基础化学原理中元素化学的教学改革与探索

点击次数:   更新时间:2019-07-23 11:18     来源:未知 分    享:
 《基础化学原理》(无机及分析化学)是普通高等院校面向化学类相关专业的学生开设的第一门专业基础课,按照课程内容通常分为化学基本原理、四大化学平衡、四大滴定、物质结构和元素化学等五个部分。作为该课程的重要组成部分,元素化学涉及到各类元素和化合物的结构、性质及其变化规律。元素化学内容丰富,与材料、生化、环境、能源、农业、和资源等领域有着千丝万缕的关联,是基础化学教学的重点;同时体系庞杂,知识点分散,学生难以掌握,也是基础化学教学的难点。因此如何培养学生学习元素化学的兴趣,调动学生学习的积极性,使学生系统而牢固的掌握元素化学的知识,为后续的专业学习奠定良好的基础,就成了教师教学过程中需要重点思考和解决的问题。
针对元素化学教学中存在的问题,相关教育工作者在教学方法上做了许多有益的探索和改革。中国地质大学程国娥教授,提出了互动式无机元素化学教学方法的理念,鼓励学生结合当前研究热点进行探究性和讨论性学习,激发学生学习兴趣;内蒙古师范大学尝试了基于问题的教学模式(PBL,problembasedlearning)在元素化学中的应用,提出问题,以问题为导向,带着问题来针对性的学习;西南科技大学注重课外知识拓展、交流与讨论、实践训练等教学方式,不仅提升了学生学习无机元素化学的学习效果,更重要的是不断提升了学生的独立思考和认知能力、自主学习能力、组织沟通能力和科学研究能力。近年来,在借鉴其他院校的元素化学教学改革经验及成果的基础上,结合多年来的教学经验积累与思考,我们在基础化学原理元素部分的教学中进行了一系列的教学改革的实践与探索,并取得良好的教学效果。
1 重视化学基本原理在元素化学学习中的指导作用
元素化学的内容繁多,系统性差,需要记忆的反应现象和方程式太多。如果不了解其中的内在联系和变化规律,学生在学习过程中往往觉得枯燥无味,毫无章法,难以掌握。因此应将化学基本原理与元素化学的教学有机结合,突出化学基本原理在元素学习中的指导作用,一方面让学生在理解的基础上掌握物质的性质及反应规律,另一方面也加深学生对无机化学基本原理的掌握,做到了温故知新。例如,磷有磷酸(H3PO4)、亚磷酸(H3PO3)、次磷酸(H3PO2)和偏磷酸(HPO3)等多种含氧酸,学生往往会从分子式上看有几个氢就是几元酸,其实不然。
可以利用价层电子对互斥理论及杂化轨道理论来分析磷原子的价层电子对数、杂化方式及成键情况,确定氢的位置,进而来判断它们分别是几元酸;碳族元素的氢化物随着分子量的增大溶沸点逐渐升高,而氮族、氧族和卤素元素的氢化物中,NH3、H2O和HF的溶沸点却反常的高,这些现象可以利用分子间力和氢键来解释;在讲铬锰元素时,通常会以元素电极电势图为切入点,引导学生来分析不同氧化数的物质在不同介质中的存在形式,并利用标准电极电势的大小来判断物质氧化还原能力的强弱;Zn2+水溶液是无色的,Mn2+水溶液显极淡的肉色,Ni2+、Co2+的水溶液有颜色,这些现象可以用晶体场理论来解释。这样引导学生用化学基本理论揭示元素化合物性质变化规律,使元素知识系统化和深刻化,让学生学会从本质上认识问题,避免死记硬背,培养了学生利用理论知识解决实际问题的能力。
2 充分整合各种教学资源,进行线上线下混合式学习
教育信息化及互联网的快速发展,混合式学习模式(BlendedLearning)越来越受到重视,已逐渐成为国内外各大高校竞相实践的一种行之有效的教学模式。它将传统的面授教学和网络数字化生动教学资源双方面的优势结合起来,互为补充,强调学习者的主动参与和讨论、教师的辅助引导和监督,从而可获得比传统讲授式教学模式更佳的教学效果。以往传统的多媒体+板书式教学中,教师的教案,课件和参考书是主要的教学资源。而在今天的互联网+时代,我们可以充分利用各种教学资源,来施实混合式教学。中国大学慕课网站,精品开放课程网站上有许多名校名师的无机化学、大学化学及基础化学的视频;我校《基础化学原理》课程2008年获批山东省精品课程,建设了精品课程网站,提供基础化学原理学习资料。内容包括课程简介、教学大纲(包括重点、难点)、自学课件和自测题、习题解答、相关科学家简介、基础化学趣味化学、师生论坛等。目前,我校基础化学原理在线开放课程建设顺利完成,已经在智慧树网络平台成功上线。将这些丰富的混合式的教学资源上传到教学媒体即课程支持平台上(包括数字化学习平台、技术论坛、微信互动平台、移动学习平台等),设置学习任务,搭建在线讨论、答疑等学习环境,充分发挥互联网实时、方便、交互的优势。课前,学生可以根据教师下达的学习任务自主地进行线上的学习;在全面了解学生线上学习情况后,教师在面对面的课堂(线下)上将大家有疑问、普遍不懂及难点的部分或讲授或以小组讨论等方式使学生撑握相关知识点;课后,师生仍借助于学习平台进行交流讨论,使学生完成知识的吸收内化。混合式学习模式有利于培养学生自主学习的能力,提高学生学习的积极性,提高教学效果。
3 突出生活实例与元素化学的联系,激发学生的学习兴趣
化学是一门与我们息息相关的学科,为人类带来丰富的物质与便捷的生活,可以说生活无处不化学。而元素化学与我们的生活的关系更为密切。在元素化学教学中,经常引入与生活实际相关的案例,使学生真正感受到化学就在自己身边,从而激发学习兴趣。如在讲解亚硝酸盐的性质时,会把近年来有关亚硝酸钠中毒的热点事件先呈现出来,指出亚硝酸钠在卤肉、火腿等制品中的作用,如果不按国家标准过量违规添加,就会对人的健康产生影响甚至危及生命;在学习钛的重要氧化物二氧化钛时,以大家都用过的防晒霜为例,说明防晒有化学防晒和物理防晒,而物理防晒中添加主要的成份就是二氧化钛,来反射太阳光中的紫外线达到防晒的目的;在学习汞元素时,会提及有些化妆品中会添加铅汞等重金属来起到祛斑美白作用,短期内会有一定的效果,但长期使用会损害肾脏功能;如果不小心打破了体温计,该如何处理等等。我们在原有课堂教学内容的基础上,有目的地增加与生活相关的事例,活跃了课堂气氛,引起学生学习兴趣,提高了学习热情。
4 融入最新科研成果,培养学生的科学意识
化学是一门不断发展的学科,所以不能只局限于课本知识的学习,还应扩展与化学相关的领域及其交叉学科领域的最新的科研成果,教学内容要与时俱进,使学生了解当今年化学学科研究的热点和方向,初步塑造学生的科研意识,为培养高层次人才奠定基础。2017年11月份,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)正式批准113,115,117和118号4种新元素加入化学元素周期表大家庭。在讲元素化学之前,我们会提前让学生查阅资料,了解这四种元素的合成、中英文命名以及新元素要写入周期表需要哪些程序,课堂上选出代表进行汇报,这样在培养学生查文献的能力的同时,又提高了学生的课堂参与度。雾霾的主要成份为二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒等,研究雾霾的形成机制对于雾霾的治理至关重要,2016年11月,中美英三国科学家研究团队在美国科学院院刊(PNAS)上了表文章指出二氧化硫转化成硫酸盐是烟雾的原因,而二氧化氮和氨在这种转化中起了重要作用。同时还向学生指出《science》《nature》《cell》和《PNAS》为国际著名的四大期刊。在讲碳元素时,可向学生介绍石墨烯、石墨炔、碳纳米管等新型碳材料在化学相关领域的研究成果。这样的一些的新发现或学科前沿的知识的学习有助于开阔学生的视野,激发探索未知科学世界的积极性,培养学生的科研兴趣。
5 结语
在基础化学原理元素化学部分进行了的教学中,精心整合各种教学资源,进行混合式学习模式的改革;同时引导学生应用化学基本原理解决元素的学习过程中的问题,并把与元素相关的生活中的有趣的事例和最新的科研成果融入元素化学学习中。以上探索与实践有效提高了学生学习的积极性和自主学习的能力,激发了学生的学习兴趣,初步培养了学生的科研意识,达到提高元素化学教学效果的目的。
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