保理念、科研精神等融入故事中，激发学生情感，润物无声实现课程思政。

一、视觉化传授基础知识

首先，为了满足学生的个性化学习要求，获得更多的信息量，我们根据无机化学教学大纲，将课本所有章节内容进行合理编排，把在中学阶段已经接触到的知识放在课下自主学习，重难点部分放在课堂讲解和讨论，并以科技前沿知识进行内容拓展，让课程具有创新性和高阶性。表1为部分章节内容的编排。

在优选教学内容的基础上采用恰当的视觉表征方法，将知识可视化呈现。[5]目前，大多数课本是以文字描述的形式讲解知识，如果教师将这些文字原封不动地粘到PPT上，很难激发学生的学习兴趣，也容易造成照本宣科的现象。因此，需要将这些枯燥的文字以视觉化的方式呈现给学生，如以“图片+关键词”或者“视频+关键词”的形式。例如：如图2所示，在讲授“碳的同素异形体”时，将碳的同素异形体种类、结构、应用以图片和视频的形式呈现出来;再如讲授离子晶体NaCl结构的时候，引入专业软件（如Diamond），将复杂的晶胞堆积图画出来，让复杂的结构立体化、直观化，切实加深学生对晶体结构的感官认识，加深对离子晶体中阴阳离子配位数、晶胞离子数目等概念的理解。

由于人的大脑对视觉图像具有很高的敏感度，因此学生在学习过程中，会主动地把视觉、联想、情感、理解等多种认知心理调动起来，增加对知识的理解深度，提高知识的理解和存储效率，帮助学生形成高阶思维能力和知识体系的高品质构建能力。[6]

二、前沿成果推动高阶思维

在教学过程中，除了教会学生基础知识外，还要将知识落脚在应用上。虽然教材中也有所涉及，但其更新速度较慢，甚至部分应用已被取代，所以教师有必要结合最新文献报道，把基础理论知识对应的前沿科技成果带入课堂。

例如：图3所示，碳的同素异形体应用广泛，尤其是石墨烯，在能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用，被称为未来革命性材料。在碳族元素章节学习中，可以引入一种新的全碳纳米结构材料——石墨炔，它是由中国科学院化学研究所李玉良院士团队首次合成并开辟的碳材料新领域。在氮族元素中，磷的同素异形体，除了我们熟知的白磷和红磷，还有聚集了传统二维材料优异性能的全能材料一黑磷，其高载流子迁移率（单层具有1000 CfI12*V-1'm-1）和可控带隙（从0.3 eV到2.0 eV），让黑磷在传感器、储能、光电等领域表现出极大的应用潜力。在配合物章节中，可以介绍当前研究热点一金属有机框架配合物，笔者团队将单分散FePt与MOF或COF通過配位反应进行复合，实现药物靶向运输和药物缓释的双重作用，从而抑制肿瘤细胞的生长。通过引入无机化学前沿领域研究来强化基础知识的例子还有很多，需要授课教师深入挖掘;这种基础理论与前沿研究相结合的方式有助于激发学生的好奇心，提升教学质量，对于培养学生的科研兴趣，激发科技报国之心意义重大。

三、协同助力课程思政

2018年，习近平总书记在北京大学师生座谈会上说“要把立德树人内化到大学建设和管理各领域、各方面、各环节，做到以树人为核心，以立德为根本”。在教学过程中，结合无机化学发展史、诺贝尔化学奖得主的故事、我国科学家对无机化学做出的贡献故事等创建教学情境，将“价值引领”与“兴趣导向”相结合，激发学生情感。引导学生树立正确的人生观、价值观，是实现课程思政的一个有力抓手。[7]

例如，讲解完CO2分子结构及其性质与用途后，介绍我国科学家为实现“碳达峰，碳中和”的重大战略决策做出的重大科技创新与研究成果（见图4）。把CO2还原成C2+化学品，既有望解决温室效应，又能带来更清洁的燃料。然而，CO2还原产物的选择性是一个巨大挑战，主要是由于其种类的多样性和还原产物的还原电位相近。中国科学技术大学谢毅院士团队设计构建了一种双金属位点型超薄纳米片改变了关键反应中间体的构型，调节了反应势垒，实现精准调控还原产物由CO变为CH4。在这项研究中，涉及了反应势垒的调控和反应历程改变，应用了化学反应动力学中过渡态理论的知识，让学生体会理论知识的前呼后应，互相关联，更好地建立知识体系。将与生活密切相关的前沿科技成果介绍给学生，开拓学生视野，能够使学生深入认识和理解化学与当今人类生活的紧密关系，增强专业认同感和社会责任心，教育学生只有学好基础理论，才能实现科技报国的抱负。

四、教学反馈与效果

我们每学年都通过调查问卷的方式反馈教学效果，在对所教授的2019级82名学生和2020级68名学生就学习兴趣、知识获取、能力培养、价值塑造四个方面进行的调查中，98%的学生认为学习兴趣与品德培养协同的无机化学课堂教学模式对他们的学习兴趣与品德的培养起到了良好的促进作用。将所学知识形象化、具体化并落地应用，能更有效地理解和记忆抽象概念;科技前沿成果的引入，提高了课堂注意力，激发了他们的科研兴趣、民族自豪感和科技报国的信念。从两级学生的期末考试成绩来看，学生对于基础知识的掌握情况较好，高阶性题目也能完整作答，80分以上的占比高达74.4%，不及格的占比仅为3.1%，改革效果显著。

在兴趣的引导下，学生积极申报并成功获批多项国家级、省级、校级大学生创新创业训练计划项目，每年都有学生在大学生化学实验竞赛、“互聯网+”竞赛中获奖，培养了学生创新思维能力和严谨的科学态度。此外，在疫情防控期间，学生身体力行，利用假期投身社区疫情防控工作，说明思想政治教育已经潜移默化深人人心。

五、结语

本教学模式以学生为中心，通过对教学内容的精心设计，视觉化传授基础知识，结合无机化学领域的前沿科技成果建立学生高阶思维，协同实现了学习兴趣与品德培养的结合。多种教学方法的实施，提高了课程的创新性和挑战性，提高了学生的学习积极性，激发了学生的学习兴趣，使学生的自主学习能力、知识掌握能力显著提高;同时，在授课过程中融入课程思政内容，潜移默化地实现了对学生品德的培养。

参考文献

[1]蔡苹，胡锴，罗威，等.无机化学教学中基础知识与前沿研究的协同作用[J].大学化学，2021，36（7）：23-27.

[2] 刘海燕，代小平，张瑛，等.压缩学时背景下无机化学教学改革[J].大学化学，2021，36（7）：39-45.

[3]王甫丽，刘朴，薛红丹，等.基于中学“新课改”的大学“无机化学”教学改革探索[J].化学教育，2014，l4（8）：18-20.

[4] 李翠华，高原，朱才镇，等.高中新课程改革后大学无机化学教学改革实践与思考[J].化工高等教育，2016，33（2）：58-60.

[5]赵海燕，孙华.知识可视化在无机化学教学中的应用研究[J].大学化学，2022，37（1）：97-104.

[6]赵慧臣.知识可视化视觉表征意义解读的方式[J].远程教育，2011，29（3）：44-48.

[7]童永芬，黄智敏，邢秋菊，能力与品德同步培养的有机化学课程教学改革与实践[J].大学化学，2021，36（3）：153-158.