无机化学的教学创新探索*

任玲 胡长文 吴侠

(北京理工大学理学院化学系 北京 100081)

培养创新型人才是高等教育的主要目的。在教学过程中，应该有意识地把培养学生的创新意识贯彻于教学的各个环节，而不是简单地进行知识传授，笔者多年讲授大学本科化学、化工及相关专业基础课无机化学，在教学实践中，对此作了一些思考和探索。

1 创新意识的培养需要创新内容的支撑

我们在教学中使用的教材是“十五”国家级规划教材[1]，相对成熟。但纸质教材不可避免地存在着局限性。一是受更新周期所限，难以反映本学科的最新成就；二是受容量所限，难以有更广阔的视野。尤其是传统学科，囿于所传授的知识必须是经典的、成熟的、公认的、不可推翻的，所以很少会涉及学科发展的前沿。无机化学就是这样一门基础课，主要内容是基础理论和概念，如果简单讲授，不仅枯燥，而且也会使学生觉得这门课远离科研，远离现实，难而无用。所以，我们在教学实践中特别注意对纸质教材的内容进行扩展，增加本学科学术前沿以及相关学科内容，近距离地贴近科研，贴近现实。

(1) 在电子教案绪论中增加了学科前沿内容。在绪论中，我们基本上放弃了经典内容而去捕捉学科发展的前沿;不拘泥于本学科的内容，而是放眼于整个化学以及与化学相关的许多学科。例如在课程中讲授了化学对社会发展的影响，强调化学不仅是一门经典科学，而且是一门极为活跃、持续创新的科学，化学的创新不断改变着人类的生活，还促进着人类的发展进程[2]；介绍了近年来诺贝尔化学奖得主的背景以及他们的研究领域和研究方法；还引入了徐光宪院士[3]近年讲到的化学最新多维定义、化学发展趋势以及化学面临的难题。绪论如导航，开宗明义，可使学生在接触本学科之初即对学科有一个基本的认识，对创新有一个直观的感受，这会影响学生的整个学习过程。

(2) 在每一章的电子教案中设 “学术前沿零距离”栏目，介绍相关的学术前沿。例如，讲授配合物结构及性质后，我们介绍了在JAmChemSoc上发表的最新研究成果——溶液法合成镍配合物纳米管[4]，学生可以利用刚刚学到的知识分析该化合物的空间构型，并预测其稳定性及磁性。在讲授氧化还原与电化学后，我们介绍了本教研室教师所取得的最近研究成果——PbO2和Pb3O4单晶纳米棒的选择性制备[5]，在常规条件下，制备出PbO2纳米棒，在水热条件下，制备出Pb3O4纳米棒，该研究利用的正是刚刚学到的氧化还原的基本原理。通过本栏目，我们要告诉学生一个明确的信息，创新和基础理论是密不可分的，创新因基础理论而得以实现，基础理论因创新而体现活力。

(3) 在每一章的电子教案中设 “化学视野”栏目，强调本学科与相关学科的联系。不同的学科虽然有明确的分工，但相关学科之间又都有密切的联系，重大创新不仅需要大量的相关学科知识的支撑，而且很多创新是在相关学科的交叉中找到突破点的。设立本栏目的目的除让学生领略相关学科的发展外，很大程度上也是为了使学生增强创新意识。例如，在讲授热化学中能源问题时，我们介绍了太阳能光伏技术研究的领军人物马丁·格林(Martin Green)教授在“2007年诺贝尔奖获得者北京论坛”北京理工大学分会场所作的第3代光伏发电技术的演讲。在讲一氧化氮性质时，我们介绍了王韵、韩济生[6]的文章《一氧化氮在医学中的现在和将来——1998年诺贝尔生理学或医学奖评价》，该文中指出，1998年诺贝尔生理学或医学奖之所以授予3名美国科学家，是因为他们发现了一氧化氮是心血管调节血压和血流的信号分子，并奠定了一个全新概念的生物系统信号转导原理。我们还介绍了诺贝尔得主路易斯·J·伊格纳罗在“2006年诺贝尔奖获得者北京论坛”北京理工大学分会场所作的报告，路易斯发现了一氧化氮在心血管系统中的信使作用，揭开了困扰科学家百年的硝酸甘油作用机理之谜，因此而获得了诺贝尔生理与医学奖。

2 基本知识讲授和创新意识培养相结合

无机化学是一门专业基础课，但基础知识的讲授并不排斥创新意识的培养，两者可以相互结合，相互促进。我们在这方面做了一些探索。

(1) 在每一章增设 “科学家及其成就回顾”栏目。化学中的知识点都闪烁着科学家智慧的火花。我们在讲授理论、定理、公式的同时，介绍与之相关的科学家，例如维尔纳、利普斯科姆、路易斯、鲍林、玻尔、薛定谔、泡利、洪特、普朗克、门捷列夫等人的生平、创新经历及思想轨迹，介绍我国的一些著名科学家如侯德榜等人的创新思维方式。将理论与科学史结合讲授，理论就不再是静态的理论，而是创新的过程和结果，学生的创新意识也在理论的学习中得到了提高。

(2) 在讲授基础知识时，适量地介绍与之相关的重大科研进展。例如，在讲授硼族元素性质时，介绍了中国科技大学钱逸泰、谢毅研究小组在水热合成工作基础上，在有机体系中设计和实现了新的无机化学反应，制备一系列非氧化物纳米材料的相关研究。如在280℃下，苯溶剂中，通过GaCl3和Li3N反应制备得到了GaN纳米材料。这一研究成果发表在Science上，被审稿人评价为“两个激动人心的研究成果：一是在非常低的温度下苯热制备了结晶GaN，二是观察到了以前只有在超高压下才出现的亚稳立方岩盐相”[7]。又如在讲授氮族元素中水合肼的还原性时，介绍了清华大学李亚栋研究组在新型一维纳米结构的制备、组装方面取得的突出进展，他们利用的正是无机化学元素部分教学中所介绍的水合肼的还原性，用水合肼还原硝酸铋生成了由具有准层状结构特性的金属铋形成的一种新型的单晶多壁金属纳米管，这是国际上首例由金属形成的单晶纳米管，为无机纳米管的形成机理和应用研究提供了新的对象和课题[8]。

3 给学生留出创新的空间

学生的创新应该从课堂开始。我们在这方面也做了一些探索。

(1)要求学生参与教案的编写和更新。我们的电子教案中的许多栏目(例如“化学视野”、“学术前沿零距离”)都是动态的，内容年年更新。为了提高学生的能动性，我们把部分内容的更新及制作交由学生完成，学生对此有很高的热情，所更新的内容丰富、贴切，图案制作也很精美。如2006级学生制作了关于2005年度诺贝尔化学奖的获得者法国的伊夫·肖万、美国的罗伯特·格拉布和理查德·施罗克在烯烃复分解反应方面研究成果的内容。

(2)部分内容要求学生自学或自授。例如元素部分，先由教师精讲周期系中某些区的大通性、族的中通性以及元素的个性，教授元素化学的思维方法，其他部分由学生自学，自学后开展讨论，最后推选优秀者到课堂上讲授。

(3)给学生布置创新大作业。每学期上课之初，我们先给学生布置一项需要整个学期完成的作业，要求学生就本课程的任一知识点找到新材料、新方法，提出新见解、新观点，系统整理后写出论证文章。在学期将结束时，所有学生就自己的作业分组讲解，再由学生遴选出优秀者，参加大课宣讲与答辩。完成这项作业，需要查阅大量的资料，这是科研必备的技能；同时要有创新的思维，这是科研必备的素质。

以上教学活动锻炼了学生分析问题和解决问题的能力、创新能力、语言表达能力、协作学习能力以及应变能力。

4 结语

我们的探索激发了学生的创新思维。2005年，在教育部开始实施大学生创新性实验计划项目时，2002级有几位本科生积极报名参与创新项目，他们选择的是低维纳米结构材料制备，以葡萄糖为原料制成无定形碳纳米球，再以碳纳米球为载体合成纳米金属单质，并对其进行各种表征，为进一步催化烯烃加氢反应奠定基础。2008年，化工与环境学院2006级几名学生参加国家大学生创新性实验计划项目，他们选择新型锂离子二次电池正极材料磷酸铁锂为研究对象，采用溶剂热法和溶胶-凝胶法制备了橄榄石结构磷酸铁锂纳米材料，并通过包覆，对材料进行了改性，以提高其导电率和锂离子迁移率。

每年网上评教，学生都给无机化学课程打出了高分，说明学生对创新教学给予了充分肯定。。

[1] 大连理工大学无机化学教研室.无机化学.第5版.北京:高等教育出版社,2006

[2] 布里斯罗 R.化学的今天和明天.华彤文,宋心琦,张德和,等译.北京:科学出版社,2002

[3] 徐光宪.大学化学,2001,16(1):1

[4] Guo L,Liu C M,Wang R M,etal.JAmChemSoc,2004,126:4530

[5] Cao M H,Hu C W,Peng G,etal.JAmChemSoc,2003,125:4982

[6] 王韵,韩济生.生理科学进展,1999,30:1

[7] 陈荣,梁文平.中国科学基金,2002,16:4

[8] Li Y D,Wang J W,Deng Z X,etal.JAmChemSoc,2001,123:9904