“科教融合”在配位化学课程教学中的探索*

金晓丽，陈卓华，刘小娣，兰 青，党萌菲，谢海泉，党元林，柳文敏

(南阳师范学院化学与制药工程学院，河南 南阳 473061)

配位化学是无机化学领域中一个热门的重要分支学科，并不断和有机化学、分析化学、物理化学等学科相互融合，现已成为了各学科之间的枢纽[1]。但是由于配位化学的基本内容固定且教学方式单一，难以达到预想的教学效果，这证明了该教学体系已不适用于当今化学教学创新性理念[2]。所以如何在保证教学内容的情况下培养出具有创新性思维的人才，是我们教育工作者应该面临和考虑的一项极其重要的课题。

目前，高等教育人数激增且知识构成变化迅速，当今社会对高等教育的需求已不满足于传统的教学手段[3]，高校教师应该注重“教学”与“科研”的双重发展。我们在教学研究中发现，通过将优秀的科研成果转化为教学资源并带到实际课堂中，可有效提高学生的科研素质和创新能力。从配合物的合成、性质研究及一系列表征实验出发，引导学生独立思考和自主动手实验，可加深他们对基础概念的理解和掌握，调动学生学习的主动性，可见这种教学方式达到了预想的育人功能。

1 配位化学教学内容和教学特点

配位化学是在化学本科专业学生修完无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等课程之后开设的一门专业选修课。本课程主要介绍配位化学的基本原理和知识，现代配位化学的新知识、新物质、新领域、新成果、进展及趋势。目前配位化学主要教学内容分为三个级别，第一级别包括配合物的基础概念、构成、分类、命名规则，和配合物的几种异构现象，教学目的是使学生对配位化学形成一个初步认识，为后面深层次的学习打好基础；第二级别主要为配位化合物的价键理论和晶体场理论的要点及应用，其中内容繁杂且较为抽象，可与前面所学过的杂化轨道理论进行联系和类比，根据学生接受程度灵活调整教学进度；第三级别主要介绍配位化学当前在科研领域的进展，介绍相关实验方法和大型仪器使用步骤，可以开阔学生的视野，培养学生的科研思维。通过本课程的学习，使学生达到以下目标：(1)培养学生掌握配位化学的基本知识、基本理论及研究任务；了解配位化学的新领域、新成果、新知识和未来的发展趋势；了解配位化学与其他学科相互交叉、渗透和融合的特点。(2)使学生对配位化学的知识具有一定的系统性和覆盖面，掌握理论与事实；培养学生运用先行课所学的理论知识来解决配位化学的实际问题；使学生了解配位化学的新领域、新知识和新成就，拓展和加深知识的层面和深度，培养学生不断吸取新知识和新技术的能力；指导学生通过书面作业、查阅文献等一系列科学方法解决日常生活、工作实践、科学研究中遇到的难题，培养学生的反思研究能力、创新意识和科研素养。(3)教书与育人相结合，理论联系实践，注重实践教学，采取启发式教学，通过课堂问答，小组讨论等形式，提高学生的认知能力和理解能力；培养学生具备团队合作精神、爱岗敬业、艰苦奋斗的科学精神和实事求是的工作态度；培养学生积极向上、刻苦务实、实事求是和勇于创新的素质。

总的来说，配位化学的教学形式为由浅入深、由表及里，在学生理解了基本概念和原理的基础上，适当引入前沿的科研知识，通过二者的协同作用让学生更好地拓宽思路、开阔视野。

2 配位化学教学模式的改革

配位化学课程知识点繁多、内容丰富，但课时少，传统的教学方式不能让学生很好地融会贯通。因此，教师们应该合理利用有限的课堂时间，不单单是为了传授知识，更应该注重对解决问题和运用知识能力的培养，提高学生学习的效率。在这门课的教学上，我们尝试开展课堂讲解和实验研究两个环节，对于不同类型的知识点采用不同的教学手段。类似于配合物的概念、结构、命名等基础理论知识，可以结合图表、模型或多媒体动画等手段，使抽象枯燥的知识变得更生动、容易理解，激发起学生对配合物学习的好奇心和积极性。对于配合物的合成、表征和应用方面，可以将现有科研实验融入教学，教会学生如何查找文献，指导学生结合所学知识和获取的资料自己设计实验。让学生在实验实践的过程中，了解配位化学在生活中、科研中的实际应用，同时也可以加深对前面所学理论知识的理解[4]。

3 将“科教融合”理念融入配位化学教学

配位化学是一门以理论为基础的学科，且其内容较为稳定，经常无法很好地展示当前学科研究进展，难以满足素质教育的要求[5]。“促进科教融合，提高育人质量”是新时期国家对高校人才培养的重要指导思想[6]。如何实现科研成果反哺教学，对培养具有科技创新能力的复合型人才意义重大。

3.1 学会查找文献，主动获取信息

教师在进行配位化学课程教学时，首先要结合自己的科研方向，向学生讲述目前配位化学中的研究热点和先进的研究成果，引起学生对科研和配位化学课程的兴趣。例如，在将配位化学的发展简史部分，可以给大家展示一篇最近发表于国际顶刊Science上的一篇论文，金属有机配合物用于高效光催化还原CO2，将其作为实例进行课堂上的讲解，通过教学使其得到转化和升级，使学生了解配合物的前沿方向，学习兴趣、独立思维与专业思维能力得到激发。高水平的研究论文是研究成果的主要呈现形式，因此，在此过程中，教师应教会学生如何查找文献，通过不同的方式获取本专业的专业知识。首先，需提供给学生查找文献的网站，如中国知网、维普、万方，以及查找外文文献的SCI-HUB、Web of science、PubMed等。然后教会学生筛选文献的方法，通过输入不同的主题、关键词、发表时间、作者等信息来获取自己想要的文献。这是一种不同于以往从书本获取信息的方式，既开阔了学生的视野，也可为不久以后参与毕业设计课题打下坚实基础。除此之外，对于教材的选择，应是以一本书作为主教材，辅以参考书、学术专著、工程案例等的结合，这样才能满足研究性教学的教学材料的开放性、先进性和研究性的特点，从而反映学科发展的前沿。

3.2 了解仪器使用，学习数据分析

实验是科研和教学过程中很重要的一环，而诸多仪器尤其是大型仪器的使用是实验过程必不可少的工具，教师在教学的过程应教会学生规范使用大型仪器，在了解仪器原理的基础上，进行实操。在讲述配合物的结构表征和测试时，引入单晶X-射线衍射、粉末X射线衍射、核磁共振、紫外-可见吸收光谱、振动光谱、差热-热量分析、红外光谱等相关仪器的使用，以此来获得配合物的组成、结构式、原子之间的相互作用以及空间排列方式等相关信息。为了更加丰富教学内容，增加学生的科研兴趣，可增加SHELXTL、XSHELL、DIAMOND等相关作图软件的教学，了解其在单晶结构解析时的应用，使抽象的结构形象化，有助于学生接受和理解。同时，要重点讲述仪器的注意事项，培养学生的安全意识。例如，在讲解用高压反应釜来制备配合物时，以中国科学院化学研究所发生由于学生操作不当，反应釜未冷却就强行开启，导致爆炸的安全事故为案例，对学生进行反应釜操作的安全教育，以培养学生的主动学习知识以及注意安全行为，满足高等教育快速、健康、可持续发展的需要。

3.3 自主设计实验，培养科研思维

实验教学是高校实践教学的主要环节之一，是“科教融合”的重要载体，也是了解配位化学基本概念的一条基本途径[7-8]。在教学的过程中，教师将相关领域的科研成果展示给学生，同时积极吸纳有创新潜质的学生参加教师的科研活动，为学生尽早接触科研创造条件。在让学生初步了解配合物和合成和表征方法之后，引导学生根据从文献中获取的信息和资料，尝试自主设计合理的实验方案。教师在对实验方案进行改进和评价之后，引导学生动手做实验，通过实验来对理论课上所学的知识进行验证，加深对配位化学知识的理解，同时也可以培养学生的科研创新思维，真正地做到理论和实践相结合。同时将课题研究成果与学生申报创新创业竞赛、大学生课外学术科技竞赛、专利申请、毕业论文设计等有机融合，推动大学生创新创业成果的转化。

4 教学设计实例

基于以上“科教融合”在配位化学课程中认知，以“分子氮配合物”为例对教学设计过程加以介绍，具体如下：

4.1 教学分析

分子氮配合物是金属有机化合物的核心内容，同时也是π配体配合物和固氮酶等后续内容的理论基础。在学习本节内容之前，学生对N2分子化学键、固氮概念以及无机化学课程中的分子轨道理论的内容已经进行了系统的学习，对金属羰基配合物的结构和化学键已有初步认识，这为本节课的学习打下了基础。

4.2 教学重难点

根据学情确定本节课的教学重点为掌握分子氮配合物的结构特点和固氮应用。教学难点为理解分子氮配合物的化学键。

4.3 教学过程

具体教学过程分为以下四个环节：(1)首先教师通过学习通发布学习任务：①查阅文献，了解什么是固氮，目前固氮的方法有哪些以及在什么条件进行的，并在下一节课进行PPT汇报。②复习羰基配合物的结构特点和N2分子的化学键，通过学习任务使学生明确预习重点和学习目标等。(2)学生通过学习通自主完成教师发布的任务。采用任务驱动式教学法来激发学生主动利用工具查阅相关中英文文献了解分子氮配合物的结构特点和固氮应用，以培养学生有意识地对学习过程中各个阶段进行计划和调节的能力。(3)讲解互动，也是最重要的一个环节。首先是创设情景，由实际生活实例“氮肥是需求最大的一种肥料，是通过合成氨的途径来制备的”来引出本节课的教学内容。接着学生根据预习内容进行汇报，总结出目前工业上最常用的固氮方法是哈伯法，哈伯法的弊端是反应条件苛刻，需要很庞大和复杂的生产设备，引导学生意识到常温常压下人工固氮的重要性。根据学生的课前预习结果，得出目前在温和条件下进行人工固氮的方法之一是形成分子氮配合物。在这个基础上设计问题：什么是分子氮配合物以及它是如何固氮的呢？让学生主动对新的概念原理进行建构，引入新知。在接下来的讲授过程中，针对分子氮配合物的化学键这一教学难点，利用信息化教学手段进行互动，应用DIAMOND等软件辅助课堂教学，通过绘制典型的分子氮配合物的晶体结构帮助学生更加直观地理解分子氮配位模式、键长、键角等，在活跃的课堂气氛中学习知识，突破难点。本节课的重点为分子氮配合物的应用，积极将“科教融合”理念融入教学中，将科学家针对常温常压下进行人工固氮所做的努力和取得的成果进行展示和讲解，让学生对分子氮配合物的了解不仅仅停留在书本，而是能通过课堂开阔视野，激发学生的科研兴趣。(4)布置课下学习任务，同时鼓励学生进入实验室尝试自己动手操作文献中的实验，并在此基础上加以改进和创新，让学生在实践中巩固理论知识，在探索中了解配合物的实际应用。

4.4 教改结果

通过此教学改革的尝试，我们明显观察到学生学习配位化学的积极性提高，很多曾经课堂参与感不强的同学也都逐渐主动发现问题、提出问题，与传统的单纯知识讲授的教学模式相比，“科教融合”使学生不再只为了通过考试应付课程，而是转变为积极主动地获取知识，可见这种教学模式的改革可以达到我们预想的效果。

5 结 语

深化教育改革创新是我国当前高等教育改革发展的必由之路，将“科教融合”理念融入高校课堂教学，是培养学生利用所学理论知识来解决实际问题、不断改善育人环境、提高科研水平、提升人才培养质量的重要途径。未来，如何做好“科教融合”评估是一个全新的课题，各高校还需进一步加强联系，建立合理的融合效果评估体系，推动实施符合我国国情的“科教融合”新模式。