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關鍵詞:無機化學;現狀;無機合成;制備化學研究
【分類號】:H319
一、無機合成與制備化學研究進展
無機合成與制備在固體化學和材料化學研究中占有重要的地位,是化學和材料科學的基礎學科。近年來無機合成與制備化學研究的新進展主要表現為以下幾個方面:
1.1極端條件合成。在現代合成中愈來愈廣泛地應用極端條件下的合成方法與技術來實現通常條件下無法進行的合成,并在這些極端條件下開拓多種多樣的一般條件下無法得到的新化合物、新物相與物態。超臨界流體反應之一的超臨界水熱合成就是無機合成化學的一個重要分支。
1.2軟化學合成。與極端條件下的合成化學相對應的是在溫和條件下功能無機材料的合成與晶化,即溫和條件下的合成或軟化學合成。由于苛刻條件對實驗設備的依賴與技術上的不易控制性,減弱了材料合成的定向程度。而溫和條件下的合成化學――即“軟化學合成”,正是具有對實驗設備要求簡單和化學上的易控性和可操作性特點,因而在無機材料合成化學的研究領域中占有一席之地。
1.3缺陷與價態控制。缺陷與特定價態的控制是固體化學和固體物理重要的研究對象,也是決定和優化材料性能的主要因素。材料的許多性質如發光、導電、催化等都和缺陷與價態有關。晶體生長行為和材料的反應性與缺陷關系密切,因此,缺陷與價態在合成中的控制顯然成為重要的科學題。缺陷與特定價態的生成和變化與材料最初生成條件有關,因此,可通過控制材料生成條件來控制材料中的缺陷和元素的價態。
1.4計算機輔助合成。計算機輔助合成是在對反應機理有了了解的基礎上進行的理論模擬過程。國際上一般為建立與完善合成反應與結構的原始數據庫,再在系統研究其合成反應與機理的基礎上,應用神經網絡系統并結合基因算法、退火、mon te2carlo 優化計算等建立有關的合成反應數學模型與能量分布模型,并進一步建立定向合成的專家決策系統。
1.5組合化學。組合化學是利用組合論的思想和理論,將構建單元通過有機/無機合成或化學法修飾,產生分子多樣性的群體(庫),并進行優化選擇的科學。組合化學用于合成肽組合庫,也稱組合合成、組合庫和自動合成法。組合方法同時用n 個單元與另外一組n′個單元反應,得到所有組合的混合物,即n+ n′個構建單元產生n×n′批產物。
1.6理想合成。理想合成是從易得的起始物開始,經過一步簡單、安全、環境友好、反應快速、100% 產率獲得目標產物。趨近理想合成策略之一是開發一步合成反應,如富勒烯及相關高級結構的合成,從易得的石墨出發,只需一步反應即得到目標產物,產率44%。趨近理想合成策略之二為單元操作。相對復雜的分子,如藥物、天然產物的合成,需要多步反應完成。在自然界里,生物采取多級合成的策略,在眾多酶的作用下,用前一步催化反應的產物作為后續反應的起始物,直至目的產物的生成。
二、固體無機化合物的制備及應用
2.1光學材料的研究。1983年蘇勉曾等在系統研究氟鹵化物的X-射線發光及紫外發光現象的過程中發現了BaFX:Eu2+晶體經X-射線輻射后著色的現象開始注意到晶體中色心生成并于1984年開始研究晶體的X-射線誘導的光激勵發光現象及發光機理用光激勵發光材料制成了圖像板作為X-射線的面探測器。他們還設計制作了一臺由光學精密機械和計算機組成的計算X-射線圖像儀已可以獲得清晰的X-射線透視圖象和粉末晶體衍射圖像。
2.2多孔晶體材料的研究。徐如人、龐文琴等在水熱法合成各種類型分子篩的基礎上發展了溶劑熱合成法利用前驅體和模板劑制備了一系列水熱技術無法合成的新型磷酸鹽及砷酸鹽微孔晶體所合成的JDF-20是目前世界上孔口最大的微孔磷酸鋁;1989年徐如人、馮守華等首次報道了微孔硼鋁酸鹽的合成和性質之后又獲得了一系列新型微孔硼鋁氯氧化物。其中硼的配位數可取4也可取3但不會高于4;鋁、鎵、銦的配位數大多超過4有的甚至達到6。所有這些都突破了傳統分子篩純粹由四面體結構基元構成的概念為開發新型結構特征的微孔材料提供了豐富的實驗依據。
2.3金屬氫化物的研究。申泮文等設計了有特殊攪拌設備的固-液-氣多相反應釜使“金屬還原氫化反應”在400~500℃范圍內進行完全;利用此類反應以新方法合成復合金屬氫化物;以“共沉淀還原法”“置換擴散法”制備了鈦鐵系、鎳基或鎂基合金等儲氫材料;創造了釹鐵硼等永磁材料合成新工藝。
2.4 C60及其衍生物的研究。1990年底中國科學院化學研究所和北京大學開始C60團簇的合成實驗研究爾后國內10余個單位相繼開展了C60的研究取得了很好的結果如首先在國際上建立了重結晶分離C60和C70的方法;在國內首次獲得了K3C60和Rb3C60超導體達到了當時的國際先進水平;發現在陰極中摻雜Y2O3可以大大提高陰極沉積物中等碳納米管的含量;首先報道了直接氧化C60含氮化合物的研究成果等。
三、室溫和低熱固相化學反應
3.1固相反應機理與合成。忻新泉等近10年來對室溫或近室溫下的固相配位化學反應進行了系統的研究探討了低。熱溫度固-固反應的機理提出并用實驗證實了固相反應的四個階段擴散-反應-成核-生長每步都有可能是反應速率的決定步驟;總結了固相反應遵循的特有的規律;利用固相化學反應原理合成了幾百個新原子簇化合物、新配合物以及固配化合物。
3.2原子簇與非線性光學材料。非線性光學材料是目前材料科學中的熱門課題。近10多年來人們對三階非線性光學材料的研究主要集中在半導體、有機聚合物、C60以及酞菁類化合物上而對金屬簇合物的非線性的研究幾乎沒有。忻新泉等在低熱固相反應合成大量簇合物的基礎上開展了探索研究發現Mo(WV)-Cu(Ag)-S(Se)簇合物具有比目前已知非線性光學材料更優越的三階非線性光限制效應使我國在這一前沿領域的創新工作中占有一席之位。
3.3合成納米材料新方法。納米材料是當前固體物理、材料化學中的又一活躍領域。制備納米材料的方法總體上可分為物理方法和化學方法兩大類。賈殿贈、忻新泉等發現用低熱或室溫固相反應法可一步合成各種單組分納米粉體,并進一步開拓了固相反應法制備納米料這一嶄新領域取得了令人耳目一新的成績。如在深入探討影響固相反應中產物粒子大小的因素的基礎上實現了納米粒子大小的可調變;利用納米粒子的原位自組裝制備了各種復合納米粒子。該法不僅使合成工藝大為簡化降低成本而且減少由中間步驟及高溫固相反應引起的諸如產物不純、粒子團聚、回收困難等不足為納米材料的制備提供了一種價廉而又簡易的新方法亦為低熱固相反應在材料化學中找到了極有價值的應用。
關鍵詞 多媒體教學 無機化學教學 高等教育
中圖分類號:G424 文獻標識碼: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 多媒體教學優勢應用的分析
(1)提高教師講授效率,形象教學增進學生的理解。對于無機化學教學,有些東西是難以運用語言起到良好的教學效果,比如說原子結構、分子結構等內容,運用語言是很難表達教師的主觀目的,教師講授過程中雖然有時候可以表達清楚,但是這樣既耗時又費力,嚴重影響了教學效率,不如多媒體教學直觀,簡單易行,從而提高教師講授效率。其次對于某些比較抽象的事物,教師可以利用多媒體形象生動的特點,將比較抽象的事物用動畫呈現給學生,化抽象的理論為形象、化難度為易點,通過利于學生接受的形式展現,增進學生的理解。此外,通過這種形象生動的教學方式,可以激發學生的學習興趣,提高學生學習的積極性,從而在一定程度上提高了教學效率。
(2)擴展了課時容量。無機化學學科涉及的知識面比較寬泛,內容比較多樣,學生所要學習的東西越來越多,再加上現有課時不斷減少,在有限的課時內完成如此大量的學習內容,其課時量非常繁重。在過去,教師們為了能在有限的時間內把所有的課程講授完,他們不得不選取重點進行講授。例如在紅細胞溶液的知識講解的過程中,可以采用將紅細胞在不同溶液中的形態Flash畫面展示給學生,減輕了學生思考的時間,使學生直接理解,這樣不僅減少了老師以前大量不清晰的贅述,而且提高了學生的理解能力,在一定程度上從兩方面擴展了課時的容量,同時學生的印象也比較深。同時對于課時也要有序,咬文嚼字的教學并非無機化學的好的教學方式,無機化學多媒體的教育要有趣,引導學生積極參與進來,用有限的時間擴大無限的課堂容量,讓學生與教師充分地配合,才能更好地教學,以便更好地完成教學任務。
(3)提高學生的專注度,提高無機化學課時效率。教師通過多媒體技術在高校無機化學教學中提高學生的興趣程度,使原先的課堂由枯燥變為生動,在提高學生的專注度的同時,提高了無機化學課時效率。利用多媒體技術輔助無機化學教學,可以形象地模擬演示銅鋅原電池中Zn、Cu、Zn2+、Cu2+等的運動情況,接著再對銅鋅原電池裝置中電子的得失進行動畫模擬演示其運動情況。提高學生的學習專注程度,從而提高無機化學課時效率。當然科學的教學是教師的基本職責,并將教學的方式和成果融入到實際教學中去,并不斷提高無機化學教學的學術水平。在教學過程能擴大和積累廣博的學科知識,不僅是對教師的全面促進,更是對學生的最佳教育方式。所以,無機化學的教學要從把教學提高到人才培養的角度來理解,尊重人才培養這一理念職責的問題。
2 多媒體在高校無機化學教學中的注意事項
(1)把握高校無機化學教學中的重點。多媒體教學在高校無機化學的應用的終極目的是提高了教學質量,有效擴展課時容量,提高課時效率。我們應該在此基礎上進行多媒體教學,因此在利用多媒體教學的過程中應該抓住重點、把握要點,這樣才能達到多媒體在高校無機化學教學中有效應用的目的,切忌一味地提高學生的興趣,忽視教學的重點。
(2)控制教學速度。多媒體在高校無機化學教學中應該在學生完全接受的前提下,進行速度的提升,從而提高課時容量和課時效率,但是不能一味地提高教學速度,忽視了學生的理解能力,因此應該保證學生理解的前提下,控制教學速度,否則會較低教學效果。在這一點上,對于剛剛走上工作崗位的大學教師,由于對學生的理解能力和基礎知識缺乏深度了解和過分依賴多媒體課件,會造成教學速度過快,學生對教師講授的內容囫圇吞棗,不能深入透徹地理解。(下轉第186頁)(上接第184頁)
(3)注重教和學相輔相成。在多媒體進行授課的過程中,老師應該有效地調動學生學習的積極性,從而提高學習效率。教師作為學生學習的引導者和教授者,應該在“教”的過程中注重學生的“學”,使兩者相輔相成,使學生成為主體,讓學生化被動為主動,最終達到及時掌握、領悟學習內容的目的。提高多媒體教學在無機化學教學課件上的應用,不僅增大了信息量,更擴大了學生認識度和范圍,這樣提高了課時的效率,達到了預期目標,還提高了學生們的積極性。
(4)注意多媒體教學與傳統教學手段相結合。盡管多媒體教學在提高教師的課堂講授效率,擴展課時容量,提高學生的學習效率上起到了至關重要的作用。但其不能代替所有傳統的教學手段,必須與傳統的教學手段有效結合才能起到更好的效果。傳統的教學手段主要包括教科書、粉筆、黑板、掛圖、模型等手段。從當前的教學實際來看,傳統的教學手段仍在發揮著重要的作用,如教科書能使理論知識具有概括性、系統性和連續性,黑板則具有隨講隨寫的靈活性,掛圖模型則具有可操作性與直觀性等優點。有些課程和教學內容,利用傳統課堂教學手段來完成,效果要遠遠高于多媒體教學。教師可以讓學生在利用多媒體欣賞圖片時,結合傳統教學手段展開教學內容,層層深入,采用啟發式教學方法,不斷啟發學生思考,從而使之領會概念、掌握原理、發現和解決問題,鼓勵學生在自由的課堂氣氛中,大膽地推測,發表己見,開展討論,使得教師和學生有良好的交互性。因此,在多媒體教學中可以適當地運用傳統教學的調控作用。關注學生的反應,最大限度地發揮教師、學生的潛力和師生之間配合的效力,達到教學的高效率高質量。
3 討論
綜上所述,通過對多媒體教學應用的探究,發現多媒體在教學過程中不僅提高了高校無機化學的教學質量,有效地擴展了課時容量,提高高校無機化學課時效率。此外在多媒體教學過程中,應該注意把握高校無機化學教學中的重點、控制教學速度、注重教和學相輔相成的基本性質,從而實現合理利用多媒體教學的優勢,實現化學教學的新突破。
參考文獻
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[3] 孫先明,付艷鋒.多媒體教學中存在的問題及對策[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機及分析化學”是將無機化學和分析化學兩門課程整合為一的課程[1-3],這門課程不僅是化學專業的必修課,同時也是近化學專業如食品、環境、生物、醫藥、材料等專業的學科基礎課[4]。因此,學好這門課程至關重要。對應用型本科食品專業[5-9]來說,這門課程的教學要做到重視基礎內容,敢于摒棄、整合舊內容,及時補充新理論知識,讓學生所學知識能應用到后續專業課的學習和實際生活中。隨著近年應用型本科食品專業基礎課程教學的改革,“無機及分析化學”的課程[10-12]教學現狀如下。首先,該課程的課時數相比以往有所減少,目前我校食品專業無機及分析化學有64學時(不包括實驗)。課時數減少的同時食品專業所需的相關化學學科基礎知識并沒有減少,這在一定程度上加重了教學難度。其次,我校食品專業學生來自全國各地,除了高中時期專門參加過化學競賽的同學基礎稍好,其他同學的化學基礎知識相對薄弱。這對于教師講課的內容和教學設計有一定的挑戰。再者,該課程是食品專業的學科基礎課,開設在大學的第一學期,該課程與“生物化學”、“食品化學”等課程聯系比較緊密,該課程的學習效果直接影響后續專業基礎課的學習。最后,應用型本科食品專業的學生需要掌握好無機及分析化學理論知識的同時也要有熟練的實驗操作技能。因此,教好和學好無機及分析化學對食品專業新生的學習興趣、知識積累和科研素質培養非常重要。
本課程的教學要完成教學任務,更要為食品專業的學生打下扎實的化學基礎。結合自身的實際教學來說,該課程總體教學的時間緊,內容多,任務重。這就要求我們能根據學生的具體情況和專業的要求,提出教學目標,以此來安排合理的教學。下面我將結合自身的教學過程,從幾個方面談談應用型本科食品專業無機及分析化學課程的教學目標、教學內容、教學方法及課程教學的體會[13-18]。
1 教學目標
“無機及分析化學”是食品專業本科生的重要學科基礎課。該課程的教學以教師課堂講授為主,課堂提問、課后練習和實驗課為輔。該課程安排在第一學期,是學生進入大學后的第一門學科基礎課,現總學時 64學時,每周 4 學時。課程教學開始前,需要了解學生的相關化學知識學習狀況: 該門課程所教授的知識點,學生在高中階段接觸過,但不夠系統和深入,除非參加過競賽的同學。所以說,學生整體化學知識薄弱。鑒于現狀,整個課程中無機化學部分比例稍大,占36個學時,分析化學占28個學時。具體目標有以下幾個方面:首先,該課程能培養學生具有分析、處理一般無機與分析化學問題的初步能力,同時培養學生嚴謹細致、實事求是的科學作風。其次,該課程要求學生對課程中知識的重難點明確掌握,課后作業題獨立完成。再者,涉及該課程的具體內容有:讓學生重點掌握平衡的原理、溶液中的各種化學平衡及其在分析化學中的應用,讓學生建立準確的“量”的概念和掌握各種化學分析方法;讓學生掌握化學熱力學、化學動力學、原子和分子結構、分散體系和溶液等方面的基本理論和基本知識;讓學生掌握分析化學中的滴定分析、重量分析和吸光光度分析的基本理論和方法。
2 教學內容
為了實現上述的教學目標,我們是以 “加強理論基礎知識,重視實驗操作,聯系實際問題,反應科學前沿” 作為該課程教學的指導思想。食品專業本科生所學習的 “無機及分析化學” 課程中涉及到的大多數知識點,在后續的“物理化學”“生物化學”“有機化學”等課程中又會在更深的層次上重復。那么如何選擇該課程的教學內容,避免不必要的重復,這也是一個難題。首先,在教學內容的選擇上,注重知識結構的整體性教學,突出知識體系的主干,不講或少講與食品專業后續學習無關的部分,重點講授基本的、容易混淆的和難以理解的概念。使學生的知識體系更加清晰和系統。其次,在教學內容的選擇上注意理論與實驗和實際的結合。該課程分為兩個部分,一是,無機化學側重于元素化學的學習,二是,分析化學側重于分析科學思維模式的培養。兩者都需要聯系日常生活中的實驗現象和實際生產。通過增加“應用實例”,比如:測定三聚氰胺中蛋白質的含量或麥芽糊精中總糖含量的測定,來提高學生們學習該課程的積極性和熱情。再次,在強調基礎理論知識的過程中要反應科學前沿,具有先進性。滿足一些學生的好奇心,同時也能拓寬他們的知識面。
3 教學方法
在課程開課之前,通過對食品專業學生的新生調查可知,不同地區中學化學課開課情況以及掌握情況各不相同,有些新生甚至沒有接觸到化學實驗。鑒于上述情況,我們需要從教學方法上提高教學效果,調動學生的積極性,讓學生打下扎實的基礎,培養學生的創新思維和能力。從以下幾個方面著手:
(1)開闊學生視野,讓學生充分了解“無機及分析化學”這門課程的地位和用途。該課程是化學兩大基礎學科分支的結合。通過學習無機化學,我們可以不斷認識和改造物質世界,還能創造新的物質世界。通過學習分析化學,將有助于我們對原料的篩選,對工藝流程的控制以及對食品質量的檢測。該課程作為應用型本科食品專業的學科基礎課,對后續“食品分析”“微生物學”“食品化學”等專業課的學習起了至關重要的作用。同時,也讓學生了解學習該課程在將 來從事食品的教學、科研、管理、生產等各領域、各部門工作時都頗有益處。
(2)加強基礎知識學習,突破重難點。結合該課程的特點和專業的需求,對教材的內容有所增?p。但是,基本知識、反應、公式和實驗都是需要系統的學習。在實際教學中,促進學生學習知識與提高素質相結合。將教學中的重難點布置成思考題,以此來啟發學生的思維。課堂上不能自導自演,要做到與學生互動。可以提出問題讓學生交流討論,及時的進行反饋點評。增加課堂提問和練習的力度。根據課堂學生反應情況布置課后習題,鞏固課堂所學知識。布置課后練習時要做到有針對性,有層次性,從而使每位學生都能夠較好地掌握。
(3)認真的備課,做到有備而去。講授時要做到主次分明,層次清晰。更新自己的教學手段,做到理論與實際相結合。采用多種教學方式:啟發式、討論式和參與式。根據學生的反應及時調整教學策略。講課時要做到深入淺出,化繁為簡,有快有慢,循序漸進。根據教學進度計劃表,運用好教材,有條不紊的進行教學。同時也要注意培養學生自主學習、獨立思考的能力,有些知識沒必要講的太細太繁。
(4)理論課的學習一定要與實驗課相結合。通過具體的實驗操作,增加學生學習理論課的興趣,也能起到鞏固理論知識的效果。鼓勵學生參加各類開放性實驗和創新實驗,結合實驗也可以對理論知識進行查漏補缺。比如,通過分光光度法測定待測鐵樣中總鐵的含量,來鞏固分光光度法的原理。此外,通過實驗也能夠訓練學生正確的掌握化學實驗的基本操作技能。綜合性實驗也可以鍛煉學生的動手能力,提高分析問題和解決問題的獨立工作能力。
(5)利用課外時間對學生進行輔導答疑。大學新生第一學期的課程相對不多,學生有充分的時間學習和鞏固該課程。針對作業中出現的問題,要對學生進行分類輔導,如概念類、原理類、反應類、方法類、濃度類和計算類等。輔導結束后,學生要繼續做題進行鞏固,達到真正理解和應用的過程。
生物無機化學是由無機化學、生物化學、臨床化學和醫學交叉融合而發展起來的一門新型邊緣學科,在分子水平甚至量子水平上,研究和闡明生物體內生物大分子配體與無機元素有關的各種相互作用的學科[1]。它包括兩個主要部分:一是研究生物體中天然存在的無機元素,二是把金屬引入生物體系中作為探針和藥物。
1 藥學專業無機化學教學中滲透生物無機化學的重要性
在我國很多醫藥院校的藥學專業中,藥學教育的模式一直是化學模式。由于,無機化學的理論學習中要求記憶的東西很多,較枯燥,導致了很大一部分同學在學不到一半的時候就放松了學習,明顯影響學習效果。如果能夠在教學過程中有意識地引進一些生物無機化學的新知識、研究的前沿和熱點問題,及相關的人文科學知識,將大大提高藥學專業學生的學習無機化學的興趣,為提高其綜合素質和培養其創新能力提供堅實的基礎。在我國的一些院校的化學系開設了生物無機化學的選修課程。但是對于藥學專業進行生物無機化學教學受到學制短、化學課課時少及化學和生物化學基礎知識差等客觀條件的限制。為解決這個問題,可以在學習無機化學的過程中有意識地滲透一些生物無機化學方面的知識,以達到提高學生的學習興趣等的效果。
2 在藥學專業無機化學教學中滲透生物無機化學的內容
在藥學專業使用的無機化學教材中,隱含著豐富的生物無機化學教育內容[2](圖1),教師要有計劃地把這些知識滲透到教學過程中去,使學生在學習無機化學知識的同時,獲得更多與藥學相關的知識。因此在備課時,教師需要熟讀教材,找準無機學化各章節中滲透生物無機化學知識的結合點。
2.1 緒論部分
無機化學是一門理論性較強、較抽象的課程。在緒論課時,教師適當的滲透一些無機藥物方面的知識(表1),將對提本文由收集整理高學生學習無機化學的興趣起到事半功倍的效果。
2.2常見非金屬元素及其化合物
非金屬元素的生物無機化學的內容相對偏少,但也還是存在足夠的可講的知識點。如,三位科學家由于發現一氧化氮作為人體中一種重要的信號分子而于1998年獲得諾貝爾醫學獎。一氧化氮是第一個被發現的參與細胞信號轉導的氣體信號分子。一氧化氮是隨血液存在于人體各處,只要有血液的地方就有一氧化氮的存在。一氧化氮參與的生命活動非常廣泛,在神經、免疫、呼吸等系統中發揮著重要作用。人的機體內有很多信號系統,它們可以調節全身的血管網絡,一氧化氮可以使微循環暢通,保證含氧血運送到人體各組織和器官當中,讓人體血壓保持在適當水平。人體內生成的一氧化氮自由基,可以穿透任何細胞,到達任何組織,使信息從人體某一部分,傳至其他部分,行使著傳輸信號的功能。這樣使血管擴張,幫助控制血液流向人體的各個部位,以起到保持血管清潔、預防中風、維持正常血壓的作用,有效減輕心臟負擔,從而達到預防心臟病的效果。這就是一氧化氮作為信號分子的作用。
2.3 常見金屬及其化合物
人們對于微量元素的作用遠不如對維生素那樣熟悉。然而,微量元素對于生命的作用要比維生素重要得多,生物體本身無法制造出它所需要的微量元素。所以,缺乏微量元素就成為一個十分嚴重的問題。現代研究表明,生物體內必需的微量化元素至少有十六七種。而人體內有1/4~1/3的酶需要金屬離子參與才能發揮催功能,這些金屬離子包括fe2+、zn2+、mn2+、cu2+、co2+、mg2+、ca2+等。人們逐漸認識到生命活動無不與金屬離子有著千絲萬縷的關系,即沒有金屬離子就沒有生命。缺乏這些元素,生物體就要發生各種病變。人體的許多疾病,包括一些地方流行病,往往與微量元素的缺乏或過量有關(表2)。
2.4 配位化合物
在現代醫學中無機藥物的使用已經非常普遍。從生物必需元素到有益元素甚至放射元素都在醫學上占有一席之地,而且涉及多種疾病的診斷和治療。有些具有治療作用的金屬因其毒性大、刺激性強、難吸收等特點而不能直接在臨床上應用,若把它們變成配合物就能在一定程度上增強藥效同時降低其毒性[3-5]。由于形成金屬有機絡合物提高了化合物的脂溶性,有利于提高其吸收效率,有利于藥物分子選擇性地進入體內的一定位置。
本部分可以重點地介紹治療藥物如鉑類抗腫瘤藥物和鉍類抗潰瘍藥物[6-7],診斷藥物如核磁共振造影劑、放射診斷藥物以及中藥研發方面遇到的實際問題。
2.4.1 鉑類配合物作為抗癌藥物的應用 20世紀70年代以來,鉑配合物抗癌功能的研究在國內外引起了極大的重視[8-10]。鉑配合物的抗癌活性是基于其對癌細胞的毒性[8]。現已確定具有順式結構的均顯示抑瘤活性,其中順式二氯·二胺合鉑,簡稱順鉑抗癌活性最高。它不僅能強烈抑制實驗動物腫瘤,而且對人體生殖泌尿系統、頭頸部及其他軟組織的惡性腫瘤有顯著療效,與其他抗癌藥聯合使用時具有明顯的協同作用。目前,我國已生產“順鉑”供應市場。由于“順鉑”尚有緩解期短、毒性較大、水溶性較小等缺點,經過化學家們的不懈努力,現已制出了與順鉑抗癌活性相近而毒副作用較小的第二代、第三代抗癌金屬配合物藥物[11]。
2.4.2 釓類配合物作為核磁共振造景劑的應用 核磁共振造影技術已成為當今臨床診斷中最為有力和安全的檢測手段之一。它對疾病的診斷是通過使用外來的順磁試劑或造影劑而使得正常組織和疾病組織的1h(主要是水)的共振信號產生差別。核磁共振造影劑使得質子的弛豫時間縮短,從而達到改善組織成像的效果。多數的核磁造影劑均為gd(ⅲ)、mn(ⅱ)和fe(ⅲ)離子,因為它們具有最多的未成對電子和較長的電子自旋弛豫時間。目前臨床診斷使用的化合物主要有四種,全部是三價釓的配合物。據統計,世界上大約每年要進行500萬次核磁共振診斷,而其中20%必須使用造影劑,造影劑研究及應用的重要性不言而喻。
2.4.3 絡合作用與中藥的研發 在天然藥物研究開發過程中,往往藥物的粗提物具有明顯的生理活性,但是隨著純度的提高,其藥理活性逐漸下降,甚至消失。究其原因,可能是由于除去了微量元素等無機成分。由于中藥中含有微量金屬元素和氨基酸、皂苷類、黃酮類、多糖類、生物堿等有機組分。而這些有機組分含有多個配位原子,能與微量金屬元素通過多種鍵合作用形成各種復雜的配合物。它們具有較高的穩定性,這對于藥物在體內的生物化學作用具有重要的意義,使之表現出長效、低毒和藥性溫和。
實際上,中藥的藥理作用是中藥中的有機組分和無機組分的共同表現,它們的絡合物往往表現出較強的藥理活性。例如,博來霉素最早由鏈霉屬真菌中以銅配合物的形式提取出來,只有人們改變了發酵條件得到了一系列類似物。博來霉素作為抗生素類抗腫瘤藥物在頭頸癌、卵巢癌等的臨床治療中廣泛應用。研究發現,博來霉素需要有金屬離子才能產生活性,鐵、鈷、錳、銅等離子的存在使得博來霉素能夠對dna進行裂解。目前較公認的機制是:博來霉素首先與金屬離子如fe3+結合,金屬離子結合的博來霉素發生構型的變化,然后與活化分子氧生成活化態,后者對dna進行切割并阻止其復制。
3 在藥學專業無機化學教學中滲透生物無機化學的途徑
3.1 制訂計劃
在無機化學教學中滲透生物無機化學教育,必須有周密的計劃,這一方面是為了在有限的時間內完成教學任務,另一方面也避免了盲目性和隨意性。制訂計劃力求全、準確、具體、可行。
3.2 注重滲透方法
擯棄“滿堂灌”的教學方法,開展啟發式、自學式和討論式教學。在課堂上注重以多媒體授課的優勢,充分發揮學生在教學中的主體作用和教師的主導作用,講重點、難點,給出一些專題,課后學生廣泛查閱文獻,根據自己的興趣,寫出相關小綜述,課程結束時,在課堂上做專題發言,互相交流,共同提高。這樣,在學生不僅學到了知識,更重要的是培養了他們自己獲取知識、分析問題與綜合問題及表達能力。
3.2.1 講授法 講授法是目前教師采取的主要方法之一,也是最傳統的教學方法。在化學教學過程中,滲透生物無機化學教育就是在講授無機化學基本知識的同時,把與之相關的藥學及生物學相關的知識傳授給學生。
3.2.2多媒體課件展示法 利用多媒體課件,向學生展示生物無機化學相關的知識。在課件的制作上,采用圖、文、表并茂的方式并盡可能地增加動畫效果,以增強教學內容的趣味性,更好地激發學生學習生物無機化學課程的積極性。如,講解葉綠素的結構及其在生物的光合作用中的作用時。通過生動形象的動畫效果,讓學生形象地感受生命中的化學過程。
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
無機化學是研究無機化合物的組成、結構、性質、反應規律的一門學科,是藥學類專業很重要的一門專業基礎課程,是中藥學、藥物資源、藥物制劑、藥物分析等專業課程的必修課程之一[1]。通過學習無機化學課程,不但可以鞏固和深化藥學等相關專業學生的理論知識,還可以培養他們自主學習能力、創新能力、發現問題和解決實際問題的能力等。無機化學基本概念多、知識點零碎,在學習過程中易使學生產生難學、厭倦等情緒。因此,積極探索研究無機化學的教學方法和教學重點,提高學生的學習效率和學習質量,為其他專業課程打下基礎,是一個重要的課題。
1 激發學習興趣,提高學習積極性
無機化學作為通識教育的一門重要課程,在學習過程中還要培養學生的科學思維能力,使學生能夠自主地、科學地分析問題、解決問題,增強學生獲取知識的獨立性與主動性[2]。 藥學專業是培育具有藥學學科基本理論知識和實驗技能,能在藥品生產、檢驗、流通、使用和研究等領域從事藥物研究、藥物制劑、藥物鑒定以及臨床用藥等方面人才的一門學科。因此,藥學專業無機化學的學習需要注重化學與生命科學各學科相結合,培養學生的專業興趣。
無機化學課程知識點比較多、元素性質多樣、理論較為抽象難懂(如:原子結構、分子結構)等,這些因素通常會讓學生在學習過程中感覺枯燥而喪失耐心和信心,產生厭學情緒。另外,有些學生在高中階段,由于實驗條件限制,無法學習相關實驗操作,平時學習化學以死記硬背為主,對無機化學學習興趣不高。偉大的物理學家愛因斯坦曾說過:“興趣是最好的老師。”這句話說明培養學生的學習興趣,激發其主動求知、探索、實踐,并體會此過程中的愉快情緒和體驗至關重要。將學習過程中的知識點與日常生活中的“衣食住行”關聯起來,是提高學生學習興趣的一個途徑。可以將現在媒體報道較多的環境污染、食品安全等相關問題,與化學聯系起來。如講解相關元素章節時,可以舉例廢水、廢氣、廢渣的亂排放,未經處理的廢水、廢氣、廢渣中含有大量的鉛、汞、砷、鎘、銻、鎳、鈷、錫、氟、鉻、硒等,可使水源和土壤遭到嚴重污染,如日本的“水俁病”與汞污染、鉛污染與神經系統疾病、鎘的污染與骨質疏松癥等、食品中的硝酸鹽污染與化肥之間的關系等;當然,還可以結合化學元素對人體健康的重要性,如:鈣廣泛存在于人體的骨骼、牙齒中,它還參與血壓的調解、心臟的收縮、血液的凝固等;鋅是人體合成生長激素的原料,兒童缺鋅會限制生長發育等;鉀元素以磷酸鹽形式存在,能調節血壓和使心臟正常工作;這些日常生活知識的引入可以讓學生充分認識在生活中無機化學的重要性,使學生從內心感受到學習無機化學的重要性。其次,將知識點與相關的科學家勵志故事結合起來,從人文思想上陶冶學生情操,提高其學習化學知識的興趣,如:鐳元素與居里夫人、青霉素與弗萊明、元素周期表與門捷列夫、我國著名結構化學家盧嘉錫與低溫相偏硼酸鋇的發現等。
2 改革教學內容,綜合利用多種教學手段
化學是醫藥院校藥學專業學生必學的專業基礎課,而無機化學的教學通常是在大學一年級進行,因此,引導學生學習好無機化學、夯實基礎知識,對于學習其他的專業知識也是十分必要的。目前,無機化學教學存在內容稍顯陳舊、知識點更新慢、理論與實際生產生活偏離較多,這就要求在教學過程中結合實際情況對教學內容進行改革,適應時代的發展和培養新型藥學人才的需要。為了使無機化學教學適應中醫藥院校的具體要求和實際需要,應該對無機化學課程進行適當和必要的調整。如教學過程中要結合藥學的實際需要,著重講解無機化學相關的基礎知識反應速率、氧化還原反應、沉淀溶解平衡、酸堿平衡等,再簡單介紹相關的原子、分子結構、化學鍵理論等;與高中重復的教學內容要留給學生自學等。這樣會使教學內容簡潔、銜接較好,有利于學生學習和掌握。而對于學科知識點較為陳舊且更新慢的問題,授課教師應該在教學過程中結合課程內容,引入并介紹自己的科研工作、經歷和感受,不用局限于教學大綱的要求,積極推介相關前沿學科的新思維、新觀點,適當地介紹交叉學科的相關研究進展。這樣不僅可以開闊學生的眼界、提高了學生學習興趣,對于培養主動學習知識、應用知識、解決問題等研究性工作能力也有很大幫助。
教學方法是教師為了完成教學任務,完成教學目標,在教學過程中運用的方式與手段的總稱。當教學目的和教學內容確定以后,必須輔以富有成效的教學方法,才能達到較好的教學效果[2]。因此,教學過程的成功與失敗,在很大程度上取決于教學方法的選擇合適與否。探索研究并積極推進一種或幾種行之有效的教學方法,能夠節省時間和精力,提高教學質量和效果。在教學過程中,可以根據學習章節安排,綜合利用案例教學法、PBL教學法、多媒體教學法和歸納比較法等教學方法,改變在教學過程中過度依賴PPT,只是把陳舊的教學內容放到PPT上,導致學生興趣不高等現象,提倡啟發式教學、探究式的教學,提高吸引力和感染力,讓學生勤于思考、主動參與。
3 培養學生自主學習能力
由于長期的教學模式影響下,課堂教學以教師為主,自主學習能力弱是大學各專業普遍存在的現象;而對于無機化學的學習,由于本科階段化學教學與初、高中化學教學有明顯不同,學科知識更加深化,而課時減少、這就加劇了本科階段化學學習的難度,同時,由于本科階段化學專業實驗較多,很多實驗學生甚至只是單純從課本以及學術研究得來,在實際操作過程中經驗不足,加之使用新型大型化學設備更加劇了學習化學的難度。這些因素導致藥學專業學生在學習無機化學過程中自主學習能力不高,甚至無法適應大學化學的學習。因此,提高學習自主學習能力對于提高他們的學習興趣,培養其自主探索、創新的能力至關重要[3]。
培養學生自主學習能力,首先要激發其學習動力,開拓視野。激發學習動力是培養學生自主學習能力的基石,轉換為學習的動力,進而激發對學習知識的熱情,從而達到自主探索與創新的目的。授課老師要針對在課堂教學過程中,要提高學生學習知識動力和學科認知情況,可以介紹學科發展愿景,未來就業前景與專業發展方向等;根據學校現實情況,讓學生參與到大型化學實驗設備的學習和實際操作,激發他們的學習興趣;帶領學生去相關就業實習單位,如藥品生產企業等參觀實習,擴展他們就業知識和操作欲望,激發學生的學習主動性。其次,優化課堂結構。課堂教學教師與學生教學主體的變化要求在學習過程中,教師要從知識的灌輸者,評價的主體轉變為課堂教學內容的提供者、服務者,真正發揮學生作為教學主體的作用。在教學過程中,教師要鼓勵學生積極思考,主動發言,甚至在有些情況下,提高學生課堂教學參與度;優化師生關系,教師要增加與學生課上課下的互動,特別是在課下,要打破等級觀念,積極與學生溝通,取得學生信任。最后,提高預習重要性。化學教師要鼓勵學生自主預習,明確預習的目的和意義,同時,要明確預習的要求,明確下一課時學習的知識點與教材知識的銜接,特別是化學實驗,要及時做好化學實驗筆記。另一方面,結合適當的評價機制,提高預習重要性。檢測課堂學習效果是激發學生學習主動性,培育學生成就感的有效手段。
4 重視無機化學實驗教學
關鍵詞:無機化學實驗 教學改革 綠色化學
無機化學實驗作為化學專業學生學習的第一門大學化學實驗課,將綠色化學理念融入其中,實現無機化學實驗綠色化,使學生一開始就在潛移默化中受到綠色化學的教育,這對培養學生科學的環境觀、資源觀,提高他們的環保緊迫感和責任感,樹立綠色化學的意識都有相當大的意義。
綠色化學是維護生態環境的化學,從長遠的發展觀點看,放棄有污染的傳統化學實驗,探索傳統化學實驗的綠色化,是化學實驗工作的必然趨勢。本文依據綠色化學在使用化學藥品時遵循的5R原則,即:拒用危險品(Reject);減量使用( Reduce) ;循環使用(Recycle);重新使用(Reuse);再生(Regenerate),就如何實現無機化學實驗的綠色化進行了初步的探討。
1、尋找替代品
綠色化學的理念在于不再使用有毒、有害的物質,不再產生廢物,從而也就不再需要考慮廢物的處理。遵照綠色化學的理念,從源頭上阻止污染,可以根據實驗目的,在能夠達到同樣教學效果的前提條件下,尋找替代品, 盡量用低毒或無毒化學試劑替代有毒化學試劑。比如無機化學實驗中多相離子平衡這個實驗,實驗的目的是根據溶度積規則及平衡移動原理驗證沉淀的生成、溶解、分步沉淀及沉淀的轉化。為了既保留傳統實驗的精華,又減少實驗廢棄物對環境的污染,我們根據綠色化學的理念以及多相離子平衡的實驗原理重新選擇沉淀離子及沉淀劑,并對傳統實驗和改進后的實驗進行了對比。結果表明,改進后的實驗效果也非常好,現象很明顯,同樣達到了實驗目的,而且減少了有毒物質的使用和排放,實現了無機化學實驗的綠色化。
2、推行微型實驗
微型化學實驗是綠色化學的一項實驗方法,它是在微小型的儀器裝置中,在可能的實驗條件下,采用盡可能少的試劑來進行的實驗。與傳統實驗相比,它具有節約開支、減少污染等優點。微型化學實驗不是常規實驗的簡單縮微,也不是對常規實驗的補充,更不是與常規實驗的對立,它是在綠色化學理念下,用預防化學污染的新實驗思想、新方法和新技術對常規實驗進行改革和發展的必然結果,是化學實驗方法的創新性的變革。
由于微型化學實驗的成套儀器較貴,要完全實現無機化學實驗的微型化,還有一些困難;但可以在能夠達到實驗目的的前提下,在可能的實驗條件下,通過改造實驗裝置,使之趨于微型化。比如無機化學實驗中的一些性質實驗,傳統的做法都是在試管中進行,試劑使用量一般為1~2mL,我們采用點滴板操作,試劑用量減少為幾滴,同樣可以達到實驗效果,減小了化學藥品對環境的污染,使這部分實驗趨于綠色化。
3、發展封閉式實驗
對于一些有有毒氣體產生的實驗,傳統的做法是在通風櫥中進行,這樣只能避免實驗室小環境的污染,有毒氣體排放到空氣中還是造成了環境污染。應用綠色化學的理念,可將這部分實驗設計成封閉式實驗,讓反應在封閉體系內進行,而且能在反應系統內將尾氣吸收掉, 實現零排放。
比如硫酸亞鐵銨的制備,該實驗通常選用機械行業產生的廢棄物――鐵屑為原料。從環境保護的角度來說,屬于變廢為寶的環保型實驗;然而由于傳統實驗裝置為敞開式,廢鐵屑中含有的硫、磷等雜質和硫酸反應時生成H2S、H3P等有毒氣體,導致實驗室彌漫著強烈的刺激性氣體,直接危害師生的身體健康,不符合綠色化學的要求。我們改進實驗的第一步,將硫酸亞鐵的制備改為閉路回收式,借鑒文獻[3]的實驗裝置采用堿性吸收液吸收第一步反應產生的H2S、H3P等有毒氣體,實現零排放,大大改善了實驗環境。
4、發展串聯實驗
串聯實驗是指通過調整實驗教學計劃,巧妙地安排實驗項目和次序,充分利用相關反應,盡可能地使第一個反應的產物轉變成下一個實驗的反應物,實現實驗的連續性。這也是實現無機化學實驗綠色化的一個重要途徑,它在一定程度上減輕了對環境的污染,有利于環境保護。根據綠色化學的理念,我們重新安排實驗內容,有效地利用同一元素物質之間的轉化關系,設計成串聯實驗,以鐵的化合物的性質為例說明如下。
用煮沸過的去離子水配制(NH4)2 Fe(SO4)2溶液,酸化后,把裝有煮沸過的NaOH溶液的滴管插入(NH4)2 Fe(SO4)2溶液底部,慢慢放出NaOH溶液,觀察Fe(OH)2沉淀的生成, 靜置一段時間,觀察沉淀顏色的變化,了解Fe(Ⅱ)的還原性;滴加少許稀鹽酸,觀察沉淀的溶解,了解Fe(OH)3在稀鹽酸中的溶解性;將溶液分成兩份,一份滴加KSCN溶液,觀察溶液顏色的變化,了解Fe3+的定性檢驗,接著滴加NH4 F溶液,觀察溶液血紅色的褪去,了解Fe3+與F 的配位反應;另一份滴加K4[Fe(CN)6]溶液,觀察藍色沉淀的析出,了解Prussian藍的生成。
實踐證明,改進實驗后,不但可以大大減少實驗廢棄物的排放量,實現無機化學實驗的綠色化,而且可以促進學生對物質轉化關系的了解。
5、結束語
通過開展無機化學實驗綠色化的研究,我們認為,要實現無機化學實驗的綠色化,需在綠色化學理念的指導下,實行污染預防全過程控制。從教學管理角度出發,在制定教學計劃、教學內容、教學方式等每個環節都要考慮保護生態環境,都要符合綠色化學的要求;而且,在實際教學過程中,要在保證實驗教學效果的前提下,積極、合理地應用綠色化的措施,實現無機化學實驗的綠色化。
參考文獻:
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關鍵詞:高校教育 無機化學 改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)10(b)-0169-01
作為高等院校中的核心課程,無機化學是十分專業的基礎課程,大一新生必須對其進行學習。另外無機化學教學也是令學生能夠從高中的學習方式以及教學方法向大學的教學方式以及方法轉變適應的關鍵,能夠有效培養學生自主學習的技能。所以化工教學中的無機化學是大學的第一門基礎課,也是具有重要價值和意義的基礎教學課。
1 各類因素對教學的影響
1.1 科技的影響
目前的社會是技術大爆炸的社會,無論是知識還是理論技術都得到了快速的發展。相應的教學也必須隨之發展,以此培養更多適應時展的學生,不斷的將知識流傳給下一代,知識在進步,所以教學也快速的發展。作為基礎學科,化學教育應當融合現代科學以及基礎化學,令二者共同發展,相互滲透。這些都應當在高校的無機化學中予以體現。
1.2 學校模式轉變的影響
在改革上,各類學科都開始向著綜合性方向發展,以不同的形式展現只是,體現課程的學習價值。無機化學教學也開始從單純、傳統的教學模式向著不同領域的化學的綜合較差模式轉變,其中包括醫學、生物、材料、環境以及物理等多學科化學。
2 教學中的主要問題
2.1 教學明顯落后于科技的發展
在所有的自然科學中無機化學的發展相對較早,且發展迅速,具有較高的生機活力。無機化學的高校教學中,充分體現其生機以及魅力是目前教學中必須予以體現的,不但要感應出無機化學同當代科技的交融,同時還要保持其經典性,不但能夠保證教學,同時還能夠適應時代的需要,著是目前高校無機化學教學研究改革需要繼續予以研究改進的地方。
2.2 模式相對落后
傳統的教學模式中,教師作為課堂教學的中心,這一方式相對較為落后,單單以教材作為講課和學習的重點,這種模式已經無法適應當代教學的發展,因而在傳授知識的過程中必須從教學觀念以及理論思想上予以轉變,在教學中應當盡可能的教授令學生獲取知識的方法以及手段,以實踐能力的培養以及創新能力的培養作為人才培養的重點。在教學中將人文社科融合到無機化學的講課中,學生不但能夠學到專業知識,同時還能夠對自己的人格以及心靈進行洗滌,成為一個專業的具有社會責任感的人才。這一觀念應當在高校的無機化學教學中予以體現。
2.3 教學時間有限,知識內容數量龐大
化學是所有學科中最具生機活力的,并且同多個學科具有交集,例如醫藥、環境以及生物、材料等等。化學在發展中通各類學科相互促進,不斷的進行著自我豐富與充實,所以無機化學的內容是在不斷的發展的,但是學生在學校的學習時間是有限的,而教學改革還在不斷的對課時進行壓縮,因而高校需要面對的一個問題便是,如何有效解決龐大的只是體系同越來越少的學時之間的矛盾。
2.4 不能靈活的教學
研究表明,國外無機化學課程內容體系 呈現多樣化趨勢,各學校可自編教材,從而課程內容可以有其自身的特點和創新之處,內容與習題有較強的互補性,習題多半為內容的深化而不是像國內許多教材中僅僅作為例題的翻版。這種靈活、多元的處理方式對培養學生的興趣和思考能力有幫助。
2.5 教學方法相對落后
不同于高中的學習,在大學無論是學習方式還是上課方式都大大的改變,高中的課程中,一節課會圍繞一個知識點不斷的對學生繼續擰印象加深,但是大學的課堂上,一節課會涉及各種信息,且信息量十分之大,不再像高中講課一樣。很多學生由于剛剛步入大學,不適應這種模式的學習方式,因而在第一學期會連續好幾門課程不及格。所以,針對大一學生,若是在教學中教師一味的只是知道講課,而不根據課堂的實際情況,和學生的理解,那么就會造成學生由于跟不上教學的進度而令教學質量大大降低。
3 方式改革
3.1 同時代接軌
教學中,由于將知識進行了系統化的歸類,因而在每章知識講授之后,應當針對重點進行討論。可以通過對現下某一知識的應用,以及某一學科對無機化學的影響,等等一系列的方式,讓學生了解無機化學的應用以及哦天那個其他學科之間的聯系;或者可以針對當前某些新型的研究以及重大發現進行討論,介紹科研的前沿動態不但能夠激發學生的興趣,還能夠開拓學生的視野,在培養人文素質的同時激發學習興趣,增加學生的創新能力以及對科學的理解。
3.2 重視人文社科素養的教學模式
目前很多工程技術都是諸多技術人員以及專家合作的結果,通過密切配合以及多年的研究,同時在技術上以及理論上相互配合,在系統、有計劃的探索中所成就的,而化學體系也是如此,其工作方式也是這種密切配合,多學科交叉,綜合系統的探索方式。所以一個成功的科研人員必須具有團隊意識,懂得與他人合作,并且將自己的想法清晰的表達出來,在理解別人的意見尊重別人想法的同時,獲得別人的尊重。而人文社科類知識的學習能夠提高學生的責任感和職業道德,對于學生后期的工作以及學習有著重要的幫助,并且,學科和學科之間存在著內在聯系,因而,隨著科技的不斷進步,人文社科將會同化學呈現高度分化又連續統一的一種趨勢,因此在化學教學中,必須對學生進行此類只是理論的培養,使之成為高校無機化學教學的重要組成。
3.3 突出教材中的重點難點
教材內容在堅持科學性、先進性、系統性的前提下,應該做到內容精練,注重基礎,突出重點,分散難點,便于講授,利于自學。根據目前學校理論課教學時數普遍壓縮的情況,應該精選教材內容,減少與中學化學、基礎化學、分析化學重復的內容。
3.4 教學程序需要創新
教材編寫的安排許多地方不適合教學次序,只要緊扣教學大綱,圍繞教學目標,根據學生具體情況,有些次序完全可以顛倒,甚至有些章節可以省略不講。配位化合物的是最重要的無機化合物之一,是無機化學的重要內容,而其中配合物的化學鍵理論更是教學的重點和難點。配合物即是四大基礎化學反應,又涉及化學鍵的知識,在課堂講授時,可以靈活掌握教學的先后順序。
3.5 教學方法需要變革
在講解四大化學反應這一部分的時候,重點在計算。弱酸弱堿、沉淀、氧化還原反應和配合物這四大類計算,難點在于公式多,學生計算時分不清楚公式之間的區別。采用對比法進行計算和公式的推導,即尋找共同規律,又分辨出各自的特點,找出不同。
4 結語
通過上述分析可以看出,今年來的高等教學中,無機化學教學有了進一步的改變,在教學模式上各大高校都進行了改革,向著實踐性強、教學手段先進的方向發展,并且也取得了相應的成就。但是由于教學是一項十分復雜的工作,因而會受到各方面因素的影響,因此仍舊存在諸多需要改進和改革的內容,在后期的工作中應當進一步進行改進和研究。
參考文獻
[1] 李中春.《無機化學》課程教學改革與實踐[J].江蘇技術師范學院學報(自然科學版),2008(4).
關鍵詞:大學化學;銜接教學;創新能力
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)36-0178-02
化學是藥學專業學生的專業基礎課,該課程的教學效果對學生專業課程的學習有較大的影響,因此選擇合適的教學方法提高教學質量是教師的一項重要任務。與中學相比,由于學生學習素養和化學知識體系的較大差異,使得中學和大學化學教學有一個較大的跨度,對于剛接觸大學化學的大一新生來講,很多學生仍然停留在中學化學的教學模式中,仍在沿用中學的思維方式和學習方法應對大學化學的學習,造成學習效率低下而影響教學效果。如何降低學生在不同成長階段的教學坡度,使中學化學教學和大學化學教學有機地銜接起來,使學生盡快地適應大學化學的學習,度過大學新生學學化學的難關,是擺在大學化學教學面前的一個現實而緊迫的課題。由于化學學科特點使《無機化學》在化學中一直處于基礎和母體地位[1],《無機化學》又是藥學專業幾門必修化學課中學生最先接觸的課程,是聯系中學化學和大學化學的橋梁,做好《無機化學》與中學化學的銜接教學就顯得尤其重要。
一、中學化學與無機化學教學的差異
中學化學教學和大學化學教學屬于化學教學體系中兩個不同的教育階段,都有各自特定的特點和教學目的。然而,由于受到應試教育模式和客觀教學特點的影響,兩個化學教學階段在教學目標、教學內容和教學方法上存在較大的差異,導致教學銜接中存在一系列問題。
1.教學目標的差異。中學化學的教學目標是讓學生掌握一些化學基礎知識和基本技能,了解化學與社會、生活、生產、科學技術等的密切聯系以及重要應用。大學不僅要求學生掌握化學基礎理論,更要求掌握化學思想與學習化學的方法,培養、鍛煉學生的歸納能力、實際應用能力和探索創新能力。但由于受功利驅動,中學化學教學仍重結論,輕過程;重考試,輕能力培養,造成本該由中學教學完成的培養目標缺失。而升入大學以后,學生需要從為考試學習轉變成為應用、為提高能力學習,這樣巨大的反差,學生短期內難以適應。
2.教學內容的差異。大學化學教學和中學化學教學存在教學內容脫節和重疊的問題。新課程改革以來,中學化學課程內容從身邊的化學物質出發,呈現一些事實性的化學知識。其主要特點從內容上來講,涉及的概念不多,要求較低,注重對概念的宏觀理解和運用,但對概念是“怎么來的”,“為什么是這樣”常以事實敘述的形式呈現[2]。總之,中學化學是屬于描述性化學,特點是重記憶,輕理解,少計算。大學化學內容在深度和廣度上都有較大的變化,由直觀到抽象;由單一到復雜;由宏觀到微觀,注重反應機理的介紹,由物質的內部結構了解理化性質及其變化規律,并強調與其他學科的交叉。無機化學作為藥學專業的基礎課程,還要重視與后續化學課程和專業課程的聯系,以及相關化學知識點在臨床用藥上的應用。
3.教學方法的差異。教學方法包括教師的教授方法和學生的學習方法兩個方面,教學方法服務于教學目的和教學任務。雖然我國提出全面推進素質教育已經二十多年,但是受社會普遍追求高考升學率的影響,各地方中學化學教學依然執行應試教育,教師“滿堂灌”地講解解題技巧,學生“題海戰術”訓練提高,基本上是為了高考能考出一個理想的成績,不會顧及與大學化學的聯系。大學化學教學是以教師為導向的學生自主學習過程,注重培養學生的自學能力。相比于中學化學,《無機化學》知識容量大,課時量少,教師的授課速度比中學提高很多,不僅如此,大學化學課堂更注重知識的擴展與延伸,強調學生對知識的理解和思考,多數問題留給學生自主思考,培養學生自主解決問題的能力[3]。
二、大學化學教學的銜接
教學是一個連續的過程,中學化學教學是大學化學教學的基礎,大學化學教學是中學化學教學的深化和發展,是先行與后續的關系[2]。各個階段的化學教學須有機銜接才能產生良好的教學效果,因此二者的銜接非常重要。
1.準確把握教學目標,為提高學生綜合能力進行有效銜接。中學化學和大學化學教學目標各有側重點,但總的教學目的是通過化學教學,讓學生對化學有一個正確的認識和理解,從而提高學生的化學素養,為社會培養專門的應用型人才。學生對知識的認識是一個從簡單到復雜、從低級到高級、從量變到質變、不斷上升和積累的過程[4]。中學的化學教學基本是讓學生學會考試,離應用相距甚遠,這就更要求大學教師在《無機化學》教學過程中準確把握教學目標,有的放矢地進行銜接教學,始終貫穿學以致用的教學思想,比如學習滲透壓知識,教師就要介紹滲透壓原理在臨床輸液和藥物選擇性吸收應用;化學動力學學習就要滲透專業課程中藥代動力學的知識等。明確的教學目標也有利于學生學習目標的建立,消除那種基礎課程只要能應付考試過關就可以的錯誤思想。
2.確切理清教學內容,為提高學生化學素養進行有效銜接。教學內容的銜接主要是指,根據學生身心發展的規律和培養需要,科學、合理地安排教學內容,使兩個教學階段的教學內容連貫統一,循序漸進[5]。大學化學知識是在中學化學基礎上的提高,由于中學教師化學教學僅僅圍繞高考內容,不會主動考慮與大學化學內容的銜接,因此,大學教師在進行《無機化學》教學時,應該理清中學教材內容,查缺補漏完善《無機化學》教學所需要的基礎化學知識,以便學生能由中學化學順利過渡到大學化學知識的學習。開課初始階段,可以先復習中學化學知識,然后指出中學所學的描述性化學的局限性,從而引入新知識,比如氫氣和氧氣的反應,中學研究的是反應產物是什么,反應伴隨什么樣的反應現象,利用某已知量計算某一成分消耗量或生成量,以及反應的有益用處和危害之處。內容直觀易懂,但不涉及反應現象的原因。大學則是研究反應方向、反應速率和反應過程以及反應過程伴隨的熱量變化。這樣就可以由中學化學知識比較順利地過渡到熱力學和動力學的學習。學習化學的目的是用現有理論來指導生產實踐或者預測未知的領域,顯然,中學化學離化學科學還有不小的差距,只有進一步學好《無機化學》,才能獲得系統的化學知識,為以后藥物臨床應用或科研開發打下堅實的化學科學基礎。教學過程中,教師應該及時、準確、適度地進行教學內容的更新,既體現學科發展成果的先進性,又開闊學生的視野[6],讓學生掌握足夠的化學知識,提高學生的化學素養。
3.合理改善教學方法,為提高學生化學思維能力進行有效銜接。教學方法的銜接主要是指,根據大學與中學不同的教學目標,綜合運用多種教學手段,使學生逐步適應兩個階段不同教學方法的轉換,為學生適應大學化學教學提供一個緩沖期。大學教師無法選擇學生,只能了解并對學生實際情況進行分析,根據學生的實際情況和客觀條件,合理選擇教學方法進行因材施教。
興趣是最好的教師,如果對某一學科感興趣就比較容易掌握。大學化學畢竟不是特色技能,而是一門高等學科,教師很難也沒有時間真正能培養出大多數學生對大學化學的興趣,因此,教師在上課時,需要強調大學課程的學習不能只憑興趣而學,學習好計劃內的課程是一種責任,學習《無機化學》就是自己的責任和義務。
大一新生在抽象思維和邏輯推理方面不夠擅長,面對完全不同于中學化學的《無機化學》,往往有畏難情緒影響學習。針對學生的特點,大學教師應積極調動學生的學習情緒,激發學生的求知欲,提高教學效果[7]。在教學過程中,多結合學生比較感興趣的環境、營養、食品和化妝品等的問題和與專業關聯的化學問題,采用“提出問題、學習知識、分析并解決問題”的方式進行,讓學生利用所學知識解決實際問題,達到學以致用,培養學生創新能力。教學過程中要灌輸學生辯證性思維,存在既有其合理性的一面,比如,中學化學中反應完全的概念在學生頭腦中印象深刻,但《無機化學》強調的是反應的可逆性,除了爆炸和核反應之外,其他反應幾乎都具有可逆性。通過多角度、多視野的例子沖擊,達到提高學生化學思維能力的目的。
教學是教與學的良性互動,再好的教學方法都需要有合適學習方法的配合,而大學教育的本質也正是在學校完成個人學習方法的積累。但是,大一新生在剛開始學習化學時,往往有懈怠和依賴教師的思想,因此,增強學生學習的主動性和培養自學能力就顯得特別重要。開始階段,教師可以向學生推薦基本不同類型的課后學習參考書目,并要求學生緊跟教學進度完成參考教材的閱讀和習題冊的作業,個別相對容易章節安排學生自學內容后,完成教師布置的任務。逐步培養學生學習的積極性和主動性。
三、結語
在課時量減少,社會需要多元化人才的大背景下,大學化學和中學化學的教學銜接是個普遍存在的問題,也是一個大的系統工程,這就更需要教師開拓思維,積極借鑒前人的教學改革成果,并發揮本身優勢,大膽嘗試改革化學教學,培養出更多未來社會發展所需要的高素質、創新型人才。
參考文獻:
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以中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院目前在用的《無機化學》(大連理工大學無機化學教研室主編,高等教育出版社出版,第5版)以及《物理化學》(肖衍繁等編著,天津大學出版社出版,第2版)教材為例[3-4],2門課程在內容設置上有較多重復,主要為化學反應原理這一部分,重復內容如表1所示。這些內容占據了無機化學整門課程內容的30%~40%,如果單純從章節設置上來看,這部分重復內容更是構成了物理化學所有章節的50%以上,并且是作為重點講授。盡管這些內容在2門課程中的呈現方式、知識點的重難點和側重點上有所不同,但由于2門課程一般為不同的教師授課,故對知識點的簡單重復難以避免。同時,物理化學作為一門理論性較強的基礎課程,涉及諸多的數學和物理公式推導,給人的印象常常是深奧、抽象、晦澀、難以理解。究其原因,是在無機化學的學習過程中由于學生基礎有限,對許多基本內容了解得不夠深入,缺乏對整體內容的系統認識,重視結論卻忽視了其理論基礎[5]。因此,對于物理化學的教學,首先要注重基礎知識講解,使學生牢固地掌握物理化學的基本概念、公式及其適用范圍等,其次要提高講授的深度和廣度,為學生將來應用理論解決實際問題建立牢固的基礎。 按照我校對化工類相關專業培養方案的規定,物理化學課程課堂講授64學時,在有限的課時內,如何更好地把握知識點的講解,突出重點、講透難點,讓學生理解透徹,培養學生的邏輯思維能力以及分析和解決問題的能力[6],對于物理化學的教學來說顯得尤為重要。這就要求任課教師在課堂上能夠更準確地抓住重點、難點,避免不必要的重復,把有限的教學時間用在對重點、難點知識的講解上,使教學更具有針對性。如果按照教學大綱正常講授,則有部分重點和難點問題講解不透徹,影響教學質量。
2無機化學和物理化學教學的協調
結合無機化學和物理化學課程的特點以及2者的實際教學情況進行整合與優化時,必須遵循一定的基本原則,而不能簡單、機械地對2者涉及到的知識點進行切塊劃分或簡單重復[2]。物理化學和無機化學知識的銜接點及銜接方式比較多,既有如熱力學和熵等概念內涵和外延的變化,也有對如化學平衡和電化學等知識的深化和拓展。無機化學課程一般在大學一年級開設,學生在高考之后經歷近3個月的假期,對中學所學的知識有較大程度的遺忘,限于這一階段學生的知識水平及認知能力,無機化學作為第一門專業基礎課,在講授過程中要注意與高中知識的銜接和復習[7],在教學過程中注意與學生的互動,了解不同生源地教學大綱的區別以及不同學生的基礎,同時也要講究教學策略。例如,不同類型化學反應平衡是無機化學的重要基礎理論,也是教學的重點和難點。不同類型化學反應平衡的重點在于計算,難點在于公式多,學生對酸堿平衡、沉淀—溶解平衡、配合物和氧化還原反應這4大類反應進行計算時容易將公式混淆或根本記不清。可采用對比法對不同反應的平衡進行計算和公式的推導,尋找其共同規律,又根據各自特點突出區別[8]。這種方法可將此部分內容化繁為簡,不僅使學生容易理解和接受,而且脈絡清晰,便于記憶,從課堂效率角度考慮,反應平衡部分也可節省1個課時左右。物質結構部分由于比較抽象,在教學過程中也要注意基礎知識的講授和復習,筆者曾在4個課時之后發現某一學生參考高中化學教輔材料對這一部分進行學習,了解之后發現該地區高考大綱對物質結構部分要求較低,學生基礎較弱。而對于無機化學中與物理化學課程重復的部分,教學主要以應用為主,把這部分內容作為工具來講,重點在于某些特定條件下的應用,而不是系統地去講述工具本身。而在物理化學課程中,則是系統地研究這些內容在各種條件下的應用,研究的是工具的本身,重點在于向學生傳授工具的來源以及工具在不同情況下的應用[5]。
例如在熱力學部分,無機化學通過混亂度引入熵的概念,又通過系統與環境總熵變的計算引出吉布斯自由能,并以此作為自發反應方向性的判據,而對于熵變為可逆過程的熱溫商這一物理意義只是一筆帶過。在物理化學課程中則是通過對卡諾循環以及其他可逆過程的研究將熱溫商以及熵這一函數引出,并推導了其他物理過程的熵變計算公式。通過熵增原理對恒溫恒容過程和恒溫恒壓過程的應用引出了亥姆霍茲自由能A和吉布斯自由能G,并通過分析解釋了2個函數所代表的物理意義———最大體積功和最大非體積功。這就將抽象的內容具體化,擴展了判斷不同過程自發變化方向性的判據,并為后續電化學反應電動勢與ΔG關系式的推導奠定基礎。又如化學平衡這部分內容,在無機化學中講了化學平衡常數和反應熵等,為判定化學反應中的方向和限度問題提供依據,并為后續不同類型反應平衡組成以及電化學計算等內容服務;而在物理化學課程中,則通過偏摩爾吉布斯函數和化學勢等函數的引出概念的講解,結合化學勢與濃度(或分壓)的關系公式,從本質上揭示了化學平衡與吉布斯函數之間的關系,推導出化學反應平衡常數與平衡組成之間的數量關系,加深了學生對化學平衡以及相平衡等知識的理解。而對于此部分內容的應用以及計算,則需要與無機化學課程協調,對公式的應用略加講授,引導或要求學生參考無機化學所講的內容,對平衡常數的計算進行復習。由于現在學生已掌握了用化學勢為工具嚴密地推導出化學平衡以及相平衡公式,對該公式的物理意義的理解又深入了一步,在這個基礎上來復習無機化學所講的該公式的應用內容,不是簡單地重復,而是進一步地提高[9]。