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环境工程专业无机化学教学改革及实践

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摘要:无机化学是理工科类各专业的基础必修课之一。本文介绍了在环境工程专业无机化学教学中,根据课程所具有的衔接性突出、内容繁多和理论性强的特点,以面向专业需求、激发学生学习兴趣和提高教学质量为目标,对无机化学教学目标、教学内容、教学方法及教学手段等方面进行积极的教学思考和有益的探索,从而达到使无机化学成为专业课程和专业应用纽带的教学效果。

关键词:无机化学;环境工程;教学改革;教学实践

无机化学是研究无机物质组成、结构、性质和变化规律的科学,其研究对象包括了除有机化合物以外的所有元素及其化合物,是化学学科中发展最早的一个分支学科,因此各个方向的理工科专业领域均将无机化学作为基础课程之一列入教学计划和培养方案中[1]。随着行业战略方针的调整和学科发展的推进,无机化学教学也在面临不断的改革与新发展,尤其是现代物理方法和各种波谱技术在无机物结构研究中的广泛应用,使无机化学的研究范围打破了原有的界限,其研究内容和研究领域无论在深度还是在广度上都发生了前所未有的变化。面向本科生一年级的无机化学是我校化学工程、矿物加工工程和环境工程专业的必修课和基础课,也是学生从高中进入大学阶段深入拓展化学知识的首要系列课程之一,对于环境工程专业来说,大气、水、土壤等环境介质中物质的特性、存在状态及其变化规律等等,均离不开无机化学的核心知识体系。与此同时,我国高等院校的无机化学教学也在不断地发展与更新中,既要配合与时俱进的科技发展,又要满足现代大学生对于创新能力培养的需求与任务,因此,这就对我们现在大学课堂的无机化学教学内容、教学方法等提出了更加明确更加高标准的要求。当然,鉴于现代大学生的特点与需求,在教学实践中自然而然地出现一些新问题,比如,学生获取信息、收获知识及交流沟通的方式等都发生了翻天覆地的变化,不再单纯地依靠教师的讲解和课堂上手抄笔记,相反地,甚至很少有学生上课记笔记,这必然影响到现在大学生听课的认真与投入程度[2];再比如越来越多的学生因家庭条件的允许其目标是出国,这些学生则把更多的精力用于外语的学习,以及还有一部分学生急功近利的思想意识,总是想依赖于教师的课件及希望教师所划出的考试重点,只求考试通过,而对于真正知识的渴求与自身知识水平的提高并不是特别地强烈,甚至对于课堂讲授的基本原理不去理解透彻甚至不理解,等等这些系列问题值得深入研究探索与研究,并找出改革方法与措施并进行实践。本文结合环境工程专业特点及对无机化学知识体系的要求,从教学目标、教学方法和教学内容等方面对无机化学教学进行了初步的改革、探索与实践,建立了一套适合于工科特别是环境工程专业的无机化学教学模式,增强了学生对无机化学的学习兴趣。

1对教学目标的定位与强化

大学古今中外的教育历史中承担着链接校园与社会的职能,而随着现代社会突飞猛进的发展和异常激烈的竞争,社会对人才的需求越来越趋向于国际化、综合型、创新型人才[3],其中学生的创新能力培养与训练已经作为基础课程教学中最为突出的教学目标呈现出来。在大学教书育人“宽口径、厚基础、重能力、求创新”的大背景下,特别是结合我校建设研究型大学目标的确立,我们在无机化学的教学中将如何引导学生课本知识与实践相结合、如何从基础知识中寻求突破与科技创新相结合作为教学目标的重中之重。为此,我们在制定教学计划和制作教案的过程中,特别强调理论教学内容与环境工程学科的相关联课题或现象,以与学生切身紧密相关的生活问题或生产实际作为课堂教学的切入点和学生的兴趣点,即将基础知识、理论与原理,在教师的讲解下与生产或生活实际相结合,才能引起学生的兴趣,激发学生的好奇心与求知欲,并为学生创新能力培养提供素材与源泉,这是研究型大学发展的必然趋势和要求,也是为培养多层次人才所必备的教书育人模式。如此,将环境工程专业无机化学的教学目标定位明确,学生能够很清楚地理解和正确把握学习此课程的目的和意义所在,同时强化了无机化学在环境领域方面的教学目标,以本课程的第一部分“化学反应原理”篇为例,每一章节的教学内容均与环境工程学科中的某一方面或某个应用相联系,并设立了明确的教学目标,如表1所示。因此,在现有的高等教育体制与教学模式下,学生的创新能力是在学习基础知识的基础上,通过教师在教学过程中进行理论结合实践的引导与启发而培养起来的。

2对教学内容的精选与扩展

无机化学是我校环境工程专业本科生的一门重要基础课,虽然几十年来其教学内容框架基本没变,但由于学科间的相互渗透形成了许多跨学科的新研究领域,因此无机化学学科的面貌也发生了很大的改观,出现了许多新概念、新理论、新反应、新方法和新型结构的化合物,同理要求我们的无机化学教学也要与时俱进,推陈出新[4]。目前,我校环境工程专业无机化学课程采用的是大连理工大学无机化学教研室主编、高等教育出版社的《无机化学》作为本科生教材,并且将前十一章即从第一章“气体”到第十一章"配合物结构"作为第一期无机部分的教学内容。为满足现代无机化学教学紧跟学科发展进度的要求,同时由于新教学大纲对于课时的压缩,我们在实际教学过程中采取精简教学内容、适当删减部分过时内容和适量补充最新发展动态中无机化学相关知识的措施,既保障了教学基本思路和框架结构完整,又实现了对教学目标的定位与强化,同时达到了调动学生的学习兴趣和积极性的目的,提高了教学质量。从我校研究型工科大学的本质要求出发,要做到“研究与教学相结合”,就要在基础课程教学中特别强调“宽基础”,尤其是针对刚刚进入大学校门的一年级学生,专业方向的概念尚未形成,所谓“万丈高楼平地起”,对于大多数学生来说专业的培养才刚刚是打地基的阶段,因此对于无机化学这种基础课教学内容的精选与扩展方面,除了讲授基本原理外,适当引入或扩展一些与专业方向相结合的实例与学科研究进展,将会让提前对专业领域的研究范畴和学科动态有一定的认识与感悟,对于学生的学业发展来说将会是受益匪浅。为此,我们将无机化学教材课后化学视野的部分内容作为引例或本章内容的切入点,即是对教学重点内容的补充,又是基础教学内容在应用方面的扩展。如第二篇“物质结构基础”部分,目前世界范围内对环保意识的增强和对环保材料需求的急速增长,而新型环保材料的开发、合成与结构鉴定分析等相关知识与理论均与本章内容息息相关,以新型环保材料有研究动态及最新研究成果为本章讲解的切入点,对于学生理解和掌握较为抽象的化学键类型与价键理论将大有帮助和启发;再如将前两章“气体”与“热化学”串联到一起,先提出当前的能源过剩、绿色能源市场不足与社会可持续发展相矛盾的现状,从能源的合理利用、解决能源危机和快速发展绿色能源的必要性与紧迫性讲起,以此来理解本章教学内容中的反应热、焓变与热力学第一定律等系列基础理论,进一步深入把握不同形式能源之间热值的对比问题,并让学生从中思考能源发展的新动向与新思路。从学生的反馈来看,通过这些与基础理论相结合的具体实例的引入,学生们对课堂上教师提出的精选与扩展内容相当感兴趣,作为连接理论知识的桥梁,它使得理论知识变得通俗易懂而且生动,让学生们觉得无机化学知识体系在未来学有所用,自己也具备广阔的用武之地和发展空间,同时也为学生将来从事创新训练活动提供了素材和思考空间,学生们表示非常欢迎,因此保证和提高了教学效果。

3对教学方法的转变与探索

如前所述,无机化学是一门学科大类基础课程,其在整个大学培养体系中的基础性、衔接性与过渡性的地位,授课对象则是刚刚从高中毕业初入大学课堂的新生,这就决定了无机化学的教学模式中需要增加课堂教学的机动性、灵活性与趣味性,让学生们有一个适应期和过渡期,教学内容的难点重点等方面也是循序渐进地展开,以帮助学生们完成从高中时期的偏固定化思维方式向大学时代开放型思维方式的转变[5]。在此过程中,引导学生们从全方位、多视角去看待问题,而不再仅仅局限于课本上固有的知识点,并逐渐确立专业概念与对专业领域的感悟,让学生意识到甚至是某些科学问题也还是有很多地方或存在诸多疑惑的,是需要探讨和争论的,并不完全是真理似的存在,还需要学生们用一点点积累的知识去解决和探索,比如无机化学便是其中之一。因此,我们在无机化学的教学中采用了问题探究式教学法,即:围绕教学目标,对教学内容进行分类、归类和总结之后,从每一章的切入点教学内容中提出一到两个问题,当然问题是与本章内容相关且紧密联系科学发展动态和生产生活实际的,让学生头脑中带着这些极为实用和感兴趣的问题,层层讲解基础理论,逐步提出解决这些问题的途径、方法与相关理论。比如:讲解第三章“化学动力学基础”和第四章“化学平衡”时,两章之间有相互关联的基础理论原理,即化学反应的两方面稳定性问题,一个是热力学稳定性理论,一个是动力学稳定性理论;如果单纯枯燥地讲解纯理论内容,尽管教师讲解得已经很透彻,但学生对此仍然是懵懵懂懂、模棱两可的状态,这说明对学生们来说理论知识的学习缺乏具体实例的辅助,缺乏将理论应用于实际中的理解。为此,我们改变了教学方法,从一开始便抛出问题,让学生们在听课过程中随时从中找到答案,带着问题去探究基础理论原理。如以汽车尾气无害化处理的化学反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)为例,分别用到化学反应热力学稳定性原理与动力学稳定性原理,热力学原理上这个反应是客观存在、完全可行的,也就是说汽车尾气是可以实现自然状态下无害化转化的,但现实却为何并非如此呢?同时安排适当的课时供学生相互交流,带着兴趣性问题的分析与探究,逐层次展开课堂教学内容,也让学生在听课过程中参与和进行实际问题的讨论、推论与拓展,加深对基础知识的理解与应用推广。通过这种带着问题探究理论知识基本原理和机理的教学模式,使得教学目标更加明确,教学内容脉络清晰、主次分明,能让学生对每一部分知识点都一目了然,有助于学生快速地从切入点处入手逐级掌握各层次知识点,既提高了学生的学习效率,做到了课堂上有效学习,又培养了学生主动拓展知识的能力,完全有助于实现我校研究型大学培养创新型人才的教学目标。

4结语

科学技术特别是计算机技术和现代物理方法在无机化学领域的应用与扩展,使得无机化学教学在各个学科中的基础性和重要性都不言而喻。通过多年的无机化学教学经验体会,我们在教学目标方面进行专业方向定位与强化、在教学内容方面进行精选与适当扩展、在教学方法方面采用问题探究式方法的改革、探索与实践中,很好地结合了我校研究型大学培养工科技术型、创新型人才的需求,优化了教学内容,改善了课堂教学效果,提高了无机化学的教学质量。

参考文献

[1]乔正平,龚孟濂,巢晖.浅谈基础无机化学课程教学内容的选择与讲授[J].大学化学,2017,32(5):7-10.

[2]王立艳,蔡卫滨,袁宁.矿物加工专业无机化学教学研究与探索[J].广州化工,2017,45(9):186-188.

[3]隋惠芳.无机化学研究的前沿领域在教学中的应用[J].青海师范大学学报(自然科学版),2017,20(1):76-78.

[4]李良超,何亚兵,童国秀,等.基于互动和合作学习的无机化学教学模式[J].大学化学,2017,32(5):1-6.

[5]李芹,董丽敏,汤卉.材料专业无机化学课程教学模式的改革探索[J].高教学刊,2017,25(3):104-107.

作者:王立艳;冯利利;刘骞 单位:中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院

环境工程专业无机化学教学改革及实践责任编辑:张雨    阅读:人次