金课建设背景下无机及分析化学习题的改革与实践*

景红霞, 李巧玲, 武志刚, 段红珍，焦晨旭

(中北大学 理学院化学系，山西 太原 030051)

教育部《关于一流本科课程建设的实施意见》(教高[2019]8号)文件明确指出：“要加强研究型、项目式学习，丰富探究式、论文式、报告答辩式等作业评价方式，提升课程学习的深度。加强非标准化、综合性等评价，提升课程学习的挑战性”，对“金课”建设提出了明确的指导和要求。“金课”即一流课程，是高校课程未来发展的新形态，是推动高等教育教学质量改革，实现高等教育内涵式发展的必然趋势，一时之间成为高校教育教学改革方向[1-2]。

《无机及分析化学》是《无机化学》和《分析化学》两门课程的有机整合，其后续课程是《有机化学》《物理化学》等相关基础课及专业课。因而，无机及分析化学的“金课”，不仅要包含相关理论基础知识，还要结合学科发展前沿，让学生掌握基础知识和技能，训练其思维能力和创新能力[3-4]。习题是搭建学生学习理论与联系实际的重要桥梁，对于学生巩固基本知识点，培养正确思维方法和灵活运用基本知识解决实际问题的综合能力具有重要意义[5]。本文以《无机及分析化学》课程为例，探讨课程建设中的有关习题的改革，即非标准答案试题的实践过程与教学效果。

1 《无机及分析化学》习题的改革

无机及分析化学的课后习题，大多是以巩固章节所学知识为目的而设定的，其特点是条件充足，结论唯一，基本上都有标准的答案，学生只需根据某个知识点的内容套用公式，即可算出答案。这种以强化知识和套用公式的学习，更多地是关注学生学习的结果，只能使学生积累一些基础知识，却无法培养学生应用知识的综合能力和自主创新能力。而且，这类习题难度不大，没有挑战性，学生会感到枯燥乏味，难以引起学习兴趣。

开放式习题是仅给出框架性和方向性要求，不给出具体的已知条件，学生需要通过查阅资料或自己设定部分条件进行习题的求解，因而这类习题没有标准的解题过程和答案。

因此，针对上述问题，为了激发学生学习兴趣，培养学生应用知识的能力和创新能力，以教育部教高[2019]8号精神为指导思想，我们在《无机及分析化学》课程中增设非标准答案习题—开放式习题。首先，我们结合我校各专业需求，设计出《无机及分析化学》课程开放性习题，并制定出评价标准。然后，将其广泛应用在教学中，并将其引入到期末考试中，以达到激发学生学习兴趣，培养学生自主创新意识和创新能力，提高学生综合应用知识的能力的目的。

1.1 增设解决实际生产生活的开放式习题

在习题中增设能解决实际生产生活的开放式习题。学生在解答此类开放式习题时需要建立一个知识网络并从中提取解题的关键点，而构建知识网络的过程就是梳理知识之间联系的过程。通过完成此类开放性习题，不仅让学生跳出“公式—计算—唯一标准答案”的传统思维模式，而且使学生对无机及分析化学产生了浓厚的兴趣，觉得这门理论课程能解决较多实际生产、生活问题，从而提高学生应用知识的综合能力。

1.2 增设充满想象力的开放式习题

在学生能较好地解决实际生产生活习题的基础上，增设充满想象力的开放式习题。爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象概括一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉”。可见，没有想象就没有创造，善于创造之人必善于想象。因此，在开放式习题的设计中加入富有想象力的元素。通过完成此类开放性习题，使学生在学习和应用知识的过程中，更要想象、独立思考、自由探索，从而激发学生异想天开、创新创造的能力。

1.3 建立开放性习题评价标准

对于《无机及分析化学》课程的非标准答案试题，我们主要从三个方面对其进行评价：第一，学生获取所需资料的能力；第二，学生面对生产生活实际问题时，能综合运用所学知识去分析问题、解决问题的能力；第三，学生能充分发挥想象，从新的视觉去发现自然界中可利用无机及分析化学原理解决的事或物。

2 《无机及分析化学》开放性习题的设计及实践

2.1 解决实际生产生活的开放性试题的设计及实践

《无机及分析化学》课程是化工、环境等专业的理论基础课，是培养各专业人才的理论基石。因此，本课程设计能解决实际生产生活的开放性试题，既能引起学生对化学相关课程的兴趣，又能为后续课程的学习打下坚实的理论基础。

案例1：实验室有一瓶含有甲酸的试液，欲测出甲酸的含量(不考虑干扰因素)。

1)请问可以采用哪些方法进行测试？

2)在以上可行的方法中选择一种方法，设计其具体实验方案，并写出甲酸含量的计算公式。(如选择滴定分析法请从滴定分析的可行性，反应原理，指示剂的选择依据等方面考虑)

这是一道综合性较强的题，学生首先要考虑甲酸的性质，甲酸既具有酸性，又具有还原性，所以如果采用化学分析法计算其含量，则可以利用酸碱滴定法或者氧化还原滴定法，然后根据滴定分析的判据以及指示剂的选择依据，可选择酸碱直接滴定法和氧化还原返滴定法。如果采用仪器分析法计算其含量，可以利用电势分析法，即设计测定容易pH的工作电池，来分析甲酸含量。

案例2：实验室欲用Ag+/Ag和Fe3+/Fe2+两个电对组成原电池，原电池反应如下：

1)判断该原电池反应在 298 K，标准状态下能否自发进行？并从热力学角度加以证明。(自行查找相关数据)

2)该原电池反应在 298 K 时进行的程度如何？

3)如果该原电池反应在标准状态下能自发进行，请自行设计实验条件，使该原电池反应能逆向自发进行。从改变溶液浓度、生成沉淀或生成配合物三个角度设计，写出具体实验方案，并从热力学角度加以证明。(三个角度只需选择其中一个角度加以设计、证明。)

这一题为原电池的设计，表面上看属于氧化还原平衡中的内容，但要解答此题，却要利用热力学知识判断反应方向，化学反应限度和化学平衡移动原理，判断反应进行的程度和改变反应方向的影响因素，而设计具体实验条件时就要用到酸碱平衡、沉淀平衡和配位平衡的知识。

学生通过完成此类题目，第一，可以建立根据分析对象和分析要求选择适合的分析方法、设计相应的测试条件，并正确处理分析结果的思维。第二，可以搭建处理常见化学反应的思维。即，反应能否正向自发 — 如能正向自发，得出反应的限度 如何通过改变反应的条件，改变反应的方向。第三，在解决以上题目遇到困难时，学生可通过查阅书、资料或者找老师答疑等方式予以解决。通过完成此类题目，使学生对本课程产生兴趣，发现这门课程可以解决许多实际生产、生活问题。因而学生学习的积极性大大提高，从被动式学习转为主动式学习。

2.2 具有想象力的开放性试题的设计及实践

《无机及分析化学》课程的学习，不仅要包含相关理论基础知识，结合学科发展前沿，让学生掌握基础知识和技能，还要训练其思维能力和创新能力。目前，环境污染和能源危机是当今社会迫切需要解决的两大基本难题。因此，本课程根据当今社会的需求，并结合各专业设计了几个具有想象力的开放性试题。

案例1：对于环境专业的开放性试题。随着经济的高速发展，汽车的大量制造和使用虽然给人类生活带来了便捷，但是汽车尾气的大量排放却加剧了环境污染，这样不仅影响了国家可持续发展目标的实现，也给人类生命健康造成了巨大的威胁[6,7]。因此，请通过查阅文献了解汽车尾气的主要成份有哪些？选一种有害成份试图采用化学反应法对其进行处理。写出其可行的反应方程式，并结合反应热力学和动力学知识，判断其反应的可行性，影响反应速率的因素，反应的限度以及其影响平衡移动的因素。

案例2：对于材料、化工专业的开放性试题。新能源技术是解决能源危机、保护自然生态的重要措施，也是满足人类文明可持续发展的重要保障。其中，新能源材料的研发与应用是重中之重[8]。因此，通过查阅文献，选择自己感兴趣的新能源材料，自行设计其制备反应方程式，结合反应热力学和动力学知识，判断其反应的可行性，影响反应速率的因素，反应的限度以及其影响平衡移动的因素。

这两个案例都要运用本课程所学的基本知识：根据Gibbs-Helmholtz方程判断反应的自发性；再利用反应的标准摩尔自由能变与标准平衡常数间的关系，得到其标准平衡常数，即反应限度；并简单分析其影响平衡的因素。学生们根据所查阅的文献，选择了不同的汽车尾气成份，例如二氧化氮、一氧化碳等；以及不同的新能源材料，例如光电池电解水制取氢气， 化学反应法制备氢气等。

在以上开放性试题的评价过程中，尽管他们选择的目标物不同，但是只要他们能根据目标产物设计出相应的化学反应过程，即反应方程式，并利用本课程所学知识点，对反应方向、速率及平衡进行合理分析，得到成绩的等级就可以是“优”。尽管有的学生设计的反应不太合理，这是由于他们专业知识储备不够造成的，对于这种开放性习题，主要是鼓励学生根据自己所查阅的知识选择论点，对自己所学的内容进行批判和反思，鼓励学生独树一帜，鼓励学生新、奇、特的想法。

3 结语

经过两个学年的改革，首先，学生在完成非标准答案试题的过程中，自己利用所学知识去解决生产生活中的实际问题，发现学这些知识是有用的，找到了成就感，从而自发自主学习，激发了学生学习的兴趣。同时，学生们对于非标准答案试题的兴趣和投入度远大于教材上的课后习题，他们不仅能自觉复习总结，而且还能查询资料，答案尽管不能做到完美，但是他们自学和解决问题的能力得到了提升。再者，他们能从新的视觉去发现自然界中可利用无机及分析化学原理解决的事或物，具有一定的创新意识和创新能力。总之，《无机及分析化学》从习题的维度去促进教学创新和改革，打造具有高阶性、创新性和有挑战度的“金课”。