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关键词:无机化学;现状;无机合成;制备化学研究
【分类号】:H319
一、无机合成与制备化学研究进展
无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位,是化学和材料科学的基础学科。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面:
1.1极端条件合成。在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成,并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。
1.2软化学合成。与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化,即温和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性,减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学――即“软化学合成”,正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点,因而在无机材料合成化学的研究领域中占有一席之地。
1.3缺陷与价态控制。缺陷与特定价态的控制是固体化学和固体物理重要的研究对象,也是决定和优化材料性能的主要因素。材料的许多性质如发光、导电、催化等都和缺陷与价态有关。晶体生长行为和材料的反应性与缺陷关系密切,因此,缺陷与价态在合成中的控制显然成为重要的科学题。缺陷与特定价态的生成和变化与材料最初生成条件有关,因此,可通过控制材料生成条件来控制材料中的缺陷和元素的价态。
1.4计算机辅助合成。计算机辅助合成是在对反应机理有了了解的基础上进行的理论模拟过程。国际上一般为建立与完善合成反应与结构的原始数据库,再在系统研究其合成反应与机理的基础上,应用神经网络系统并结合基因算法、退火、mon te2carlo 优化计算等建立有关的合成反应数学模型与能量分布模型,并进一步建立定向合成的专家决策系统。
1.5组合化学。组合化学是利用组合论的思想和理论,将构建单元通过有机/无机合成或化学法修饰,产生分子多样性的群体(库),并进行优化选择的科学。组合化学用于合成肽组合库,也称组合合成、组合库和自动合成法。组合方法同时用n 个单元与另外一组n′个单元反应,得到所有组合的混合物,即n+ n′个构建单元产生n×n′批产物。
1.6理想合成。理想合成是从易得的起始物开始,经过一步简单、安全、环境友好、反应快速、100% 产率获得目标产物。趋近理想合成策略之一是开发一步合成反应,如富勒烯及相关高级结构的合成,从易得的石墨出发,只需一步反应即得到目标产物,产率44%。趋近理想合成策略之二为单元操作。相对复杂的分子,如药物、天然产物的合成,需要多步反应完成。在自然界里,生物采取多级合成的策略,在众多酶的作用下,用前一步催化反应的产物作为后续反应的起始物,直至目的产物的生成。
二、固体无机化合物的制备及应用
2.1光学材料的研究。1983年苏勉曾等在系统研究氟卤化物的X-射线发光及紫外发光现象的过程中发现了BaFX:Eu2+晶体经X-射线辐射后着色的现象开始注意到晶体中色心生成并于1984年开始研究晶体的X-射线诱导的光激励发光现象及发光机理用光激励发光材料制成了图像板作为X-射线的面探测器。他们还设计制作了一台由光学精密机械和计算机组成的计算X-射线图像仪已可以获得清晰的X-射线透视图象和粉末晶体衍射图像。
2.2多孔晶体材料的研究。徐如人、庞文琴等在水热法合成各种类型分子筛的基础上发展了溶剂热合成法利用前驱体和模板剂制备了一系列水热技术无法合成的新型磷酸盐及砷酸盐微孔晶体所合成的JDF-20是目前世界上孔口最大的微孔磷酸铝;1989年徐如人、冯守华等首次报道了微孔硼铝酸盐的合成和性质之后又获得了一系列新型微孔硼铝氯氧化物。其中硼的配位数可取4也可取3但不会高于4;铝、镓、铟的配位数大多超过4有的甚至达到6。所有这些都突破了传统分子筛纯粹由四面体结构基元构成的概念为开发新型结构特征的微孔材料提供了丰富的实验依据。
2.3金属氢化物的研究。申泮文等设计了有特殊搅拌设备的固-液-气多相反应釜使“金属还原氢化反应”在400~500℃范围内进行完全;利用此类反应以新方法合成复合金属氢化物;以“共沉淀还原法”“置换扩散法”制备了钛铁系、镍基或镁基合金等储氢材料;创造了钕铁硼等永磁材料合成新工艺。
2.4 C60及其衍生物的研究。1990年底中国科学院化学研究所和北京大学开始C60团簇的合成实验研究尔后国内10余个单位相继开展了C60的研究取得了很好的结果如首先在国际上建立了重结晶分离C60和C70的方法;在国内首次获得了K3C60和Rb3C60超导体达到了当时的国际先进水平;发现在阴极中掺杂Y2O3可以大大提高阴极沉积物中等碳纳米管的含量;首先报道了直接氧化C60含氮化合物的研究成果等。
三、室温和低热固相化学反应
3.1固相反应机理与合成。忻新泉等近10年来对室温或近室温下的固相配位化学反应进行了系统的研究探讨了低。热温度固-固反应的机理提出并用实验证实了固相反应的四个阶段扩散-反应-成核-生长每步都有可能是反应速率的决定步骤;总结了固相反应遵循的特有的规律;利用固相化学反应原理合成了几百个新原子簇化合物、新配合物以及固配化合物。
3.2原子簇与非线性光学材料。非线性光学材料是目前材料科学中的热门课题。近10多年来人们对三阶非线性光学材料的研究主要集中在半导体、有机聚合物、C60以及酞菁类化合物上而对金属簇合物的非线性的研究几乎没有。忻新泉等在低热固相反应合成大量簇合物的基础上开展了探索研究发现Mo(WV)-Cu(Ag)-S(Se)簇合物具有比目前已知非线性光学材料更优越的三阶非线性光限制效应使我国在这一前沿领域的创新工作中占有一席之位。
3.3合成纳米材料新方法。纳米材料是当前固体物理、材料化学中的又一活跃领域。制备纳米材料的方法总体上可分为物理方法和化学方法两大类。贾殿赠、忻新泉等发现用低热或室温固相反应法可一步合成各种单组分纳米粉体,并进一步开拓了固相反应法制备纳米料这一崭新领域取得了令人耳目一新的成绩。如在深入探讨影响固相反应中产物粒子大小的因素的基础上实现了纳米粒子大小的可调变;利用纳米粒子的原位自组装制备了各种复合纳米粒子。该法不仅使合成工艺大为简化降低成本而且减少由中间步骤及高温固相反应引起的诸如产物不纯、粒子团聚、回收困难等不足为纳米材料的制备提供了一种价廉而又简易的新方法亦为低热固相反应在材料化学中找到了极有价值的应用。
关键词 多媒体教学 无机化学教学 高等教育
中图分类号:G424 文献标识码:A
On Application of Multimedia in College Inorganic Chemistry Teaching
LIU Chunbo
(School of Chemistry & Chemical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013)
Abstract In traditional college inorganic chemistry teaching, due to the restrictions of academic characteristics, resulting in significantly lower efficiency and quality of teaching. In order to improve the quality of university teaching inorganic chemistry, the effective expansion of class size, improve college inorganic chemistry class efficiency, we inorganic chemistry in college teaching introduces multimedia teaching. Use of all the advantages of multimedia teaching and optimize the quality of teaching. This paper mainly analyzed and discussed application of multimedia in college inorganic chemistry teaching.
Key words multimedia teaching; inorganic chemistry teaching; higher education
1 多媒体教学优势应用的分析
(1)提高教师讲授效率,形象教学增进学生的理解。对于无机化学教学,有些东西是难以运用语言起到良好的教学效果,比如说原子结构、分子结构等内容,运用语言是很难表达教师的主观目的,教师讲授过程中虽然有时候可以表达清楚,但是这样既耗时又费力,严重影响了教学效率,不如多媒体教学直观,简单易行,从而提高教师讲授效率。其次对于某些比较抽象的事物,教师可以利用多媒体形象生动的特点,将比较抽象的事物用动画呈现给学生,化抽象的理论为形象、化难度为易点,通过利于学生接受的形式展现,增进学生的理解。此外,通过这种形象生动的教学方式,可以激发学生的学习兴趣,提高学生学习的积极性,从而在一定程度上提高了教学效率。
(2)扩展了课时容量。无机化学学科涉及的知识面比较宽泛,内容比较多样,学生所要学习的东西越来越多,再加上现有课时不断减少,在有限的课时内完成如此大量的学习内容,其课时量非常繁重。在过去,教师们为了能在有限的时间内把所有的课程讲授完,他们不得不选取重点进行讲授。例如在红细胞溶液的知识讲解的过程中,可以采用将红细胞在不同溶液中的形态Flash画面展示给学生,减轻了学生思考的时间,使学生直接理解,这样不仅减少了老师以前大量不清晰的赘述,而且提高了学生的理解能力,在一定程度上从两方面扩展了课时的容量,同时学生的印象也比较深。同时对于课时也要有序,咬文嚼字的教学并非无机化学的好的教学方式,无机化学多媒体的教育要有趣,引导学生积极参与进来,用有限的时间扩大无限的课堂容量,让学生与教师充分地配合,才能更好地教学,以便更好地完成教学任务。
(3)提高学生的专注度,提高无机化学课时效率。教师通过多媒体技术在高校无机化学教学中提高学生的兴趣程度,使原先的课堂由枯燥变为生动,在提高学生的专注度的同时,提高了无机化学课时效率。利用多媒体技术辅助无机化学教学,可以形象地模拟演示铜锌原电池中Zn、Cu、Zn2+、Cu2+等的运动情况,接着再对铜锌原电池装置中电子的得失进行动画模拟演示其运动情况。提高学生的学习专注程度,从而提高无机化学课时效率。当然科学的教学是教师的基本职责,并将教学的方式和成果融入到实际教学中去,并不断提高无机化学教学的学术水平。在教学过程能扩大和积累广博的学科知识,不仅是对教师的全面促进,更是对学生的最佳教育方式。所以,无机化学的教学要从把教学提高到人才培养的角度来理解,尊重人才培养这一理念职责的问题。
2 多媒体在高校无机化学教学中的注意事项
(1)把握高校无机化学教学中的重点。多媒体教学在高校无机化学的应用的终极目的是提高了教学质量,有效扩展课时容量,提高课时效率。我们应该在此基础上进行多媒体教学,因此在利用多媒体教学的过程中应该抓住重点、把握要点,这样才能达到多媒体在高校无机化学教学中有效应用的目的,切忌一味地提高学生的兴趣,忽视教学的重点。
(2)控制教学速度。多媒体在高校无机化学教学中应该在学生完全接受的前提下,进行速度的提升,从而提高课时容量和课时效率,但是不能一味地提高教学速度,忽视了学生的理解能力,因此应该保证学生理解的前提下,控制教学速度,否则会较低教学效果。在这一点上,对于刚刚走上工作岗位的大学教师,由于对学生的理解能力和基础知识缺乏深度了解和过分依赖多媒体课件,会造成教学速度过快,学生对教师讲授的内容囫囵吞枣,不能深入透彻地理解。(下转第186页)(上接第184页)
(3)注重教和学相辅相成。在多媒体进行授课的过程中,老师应该有效地调动学生学习的积极性,从而提高学习效率。教师作为学生学习的引导者和教授者,应该在“教”的过程中注重学生的“学”,使两者相辅相成,使学生成为主体,让学生化被动为主动,最终达到及时掌握、领悟学习内容的目的。提高多媒体教学在无机化学教学课件上的应用,不仅增大了信息量,更扩大了学生认识度和范围,这样提高了课时的效率,达到了预期目标,还提高了学生们的积极性。
(4)注意多媒体教学与传统教学手段相结合。尽管多媒体教学在提高教师的课堂讲授效率,扩展课时容量,提高学生的学习效率上起到了至关重要的作用。但其不能代替所有传统的教学手段,必须与传统的教学手段有效结合才能起到更好的效果。传统的教学手段主要包括教科书、粉笔、黑板、挂图、模型等手段。从当前的教学实际来看,传统的教学手段仍在发挥着重要的作用,如教科书能使理论知识具有概括性、系统性和连续性,黑板则具有随讲随写的灵活性,挂图模型则具有可操作性与直观性等优点。有些课程和教学内容,利用传统课堂教学手段来完成,效果要远远高于多媒体教学。教师可以让学生在利用多媒体欣赏图片时,结合传统教学手段展开教学内容,层层深入,采用启发式教学方法,不断启发学生思考,从而使之领会概念、掌握原理、发现和解决问题,鼓励学生在自由的课堂气氛中,大胆地推测,发表己见,开展讨论,使得教师和学生有良好的交互性。因此,在多媒体教学中可以适当地运用传统教学的调控作用。关注学生的反应,最大限度地发挥教师、学生的潜力和师生之间配合的效力,达到教学的高效率高质量。
3 讨论
综上所述,通过对多媒体教学应用的探究,发现多媒体在教学过程中不仅提高了高校无机化学的教学质量,有效地扩展了课时容量,提高高校无机化学课时效率。此外在多媒体教学过程中,应该注意把握高校无机化学教学中的重点、控制教学速度、注重教和学相辅相成的基本性质,从而实现合理利用多媒体教学的优势,实现化学教学的新突破。
参考文献
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[2] 金燕.多媒体教学课件质量与教学效果的因素探析[J].电化教育研究,2007(5).
[3] 孙先明,付艳锋.多媒体教学中存在的问题及对策[J].教育探索,2006(9).
Applied undergraduate food major "inorganic and analytical chemistry"
Curriculum Teaching and Experience
ZHANG Wen-li1,2 ZHANG Jian-ping1,2* CHEN Shang-long1,2 WU Yong-hua1,2 YU Nan-nan1,2
(1. School of Food Science and Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221018, Jiangsu Province, China;2. Key Laboratory of Food Resources Development and Quality Safety, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou, Jiangsu 221018, China)
【Abstract】The article mainly introduces the teaching process and experience of the subject basic course "inorganic and analytical chemistry" in the subject of Application-oriented Undergraduate food specialty. The author puts forward the measures and methods to improve many problems in the new students' weakness in the course, content of courses and limited courses hours.
【Key words】Application-oriented Undergraduate; Food specialty; Inorganic and Analytical Chemistry; Subject Basis Courses; Teaching
“?o机及分析化学”是将无机化学和分析化学两门课程整合为一的课程[1-3],这门课程不仅是化学专业的必修课,同时也是近化学专业如食品、环境、生物、医药、材料等专业的学科基础课[4]。因此,学好这门课程至关重要。对应用型本科食品专业[5-9]来说,这门课程的教学要做到重视基础内容,敢于摒弃、整合旧内容,及时补充新理论知识,让学生所学知识能应用到后续专业课的学习和实际生活中。随着近年应用型本科食品专业基础课程教学的改革,“无机及分析化学”的课程[10-12]教学现状如下。首先,该课程的课时数相比以往有所减少,目前我校食品专业无机及分析化学有64学时(不包括实验)。课时数减少的同时食品专业所需的相关化学学科基础知识并没有减少,这在一定程度上加重了教学难度。其次,我校食品专业学生来自全国各地,除了高中时期专门参加过化学竞赛的同学基础稍好,其他同学的化学基础知识相对薄弱。这对于教师讲课的内容和教学设计有一定的挑战。再者,该课程是食品专业的学科基础课,开设在大学的第一学期,该课程与“生物化学”、“食品化学”等课程联系比较紧密,该课程的学习效果直接影响后续专业基础课的学习。最后,应用型本科食品专业的学生需要掌握好无机及分析化学理论知识的同时也要有熟练的实验操作技能。因此,教好和学好无机及分析化学对食品专业新生的学习兴趣、知识积累和科研素质培养非常重要。
本课程的教学要完成教学任务,更要为食品专业的学生打下扎实的化学基础。结合自身的实际教学来说,该课程总体教学的时间紧,内容多,任务重。这就要求我们能根据学生的具体情况和专业的要求,提出教学目标,以此来安排合理的教学。下面我将结合自身的教学过程,从几个方面谈谈应用型本科食品专业无机及分析化学课程的教学目标、教学内容、教学方法及课程教学的体会[13-18]。
1 教学目标
“无机及分析化学”是食品专业本科生的重要学科基础课。该课程的教学以教师课堂讲授为主,课堂提问、课后练习和实验课为辅。该课程安排在第一学期,是学生进入大学后的第一门学科基础课,现总学时 64学时,每周 4 学时。课程教学开始前,需要了解学生的相关化学知识学习状况: 该门课程所教授的知识点,学生在高中阶段接触过,但不够系统和深入,除非参加过竞赛的同学。所以说,学生整体化学知识薄弱。鉴于现状,整个课程中无机化学部分比例稍大,占36个学时,分析化学占28个学时。具体目标有以下几个方面:首先,该课程能培养学生具有分析、处理一般无机与分析化学问题的初步能力,同时培养学生严谨细致、实事求是的科学作风。其次,该课程要求学生对课程中知识的重难点明确掌握,课后作业题独立完成。再者,涉及该课程的具体内容有:让学生重点掌握平衡的原理、溶液中的各种化学平衡及其在分析化学中的应用,让学生建立准确的“量”的概念和掌握各种化学分析方法;让学生掌握化学热力学、化学动力学、原子和分子结构、分散体系和溶液等方面的基本理论和基本知识;让学生掌握分析化学中的滴定分析、重量分析和吸光光度分析的基本理论和方法。
2 教学内容
为了实现上述的教学目标,我们是以 “加强理论基础知识,重视实验操作,联系实际问题,反应科学前沿” 作为该课程教学的指导思想。食品专业本科生所学习的 “无机及分析化学” 课程中涉及到的大多数知识点,在后续的“物理化学”“生物化学”“有机化学”等课程中又会在更深的层次上重复。那么如何选择该课程的教学内容,避免不必要的重复,这也是一个难题。首先,在教学内容的选择上,注重知识结构的整体性教学,突出知识体系的主干,不讲或少讲与食品专业后续学习无关的部分,重点讲授基本的、容易混淆的和难以理解的概念。使学生的知识体系更加清晰和系统。其次,在教学内容的选择上注意理论与实验和实际的结合。该课程分为两个部分,一是,无机化学侧重于元素化学的学习,二是,分析化学侧重于分析科学思维模式的培养。两者都需要联系日常生活中的实验现象和实际生产。通过增加“应用实例”,比如:测定三聚氰胺中蛋白质的含量或麦芽糊精中总糖含量的测定,来提高学生们学习该课程的积极性和热情。再次,在强调基础理论知识的过程中要反应科学前沿,具有先进性。满足一些学生的好奇心,同时也能拓宽他们的知识面。
3 教学方法
在课程开课之前,通过对食品专业学生的新生调查可知,不同地区中学化学课开课情况以及掌握情况各不相同,有些新生甚至没有接触到化学实验。鉴于上述情况,我们需要从教学方法上提高教学效果,调动学生的积极性,让学生打下扎实的基础,培养学生的创新思维和能力。从以下几个方面着手:
(1)开阔学生视野,让学生充分了解“无机及分析化学”这门课程的地位和用途。该课程是化学两大基础学科分支的结合。通过学习无机化学,我们可以不断认识和改造物质世界,还能创造新的物质世界。通过学习分析化学,将有助于我们对原料的筛选,对工艺流程的控制以及对食品质量的检测。该课程作为应用型本科食品专业的学科基础课,对后续“食品分析”“微生物学”“食品化学”等专业课的学习起了至关重要的作用。同时,也让学生了解学习该课程在将 来从事食品的教学、科研、管理、生产等各领域、各部门工作时都颇有益处。
(2)加强基础知识学习,突破重难点。结合该课程的特点和专业的需求,对教材的内容有所增?p。但是,基本知识、反应、公式和实验都是需要系统的学习。在实际教学中,促进学生学习知识与提高素质相结合。将教学中的重难点布置成思考题,以此来启发学生的思维。课堂上不能自导自演,要做到与学生互动。可以提出问题让学生交流讨论,及时的进行反馈点评。增加课堂提问和练习的力度。根据课堂学生反应情况布置课后习题,巩固课堂所学知识。布置课后练习时要做到有针对性,有层次性,从而使每位学生都能够较好地掌握。
(3)认真的备课,做到有备而去。讲授时要做到主次分明,层次清晰。更新自己的教学手段,做到理论与实际相结合。采用多种教学方式:启发式、讨论式和参与式。根据学生的反应及时调整教学策略。讲课时要做到深入浅出,化繁为简,有快有慢,循序渐进。根据教学进度计划表,运用好教材,有条不紊的进行教学。同时也要注意培养学生自主学习、独立思考的能力,有些知识没必要讲的太细太繁。
(4)理论课的学习一定要与实验课相结合。通过具体的实验操作,增加学生学习理论课的兴趣,也能起到巩固理论知识的效果。鼓励学生参加各类开放性实验和创新实验,结合实验也可以对理论知识进行查漏补缺。比如,通过分光光度法测定待测铁样中总铁的含量,来巩固分光光度法的原理。此外,通过实验也能够训练学生正确的掌握化学实验的基本操作技能。综合性实验也可以锻炼学生的动手能力,提高分析问题和解决问题的独立工作能力。
(5)利用课外时间对学生进行辅导答疑。大学新生第一学期的课程相对不多,学生有充分的时间学习和巩固该课程。针对作业中出现的问题,要对学生进行分类辅导,如概念类、原理类、反应类、方法类、浓度类和计算类等。辅导结束后,学生要继续做题进行巩固,达到真正理解和应用的过程。
生物无机化学是由无机化学、生物化学、临床化学和医学交叉融合而发展起来的一门新型边缘学科,在分子水平甚至量子水平上,研究和阐明生物体内生物大分子配体与无机元素有关的各种相互作用的学科[1]。它包括两个主要部分:一是研究生物体中天然存在的无机元素,二是把金属引入生物体系中作为探针和药物。
1 药学专业无机化学教学中渗透生物无机化学的重要性
在我国很多医药院校的药学专业中,药学教育的模式一直是化学模式。由于,无机化学的理论学习中要求记忆的东西很多,较枯燥,导致了很大一部分同学在学不到一半的时候就放松了学习,明显影响学习效果。如果能够在教学过程中有意识地引进一些生物无机化学的新知识、研究的前沿和热点问题,及相关的人文科学知识,将大大提高药学专业学生的学习无机化学的兴趣,为提高其综合素质和培养其创新能力提供坚实的基础。在我国的一些院校的化学系开设了生物无机化学的选修课程。但是对于药学专业进行生物无机化学教学受到学制短、化学课课时少及化学和生物化学基础知识差等客观条件的限制。为解决这个问题,可以在学习无机化学的过程中有意识地渗透一些生物无机化学方面的知识,以达到提高学生的学习兴趣等的效果。
2 在药学专业无机化学教学中渗透生物无机化学的内容
在药学专业使用的无机化学教材中,隐含着丰富的生物无机化学教育内容[2](图1),教师要有计划地把这些知识渗透到教学过程中去,使学生在学习无机化学知识的同时,获得更多与药学相关的知识。因此在备课时,教师需要熟读教材,找准无机学化各章节中渗透生物无机化学知识的结合点。
2.1 绪论部分
无机化学是一门理论性较强、较抽象的课程。在绪论课时,教师适当的渗透一些无机药物方面的知识(表1),将对提本文由收集整理高学生学习无机化学的兴趣起到事半功倍的效果。
2.2常见非金属元素及其化合物
非金属元素的生物无机化学的内容相对偏少,但也还是存在足够的可讲的知识点。如,三位科学家由于发现一氧化氮作为人体中一种重要的信号分子而于1998年获得诺贝尔医学奖。一氧化氮是第一个被发现的参与细胞信号转导的气体信号分子。一氧化氮是随血液存在于人体各处,只要有血液的地方就有一氧化氮的存在。一氧化氮参与的生命活动非常广泛,在神经、免疫、呼吸等系统中发挥着重要作用。人的机体内有很多信号系统,它们可以调节全身的血管网络,一氧化氮可以使微循环畅通,保证含氧血运送到人体各组织和器官当中,让人体血压保持在适当水平。人体内生成的一氧化氮自由基,可以穿透任何细胞,到达任何组织,使信息从人体某一部分,传至其他部分,行使着传输信号的功能。这样使血管扩张,帮助控制血液流向人体的各个部位,以起到保持血管清洁、预防中风、维持正常血压的作用,有效减轻心脏负担,从而达到预防心脏病的效果。这就是一氧化氮作为信号分子的作用。
2.3 常见金属及其化合物
人们对于微量元素的作用远不如对维生素那样熟悉。然而,微量元素对于生命的作用要比维生素重要得多,生物体本身无法制造出它所需要的微量元素。所以,缺乏微量元素就成为一个十分严重的问题。现代研究表明,生物体内必需的微量化元素至少有十六七种。而人体内有1/4~1/3的酶需要金属离子参与才能发挥催功能,这些金属离子包括fe2+、zn2+、mn2+、cu2+、co2+、mg2+、ca2+等。人们逐渐认识到生命活动无不与金属离子有着千丝万缕的关系,即没有金属离子就没有生命。缺乏这些元素,生物体就要发生各种病变。人体的许多疾病,包括一些地方流行病,往往与微量元素的缺乏或过量有关(表2)。
2.4 配位化合物
在现代医学中无机药物的使用已经非常普遍。从生物必需元素到有益元素甚至放射元素都在医学上占有一席之地,而且涉及多种疾病的诊断和治疗。有些具有治疗作用的金属因其毒性大、刺激性强、难吸收等特点而不能直接在临床上应用,若把它们变成配合物就能在一定程度上增强药效同时降低其毒性[3-5]。由于形成金属有机络合物提高了化合物的脂溶性,有利于提高其吸收效率,有利于药物分子选择性地进入体内的一定位置。
本部分可以重点地介绍治疗药物如铂类抗肿瘤药物和铋类抗溃疡药物[6-7],诊断药物如核磁共振造影剂、放射诊断药物以及中药研发方面遇到的实际问题。
2.4.1 铂类配合物作为抗癌药物的应用 20世纪70年代以来,铂配合物抗癌功能的研究在国内外引起了极大的重视[8-10]。铂配合物的抗癌活性是基于其对癌细胞的毒性[8]。现已确定具有顺式结构的均显示抑瘤活性,其中顺式二氯·二胺合铂,简称顺铂抗癌活性最高。它不仅能强烈抑制实验动物肿瘤,而且对人体生殖泌尿系统、头颈部及其他软组织的恶性肿瘤有显著疗效,与其他抗癌药联合使用时具有明显的协同作用。目前,我国已生产“顺铂”供应市场。由于“顺铂”尚有缓解期短、毒性较大、水溶性较小等缺点,经过化学家们的不懈努力,现已制出了与顺铂抗癌活性相近而毒副作用较小的第二代、第三代抗癌金属配合物药物[11]。
2.4.2 钆类配合物作为核磁共振造景剂的应用 核磁共振造影技术已成为当今临床诊断中最为有力和安全的检测手段之一。它对疾病的诊断是通过使用外来的顺磁试剂或造影剂而使得正常组织和疾病组织的1h(主要是水)的共振信号产生差别。核磁共振造影剂使得质子的弛豫时间缩短,从而达到改善组织成像的效果。多数的核磁造影剂均为gd(ⅲ)、mn(ⅱ)和fe(ⅲ)离子,因为它们具有最多的未成对电子和较长的电子自旋弛豫时间。目前临床诊断使用的化合物主要有四种,全部是三价钆的配合物。据统计,世界上大约每年要进行500万次核磁共振诊断,而其中20%必须使用造影剂,造影剂研究及应用的重要性不言而喻。
2.4.3 络合作用与中药的研发 在天然药物研究开发过程中,往往药物的粗提物具有明显的生理活性,但是随着纯度的提高,其药理活性逐渐下降,甚至消失。究其原因,可能是由于除去了微量元素等无机成分。由于中药中含有微量金属元素和氨基酸、皂苷类、黄酮类、多糖类、生物碱等有机组分。而这些有机组分含有多个配位原子,能与微量金属元素通过多种键合作用形成各种复杂的配合物。它们具有较高的稳定性,这对于药物在体内的生物化学作用具有重要的意义,使之表现出长效、低毒和药性温和。
实际上,中药的药理作用是中药中的有机组分和无机组分的共同表现,它们的络合物往往表现出较强的药理活性。例如,博来霉素最早由链霉属真菌中以铜配合物的形式提取出来,只有人们改变了发酵条件得到了一系列类似物。博来霉素作为抗生素类抗肿瘤药物在头颈癌、卵巢癌等的临床治疗中广泛应用。研究发现,博来霉素需要有金属离子才能产生活性,铁、钴、锰、铜等离子的存在使得博来霉素能够对dna进行裂解。目前较公认的机制是:博来霉素首先与金属离子如fe3+结合,金属离子结合的博来霉素发生构型的变化,然后与活化分子氧生成活化态,后者对dna进行切割并阻止其复制。
3 在药学专业无机化学教学中渗透生物无机化学的途径
3.1 制订计划
在无机化学教学中渗透生物无机化学教育,必须有周密的计划,这一方面是为了在有限的时间内完成教学任务,另一方面也避免了盲目性和随意性。制订计划力求全、准确、具体、可行。
3.2 注重渗透方法
摈弃“满堂灌”的教学方法,开展启发式、自学式和讨论式教学。在课堂上注重以多媒体授课的优势,充分发挥学生在教学中的主体作用和教师的主导作用,讲重点、难点,给出一些专题,课后学生广泛查阅文献,根据自己的兴趣,写出相关小综述,课程结束时,在课堂上做专题发言,互相交流,共同提高。这样,在学生不仅学到了知识,更重要的是培养了他们自己获取知识、分析问题与综合问题及表达能力。
3.2.1 讲授法 讲授法是目前教师采取的主要方法之一,也是最传统的教学方法。在化学教学过程中,渗透生物无机化学教育就是在讲授无机化学基本知识的同时,把与之相关的药学及生物学相关的知识传授给学生。
3.2.2多媒体课件展示法 利用多媒体课件,向学生展示生物无机化学相关的知识。在课件的制作上,采用图、文、表并茂的方式并尽可能地增加动画效果,以增强教学内容的趣味性,更好地激发学生学习生物无机化学课程的积极性。如,讲解叶绿素的结构及其在生物的光合作用中的作用时。通过生动形象的动画效果,让学生形象地感受生命中的化学过程。
Abstract:Inorganic chemistry is an important professional course in the pharmacy majors’students of medical college.With the continuous deepening reform of the teaching method and its related technologies,how to cultivate pharmaceutical students creative ability and scientific ability has emerged as a problem.This paper was focused on the importance of teaching method in inorganic chemistry.The author combining with the experience of teaching inorganic chemistry in recent years,the related teaching contents,teaching methods and so on were discussed,to cultivate the innovation ability of students in the learning process.
Key Words:Pharmacy majors;Inorganic Chemistry;Teaching reform
无机化学是研究无机化合物的组成、结构、性质、反应规律的一门学科,是药学类专业很重要的一门专业基础课程,是中药学、药物资源、药物制剂、药物分析等专业课程的必修课程之一[1]。通过学习无机化学课程,不但可以巩固和深化药学等相关专业学生的理论知识,还可以培养他们自主学习能力、创新能力、发现问题和解决实际问题的能力等。无机化学基本概念多、知识点零碎,在学习过程中易使学生产生难学、厌倦等情绪。因此,积极探索研究无机化学的教学方法和教学重点,提高学生的学习效率和学习质量,为其他专业课程打下基础,是一个重要的课题。
1 激发学习兴趣,提高学习积极性
无机化学作为通识教育的一门重要课程,在学习过程中还要培养学生的科学思维能力,使学生能够自主地、科学地分析问题、解决问题,增强学生获取知识的独立性与主动性[2]。 药学专业是培育具有药学学科基本理论知识和实验技能,能在药品生产、检验、流通、使用和研究等领域从事药物研究、药物制剂、药物鉴定以及临床用药等方面人才的一门学科。因此,药学专业无机化学的学习需要注重化学与生命科学各学科相结合,培养学生的专业兴趣。
无机化学课程知识点比较多、元素性质多样、理论较为抽象难懂(如:原子结构、分子结构)等,这些因素通常会让学生在学习过程中感觉枯燥而丧失耐心和信心,产生厌学情绪。另外,有些学生在高中阶段,由于实验条件限制,无法学习相关实验操作,平时学习化学以死记硬背为主,对无机化学学习兴趣不高。伟大的物理学家爱因斯坦曾说过:“兴趣是最好的老师。”这句话说明培养学生的学习兴趣,激发其主动求知、探索、实践,并体会此过程中的愉快情绪和体验至关重要。将学习过程中的知识点与日常生活中的“衣食住行”关联起来,是提高学生学习兴趣的一个途径。可以将现在媒体报道较多的环境污染、食品安全等相关问题,与化学联系起来。如讲解相关元素章节时,可以举例废水、废气、废渣的乱排放,未经处理的废水、废气、废渣中含有大量的铅、汞、砷、镉、锑、镍、钴、锡、氟、铬、硒等,可使水源和土壤遭到严重污染,如日本的“水俣病”与汞污染、铅污染与神经系统疾病、镉的污染与骨质疏松症等、食品中的硝酸盐污染与化肥之间的关系等;当然,还可以结合化学元素对人体健康的重要性,如:钙广泛存在于人体的骨骼、牙齿中,它还参与血压的调解、心脏的收缩、血液的凝固等;锌是人体合成生长激素的原料,儿童缺锌会限制生长发育等;钾元素以磷酸盐形式存在,能调节血压和使心脏正常工作;这些日常生活知识的引入可以让学生充分认识在生活中无机化学的重要性,使学生从内心感受到学习无机化学的重要性。其次,将知识点与相关的科学家励志故事结合起来,从人文思想上陶冶学生情操,提高其学习化学知识的兴趣,如:镭元素与居里夫人、青霉素与弗莱明、元素周期表与门捷列夫、我国著名结构化学家卢嘉锡与低温相偏硼酸钡的发现等。
2 改革教学内容,综合利用多种教学手段
化学是医药院校药学专业学生必学的专业基础课,而无机化学的教学通常是在大学一年级进行,因此,引导学生学习好无机化学、夯实基础知识,对于学习其他的专业知识也是十分必要的。目前,无机化学教学存在内容稍显陈旧、知识点更新慢、理论与实际生产生活偏离较多,这就要求在教学过程中结合实际情况对教学内容进行改革,适应时代的发展和培养新型药学人才的需要。为了使无机化学教学适应中医药院校的具体要求和实际需要,应该对无机化学课程进行适当和必要的调整。如教学过程中要结合药学的实际需要,着重讲解无机化学相关的基础知识反应速率、氧化还原反应、沉淀溶解平衡、酸碱平衡等,再简单介绍相关的原子、分子结构、化学键理论等;与高中重复的教学内容要留给学生自学等。这样会使教学内容简洁、衔接较好,有利于学生学习和掌握。而对于学科知识点较为陈旧且更新慢的问题,授课教师应该在教学过程中结合课程内容,引入并介绍自己的科研工作、经历和感受,不用局限于教学大纲的要求,积极推介相关前沿学科的新思维、新观点,适当地介绍交叉学科的相关研究进展。这样不仅可以开阔学生的眼界、提高了学生学习兴趣,对于培养主动学习知识、应用知识、解决问题等研究性工作能力也有很大帮助。
教学方法是教师为了完成教学任务,完成教学目标,在教学过程中运用的方式与手段的总称。当教学目的和教学内容确定以后,必须辅以富有成效的教学方法,才能达到较好的教学效果[2]。因此,教学过程的成功与失败,在很大程度上取决于教学方法的选择合适与否。探索研究并积极推进一种或几种行之有效的教学方法,能够节省时间和精力,提高教学质量和效果。在教学过程中,可以根据学习章节安排,综合利用案例教学法、PBL教学法、多媒体教学法和归纳比较法等教学方法,改变在教学过程中过度依赖PPT,只是把陈旧的教学内容放到PPT上,导致学生兴趣不高等现象,提倡启发式教学、探究式的教学,提高吸引力和感染力,让学生勤于思考、主动参与。
3 培养学生自主学习能力
由于长期的教学模式影响下,课堂教学以教师为主,自主学习能力弱是大学各专业普遍存在的现象;而对于无机化学的学习,由于本科阶段化学教学与初、高中化学教学有明显不同,学科知识更加深化,而课时减少、这就加剧了本科阶段化学学习的难度,同时,由于本科阶段化学专业实验较多,很多实验学生甚至只是单纯从课本以及学术研究得来,在实际操作过程中经验不足,加之使用新型大型化学设备更加剧了学习化学的难度。这些因素导致药学专业学生在学习无机化学过程中自主学习能力不高,甚至无法适应大学化学的学习。因此,提高学习自主学习能力对于提高他们的学习兴趣,培养其自主探索、创新的能力至关重要[3]。
培养学生自主学习能力,首先要激发其学习动力,开拓视野。激发学习动力是培养学生自主学习能力的基石,转换为学习的动力,进而激发对学习知识的热情,从而达到自主探索与创新的目的。授课老师要针对在课堂教学过程中,要提高学生学习知识动力和学科认知情况,可以介绍学科发展愿景,未来就业前景与专业发展方向等;根据学校现实情况,让学生参与到大型化学实验设备的学习和实际操作,激发他们的学习兴趣;带领学生去相关就业实习单位,如药品生产企业等参观实习,扩展他们就业知识和操作欲望,激发学生的学习主动性。其次,优化课堂结构。课堂教学教师与学生教学主体的变化要求在学习过程中,教师要从知识的灌输者,评价的主体转变为课堂教学内容的提供者、服务者,真正发挥学生作为教学主体的作用。在教学过程中,教师要鼓励学生积极思考,主动发言,甚至在有些情况下,提高学生课堂教学参与度;优化师生关系,教师要增加与学生课上课下的互动,特别是在课下,要打破等级观念,积极与学生沟通,取得学生信任。最后,提高预习重要性。化学教师要鼓励学生自主预习,明确预习的目的和意义,同时,要明确预习的要求,明确下一课时学习的知识点与教材知识的衔接,特别是化学实验,要及时做好化学实验笔记。另一方面,结合适当的评价机制,提高预习重要性。检测课堂学习效果是激发学生学习主动性,培育学生成就感的有效手段。
4 重视无机化学实验教学
关键词:无机化学实验 教学改革 绿色化学
无机化学实验作为化学专业学生学习的第一门大学化学实验课,将绿色化学理念融入其中,实现无机化学实验绿色化,使学生一开始就在潜移默化中受到绿色化学的教育,这对培养学生科学的环境观、资源观,提高他们的环保紧迫感和责任感,树立绿色化学的意识都有相当大的意义。
绿色化学是维护生态环境的化学,从长远的发展观点看,放弃有污染的传统化学实验,探索传统化学实验的绿色化,是化学实验工作的必然趋势。本文依据绿色化学在使用化学药品时遵循的5R原则,即:拒用危险品(Reject);减量使用( Reduce) ;循环使用(Recycle);重新使用(Reuse);再生(Regenerate),就如何实现无机化学实验的绿色化进行了初步的探讨。
1、寻找替代品
绿色化学的理念在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物,从而也就不再需要考虑废物的处理。遵照绿色化学的理念,从源头上阻止污染,可以根据实验目的,在能够达到同样教学效果的前提条件下,寻找替代品, 尽量用低毒或无毒化学试剂替代有毒化学试剂。比如无机化学实验中多相离子平衡这个实验,实验的目的是根据溶度积规则及平衡移动原理验证沉淀的生成、溶解、分步沉淀及沉淀的转化。为了既保留传统实验的精华,又减少实验废弃物对环境的污染,我们根据绿色化学的理念以及多相离子平衡的实验原理重新选择沉淀离子及沉淀剂,并对传统实验和改进后的实验进行了对比。结果表明,改进后的实验效果也非常好,现象很明显,同样达到了实验目的,而且减少了有毒物质的使用和排放,实现了无机化学实验的绿色化。
2、推行微型实验
微型化学实验是绿色化学的一项实验方法,它是在微小型的仪器装置中,在可能的实验条件下,采用尽可能少的试剂来进行的实验。与传统实验相比,它具有节约开支、减少污染等优点。微型化学实验不是常规实验的简单缩微,也不是对常规实验的补充,更不是与常规实验的对立,它是在绿色化学理念下,用预防化学污染的新实验思想、新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结果,是化学实验方法的创新性的变革。
由于微型化学实验的成套仪器较贵,要完全实现无机化学实验的微型化,还有一些困难;但可以在能够达到实验目的的前提下,在可能的实验条件下,通过改造实验装置,使之趋于微型化。比如无机化学实验中的一些性质实验,传统的做法都是在试管中进行,试剂使用量一般为1~2mL,我们采用点滴板操作,试剂用量减少为几滴,同样可以达到实验效果,减小了化学药品对环境的污染,使这部分实验趋于绿色化。
3、发展封闭式实验
对于一些有有毒气体产生的实验,传统的做法是在通风橱中进行,这样只能避免实验室小环境的污染,有毒气体排放到空气中还是造成了环境污染。应用绿色化学的理念,可将这部分实验设计成封闭式实验,让反应在封闭体系内进行,而且能在反应系统内将尾气吸收掉, 实现零排放。
比如硫酸亚铁铵的制备,该实验通常选用机械行业产生的废弃物――铁屑为原料。从环境保护的角度来说,属于变废为宝的环保型实验;然而由于传统实验装置为敞开式,废铁屑中含有的硫、磷等杂质和硫酸反应时生成H2S、H3P等有毒气体,导致实验室弥漫着强烈的刺激性气体,直接危害师生的身体健康,不符合绿色化学的要求。我们改进实验的第一步,将硫酸亚铁的制备改为闭路回收式,借鉴文献[3]的实验装置采用碱性吸收液吸收第一步反应产生的H2S、H3P等有毒气体,实现零排放,大大改善了实验环境。
4、发展串联实验
串联实验是指通过调整实验教学计划,巧妙地安排实验项目和次序,充分利用相关反应,尽可能地使第一个反应的产物转变成下一个实验的反应物,实现实验的连续性。这也是实现无机化学实验绿色化的一个重要途径,它在一定程度上减轻了对环境的污染,有利于环境保护。根据绿色化学的理念,我们重新安排实验内容,有效地利用同一元素物质之间的转化关系,设计成串联实验,以铁的化合物的性质为例说明如下。
用煮沸过的去离子水配制(NH4)2 Fe(SO4)2溶液,酸化后,把装有煮沸过的NaOH溶液的滴管插入(NH4)2 Fe(SO4)2溶液底部,慢慢放出NaOH溶液,观察Fe(OH)2沉淀的生成, 静置一段时间,观察沉淀颜色的变化,了解Fe(Ⅱ)的还原性;滴加少许稀盐酸,观察沉淀的溶解,了解Fe(OH)3在稀盐酸中的溶解性;将溶液分成两份,一份滴加KSCN溶液,观察溶液颜色的变化,了解Fe3+的定性检验,接着滴加NH4 F溶液,观察溶液血红色的褪去,了解Fe3+与F 的配位反应;另一份滴加K4[Fe(CN)6]溶液,观察蓝色沉淀的析出,了解Prussian蓝的生成。
实践证明,改进实验后,不但可以大大减少实验废弃物的排放量,实现无机化学实验的绿色化,而且可以促进学生对物质转化关系的了解。
5、结束语
通过开展无机化学实验绿色化的研究,我们认为,要实现无机化学实验的绿色化,需在绿色化学理念的指导下,实行污染预防全过程控制。从教学管理角度出发,在制定教学计划、教学内容、教学方式等每个环节都要考虑保护生态环境,都要符合绿色化学的要求;而且,在实际教学过程中,要在保证实验教学效果的前提下,积极、合理地应用绿色化的措施,实现无机化学实验的绿色化。
参考文献:
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关键词:高校教育 无机化学 改革
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)10(b)-0169-01
作为高等院校中的核心课程,无机化学是十分专业的基础课程,大一新生必须对其进行学习。另外无机化学教学也是令学生能够从高中的学习方式以及教学方法向大学的教学方式以及方法转变适应的关键,能够有效培养学生自主学习的技能。所以化工教学中的无机化学是大学的第一门基础课,也是具有重要价值和意义的基础教学课。
1 各类因素对教学的影响
1.1 科技的影响
目前的社会是技术大爆炸的社会,无论是知识还是理论技术都得到了快速的发展。相应的教学也必须随之发展,以此培养更多适应时展的学生,不断的将知识流传给下一代,知识在进步,所以教学也快速的发展。作为基础学科,化学教育应当融合现代科学以及基础化学,令二者共同发展,相互渗透。这些都应当在高校的无机化学中予以体现。
1.2 学校模式转变的影响
在改革上,各类学科都开始向着综合性方向发展,以不同的形式展现只是,体现课程的学习价值。无机化学教学也开始从单纯、传统的教学模式向着不同领域的化学的综合较差模式转变,其中包括医学、生物、材料、环境以及物理等多学科化学。
2 教学中的主要问题
2.1 教学明显落后于科技的发展
在所有的自然科学中无机化学的发展相对较早,且发展迅速,具有较高的生机活力。无机化学的高校教学中,充分体现其生机以及魅力是目前教学中必须予以体现的,不但要感应出无机化学同当代科技的交融,同时还要保持其经典性,不但能够保证教学,同时还能够适应时代的需要,着是目前高校无机化学教学研究改革需要继续予以研究改进的地方。
2.2 模式相对落后
传统的教学模式中,教师作为课堂教学的中心,这一方式相对较为落后,单单以教材作为讲课和学习的重点,这种模式已经无法适应当代教学的发展,因而在传授知识的过程中必须从教学观念以及理论思想上予以转变,在教学中应当尽可能的教授令学生获取知识的方法以及手段,以实践能力的培养以及创新能力的培养作为人才培养的重点。在教学中将人文社科融合到无机化学的讲课中,学生不但能够学到专业知识,同时还能够对自己的人格以及心灵进行洗涤,成为一个专业的具有社会责任感的人才。这一观念应当在高校的无机化学教学中予以体现。
2.3 教学时间有限,知识内容数量庞大
化学是所有学科中最具生机活力的,并且同多个学科具有交集,例如医药、环境以及生物、材料等等。化学在发展中通各类学科相互促进,不断的进行着自我丰富与充实,所以无机化学的内容是在不断的发展的,但是学生在学校的学习时间是有限的,而教学改革还在不断的对课时进行压缩,因而高校需要面对的一个问题便是,如何有效解决庞大的只是体系同越来越少的学时之间的矛盾。
2.4 不能灵活的教学
研究表明,国外无机化学课程内容体系 呈现多样化趋势,各学校可自编教材,从而课程内容可以有其自身的特点和创新之处,内容与习题有较强的互补性,习题多半为内容的深化而不是像国内许多教材中仅仅作为例题的翻版。这种灵活、多元的处理方式对培养学生的兴趣和思考能力有帮助。
2.5 教学方法相对落后
不同于高中的学习,在大学无论是学习方式还是上课方式都大大的改变,高中的课程中,一节课会围绕一个知识点不断的对学生继续拧印象加深,但是大学的课堂上,一节课会涉及各种信息,且信息量十分之大,不再像高中讲课一样。很多学生由于刚刚步入大学,不适应这种模式的学习方式,因而在第一学期会连续好几门课程不及格。所以,针对大一学生,若是在教学中教师一味的只是知道讲课,而不根据课堂的实际情况,和学生的理解,那么就会造成学生由于跟不上教学的进度而令教学质量大大降低。
3 方式改革
3.1 同时代接轨
教学中,由于将知识进行了系统化的归类,因而在每章知识讲授之后,应当针对重点进行讨论。可以通过对现下某一知识的应用,以及某一学科对无机化学的影响,等等一系列的方式,让学生了解无机化学的应用以及哦天那个其他学科之间的联系;或者可以针对当前某些新型的研究以及重大发现进行讨论,介绍科研的前沿动态不但能够激发学生的兴趣,还能够开拓学生的视野,在培养人文素质的同时激发学习兴趣,增加学生的创新能力以及对科学的理解。
3.2 重视人文社科素养的教学模式
目前很多工程技术都是诸多技术人员以及专家合作的结果,通过密切配合以及多年的研究,同时在技术上以及理论上相互配合,在系统、有计划的探索中所成就的,而化学体系也是如此,其工作方式也是这种密切配合,多学科交叉,综合系统的探索方式。所以一个成功的科研人员必须具有团队意识,懂得与他人合作,并且将自己的想法清晰的表达出来,在理解别人的意见尊重别人想法的同时,获得别人的尊重。而人文社科类知识的学习能够提高学生的责任感和职业道德,对于学生后期的工作以及学习有着重要的帮助,并且,学科和学科之间存在着内在联系,因而,随着科技的不断进步,人文社科将会同化学呈现高度分化又连续统一的一种趋势,因此在化学教学中,必须对学生进行此类只是理论的培养,使之成为高校无机化学教学的重要组成。
3.3 突出教材中的重点难点
教材内容在坚持科学性、先进性、系统性的前提下,应该做到内容精练,注重基础,突出重点,分散难点,便于讲授,利于自学。根据目前学校理论课教学时数普遍压缩的情况,应该精选教材内容,减少与中学化学、基础化学、分析化学重复的内容。
3.4 教学程序需要创新
教材编写的安排许多地方不适合教学次序,只要紧扣教学大纲,围绕教学目标,根据学生具体情况,有些次序完全可以颠倒,甚至有些章节可以省略不讲。配位化合物的是最重要的无机化合物之一,是无机化学的重要内容,而其中配合物的化学键理论更是教学的重点和难点。配合物即是四大基础化学反应,又涉及化学键的知识,在课堂讲授时,可以灵活掌握教学的先后顺序。
3.5 教学方法需要变革
在讲解四大化学反应这一部分的时候,重点在计算。弱酸弱碱、沉淀、氧化还原反应和配合物这四大类计算,难点在于公式多,学生计算时分不清楚公式之间的区别。采用对比法进行计算和公式的推导,即寻找共同规律,又分辨出各自的特点,找出不同。
4 结语
通过上述分析可以看出,今年来的高等教学中,无机化学教学有了进一步的改变,在教学模式上各大高校都进行了改革,向着实践性强、教学手段先进的方向发展,并且也取得了相应的成就。但是由于教学是一项十分复杂的工作,因而会受到各方面因素的影响,因此仍旧存在诸多需要改进和改革的内容,在后期的工作中应当进一步进行改进和研究。
参考文献
[1] 李中春.《无机化学》课程教学改革与实践[J].江苏技术师范学院学报(自然科学版),2008(4).
关键词:大学化学;衔接教学;创新能力
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)36-0178-02
化学是药学专业学生的专业基础课,该课程的教学效果对学生专业课程的学习有较大的影响,因此选择合适的教学方法提高教学质量是教师的一项重要任务。与中学相比,由于学生学习素养和化学知识体系的较大差异,使得中学和大学化学教学有一个较大的跨度,对于刚接触大学化学的大一新生来讲,很多学生仍然停留在中学化学的教学模式中,仍在沿用中学的思维方式和学习方法应对大学化学的学习,造成学习效率低下而影响教学效果。如何降低学生在不同成长阶段的教学坡度,使中学化学教学和大学化学教学有机地衔接起来,使学生尽快地适应大学化学的学习,度过大学新生学学化学的难关,是摆在大学化学教学面前的一个现实而紧迫的课题。由于化学学科特点使《无机化学》在化学中一直处于基础和母体地位[1],《无机化学》又是药学专业几门必修化学课中学生最先接触的课程,是联系中学化学和大学化学的桥梁,做好《无机化学》与中学化学的衔接教学就显得尤其重要。
一、中学化学与无机化学教学的差异
中学化学教学和大学化学教学属于化学教学体系中两个不同的教育阶段,都有各自特定的特点和教学目的。然而,由于受到应试教育模式和客观教学特点的影响,两个化学教学阶段在教学目标、教学内容和教学方法上存在较大的差异,导致教学衔接中存在一系列问题。
1.教学目标的差异。中学化学的教学目标是让学生掌握一些化学基础知识和基本技能,了解化学与社会、生活、生产、科学技术等的密切联系以及重要应用。大学不仅要求学生掌握化学基础理论,更要求掌握化学思想与学习化学的方法,培养、锻炼学生的归纳能力、实际应用能力和探索创新能力。但由于受功利驱动,中学化学教学仍重结论,轻过程;重考试,轻能力培养,造成本该由中学教学完成的培养目标缺失。而升入大学以后,学生需要从为考试学习转变成为应用、为提高能力学习,这样巨大的反差,学生短期内难以适应。
2.教学内容的差异。大学化学教学和中学化学教学存在教学内容脱节和重叠的问题。新课程改革以来,中学化学课程内容从身边的化学物质出发,呈现一些事实性的化学知识。其主要特点从内容上来讲,涉及的概念不多,要求较低,注重对概念的宏观理解和运用,但对概念是“怎么来的”,“为什么是这样”常以事实叙述的形式呈现[2]。总之,中学化学是属于描述性化学,特点是重记忆,轻理解,少计算。大学化学内容在深度和广度上都有较大的变化,由直观到抽象;由单一到复杂;由宏观到微观,注重反应机理的介绍,由物质的内部结构了解理化性质及其变化规律,并强调与其他学科的交叉。无机化学作为药学专业的基础课程,还要重视与后续化学课程和专业课程的联系,以及相关化学知识点在临床用药上的应用。
3.教学方法的差异。教学方法包括教师的教授方法和学生的学习方法两个方面,教学方法服务于教学目的和教学任务。虽然我国提出全面推进素质教育已经二十多年,但是受社会普遍追求高考升学率的影响,各地方中学化学教学依然执行应试教育,教师“满堂灌”地讲解解题技巧,学生“题海战术”训练提高,基本上是为了高考能考出一个理想的成绩,不会顾及与大学化学的联系。大学化学教学是以教师为导向的学生自主学习过程,注重培养学生的自学能力。相比于中学化学,《无机化学》知识容量大,课时量少,教师的授课速度比中学提高很多,不仅如此,大学化学课堂更注重知识的扩展与延伸,强调学生对知识的理解和思考,多数问题留给学生自主思考,培养学生自主解决问题的能力[3]。
二、大学化学教学的衔接
教学是一个连续的过程,中学化学教学是大学化学教学的基础,大学化学教学是中学化学教学的深化和发展,是先行与后续的关系[2]。各个阶段的化学教学须有机衔接才能产生良好的教学效果,因此二者的衔接非常重要。
1.准确把握教学目标,为提高学生综合能力进行有效衔接。中学化学和大学化学教学目标各有侧重点,但总的教学目的是通过化学教学,让学生对化学有一个正确的认识和理解,从而提高学生的化学素养,为社会培养专门的应用型人才。学生对知识的认识是一个从简单到复杂、从低级到高级、从量变到质变、不断上升和积累的过程[4]。中学的化学教学基本是让学生学会考试,离应用相距甚远,这就更要求大学教师在《无机化学》教学过程中准确把握教学目标,有的放矢地进行衔接教学,始终贯穿学以致用的教学思想,比如学习渗透压知识,教师就要介绍渗透压原理在临床输液和药物选择性吸收应用;化学动力学学习就要渗透专业课程中药代动力学的知识等。明确的教学目标也有利于学生学习目标的建立,消除那种基础课程只要能应付考试过关就可以的错误思想。
2.确切理清教学内容,为提高学生化学素养进行有效衔接。教学内容的衔接主要是指,根据学生身心发展的规律和培养需要,科学、合理地安排教学内容,使两个教学阶段的教学内容连贯统一,循序渐进[5]。大学化学知识是在中学化学基础上的提高,由于中学教师化学教学仅仅围绕高考内容,不会主动考虑与大学化学内容的衔接,因此,大学教师在进行《无机化学》教学时,应该理清中学教材内容,查缺补漏完善《无机化学》教学所需要的基础化学知识,以便学生能由中学化学顺利过渡到大学化学知识的学习。开课初始阶段,可以先复习中学化学知识,然后指出中学所学的描述性化学的局限性,从而引入新知识,比如氢气和氧气的反应,中学研究的是反应产物是什么,反应伴随什么样的反应现象,利用某已知量计算某一成分消耗量或生成量,以及反应的有益用处和危害之处。内容直观易懂,但不涉及反应现象的原因。大学则是研究反应方向、反应速率和反应过程以及反应过程伴随的热量变化。这样就可以由中学化学知识比较顺利地过渡到热力学和动力学的学习。学习化学的目的是用现有理论来指导生产实践或者预测未知的领域,显然,中学化学离化学科学还有不小的差距,只有进一步学好《无机化学》,才能获得系统的化学知识,为以后药物临床应用或科研开发打下坚实的化学科学基础。教学过程中,教师应该及时、准确、适度地进行教学内容的更新,既体现学科发展成果的先进性,又开阔学生的视野[6],让学生掌握足够的化学知识,提高学生的化学素养。
3.合理改善教学方法,为提高学生化学思维能力进行有效衔接。教学方法的衔接主要是指,根据大学与中学不同的教学目标,综合运用多种教学手段,使学生逐步适应两个阶段不同教学方法的转换,为学生适应大学化学教学提供一个缓冲期。大学教师无法选择学生,只能了解并对学生实际情况进行分析,根据学生的实际情况和客观条件,合理选择教学方法进行因材施教。
兴趣是最好的教师,如果对某一学科感兴趣就比较容易掌握。大学化学毕竟不是特色技能,而是一门高等学科,教师很难也没有时间真正能培养出大多数学生对大学化学的兴趣,因此,教师在上课时,需要强调大学课程的学习不能只凭兴趣而学,学习好计划内的课程是一种责任,学习《无机化学》就是自己的责任和义务。
大一新生在抽象思维和逻辑推理方面不够擅长,面对完全不同于中学化学的《无机化学》,往往有畏难情绪影响学习。针对学生的特点,大学教师应积极调动学生的学习情绪,激发学生的求知欲,提高教学效果[7]。在教学过程中,多结合学生比较感兴趣的环境、营养、食品和化妆品等的问题和与专业关联的化学问题,采用“提出问题、学习知识、分析并解决问题”的方式进行,让学生利用所学知识解决实际问题,达到学以致用,培养学生创新能力。教学过程中要灌输学生辩证性思维,存在既有其合理性的一面,比如,中学化学中反应完全的概念在学生头脑中印象深刻,但《无机化学》强调的是反应的可逆性,除了爆炸和核反应之外,其他反应几乎都具有可逆性。通过多角度、多视野的例子冲击,达到提高学生化学思维能力的目的。
教学是教与学的良性互动,再好的教学方法都需要有合适学习方法的配合,而大学教育的本质也正是在学校完成个人学习方法的积累。但是,大一新生在刚开始学习化学时,往往有懈怠和依赖教师的思想,因此,增强学生学习的主动性和培养自学能力就显得特别重要。开始阶段,教师可以向学生推荐基本不同类型的课后学习参考书目,并要求学生紧跟教学进度完成参考教材的阅读和习题册的作业,个别相对容易章节安排学生自学内容后,完成教师布置的任务。逐步培养学生学习的积极性和主动性。
三、结语
在课时量减少,社会需要多元化人才的大背景下,大学化学和中学化学的教学衔接是个普遍存在的问题,也是一个大的系统工程,这就更需要教师开拓思维,积极借鉴前人的教学改革成果,并发挥本身优势,大胆尝试改革化学教学,培养出更多未来社会发展所需要的高素质、创新型人才。
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[4]吕成云.高中思想政治课与大学政治理论课教学目标衔接研究[D].武汉:华中师范大学,2015:11.
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以中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院目前在用的《无机化学》(大连理工大学无机化学教研室主编,高等教育出版社出版,第5版)以及《物理化学》(肖衍繁等编著,天津大学出版社出版,第2版)教材为例[3-4],2门课程在内容设置上有较多重复,主要为化学反应原理这一部分,重复内容如表1所示。这些内容占据了无机化学整门课程内容的30%~40%,如果单纯从章节设置上来看,这部分重复内容更是构成了物理化学所有章节的50%以上,并且是作为重点讲授。尽管这些内容在2门课程中的呈现方式、知识点的重难点和侧重点上有所不同,但由于2门课程一般为不同的教师授课,故对知识点的简单重复难以避免。同时,物理化学作为一门理论性较强的基础课程,涉及诸多的数学和物理公式推导,给人的印象常常是深奥、抽象、晦涩、难以理解。究其原因,是在无机化学的学习过程中由于学生基础有限,对许多基本内容了解得不够深入,缺乏对整体内容的系统认识,重视结论却忽视了其理论基础[5]。因此,对于物理化学的教学,首先要注重基础知识讲解,使学生牢固地掌握物理化学的基本概念、公式及其适用范围等,其次要提高讲授的深度和广度,为学生将来应用理论解决实际问题建立牢固的基础。 按照我校对化工类相关专业培养方案的规定,物理化学课程课堂讲授64学时,在有限的课时内,如何更好地把握知识点的讲解,突出重点、讲透难点,让学生理解透彻,培养学生的逻辑思维能力以及分析和解决问题的能力[6],对于物理化学的教学来说显得尤为重要。这就要求任课教师在课堂上能够更准确地抓住重点、难点,避免不必要的重复,把有限的教学时间用在对重点、难点知识的讲解上,使教学更具有针对性。如果按照教学大纲正常讲授,则有部分重点和难点问题讲解不透彻,影响教学质量。
2无机化学和物理化学教学的协调
结合无机化学和物理化学课程的特点以及2者的实际教学情况进行整合与优化时,必须遵循一定的基本原则,而不能简单、机械地对2者涉及到的知识点进行切块划分或简单重复[2]。物理化学和无机化学知识的衔接点及衔接方式比较多,既有如热力学和熵等概念内涵和外延的变化,也有对如化学平衡和电化学等知识的深化和拓展。无机化学课程一般在大学一年级开设,学生在高考之后经历近3个月的假期,对中学所学的知识有较大程度的遗忘,限于这一阶段学生的知识水平及认知能力,无机化学作为第一门专业基础课,在讲授过程中要注意与高中知识的衔接和复习[7],在教学过程中注意与学生的互动,了解不同生源地教学大纲的区别以及不同学生的基础,同时也要讲究教学策略。例如,不同类型化学反应平衡是无机化学的重要基础理论,也是教学的重点和难点。不同类型化学反应平衡的重点在于计算,难点在于公式多,学生对酸碱平衡、沉淀—溶解平衡、配合物和氧化还原反应这4大类反应进行计算时容易将公式混淆或根本记不清。可采用对比法对不同反应的平衡进行计算和公式的推导,寻找其共同规律,又根据各自特点突出区别[8]。这种方法可将此部分内容化繁为简,不仅使学生容易理解和接受,而且脉络清晰,便于记忆,从课堂效率角度考虑,反应平衡部分也可节省1个课时左右。物质结构部分由于比较抽象,在教学过程中也要注意基础知识的讲授和复习,笔者曾在4个课时之后发现某一学生参考高中化学教辅材料对这一部分进行学习,了解之后发现该地区高考大纲对物质结构部分要求较低,学生基础较弱。而对于无机化学中与物理化学课程重复的部分,教学主要以应用为主,把这部分内容作为工具来讲,重点在于某些特定条件下的应用,而不是系统地去讲述工具本身。而在物理化学课程中,则是系统地研究这些内容在各种条件下的应用,研究的是工具的本身,重点在于向学生传授工具的来源以及工具在不同情况下的应用[5]。
例如在热力学部分,无机化学通过混乱度引入熵的概念,又通过系统与环境总熵变的计算引出吉布斯自由能,并以此作为自发反应方向性的判据,而对于熵变为可逆过程的热温商这一物理意义只是一笔带过。在物理化学课程中则是通过对卡诺循环以及其他可逆过程的研究将热温商以及熵这一函数引出,并推导了其他物理过程的熵变计算公式。通过熵增原理对恒温恒容过程和恒温恒压过程的应用引出了亥姆霍兹自由能A和吉布斯自由能G,并通过分析解释了2个函数所代表的物理意义———最大体积功和最大非体积功。这就将抽象的内容具体化,扩展了判断不同过程自发变化方向性的判据,并为后续电化学反应电动势与ΔG关系式的推导奠定基础。又如化学平衡这部分内容,在无机化学中讲了化学平衡常数和反应熵等,为判定化学反应中的方向和限度问题提供依据,并为后续不同类型反应平衡组成以及电化学计算等内容服务;而在物理化学课程中,则通过偏摩尔吉布斯函数和化学势等函数的引出概念的讲解,结合化学势与浓度(或分压)的关系公式,从本质上揭示了化学平衡与吉布斯函数之间的关系,推导出化学反应平衡常数与平衡组成之间的数量关系,加深了学生对化学平衡以及相平衡等知识的理解。而对于此部分内容的应用以及计算,则需要与无机化学课程协调,对公式的应用略加讲授,引导或要求学生参考无机化学所讲的内容,对平衡常数的计算进行复习。由于现在学生已掌握了用化学势为工具严密地推导出化学平衡以及相平衡公式,对该公式的物理意义的理解又深入了一步,在这个基础上来复习无机化学所讲的该公式的应用内容,不是简单地重复,而是进一步地提高[9]。