无机元素化学教学改革的尝试和体会

　　无机化学包含普通化学原理、物质结构理论和元素化学三部分，学生在学好基本理论之后，将其应用到元素结构、性质规律上，因此，元素无机化学是基础无机化学的核心内容，无机化学中基本原理部分的学习是为元素部分的学习服务的，只有将基本原理熟练应用到分析元素及其化合物的结构和性能中，才有可能将元素化学学好。因此，该部分教学是开阔学生视野、培养学生创新能力、培养学生科研意识的契机。然而，元素化学的教学长期是无机化学教学的难题，究其原因，主要是由于其内容多、知识点琐碎、叙述性强等特点，如果教师是照本宣科，采用满堂灌的教学方法，无论对课本内容有多熟悉，讲课有多条理化，也难以调动学生的积极性，教学效果较差；学生也普遍反映，这部分内容学习中，内容太杂太多，大量精力用在背方程式上，仅仅能应付考试，更谈不上提高学生的创新能力和科研素质。
　　我们教学组根据我院多年的教学情况，在元素化学教学改革上，一方面对创新教学理念、创新培养模式进行探讨；另一方面，注重课堂教学过程的研究，注重提高学生兴趣，提高学生的综合分析能力。因此，我们在原来教学理念的基础上，提出了互动式无机元素化学教学方法的理念，并进行了一系列的尝试。具体内容如下：
　　一、优化教学内容，采用灵活多样的教学方法，鼓励学生探究式学习
　　元素部分内容多、教学时间紧，因此针对元素化学内容的具体情况，在教师课堂教学时，不再照本宣科，在保证知识的系统性、完整性前提下，删除那些与中学及后续相关课程重复的内容，将理论知识和元素性质相融合，以化学基本原理在元素结构与性能中的应用为主线，重点讲解结构与性质的关系。通过热力学参数以及元素电势图判断元素的性质、元素及其化合物性质的规律性等，让学生可以直接通过前面学过的理论知识来判断元素及其化合物性质。例如，通过Mn元素在酸性和碱性介质中的元素电势图，可直接判断出各价态Mn化合物在不同介质中的氧化还原能力、稳定性，从而对该元素形成一个综合的认识。在此基础上，着重总结元素物理性质和化学性质的规律性、各元素典型的性质及特点，训练学生根据每个元素在周期表中的位置即能判断该元素典型的化学性质，对每一个化学反应的反应物进行分析，能预测主要反应产物，解决学生背方程式难的问题。同时，积极创造条件，让学生参与教学过程，使学生从被动学习转变为主动学习，提高学生的自学能力。鼓励学生自主探究性学习，与中学相关知识的内容留给学生自学，引导学生进行归纳和总结。更重要的是，课后作业也不再局限于书本上的习题，而是一方面，我们要求学生在上课前通过自学，对某几个典型元素以及每一族元素的性质进行比较，并进行规律性的总结，并且在该部分内容讲解前以作业形式交上来，再通过上课时老师的讲解进行对比，来加深对元素形式的掌握；另一方面，根据元素部分应用广泛的特点，有意识地选择一些应用性比较强的题目，比如"氧利"等活性氧洗衣剂和彩漂液中活性氧的主要成分以及使用时的注意事项，该题可让学生对过氧化物以及活性氧的性质进一步加深了解；同时，我们也有意地设置几个有一定难度综合题目，让同学们可以查阅资料并进行讨论后做题，培养学生能自觉运用综合知识的能力，该部分作业也作为平时成绩的一部分计入期末总评成绩。
　　二、通过课外知识的拓展、学生的自主学习和讨论，提高学生的学习兴趣，培养学生的科研意识和创新意识
　　对大一的学生来说，很多学生还保留着高中阶段的学习习惯，除了所上课程使用的教科书外，学生看得最多的是习题集，对元素部分的学习更是缺乏兴趣，也不会利用图书馆的资料和丰富的网络资源学习相关的专业知识，更谈不上有意识地查阅有关学科新领域现状和发展动态。因此，我们在原来课堂教学的基础上，增加讨论课，将以教为主变为讨论式的教学，增加与生活相关的内容以及与现代科学发展有关的前沿知识、研究动态，以提高学生学习的积极性。在课本知识内容的基础上，我们选择了一些具有拓展性的讨论命题，讨论命题包括当今的研究前沿、化学中的学习难点、典型元素及其化合物的研究及应用，内容涉及当今化学工业、能源材料、光电材料、催化材料、无机化合物的生物效应和药用价值等，让学生充分体会到无机化合物的重要作用。通过实践发现，学生对很多讨论命题都有浓厚的兴趣。比如：锂的来源、锂电池以及锂电极材料；碳元素的性质及应用，包括金刚石、石墨、碳纳米管、石墨烯等；典型硅酸盐的结构、性质及用途（分钟筛、陶瓷等）；TiO2的结构及其光催化性能；稀土发光材料等。在第一次的实施过程中，我们将学生分为许多学习小组，给出指定的命题，让学生开展探讨性的学习，学生将收集和查阅的资料整理后写成小论文，并每组派学习小组组长在课堂上用5分钟左右进行汇报，并开展讨论，收到了一定的效果。问卷调查显示，同学们普遍反映讨论式教学能够开阔学生的视野，锻炼学生的科研意识，调动学生的主观能动性和学习积极性。但也反映出有些同学态度不积极主动，过分依赖小组长，课堂气氛也不够活跃。因此，在第二次的实施过程中，我们将讨论命题进行精炼，在考虑当今研究热点的同时，也兼顾我们学院的研究方向及研究课题，让每个学生根据自己的兴趣自己选题，独立上网查阅资料并整理出读书报告，老师从每个命题中选择一名表现优秀的学生上台，在课堂上用约5分钟的时间用PPT进行汇报，然后同学们可以自己发言进行补充和讨论，最后老师对该命题做简短的归纳总结。读书报告也作为平时成绩的一部分计入期末总评成绩。实施结果表明，同学们普遍反映良好，课堂气氛非常活跃，同学们积极参与其中、踊跃发言，锻炼了同学们的表达能力，且调动了每个同学的积极性，学习兴趣明显提高，有效激发了学生的求知欲。
　　三、通过开放式实验教学，强化书本知识，培养学生的实验技能和科研能力
　　实验教学是元素化学教学的重要环节，元素性质以及化学方程式部分将通过元素性质实验进行训练，从直觉上加深对元素性质的印象。同时，我们在每个元素实验中另外设置一个元素分离与鉴定实验，让学生在现有条件的基础上自主设计实验方案，提出合理的元素分离与鉴定路线，进一步巩固元素的典型化学性质。比如，在铬、锰、铁、钴、镍实验后，要求学生根据所做的各元素性质实验，自主设计方案，分离并鉴定Cr（Ⅲ）、Mn（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）混合液中的各种离子。另外，在元素实验的最后也设计了一个各种阳离子混合液的综合分离鉴定实验，让学生在实验的准备阶段要充分查阅文献，设计合理的实验方案，进行自主设计探究，以此来锻炼学生分析问题的能力、创造力和综合运用知识的能力。同时，针对部分拔尖的学生，学院每年设置了实验室开放基金，学生可以自己选题，通过查阅资料后，以申报项目的形式进行申报，学院经过认真筛选审批后给予一定实验经费资助，学生即可在老师的指导下开展实验研究，这种形式由于条件的限制，目前虽然只有少部分同学受益，但通过几年的实施已经显示出了良好的势头，部分同学在本科阶段已经可以完成科研论文的实验研究和撰写工作，这说明实验教学在培养创新性拔尖人才方面有着较大的作用。
　　在教学过程中明确培养目标，精选教学内容，关注科学前沿，拓宽知识结构，改革教学方式，贯彻新的教学理念，培养学生自主学习习惯，促进教学效果的提高，元素部分的教学恰恰是培养创新意识的最好契机。通过互动式教学，将元素化学的教学内容进行合理的分工，将以上三个教学环节结合起来，教学条理性将更明确，让学生不仅巩固了化学基本理论知识，通过实验教学更直观地掌握了元素及其化合物的性质，更重要的，通过自主查阅资料和课堂讨论，学生的学习主动性将得到很大的提高，创新意识将大大增强，为其它专业课的学习打下良好的基础，对创新性专业人才的培养具有重要的意义。