中级无机化学课程和教材建设唐宗熏.doc

中级无机化学课程和教材建设一、开设中级无机化学课是学科发展的需要 无机化学作为重要的化学分支学科，涉及周期表的100多个元素和数以万计的化合物，并渗透到化学学科内、外许多相关学科，产生了生物无机化学、无机固体化学、金属有机化学等新领域和新知识。即使是无机元素化学本身的研究和教学也正在从描述向推理、定性向定量、宏观向微观发展。而理科大学化学系本科各专业的教学计划按无机、分析、有机、物化开设基础课的传统延续了数十年，传统的在大学一年级开设的无机化学课程，基本上是建立在中学数、理、化基础之上。它分为两大块：前一块普通化学原理既是为基础元素化学的学习做好理论准备，又是为其他后续化学课程起先导作用；后一块基础元素化学是对元素及其化合物的性质进行介绍。这种课程设置对我国理科化学系学生的知识结构和无机化学的学术水平的提高产生了一定程度的不利影响。由于数、理及化学基础理论知识的局限性，要从结构化学、化学热力学及动力学等理论结合上对无机化学的问题进行深入阐述显然是不可能的，因之无机化学的教学显得不足。一些学校在大四开设无机化学专题来补充，但挂一漏万。所以化学系本科生的无机化学知识水平仍得不到根本提高。打破旧传统，代之以无机化学分段设置课程的结构改革，实施无机化学课程分段教学，开设中级无机化学课，这是新形势的需要。在教学内容上，中级无机化学应该系统介绍现代无机化学所涉及的新理论、新领域、新知识和无机新型化合物。在教学方法上突出结构化学、配位化学及热力学等基础理论在无机化学中的应用。 西北大学化学系自1988年开始在全国较早实施无机化学课程分段教学，在一年级开设初等无机化学，在三年级下学期开设“中级无机化学”课程。中级无机化学课程关注化学系课程体系的总体改革，除了要把握住中级无机化学在无机化学总教学计划中的准确位置，选择的内容应反映无机化学学科发展的现状之外，还要把握住中级无机化学在化学学科整体教学计划中的准确位置。在课堂教学中，体现“结构反应性能”一体化的讲授主线，根据课程要求对讲授的内容作精心的选择、创造性组织和深入浅出地介绍，以启迪学生，使其能在时代发展水平上超前和创造思维。这样的中级无机化学课程既能真正讲授无机化学本身的内容，又能用结构化学、热力学和反应理论来统一阐述无机元素化学，更便于新知识和新领域的介绍。克服了传统的在大学一年级开设的无机化学中讲授了一些不该由自己承担的化学基本原理的知识内容，而对应该由自己讲授的一些无机化学的基本内容却因学生的基础和学时的限制而舍弃的弊病。二、恰当定位，构建中级无机化学课程 经过十多年的教学探索，我们确立了建设中级无机化学课程的指导思想：该课程是基础必修课程，应有讲授内容的系统性；该课程有普通化学、结构化学、物理化学等先行课程作为基础，除非非有必要讲授少量理论化学内容之外，更多地是利用前导课的知识突出其在无机化学中的应用；元素化学是该课程讲授的纲和基本内容，但与大一化学或普通化学既要有内容的分工，又要有讲授方法的区别；热力学应用贯穿到元素无机化学的始终；增添无机化学新概念、新知识介绍。 中级无机化学课程面对的是学完了一些基础课的高年级学生，其目标应该是要尽量运用先行课所学的理论知识来解决无机化学的实际问题，因此，我们在课程的开篇选择性地介绍了一些原子结构理论、原子参数、改进的Slater规则、基团电负性、共价键理论、键参数与分子构型、分子的对称性和群的基础知识、多原子分子的分子轨道法处理等，既是对先行课所学的理论知识的复习，又为课程后面处理一些复杂配合物准备了知识条件。 配位场理论已在结构化学中有了介绍，中级无机化学除作适当扩展外，主要是应用配位场理论去处理无机化学中的实际问题。过渡金属离子及其配合物的丰富颜色是过渡元素的显著特征，而电子光谱的理论又是配位场理论最重要的应用，中级无机化学在有关章节特别安排了光谱选律，Orgel图和TS图的介绍及无机物光谱的指派。还使用相对论性效应解释惰性电子对效应等。中级无机化学在处理这些内容时既介绍了这些理论但又未赘述这些理论，重点是引出这些理论的结论及其在无机化学中的应用，能做到举重若轻。 热力学在无机化学上的应用则贯穿于中级无机化学的始终，课程引导学生将宏观热力学数据与微观的结构因素联系起来。通过晶格能的计算、玻恩哈伯热化学循环的设计、计算化合物的标准生成焓来预测和判断化合物的稳定性，用交换能来解释过渡元素的特殊价层电子构型，用对水化能的能量分解得出静电作用是水化能的主要能量贡献项，从而说明Cu2在水溶液中比Cu更加稳定的原因等。这种热力学在无机化学上的应用的介绍是本课程的精华之一。 这些处理，不仅能使学生加深对无机物性质的认识和了解，而且也能使学生加强对结构化学、物理化学中学过的原理的理解和掌握。 元素化学应该是无机化学的主体。搞好元素和化合物的教学应该是中级无机化学义不容辞的责任。中级无机化学在较深入讨论一些理论问题的同时，也充分重视了元素及其化合物性质的介绍。课程安排了元素周期性和周期反常现象的内容，它既是对大一无机化学中的元素化学的小结，又起到了承前启后的作用。除了在元素周期性、过渡金属通论中总结、比较和归纳了s区元素、p区元素、第一过渡金属元素的性质和反应外，还专辟章、节较深入、系统地介绍s区元素，p区元素，第一、二、三系列过渡元素，镧系和锕系元素，硼烷及其衍生物、无机碳化学等的知识。显然，这些内容是对大一无机化学的完整补充。 作为21世纪的本科大学生，他们应该对无机化学的新成就、新发展有所了解。为此，在中级无机化学中注意介绍了无机化学中的一些新知识和新领域，如广义酸碱定义、软硬酸碱理论、“超酸和魔酸”、溶剂化学、无机晶体结构、快离子导体及其他一些无机功能材料、金属羰基化合物、酸配体配合物、配体配合物、夹心配合物、有机金属化合物、金属金属多重键及金属原子簇化合物、冠醚配合物、无机高分子等等。通过对这些知识的介绍，显然可以开阔学生的视野，增加学生学习无机化学的兴趣。 总之，中级无机化学将化学热力学、化学动力学和结构理论等密切结合来论述元素化学，得到了较好的体现；其次，中级无机化学仍然以元素周期系为框架来建立课程体系，体现了无机化学的系统性、整体性和连贯性；第三，中级无机化学对现代无机化学的热点问题都给予了足够的注视；第四，中级无机化学体现了化学是一个整体，各个化学学科分支是互相融合、互相渗透的。 上述思想和做法得到了教育部高教司及国内同行专家的支持和赞同，提出的研究项目“无机化学课程和新教材建设”两次被列为教育部基地创建名牌课程支持项目，两次给予资助。1995年项目的成果“改革课程结构，开设中级无机化学”荣获陕西省政府优秀教学成果二等奖；2000年西北大学批准将中级无机化学课程作为重点课程进行建设；2003年西北大学和2004年陕西省分别将中级无机化学课程批准为精品课程，2004年中级无机化学被遴选为国家级精品课程；2005年项目的成果获陕西省优秀教学成果奖一等奖、国家优秀教学成果奖二等奖。三、精益求精，打造中级无机化学精品课程 (1) 编写出版特色教材 在1993年出版中级无机化学(成都科技大学出版社)的基础上，经过十年探索中级无机化学内容构成，重新编写了新的中级无机化学教材，该教材被教育部列为普通高等教育“十五”国家级规划教材，2003年5月由高等教育出版社出版并在全国发行，该书是高等教育出版社出版的第一本“中级无机化学”。 北京大学黄春辉院士为该书作序，称赞该书“在深度和广度上，在知识层次和编写方法上都认真地把握住了中级这个位置”。“是一本内容丰富，很有特色，符合教改方向的教材”。“在理论上有一定深度，使无机化学的元素化学部分摆脱了描述较多、理论偏少的状况，是打破原有模式，将无机化学近代理论与无机化学基本知识相结合的一次很好的尝试”。“在教材内容编排上，保持了周期系的系统性”。“这本书的出版本身是我国高校无机化学教学改革的一种体现，我更相信它的出版会大大促进这一改革的进一步发展”。 在高教出版社出版的“高教书讯”上，朱仁先生评论中级无机化学，归纳并评述该书的特点。他使用的文章的大标题是“内容新颖，体系完整的无机化学教材”。 (2) 创建立体化教学课件 在课程教学中，将多媒体技术引入课堂。课程组成员使用ppt软件完成了教学幻灯片的制作，独立采用分子图形软件制作比较准确的、立体感强的、可实时操作的动态模型。将课程介绍、教学大纲、教材、教案、教学安排和教学进度、参考资料目录、习题、扩充性参考阅读材料如“周期反常现象”、“镧系元素的性质及其性质递变规律”、“自由能变和标准自由能变”、“无机碳化学”、“无机化学中的热力学问题”、“无机化学中的耦合现象”等关于基础知识、基本理论和无机专题共29篇放于网上供同学阅读、下载，做到资源共享。 (3) 努力改进教学方法，使用多种教学方法及灵活的教学形式 在课堂教学中注意使用启发式，讲授和讨论相结合，加强习题课和课堂讨论，因材施教，主讲教师的全面主讲授课与有关专家讲座相结合和实行导师制的方法。在课堂外面引导学生查阅资料并进行文献综述，参观、教学实习等进行教学。改变过去单一的闭卷考试方式，代之实施一套闭卷开卷(课程论文)等多种有利于学生创新能力培养的考试方法，考试重点从获取知识量向知识、能力、综合素质的评价转移，注重对学生知识运用能力的考察。灵活多样和先进的教学方法有效地调动了学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。 (4) 完整的实验教学以培养学生综合性、研究性和创新性能力为本 化学系设置了“综合化学实验”课程，中级无机化学课程组成员主持编写了“综合化学实验”教材。其中与中级无机化学课程配套的实验如“无水三氯化铬的制备”、“未知配合物的合成、组成和性质测定”、“配合物几何异构体的制备、异构化速率常数和活化能的测定”、“配合物逐级稳定常数测定”、“乙酰基二茂铁的合成与分离”、“非化学计量化合物NaxWO3的制备与鉴定”、“三乙二胺合钴配离子的光学异构体的制备、离析和旋光度测定”、“荧光粉Y2O2S:Eu的高温合成”、“纳米晶二氧化钛光电化学电池的制作及其性能测量”和“铕掺杂的锡酸钡荧光材料的合成和发射光谱的测定”等使用了符合高水平实验要求的现代实验设备和实验技术。实验以培养学生综合性、研究性和创新性能力为本作为指导思想，适应以素质教育为中心的教学观念，注重培养学生运用无机化学的理论知识和实验技能解决实际问题的能力，着力让学生感受无机化学研究的氛围，努力使综合化学实验成为培养学生创新精神、创新意识、创新能力的重要途径。 (5) 实践教学注意培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力 中级无机化学课程组为学生制定了教学实践环节，选择能够满足教学要求的、有先进教学环境和设备，能够进行开放式教学的实践基地进行教学实践。课程组教师在这些实践活动中，注意培养学生去发现问题、分析问题和解决问题的能力，取得了显著的成效。 (6) 组建结构合理和工作高效的课程队伍 在化学系的支持下建立了年龄和知识结构合理的教学梯队，培养年轻主讲教师。中级无机化学课程的教学队伍由多名教授、副教授组成，全部在本科教学第一线。近年来，课程组成员主持国家自然科学基金项目、省上科研基金项目多项，注重将最新科研成果转化到教学中。 (7) 积极进行教学改革探讨 课程组成员对中级无机化学的教学内容、教学方法、实验、教学实践、多媒体网络技术、教材编写等各个方面进行了积极的探讨，已在国内外主要刊物上发表的教改教研论文10余篇。四、实践效果 (1) 设计的课程体系促进了理科化学系的教学改革 中级无机化学是打破旧的传统，为适应我国教育体系的深刻改革，无机化学分段设课而创建的新课程，符合目前教改的方向。它带动了西北大学化学系化学专业的整体改革，为理科教育改革做出了有益的探讨，也为理科化学专业基础科研和教学人才培养基地的建设做出了直接的贡献。 (2) 编写的中级无机化学教材内容富有特色 中级无机化学教材在内容上反映了无机化学学科发展的现状，体现了中级无机化学在无机化学总教学计划中的准确位置；在深度和广度上，在知识的层次上中级无机化学都把握住了“中级”之“位”上。这个“位”就是建立在化学基本原理和普通化学、有机化学、分析化学、物理化学、结构化学等的基础上所要完成的无机化学的教学。 (3) 教学实践效果明显 西北大学从1990年起对化学系三年级所有学生开设中级无机化学课程。学生普遍认为，中级无机化学教学内容新颖，信息量大；能及时把教改、教研成果或学科最新发展成果引入教学；课程内容的基础性与先进性的关系，经典与现代的关系，本课程与相关课程内容的关系都处理得当。理论联系实际，融知识传授、能力培养、素质教育于一体，课内、课外结合，教书育人效果明显。通过对中级无机化学的学习，无机化学的基础和理论得到大大加强，为毕业后从事科研和教学打下了坚实的基础。近几年来化学系学生考“研”的“无机化学”课程的成绩和考研率有了大幅度的提高。 (4) 成果对国内无机化学教学改革产生了示范