将生活、生产和科研中的化学基础知识引入教学

蔡苹 胡锴 程功臻

(武汉大学化学与分子科学学院 湖北武汉430072)

目前，我国理科化学教育改革正处于第三阶段，即按照“加强基础、因材施教、分流培养”的方针，由专业教育向通识教育和宽口径专业教育相结合转变;由单纯强调知识传授向注重知识、能力、素质并重转变［1］。按照这一方针和专业教育所力求达到的目标，无机化学课程的教学内容和方法势必作出相应的调整和改革，而国家精品开放课程建设在对教学工作提出更高要求的同时，也为教学内容和教学方法的改革提供了新的平台。如何提高学生的学习兴趣?如何让学生由被动学习变为主动学习?如何让学生所学的基础知识更扎实?如何让学生将学到的基础知识转变为自己所具备的能力和素质?达到这些目标非常重要的一点就是教师的引导。教师要在授课过程中注重引导学生应用这些基础知识，让课本上的知识变得具体和生动，而其方法之一便是将生活、生产和科研中的化学基础知识引入教学，让学生感觉到学习是有具体“意义”的，学到的知识是有用的。

1 将生活中的化学基础知识引入教学

化学知识贯穿于我们生活的点点滴滴，将化学基础知识融入教学，不仅能让学生认识到化学的重要性，也是培养学生学习兴趣的有效方法。在教学中可通过生活中的一些实例，帮助学生更好地理解基础知识并学会应用，学会从化学的角度去观察生活并解决生活中的化学问题。

比如，在讲到配位化合物的相关内容时，我们提出问题:“为什么春天植物的颜色多为绿色，而秋天植物的颜色却丰富多彩?”并做演示实验，将绿色树叶浸泡在酸性溶液中，让学生观察现象。学生对这一问题很感兴趣，由此可引入叶绿素的结构和配位化合物的相关概念，包括配合物的组成，配合物颜色的成因。在介绍完基本概念后，引入影响配合物稳定性的因素(包括中心离子和配体)，比如绿叶蔬菜在酸菜制作过程中，叶绿素被破坏而呈黄色，其原因是溶液中的质子取代了金属离子镁。同时，还可以引入血红素的结构，比较血红素与叶绿素结构的异同，同时说明对卟啉环而言，Fe2+的配位能力强于Mg2+。为说明配体对配合物稳定性的影响，还可以举生活中一氧化碳中毒的实例，说明由于O2与Fe2+的配位能力弱于CO，故人体在吸入CO后，后者取代前者与Fe2+配位，使人窒息而亡。最后提出一个问题让学生课后思考:蜘蛛的血液是什么颜色的?为什么?在讲过氧化氢时，会引入小昆虫气步甲的御敌武器，即过氧化氢将对苯二酚氧化成为对苯二醌(图1)。

在整个讲解过程中，既包含了基础的化学原理知识，又包含着丰富的日常生活内容，而且与生命科学也有一定的联系，所以学生听课的积极性高，课堂效果好。

2 将生产中的化学基础知识引入教学

将生产中的知识引入化学教学，对于理科化学类的师生来说，是一项较难但很有意义的工作。理科生的化学教材大多偏重对理论知识的介绍，这就要求教师在准备授课内容时采用大量的生产实例。比如，在讲解次氯酸及其盐的氧化还原性时，可以引入工业上常用的电镀废水氧化破氰法进行实例讲解［2］，局部氧化法破氰工艺在pH为10左右进行，其基本原理如下:

图1 过氧化氢将对苯二酚氧化为对苯二醌

因最终生成的氨不仅污染水体，而且容易氯化生成毒性较大的氯胺，所以应进一步将CNO-除去，即完全氧化法破氰，其设计的化学方程式如下:

通过这一破氰工艺的讲解，学生对次氯酸根离子的氧化能力以及反应中的氧化条件有了具体的了解，同时也能扩大学生的知识面;更重要的是，能使毕业后即工作的学生了解基础知识是如何应用于生产中的。毫无疑问，这对提高他们的知识应用能力和专业素质有重要作用。

在讲授化学基础知识时，无论是教材还是教师授课，基本都只讲到渗透的基本原理和应用。事实上，在环保和化工工程中，很多时候都用到了反渗透的原理，因此教师在授课中很有必要介绍反渗透的原理及其应用。

讲授可由美国科学家S.Sourirajan发现海鸥以饮用高盐分海水维持生命引入。经解剖发现，海鸥体内有一层薄膜，海水由海鸥吸入体内后加压，再由压力作用将水分子渗透过薄膜转化为淡水，并将含有杂质及高浓缩盐分的海水吐出口外，此即反渗透法在自然界中的实例。目前，反渗透膜技术在电厂锅炉补给水，电子、半导体行业超纯水处理，化工及制药行业的纯水处理，食品、饮料、饮用水处理，海水、苦咸水淡化以及冶金、轻工业、电镀及皮革等行业的废水处理中得到了广泛应用。

3 将科研中的化学基础知识引入教学

目前，高等教育强调培养的人才要多元化，有些学生毕业即从事生产工作，还有一部分学生则继续深造，从事科学研究。因此，在教学过程中，教师要注意在讲授基础知识时，引入与所授知识相关的研究进展，帮助学生了解科学研究的前沿。比如，在授课过程中，有一个很重要的反应:Cu2+氧化CN-，自身被还原为Cu(I);在CN-过量时，生成配合物［Cu(CN)n］(n-1)-。2008年，Chemical Communications上发表的一篇文章［3］就用到了这一简单反应，该文报道了一种能选择性识别金属离子和氰根离子的聚合物，文中反应所涉及的重要原理见图2。

要实现将科研中的化学知识融入教学这一目标，要求教师有足够的精力来阅读文献，并能敏锐地发现文献内容在基础教学中的意义。显然，这一做法可以让学生大大受益，使他们意识到科研离自己并不遥远，而且可以鼓励学生积极思考，利用所学基础知识解决问题。在表1中，列举了一些在讲授基础知识点时可采用的具体实例。

图2 Cu2+氧化CN－在分子荧光开关设计中的应用

表1 教学中知识点和生活、生产、研究中的实例

总之，让学生在学好基础知识的前提下，再引导他们在生活、生产和科研中运用这些知识，能提高学生的学习能力、应用知识的能力和综合素质;但对教师而言，需要投入足够多的时间和精力准备教学内容，这既是一个挑战，也是教师提升自己能力的机会。

［1］教育部高等学校化学类专业教学指导分委员会.高等学校化学类专业指导性专业规范.北京:高等教育出版社，2011

［2］黄中子，李寒娥，胡曰利，等.中南林学院学报，2006，26(2):96

［3］Zeng Q，Cai P，Li Z，et al.Chem Commun，2008，1094

［4］Uahengo V，Xiong B，Zhou N N，et al.Chin J Chem，2012，30:1702

［5］Uahengo V，Xiong B，Zhou N N，et al.J Organomet Chem，2013，732:102