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摘要:在我國,中等教育階段(如初中、高中)普遍開設了化學課,教學內容普遍涉及到無機化學內容,但比較基礎,真正的無機化學課程教學目標、教學內容會都更復雜。如何才能自然、有效地實現與之前化學知識結構和學習方法銜接,怎么實現無機化學自身知識相互間的銜接,對于無機化學課程來說非常重要。本文簡單分析什么是無機化學課程、課程教學的特點、教學內容銜接的內容和教學方法,以期與同行探討,共同提高無機化學教學質量。
關鍵詞:無機化學;無機化學教學內容;無機化學教學方法
化學,是一門自然學科,是一種在分子、原子層次上進行系統研究的自然科學,研究對象包括物質的組成、結構、性質以及相互作用并產生變化等。在現代化學中,包括無機化學、有機化學、物理化學、分析化學、高分子化學5個二級學科,無機化學就是化學學科的一個分支。
1什么是無機化學課程
所謂無機化學課程,是以研究無機化合物為對象的一門化學學科,如果要解釋得更為符合化學學科特色,其研究對象就是指“不含C-H鍵的化合物”,比如一氧化碳、二氧化碳、硫氰酸鹽、碳酸及碳酸鹽、二硫化碳、氰化物等都屬于這個范疇。
1.1化學學科的基礎課
無機化學課程是化學、化工、材料、生物、制藥等相關專業的基礎課,在大學、高職以及其他教學單位的醫藥、化工等專業的入門階段都會開設。這一課程是銜接高等化學教育與中等化學教育的橋梁,也是系統學習其他化學二級學科(如分析化學、物理化學、有機化學以及其他專業課)的學習紐帶。如果能掌握系統、完整的無機化學知識,能為相關課程學習奠定更重要的理論基礎。
1.2培養思維方法和創新精神
無機化學是高等化學教育專業的第一門重要專業基礎課,與中等教育階段的化學課程相比,無機化學的要求更加嚴格,一方面需要引導學生加深并鞏固中等教育階段化學課程的知識基礎上,更加靈活地掌握、更加準確地理解無機化學這一基礎學科需要涉及到的主要基本原理,以及涉及到的重要元素化合物知識等;另一方面,無機化學還要求學生必須了解整個化學領域的發展趨勢,訓練學生更靈活的思維方法,培養更具挑戰意識的創新精神。
2無機化學課程教學的特點
無機化學課程教學內容比較多,且比較零散,課程主要目的:使學生靈活、牢固地掌握化學熱力學基礎、化學平衡、化學反應速度和近代物質結構理論等基本理論,掌握溶液中四大平衡的相互關系和有關計算;同時,學生能夠以元素周期律為基礎,掌握重要化學元素及其重要化合物的主要性質、結構、制法和重要應用。
2.1無機化學的教學時間短、內容多
無機化學課程教學內容包括原子結構和元素周期律、分子結構、晶體結構、配合物、化學熱力學、化學平衡常數、化學動力學、水溶液、酸堿平衡、沉淀溶解平衡、電化學、配位平衡、鹵族元素、氧族元素、堿金屬、堿土金屬、過渡元素等內容。而化學實驗作為最重要的一個課程內容,也有較為系統的課程要求,包括研究元素及其化合物的重要性質和反應、熟悉主要無機物的制備方法、注意培養學生無機化學實驗的基本操作技能、使學生逐漸學會準確地觀察化學反應現象以及處理數據的方法等。嚴格來說,要系統學完無機化學課程,可能需要100-200個學時。然而,對于大部分教學單位而言,課程開設差異是非常明顯的。一般情況下,大部分教育機構可能在70-100學時,有一些在50~80學時,甚至有一些只有32~60學時。當然,不同的課時設置,課程要求難度會不一樣。
2.2無機化學課程的教材不統一
就目前來說,無機化學教材方面的出版物種類非常多,且每年修訂,頻繁的內容變更對于教師而言,挑戰極大。從內容方面來講,大部分教材以最大化擴大適用人群為編撰的一個參考標準,因此,教材內容普遍都包含“大而全”的知識。如傳統無機化學的基本化學反應原理、物質結構及元素化學三大模塊。然而,對于只有“短學時”的學生而言,這些教材的適用性就大打折扣。同時,不同教材的內容編排結構也有很大差異,有一部分教材按“化學原理、物質結構及元素化學”的模塊來排版,有一部分教材又是按照“物質結構、化學反應原理、元素化學”來介紹。而教材內容中各個內容模塊之間的內容基本相互獨立,很難建立起直接關系。對于無機化學教師而言,要在極度有限的教學學時中,要讓學生更牢固地掌握知識,如何對不同教材中的教學內容結合教學目標進行有效取舍,這是一個巨大的挑戰。
3無機化學課程教學銜接的內容
3.1不同學習階段新舊知識點的銜接
在基礎化學課程教育中,課程涉及較多無機化學課程的基本內容,比如基本化學反應原理、物質結構及元素化學,但鑒于其教學目標屬于初級要求,該階段教學程度其實非常淺,只能算入門,大部分知識點都只要求記住概念,而且不同地區、不同學校的要求還可能存在差異。我們可以理解為,就像英語課程的字母學習、簡單單詞拼讀、簡單問候語交流等。而在無機化學課程中,各部分內容的難度都大大提升。比如在“化學平衡”中引入了許多熱力學函數(標準平衡常數、焓、熵、Gibbs函數等),難度則更大。因此,在無機化學課程中,教師一定要注意“內容要求”的銜接,必須根據學生的實際掌握情況,制定學習計劃和教學進度,幫助所有學生在已有學習基礎上持續提高,循序漸進。
3.2課程前后知識點的銜接
前文已講述,不同的教材可能內容結構有差異,而大部分教材的章節內容相互獨立,很難直接建立起聯系。因此,在無機化學的課程教學中,教師一定要注意前后知識點的銜接,指導學生融會貫通。從理論層面而言,無機化學課程一般包含三個部分內容:化學反應基本原理、物質結構、元素化學。大部分教材或大部分的教師,都會將“化學反應基本原理”和“物質結構”兩個內容安排在“元素化學”章節之前,順序有可能先“原理“,也可能先“結構”。但不論怎么安排,教師一定要注意根據學生的知識掌握情況來制定。同時,對于大模塊之間、章節內容之間的知識點梳理出來,建立合理的知識架構和聯系,提高學生掌握效率。
3.3重點知識與普通知識的銜接
每一門課程都是“重點”、“難點”和“基礎點”,同時還有一些“選修知識點”。本文的“普通知識”主要是指“選修”的內容,這部分內容一方面可以縮短學時,同時又能幫助學生“延伸學習內容、增強思維能力、培養創新精神”,可謂“一舉多得”,因此被許多教材或教育機構采用。對于選修的內容,教材可能會采用不一樣的排版方式,或者用不同的符號標注,這部分內容一般不作為考試內容。比如“化學動力學”中,有一些教材就把“化學反應機理”,這個內容設置為選修內容。當然,也可以補充一些其他相關知識。比如有一部分教材會在教材中補充“化學動力學在考古中的應用”、“化學電源實例”等知識。當然,教師也可以根據學生、教學單位的實際情況,對教材進行再加工,確定“選修”內容,在保證教學單位制定的教學目標基礎上,有效完成教學任務。必修的課程要求全體學生牢固掌握,選修部分則根據學生具體實力來實施,優化教學時間安排,提升教學效率。
3.4“動嘴”內容與“動手”內容的銜接
無機化學是一門集理論與實踐為一體的自然學科,由理論課程與實驗課程組成,要有效完成無機化學教學目標,就一定要強調“動手”能力的培養。所以,課程教學中一定要做到“動嘴”與“動手”的銜接,提高學生綜合能力。比如,復雜的實踐由老師帶著做,但如果是一些簡單的實驗,則可以通過錄制視頻或者“帶學生導師”的方式,通過視頻和學生的“杠桿“作用,節約講課時間,給予更多實踐讓學生“動手”,掌握更多實驗技術,提高其實踐動手能力。
4無機化學課程教學銜接的教學方法
如何讓高等教育新生在短時間內學好無機化學基礎知識,引導學生建立完整的無機化學知識體系,扎實掌握無機化學課程各個章節的重點知識和難點知識,對于無機化學教師來講,需要解決的問題非常多。前文已分析,一則是有機化學課程內容本身的難度和復雜程度,同時,學生普遍還停留中等教育階段的化學學習方式上,因此如何實現中等化學教育與高等化學教育的銜接是重中之重。同時,無機化學課程時間更有限制,教師面臨的執行困難紛繁而復雜,需要無機化學教師們探討更多有效的、符合學習規律的教學方法。
4.1“當地礦產”教學法
無機化學教學內容包括化學反應基本原理、物質結構、元素化學三大模塊,其中,“物質結構”和“元素化學”的教學內容相對較多,可以加強“思路講解”,將無機化學理論與物質聯系起來,并結合當地礦產進行講解。必要的時候,還可以通過視頻、實地參觀、同學分享等方法,結合生活實際,加強學生對“元素”的理解。比如,班上如果有貴州的同學,我們在講解“s區元素”、“d區元素”和“ds區元素”的時候,就可結合貴州的礦種資源來介紹一些元素及其化合物,并且可以邀請同學分享,他所見過的一些礦產資源。比如齊魯化工這類化工企業,也可結合業務特色進行講解。在這家集石油化工、鹽化工、煤化工、天然氣化工為一體的特大型煉油、化工、化肥、化纖聯合企業中,哪些化學元素與其業務息息相關。對于與學生本身有關系的元素細致講,其他元素則點到為止,也容易讓學生“有記憶點”,避免“什么都講了,什么都沒記住”。
4.2新媒體教學法
在傳統的化學課堂上,一般以“老師講、學生聽”的模式來開展,這種方法更多層面上屬于“機械”記憶,其實并不太適合自然科學的教學,學習效果并不太好。因此,筆者在教學課程中,經常會使用到“新媒體”,根據學生實際情況、學校課程情況,自己制作課件,或者錄制一些小視頻,充分利用電子媒介進行教學。同時,我們還可嘗試組建QQ群、微信群,推薦好的學習網站,好的學習課程,及時溝通交流,提升學生知識掌握情況。當然,也可以讓學生通過自己的途徑搜集資料,不斷擴充相關知識。比如“天然放射性現象”,可以提前讓學生通過網絡手段學習,自己提問,自己解答,并搜集自己覺得有用的相關知識點。課堂上再一起分享、碰撞。這種方法往往比教師講的效果更好。
4.3故事教學法
所謂故事法,就是把生硬的知識通過故事的形式來講解,尤其是針對有人物的內容。我們還是以“天然放射性現象”為例,我們可以結合“新媒體教學法”,提前制作一個課件,其中在補充幾個重要科學家的重要發現時,就可以用到“故事法”。比如,1899年,英國物理學家盧瑟福發現放射性物質放出的射線不是單一的,而可以分出帶正電荷的α射線和帶負電荷的β射線,前者穿透性較弱,后者穿透性較強。1900年,多恩在鐳制劑中發現惰性氣體氡,根據這一事實,盧瑟福和索迪于1902年提出了一個大膽的假說——放射性現象是一種元素的原子自發地轉變為另一種元素的原子的結果,這個假說很快就得到了證實。1903年,索迪等做了一個實驗:將氡焊封在細頸玻璃管內,然后用光譜法測量。他們觀測到管內的氡不斷消失,而氦則逐漸增加。原子衰變理論就這樣建立起來了,它動搖了多少世紀以來作為經典化學基石的“原子不可分、化學元素不可變”的觀念……這一連串復雜的任務、元素等,如果教師講起用“很久很久以前”的故事方式來講解,學生的興趣會更濃。
4.4視頻實驗法
實驗教學法其實在化學課程中一直都有,但此處提出的原因在于,大部分的實驗課,都是“看”的,而非學生真正動手操作完成的。無機化學包括很多實驗,完整實施下來差不多也要100個課時。但實際上,各個教學單位并沒有這么多時間和資源來完成。那么,我們就應該采用一些策略來完成教育目標。就無機化學的教學目標來說,實驗技能大概要包括3方面的技能——實驗的安排能力、基本操作能力、實驗現象和數據的觀察與記錄以及分析與處理的能。而其中,基本實驗操作是最基礎也最核心的能力,一定要放手讓學生多實踐,保證大部分學生的化學實驗基本操作能達到正確、規范和熟練。現在以“減壓過濾基本操作”為例子。這個實現看似比較復雜,大部分學生都不容易掌握。但仔細分析一下,這個操作大概就是四個基本點:連接裝置、濾紙緊貼瓷片、過濾溶液、停止過濾,只要記住這幾個關鍵點,組織學生反復練習,就能很快掌握。當然,梳理要點是最基礎的步驟,示范仍舊是重點。實驗一般是小組為單位,學生輪換操作。教師可以提前錄制操作視頻,在投影儀播放。實驗的學生專心操作,等待的學生則“無實物表演”,反復看視頻。同時,教師可在每組中培養一位“實驗能手”,類似導師,則可代替教師糾正其他同學。如此反復,整個一學期下來,則可通過更少的時間提高更多學生的實操技能。
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作者:張斌 紀海明 呂宜春 單位:齊魯石化培訓中心 山東化工職業學院