基础课培养学生科研意识有效教学策略探讨

杨奇　陈三平等

摘要：教师的主导作用是基础课培养学生科研意识的关键，教师科研和教学“两只翅膀”都硬起来是起主导作用的基础。通过凸显教材创新意识，建设科学思维平台；提倡批判性思维模式，培养科学思辨能力；注重文献介绍，扩大科学视野；讲究授课艺术，展现科学魅力；引入化学史例，激发科学研究欲望；规范第二课堂，训练科学素养等一系列有效教学策略，达成基础课培养学生科研意识的目标。

关键词：基础课；主导作用；科学意识；有效教学策略

钱伟长说过，大学教育的一个重要任务，是培养学生获取知识的能力。此乃教育功能之所在，即教师要通过教学使学生学会如何学习、增长如何思考问题和解决问题的能力；或者说大学本科教育的目标是培养人才和如何培养人才。“无机化学与化学分析”是一门基础课，本文以该课为例，阐释如何加强培养学生科研意识，并提出基础课也能培养学生科研意识的观点。

一、教师的主导作用是基础课培养学生科

研意识的关键

研究型大学需要进行研究性教学。在大学里基础课课堂教学和实验课仍是主要方式，其中教师是知识传播、人才培养的主导。要在基础课达到培养学生科研意识的目的，教师的主导作用是关键。

1.主导作用的内涵

南开大学顾沛教授（第一届高等学校教学名师奖获奖者）把教学分为三个层次：职业、事业和艺术。第三个层次是要把教学当做一门艺术，是指要“贯通古今，博采众长，精心设计，不断创新，在课堂的舞台上信手拈来，左右逢源，寓教于理，寓教于情，寓教于乐，让学生在欣赏和享受中吸取广泛的营养。”他把主导作用分析得入木三分，认为主讲教师要研究教学规律，应用教学规律，不断提高教学效果；要以新的正确的教育思想和理念指导教学改革；要把学生当做教学的主体，启发和引导学生学会自己吸取营养；要精心设计课堂教学和驾驭课堂教学；要善于激发学生的兴趣和热情，激发学生的好奇心；要满怀激情地教学，不但以理服人，而且以情动人；要主动引导学生以科学眼光观察和思考问题；要体现教师自己的个性和人格魅力；要孜孜以求，不断追求新的境界。教师的教学模式要从“一桶水和一杯水”转变到“一眼泉”。主讲教师的业务素质决定着主导作用的发挥程度。

2.怎样具有主导作用

怎样达到教学的第三层次呢？我们的做法是提倡高校教师要科研和教学“两只翅膀”都硬起来。我校史启祯教授（第一届高等学校教学名师奖获奖者）要求我们：对一个教师而言，教学和科研就像两只翅膀，像鸟一样，一只翅膀是飞不起来的。特别是对我们西大这类学校的教师而言，更是如此。教师要以科研为支撑，边干边学，在干中不断增长学问和智慧，这是积极有效的方法。教师的业务素质提高了，才有可能促进高素质人才的培养。教学和科研是相辅相成、相互促进的。为此，我们一方面加强课程组教师本身的科研能力提高，做到了每人都有国家级科研项目并能连续获得；一方面提倡要把教学研究当做科学研究那样重视，认为转变教育观念就会有搞好教学研究之动力，提升教学理念就会有搞好教学研究之策略，改变教学方法就会有搞好教学研究之成果，探索了一种教学研究的新模式。基于此，在课程组一、二代负责人（高等学校教学名师奖获奖者和省级教学名师）退休后，第三代负责人才能顺利地将国家精品课程“无机化学与化学分析”的建设和实践，推高到“国家精品资源共享课”的平台。

二、科学实施基础课培养学生科研意识的实践

近些年来，两件事情对我们触动很大：一是批判性思维对中国教育如何培养人有很大启发，我们究竟在基础课堂上实施如何；二是风靡全球的哈佛大学明星教授迈克尔·桑德尔反复强调，教育需培养学生的思辨能力，让学生成为学习的主导者。我们认为，这些都直接相关基础课培养本科生科研意识的实施，讲的都是如何使学生学会学习、如何提高思考问题和解决问题能力的教学理念和方法，对于基础课培养学生科研意识有效教学策略的设计具有指导意义。

1.凸显教材创新意识，建设科学思维平台

自“质量工程”“本科教学工程”实施以来，相关部门引进了多种外国教材。无机化学教材的引进就是这样。这些国外优秀教材为我们提供了新的营养要素，从而实现了多元化。

首先，教材创新就是要立足于“有利于教师使用、有利于学生学”，要有特点。我们将《无机化学与化学分析》主教材内容分为主副篇，主篇是基础，是纲，也是核心，真正起到导论的作用；副篇内容主要反映化学的重要应用实例和化学发展中的标志性事件，凸显化学新概念、新知识、新发现和新技术。副篇起到了让学生洞察无机化学新发展，体会无机化学研究乐趣，延伸主篇深度和广度的作用。

主教材彰显了创新意识（从1998年至2012年在高教社出版了5个版本），在继承与创新之间取得了最佳平衡。郑兰荪院士撰文认为“教材不仅给学生带来知识，而且带来科学的思维方式，使教师和学生双方受益，不愧为一部精品教材。”主教材给主讲教师讲课发挥主导作用提供了空间。

2.提倡批判性思维模式，培养科学思辨能力

培养批判性思维是高等教育的目标之一。基础课采用批判性思维模式授课，能够培养学生的思辨能力，增强科研意识。

举例一：在讲授共价键部分时，当讲清楚现代价键理论以及路易斯结构式、价层电子对互斥理论、价键理论、杂化轨道理论和分子轨道理论的基本内容后，引导学生讨论3个问题。

（1）为什么离子键理论只有一种，共价键理论却有5种？（意在使学生明白化学键理论是在科学研究中发展的，是不断完善的，还有不尽如人意之处——离子键理论得有离子极化理论补充，共价键理论有无统一的可能？）

（2）既然理论计算可以很方便地通过计算得到分子中的杂化轨道形式，那么“杂化轨道理论”是否过时？（提供相关文献，介绍自然键轨道方法（NBO）计算乙烷中C原子的自然杂化轨道为sp^2.36；甲胺中C原子的自然杂化轨道为sp^3.61，N原子为sp^2.24，而不是sp³，来重新认识“杂化轨道理论”，理解理论与实验互为补充、相互促进，使化学原理不断丰富和发展的意义。）

（3）学习这些理论的用意何在？（以文献说明化学键理论在研究物质“构效关系”时的作用。）

举例二：在介绍原子结构内容时，引导学生讨论2个问题。

（1）考察原子结构的发展史，以事实说话，辨析有些教材提到“玻尔的氢原子模型和薛定谔的波动力学模型都是波粒二象性催生的”观点是否正确？

（2）在无机化学中讲“原子结构”，除现行所有教材只讲“电子及其排列”外，要不要讲原子结构的另一部分“原子核结构”？

学生通过实例、文献分析，从科学角度自己判断所学理论的动态发展及其作用。从而避免了僵化地学习知识和不加判断地吸收，提高科学思辨能力，把知识学“活”，知道为什么要学这些，学了用在哪里，甚至使一些学生产生深入研究的欲望。

3.注重文献介绍，扩大科学视野

扩大科学视野不是说只加大化学新概念、新知识、新发现和新技术的罗列，而是在于对基础内容的背景文献介绍、科学发展展现，顺着思路自然介入，有利于学生科研意识的培养。

举例一：讲解“原子结构”，以原子结构模型的重要里程碑为引子，介绍原子结构模型的几个主要里程碑的来源、发展、进化，使学生了解现在学习的不是“死的东西”，而是当时科学研究中最为先进的理论，然而它又是发展的；同时，教会学生会查看和理解原始文献，看看科学家是怎样在大脑中产生这些想法的，利于科研意识的培养。关于这一点，北京大学讲授“无机化学”课程的卞江教授的课件给了我们很大的启发，使学生明白科研意识产生的气氛、环境。

举例二：大一无机化学课程中的元素化学教学一直是基础课教师关注的焦点之一。几位中国科学院院士也对此给予了关注。近年来，很多一线教师根据自己的教学实践探索总结了不少教学经验，发表了很有见地的论文。我们也以西北大学大一无机化学的元素化学教学实践讨论过加强和提高元素化学教学的一些理念和做法。下面举例介绍重点元素氮之讲课策略。

讲解N₂，除了一般的讲解存在、制备、结构和用途外，着重讲解其结构的稳定性原因（价键理论成键、分子轨道理论解释、极化率低），联系了化学键和热化学，知识融会贯通。又要讲这种稳定又是相对的：（1）豆科植物根部可固氮（是人们每年合成的40倍）；（2）金属锂在空气中可生成1：2的Li₂O和Li₃N黑色壳；（3）雷电下，空气中的N₂和O₂会化合生成氮的氧化物；（4）光催化合成。

继而进一步讲到固氮的研究进展：

（1）通过过渡金属的分子氮配合物活化N≡N键的进展；

（2）根瘤菌中固氮酶的结构研究进展；

（3）其中还穿插介绍了因发明氮气和氨气直接合成氨的方法而获1918年诺贝尔化学奖的Fritz Haber和阐明了合成氨反应过程是由7个步骤构成、因为对表面化学研究的贡献而获得2007年诺贝尔化学奖的Gerhard Ertl。

学生们很认可这种讲法，课堂很活跃，纷纷认为原来元素化学这么丰富有趣，受益匪浅。这种讲法与朱万强等“对一氧化氮分子结构的教学讨论”有异工同曲之处。

4.讲究授课艺术，展现科学魅力

善歌者使人继其声，善教者使人继其志。教材是授课之本，有了精品的主教材，并不意味着就成了精品课程。教师授课不是“教教材”，而是“用教材教”。通过基础课课堂艺术的讲授才能让学生体会到科学的魅力，增长科学意识。因此，狠抓教学方法的改革应是首位的。

（1）提倡大纲式教学方法。让学生在上课前就知道该预习什么、该听什么、该问什么，这样才有可能实施讨论，才可能获得好的教学效果。好的教师都应有自己的授课大纲，有自己的观点和见解、特点和艺术，而不是照本宣科。这是一种易于达到课堂上“以学生为主体”的方法，有利于营造出和谐宽松的教学气氛。这也是催促教师的教学模式从“一桶水和一杯水”转变到“一眼泉”的好办法。

（2）电子辅助教材是我们授课的强有力工具。我们制作与主教材配套的电子辅助教材的原则就是源于教材，进行再创作、再提升。表现出了鲜明的创新点，为国内同类课程教学提供了一套从教材到教案、从课堂讲授到课外学习的完整、可行的教学模式。

（3）重视授课中思维方法的训练。思维是对客观事物和现象的间接认识过程。在化学原理讲授中，要学习许多基本原理、定律、理论、新概念，在了解了知识大背景后去掌握课程的基本原理，为了这个目的，需要依此加强对多个具体问题的认识和释疑。例如，学了“原子结构理论”，就得会填写每个元素原子的电子式；学了化学键中的“杂化理论”，就需要会解释许多具体分子的化学键形成及其空间结构；学了“热力学初步”，就要会用热力学基本原理判断某个具体化学反应的进行与否和程度如何。显然，演绎法在这里是大有作为的。在元素部分讲授中采用“归纳法”显然是有利的。因为首先要学习和掌握许多具体元素及其化合物的反应、结构、性质和用途之后，才可用化学原理解释、比较，归纳有利于提升、记忆和提纲挈领。让学生在学完每一章后，采用归纳法将一章的内容只写于一张纸上，达到了“书越读越薄”的效果。自然，演绎法和归纳法在学习中是相辅相成的。

5.引入化学史例，激发科学研究欲望

基础课适时适当引入化学史例，有助于情感态度价值观的培养。丰富多彩的化学史常常会以动人的故事使我们激动不已，会激发起学习化学的兴趣，感受并赞赏化学科学研究，培养献身科学的精神和严谨治学的科学态度，让我们走进化学并热爱化学事业。

实例一：为什么说“伦琴发现X射线是有准备的意外发现”？

伦琴用感应圈使放电管发出阴极射线。突然意外的事情出现了：他猛然注意到桌上不远处涂有铂氰化钡的纸屏发出特殊的闪光。他用不透光的黑纸包住放电管，纸屏闪光仍不消失。为此他在实验室里连续研究了三周。1895年12月，他在实验室用X射线将其夫人用黑纸包着的手照射了15分钟，显影后，呈现出了夫人的手骨相。照片一经发出立即成为引起轰动的新闻。伦琴于1895年12月28日向维尔茨堡物理医学学会提交了报告《一种新的射线——初步报告》，1901年他因此而获得首届诺贝尔物理学奖。

然而之前已有许多科学家对这种现象的发现却“没有准备”，很多科学家也发现了类似现象，但都忽视了或者没有深入研究，事实说明“机遇只偏爱那些有准备的人。”

实例二：化学键的本质是怎样被揭示的？

向义和以“化学键的本质是怎样被揭示的”为题，以翔实的文献对这一产生作了详细的表述，认为完整的鲍林价键理论的思想起源和形成过程应该包括：接受路易斯的化学键电子理论；吸取海森伯的量子共振概念；得到海特勒和伦敦对氢分子结构近似处理的启发；从而完善了价键理论，提出了电子对键的六条规则；解决了碳原子四面体构型的问题，建立了杂化轨道理论。这是极为客观的。1939年鲍林正式出版了他的《化学键的本质》一书，这本书可以说是有关化学键论述的压卷之作。然而，更为重的是学生从书中可以看到鲍林是怎样从一个青年毕业生成长为科学家的过程，会使学生懂得怎样的思维可以成为化学家。

6.规范第二课堂，训练科学素养

我们设计并规范了第二课堂教学，力图扩展学生的科学眼界，训练他们的创新思维和综合素质。例如大力引导学生阅读与课程相关的参考书以改变学生一门课抱着一本教材的学习习惯，开展写作“课程论文”活动，定期安排学术报告，这些都是很有成效的做法。

[责任编辑：余大品]