摘要：

轉(zhuǎn)型背景下地方高校必須要就當前的教學結(jié)構(gòu)進行適當?shù)恼{(diào)整，以便提高教學的有效性，為社會培養(yǎng)更多優(yōu)秀的實用型人才。但是就當前我國地方性高校無機化學實驗教學的實際情況來看，高校在教學的有效性和實用性方面還存在較多的不足，嚴重限制了學生的全面發(fā)展。本文先就轉(zhuǎn)型背景下地方性高校無機化學實驗教學的現(xiàn)狀和問題進行探析，然后就應(yīng)該如何進行實驗教學改革提出若干建議。

關(guān)鍵詞：

地方性高校；無機化學；實驗教學改革

1.引言

轉(zhuǎn)型背景下國家教育部門和政府對高校技術(shù)性人才的培養(yǎng)尤其重視，要求各高校能夠從學生的職業(yè)技能培養(yǎng)出發(fā)，將學生培養(yǎng)成為技術(shù)性人才和實用性人才，滿足普通本科高校畢業(yè)生將來的就業(yè)發(fā)展，同時也有助于促進社會就業(yè)，推動社會經(jīng)濟的發(fā)展。無機化學實驗課程是化學的基礎(chǔ)課程，以我校為例，無機化學實驗是化學、化學工程與工藝、材料化學、應(yīng)用化學和環(huán)境化學等專業(yè)實驗的先修課程，其在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、實踐能力以及獨立思考和解決問題的能力等方面具有重要的作用，要求各高校能夠重視無機化學實驗教學的改革，培養(yǎng)優(yōu)秀的實用型人才。以下本文就相關(guān)內(nèi)容進行簡要的探討。

2.高校無機化學實驗教學中存在的問題

大一化學中元素化學教學一直是基礎(chǔ)課教師關(guān)注的焦點之一，最少有3位從事基礎(chǔ)課教學的中國科學院院士給予了關(guān)心［1］1－6［2－3］。隨著教學改革的深入，各種教學內(nèi)容、目標、方法的不同安排，所取得效果的不同，又將這一問題推到了風口浪尖。根據(jù)我校的教學實際，我們將原有的無機化學分為兩段教學，在大三開設(shè)了中級無機化學［4］，并整合了原無機化學和化學分析內(nèi)容，編寫并出版了《無機化學與化學分析》［5］作為大一化學教材，其中元素化學教學安排在30學時左右。12年的改革和實踐，使我們對大一化學中元素化學教學部分有了深入的認識和可行的做法，取得了一定成效。   一、必須克服大一化學中弱化元素化學教學的現(xiàn)象   長期以來，由于元素化學的內(nèi)容龐雜、頭緒繁多，大部分是枯燥的紀實材料，因而雖然它易懂、不難，但掌握好卻又不易。對于此部分內(nèi)容素有“老師難教、學生不愿聽”之論。究其原因，不外乎有3個方面:(1)元素化學涉及的內(nèi)容龐雜，資料瑣碎，化學反應(yīng)和化學現(xiàn)象繁多，仔細記憶非常困難，學習過程常感枯燥，似乎雜亂無章、無規(guī)可循;(2)教學中化學原理和元素化學兩部分內(nèi)容常常發(fā)生脫節(jié)，講到元素部分時，許多教師通常僅按教材照本宣科，往往又只側(cè)重于物質(zhì)的存在、制備、性質(zhì)和用途，而對于決定物質(zhì)性質(zhì)、制備方法、存在狀態(tài)的原因則較少與前面的理論聯(lián)系加以分析，造成了學生對元素化學部分學習興趣不濃;(3)不能及時增加新材料、新知識內(nèi)容，降低了學生對元素化學部分學習的熱情。于是，有許多教師對理論部分大講特講，似乎越深越好，占用了絕對的學時;對元素化學的講解卻輕視和弱化了。反映在教學中是:(1)大量減少課時;(2)用一些元素化學小故事的穿插以及生活中的應(yīng)用代替教學;(3)更多的是采用所謂的“自學式”學習。采用“讀書指導法”、“討論法”或“演示試驗”等方法代替教學。凡此種種，都是不講究教學效果、弱化元素化學教學的做法。無疑，削弱了大一化學課程內(nèi)容的完整性。因此，這種現(xiàn)象必須克服。   二、元素化學教學必須融入最新的研究成果   (一)元素化學是無機化學的主脈   通常，大一化學課程按照內(nèi)容被劃分為兩個部分:化學原理和元素化學部分。其中元素化學部分是無機化學教學的主脈，元素化學部分是按照元素周期表系統(tǒng)地介紹元素及其化合物的制備、性質(zhì)、反應(yīng)性以及它們之間的聯(lián)系和規(guī)律的，是完成無機化學課程的重要環(huán)節(jié)，兩部分的有機結(jié)合保證了大一化學課程的完整性。如果輕視、減少元素化學內(nèi)容，化學原理就成了空殼，就不成為無機化學了。再則，大一化學課程中元素化學內(nèi)容的重要性還在于:許多專業(yè)的學生在大學階段的學習中可能再也不會遇到系統(tǒng)地介紹元素的課程了。欠缺元素化學方面的基礎(chǔ)知識，對于他的專業(yè)知識而言，將是一個極大的缺陷。其實，很多教授認為無機化學課程就是元素無機化學。新中國成立初期，我國全面使用前蘇聯(lián)的教材，無機化學使用的是涅克拉索夫的《普通化學教程》(上、中、下3冊，105萬字)［6］，完全照元素周期表系統(tǒng)地介紹元素及其化合物(占全書28章的18章)，只是將有關(guān)理論方面的內(nèi)容放在前10章且并不強調(diào)。及至戴安邦等教授編著的我國第一部無機化學教材《無機化學教程》(上、下兩冊，84萬字)也是這樣［7］。在之后的教改中，我校劉翊綸教授也主編了《基礎(chǔ)元素化學》作為教材使用多年［8］，編排更是以元素為主，原理部分列其中。到了20世紀，無機化學教材百花齊放，有了不同版本，內(nèi)容和編排各有千秋。20世紀90年代，英國格林伍德與厄恩肖合著了《元素化學》(上、中、下3冊，160萬字)一書［9］，這是一部現(xiàn)代的、嚴謹?shù)摹⒕C合性的元素化學論著。當然，隨著學科的發(fā)展，大一化學課程按照內(nèi)容被劃分為化學原理和元素化學兩個部分是可行的，也是較合理的。這也是1977年教育部組織以武漢大學牽頭的8所綜合大學，在重新編訂的教學大綱的基礎(chǔ)上，分工編撰的統(tǒng)編大一《無機化學》一書形成的雛形［10］。   (二)加強元素化學教學是學科發(fā)展的需要   徐光憲先生曾撰文說，21世紀的化學將在與物理學、生命科學、材料科學、環(huán)境科學、信息科學、能源、海洋、空間科學的相互交叉、相互滲透、相互促進中共同發(fā)展［1］1－6。就是說，隨著科學的發(fā)展，冶金、地質(zhì)、以及航空航天、電子、激光、環(huán)境、能源、材料和生物工程等新興工業(yè)和尖端科學技術(shù)的發(fā)展對無機化學提出了新的要求，無機化學除了一方面繼續(xù)發(fā)展自身以外，另一方面還在向其他學科如生物、有機、環(huán)境科學等方面滲透，出現(xiàn)交叉學科。顯然，它要反映在無機化學的元素教學過程中，必須要注意將與無機化學相關(guān)的新技術(shù)、新方法、新材料以及科學研究的最新成果融入到無機化學的元素教學中，保證無機化學教材的先進性。例如，不講生物模擬固氮，不講化學固氮中1965、1995和1998年通過過渡金屬的分子氮活化N≡N鍵，怎能深入地理解氮的性質(zhì)和利用呢?又如，溫室效應(yīng)與CO2，安全氣袋與NaN3，光化學煙霧與氮氧化物，水俁病與汞、鉻，火箭推進劑與N2H4;“神七”宇航員的航天服本身就是特殊材料，凡此種種都牽扯到元素、化合物、無機合成化學的方方面面。這都屬元素化學教學內(nèi)容。因此，元素化學教學一定要融入到現(xiàn)代社會中去，克服教材內(nèi)容滯后的現(xiàn)象，融入最新的有關(guān)元素化學的研究成果。   三、元素化學教學中需要突出的環(huán)節(jié)   (一)以區(qū)劃分內(nèi)容加強通性講解   由于課時縮小和“中級無機化學”的開設(shè)，我們把元素化學教學內(nèi)容按其電子結(jié)構(gòu)分為4個大區(qū)(即s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)和f區(qū))安排。首先，強調(diào)講解各區(qū)元素通性，讓學生了解其在周期表中的位置、全貌和共性。例如，講s區(qū)，其通性為:(1)從上到下電離能、電負性減小，金屬性、還原性增強，原子半徑增大;(2)從左到右原子半徑減小，金屬性、還原性減弱，電離能、電負性增大。原因是:(1)都是最活潑的金屬;同一族自上而下性質(zhì)的變化有規(guī)律;(2)通常只有一種穩(wěn)定的氧化態(tài);(3)形成的化合物大多是離子型的。一切歸于原子結(jié)構(gòu)的特點。#p#分頁標題#e#   講p區(qū)元素的通性，則必須講到p區(qū)元素的化學以其多樣性為特點，包括:(1)唯一同時包括金屬和非金屬元素的一個區(qū);(2)無機非金屬材料庫(如人造金剛石、分子篩、高能燃料、硅單晶材料、納米半導體材料、碳—碳復合材料、太陽電池材料和光子帶隙材料等);(3)包括“不活潑的單原子氣體—稀有氣體”;(4)有毒的小元素群;(5)多有同素異形體;(6)成鍵的多樣性:如乙硼烷的3c－2e鍵等;(7)區(qū)域性的規(guī)律性(如惰性電子對效應(yīng)、對角線規(guī)則等)。   講d區(qū)元素的通性，則必須強調(diào)d區(qū)元素的化學就是d電子的化學，其特征不同程度上與價層d電子的存在有關(guān)，至少表現(xiàn)在:(1)熔、沸點高，硬度、密度大的金屬大都集中在這一區(qū);(2)不少元素形成有顏色的化合物;(3)許多元素形成多種氧化態(tài)從而導致豐富的氧化還原行為;(4)形成配合物的能力比較強，包括形成經(jīng)典的維爾納配合物和金屬有機配合物;(5)參與工業(yè)催化過程和酶催化過程的能力強等方面。   講f區(qū)元素，則重點在于介紹稀土:(1)各種規(guī)律:正三價氧化態(tài)，鑭系收縮的單向變化，雙峰效應(yīng)，離子顏色的周期性變化，斜W規(guī)則，奇偶變化等;(2)中國的稀土資源豐富，三大稀土產(chǎn)地，五大稀土礦特點;(3)稀土的分離化學;(4)稀土的應(yīng)用。其次，在各區(qū)里側(cè)重于講解各區(qū)重點、常見元素及其化合物的存在、制備、性質(zhì)和用途。   (二)注重化學原理對元素化學的指導和應(yīng)用作用   注重利用原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、化學熱力學、動力學、氧化還原、配位化學等無機化學的基礎(chǔ)理論知識，去理解、判斷、解釋元素及其化合物的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)，使兩者有機結(jié)合。例如，同一族的N2和P4分子性質(zhì)差別那么大，皆由分子結(jié)構(gòu)、成鍵的不同引起，以致反過來更理解了分子軌道理論內(nèi)容;對CO、SO2等分子結(jié)構(gòu)的理解，使學生了解到物質(zhì)反應(yīng)性不同的原因，又更加全面了解了不等性雜化軌道，知道了還有SP和SP2雜化軌道;舉出有機苯—無機苯、金剛石—立方氮化硼、石墨—立方氮化硼等例，可深入說明等電子物種的相關(guān)性;又如BX3酸性的大小順序為什么是:BF3＜BCl3＜BBr3?氫鍵和氫橋鍵有什么不同?鹵素顏色的變化原因?第一個稀有氣體化合物合成的熱力學?Ellingham圖的應(yīng)用，在無機合成中耦合反應(yīng)的應(yīng)用以及許多化合物的制備反應(yīng)和條件也都得從熱力學、動力學才能解釋清楚;許多化合物的氧化還原性及其用途更要用電極電勢去解釋。如此等等，相得益彰，教學時，老師有的講，學生有的聽，興趣盎然。羅一帆等的嘗試已經(jīng)很有效果［11］。   (三)強調(diào)元素和化合物在周期表中的規(guī)律性講解   加強對元素和化合物在周期表中的規(guī)律性講解，這也是深入元素化學講解內(nèi)容和加強其與理論部分結(jié)合的好方法。例如，含氧酸的氧化還原性(包括含氧酸氧化還原性的周期性、影響含氧酸氧化能力強弱的因素)、無機酸強度的變化規(guī)律(包括影響無機酸強度的直接因素、氫化物酸性強弱的規(guī)律、含氧酸的酸性強弱規(guī)律)、鹽類的熱分解(包括無機含氧酸鹽熱分解的類型和規(guī)律、無機含氧酸鹽熱分解的本質(zhì)和對某些規(guī)律的解釋)、無機化合物的水解性(包括影響水解的因素、水解產(chǎn)物的類型)、離子晶體鹽類的溶解性(規(guī)律性及其解釋)第二周期性(次周期性)和區(qū)域規(guī)律性(圖1)等的講解，都會使學生加深對豐富多彩的元素化學的理解和記憶。

摘要：在我國，中等教育階段（如初中、高中）普遍開設(shè)了化學課，教學內(nèi)容普遍涉及到無機化學內(nèi)容，但比較基礎(chǔ)，真正的無機化學課程教學目標、教學內(nèi)容會都更復雜。如何才能自然、有效地實現(xiàn)與之前化學知識結(jié)構(gòu)和學習方法銜接，怎么實現(xiàn)無機化學自身知識相互間的銜接，對于無機化學課程來說非常重要。本文簡單分析什么是無機化學課程、課程教學的特點、教學內(nèi)容銜接的內(nèi)容和教學方法，以期與同行探討，共同提高無機化學教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無機化學；無機化學教學內(nèi)容；無機化學教學方法

化學，是一門自然學科，是一種在分子、原子層次上進行系統(tǒng)研究的自然科學，研究對象包括物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及相互作用并產(chǎn)生變化等。在現(xiàn)代化學中，包括無機化學、有機化學、物理化學、分析化學、高分子化學5個二級學科，無機化學就是化學學科的一個分支。

1什么是無機化學課程

所謂無機化學課程，是以研究無機化合物為對象的一門化學學科，如果要解釋得更為符合化學學科特色，其研究對象就是指“不含C-H鍵的化合物”，比如一氧化碳、二氧化碳、硫氰酸鹽、碳酸及碳酸鹽、二硫化碳、氰化物等都屬于這個范疇。

1.1化學學科的基礎(chǔ)課

無機化學課程是化學、化工、材料、生物、制藥等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課，在大學、高職以及其他教學單位的醫(yī)藥、化工等專業(yè)的入門階段都會開設(shè)。這一課程是銜接高等化學教育與中等化學教育的橋梁，也是系統(tǒng)學習其他化學二級學科（如分析化學、物理化學、有機化學以及其他專業(yè)課）的學習紐帶。如果能掌握系統(tǒng)、完整的無機化學知識，能為相關(guān)課程學習奠定更重要的理論基礎(chǔ)。

1無機化學實驗教學過程中存在的問題

多年的無機化學實驗教學過程中發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的實驗教學方法仍然局限于課堂,對理論知識的鞏固,不注重培養(yǎng)學生的動手能力和分析、解決問題的能力,學生接受的實驗訓練并不能滿足工作中的需求,具體表現(xiàn)為以下幾個方面:(1)無機化學實驗的教學內(nèi)容比較陳舊。許多高校選用的無機化學實驗教材還是幾十年之前出版的老教材,實驗內(nèi)容沒有更新,學生并不知道最新的科研成果,所學的知識也不能與時俱進。(2)實驗教學手段比較落后。學生每次來做實驗都是實驗前寫預(yù)習報告,老師把實驗步驟詳細的講解一遍,再由老師進行示范,然后學生自己動手操作,基本上沒有讓學生動腦思考的地方,這與對學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是不相符的。(3)學校領(lǐng)導對無機化學實驗的重視程度不夠,資金投入量較少。由于一直以來實驗課都是理論課的附屬,學校始終把理論課放在主要位置上,導致對實驗的重視程度不夠,學校對實驗的資金投入較少,導致許多儀器設(shè)備比較落后,培養(yǎng)出來的學生視野比較窄。

2無機化學實驗教學改革探析

2.1改變原有的實驗教學理念

以前陳舊落后的教學理念已經(jīng)無法適應(yīng)知識更新比較快的時代了,這就需要我們根據(jù)社會需要,注重對學生動手操作能力的綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在新的實驗教學理念的指導下,學生會更加清楚社會需要什么樣的人才,從而更主動的參與到實驗教學當中,變被動為主動,真正實現(xiàn)學生的主體地位,學生對無機化學實驗的興趣也會大大增加,而不再是機械的模仿實驗教師的操作,不加入任何自己動腦思考的過程,有針對性的選擇與實際生產(chǎn)密切相關(guān)的實驗操作,靈活有效的利用實驗資源,增加學生自我鍛煉的機會,培養(yǎng)出適應(yīng)社會需要的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

2.2精選實驗內(nèi)容,實施綠色化實驗教學

無機化學實驗教學長期處于理論課的附屬,選擇的實驗內(nèi)容基本上是都是對理論課上所講的理論的驗證。要想滿足教學大綱所規(guī)定的培養(yǎng)目標的要求,就必須精心選擇實驗內(nèi)容,盡量減少驗證性實驗的比例,增加綜合性、設(shè)計性實驗的比例,將綠色化學理念貫穿在實驗教學過程中,減少有毒有害實驗藥品的用量,在實驗過程中盡量避免有毒有害的化學產(chǎn)物或副產(chǎn)物的生成,減少對周圍環(huán)境造成的污染。提高實驗試劑的利用率和藥品的使用率,將實驗產(chǎn)生的廢液集中存放并按要求進行無害化處理,盡可能的回收再利用,注重對學生環(huán)保意識的培養(yǎng)。

摘要:大學無機化學的教學內(nèi)容較為抽象，難以被學生所接受，尤其是物質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容。當前學生的學習方式與傳統(tǒng)模式相比發(fā)生了翻天覆地的變化，傳統(tǒng)教學模式也難以激發(fā)學生對無機化學的學習興趣。因此，尋找一種更為科學合理的無機化學教學方法對于大學無機化學教學工作來說至關(guān)重要。本文通過查閱大量相關(guān)文獻資料，分析了量子化學軟件在物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學反應(yīng)等方面的重要作用，總結(jié)了Gaussian軟件可以有效解決無機化學教學工作中分子結(jié)構(gòu)難理解的問題，將抽象的化學知識宏觀地表現(xiàn)出來，以提升大學無機化學的教學質(zhì)量，提高學生的學習效率。

關(guān)鍵詞:量子化學軟件;Gaussian;無機化學;教學

1量子化學軟件與大學無機化學教學

化學學科的教學模式以實驗實踐為主，該門學科至今已經(jīng)有幾千年的歷史。大學化學主要分為無機化學、有機化學、生物化學、精細化學、分析化學、理論化學、實驗化學、應(yīng)用化學以及材料化學、高分子化學等幾個分支。其中，無機化學主要研究無機物質(zhì)，無機物相對于有機化合物來說是獨立存在的，通常情況下，其結(jié)構(gòu)中不含有碳氫鍵。常見的無機化合物主要有金屬氧化物、碳氧化物、硫氧化物、水、硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽以及鹽酸、氫氧化鈉等物質(zhì)。在大學無機化學的基礎(chǔ)理論教學工作中可能會涉及許多抽象的概念、知識和公理。例如分子、原子以及各個分子的空間結(jié)構(gòu)，這些都是通過人肉眼不能直接觀察到的，且分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等微觀知識很難用具體的模型展示出來。所以說，在大學無機化學教學工作中亟需引入更為先進和科學的教育手段。20世紀初期，一門以“量子科學”為基礎(chǔ)的量子化學分支逐漸發(fā)展起來，并被廣泛應(yīng)用到化學領(lǐng)域。量子化學主要是根據(jù)量子力學的原理來對物質(zhì)分子、原子、晶體結(jié)構(gòu)、分子空間結(jié)構(gòu)、分子間作用力、化學鍵、化學反應(yīng)機理以及電子能譜、波譜和光譜進行研究。因此，量子化學的應(yīng)用范圍也逐漸普及到大學無機化學教學工作中。常見量子化學軟件主要有Gaussian、MS、Q-Chem等。本文以Gaussian軟件為例，結(jié)合實際教學經(jīng)驗，將抽象、深奧且枯燥的大學無機化學知識、定理轉(zhuǎn)化成一種更為立體的、直觀的、形象生動的方式展現(xiàn)出來，更容易被學生所接受。

2Gaussian軟件

無機化學是由元素化學和基礎(chǔ)理論化學兩大部分組成，主要側(cè)重于無機化合物的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及化學反應(yīng)三者之間的關(guān)系。然而基于無機化學涵蓋了許多類型的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和較為復雜多變的化學鍵，且無機化學反應(yīng)類型眾多，因此，無機化學教學任務(wù)十分繁重，難度很高。當前有許多包括Authorware、Flash、ChemOffice以及PowerPoint等軟件由于多樣化的教學手段，有助于無機化學教學任務(wù)，但此類軟件不能有效解決無機化學教學任務(wù)中的許多難題。基于此，量子化學計算程序軟件Gaussian被研發(fā)出來，不僅能夠為教學手段提供更為豐富的資源，還有助于解決許多教學疑點和難點，增強教學效果，提升教學質(zhì)量。Gaussian最原始的版本是G70，誕生于1970年，當前應(yīng)用最多的版本是G03，G09是最全新的版本。Gaussian軟件可以計算無機化學中許多類型的密度泛函、半經(jīng)驗以及從頭算，通常和Gaussview顯示軟件互相搭配使用。Gaus-sian軟件在無機化學教學工作中的主要任務(wù)是完成計算和優(yōu)化過渡態(tài)結(jié)構(gòu)、過渡態(tài)能量、分子結(jié)構(gòu)、分子能量，計算無機物質(zhì)的熱化學性質(zhì)、拉曼光譜、NMR、IR、振動分析以及振動頻率等，計算反應(yīng)途徑、反應(yīng)能量、化學鍵能量以及計算離子化勢、電子親和能、多極矩、原子電荷以及分子軌道。無機化學的基礎(chǔ)理論主要有包括配位理論、結(jié)構(gòu)理論、元素周期律在內(nèi)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)理論，包括酸堿性、沉淀溶解以及氧化還原性質(zhì)在內(nèi)的無機物性能，電化學、化學平衡、動力學以及化學熱力學等無機化學反應(yīng)等，這些都是化學元素及其化合物組成的基礎(chǔ)。Gaussian軟件是當前最為常見，也是應(yīng)用范圍最為普遍的量子化學軟件，該軟件能在Windows，Linux，Unix等多種操作系統(tǒng)中正常運行。Gaussian軟件的主要作用是實現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)、分子能量、化學反應(yīng)能量、原子核電勢、分子振動頻率、拉曼光譜、紅外光譜、分子運動軌跡、核磁振動以及化學反應(yīng)機理、物質(zhì)熱力學性質(zhì)等的計算和推測。Gaussian軟件可以實現(xiàn)對物質(zhì)基態(tài)、激發(fā)態(tài)的量子化計算，也可以直接預(yù)測一個運動周期內(nèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、分子運動軌跡以及分子能量。所以說，Gaussian軟件可以應(yīng)用在許多大學無機化學研究課題中，包括取代基對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響、無機化學反應(yīng)的機理預(yù)測、物質(zhì)激發(fā)能量的計算以及物質(zhì)的勢能曲面等。

3量子化學Gaussian軟件在大學無機化學教學中的實例應(yīng)用

（一）

一、強化學生的基本操作和技能的訓練

“整潔的習慣”是指良好的實驗習慣，要求做實驗時保持實驗儀器的清潔、實驗臺的整潔；做實驗，有計劃、有條有理。良好實驗習慣的形成，需要在實驗教學中不斷地訓練培養(yǎng)。要注意糾正學生實驗時儀器藥品到處亂放，試劑瓶的滴管錯亂，實驗后藥品不歸位，儀器不清洗，實驗臺不整理等不良習慣；杜絕做實驗，無計劃，無目標，無條理的現(xiàn)象發(fā)生。在無機化學實驗教學中，必須讓學生在思想上對實驗教學引起高度重視，訓練學生養(yǎng)成良好的實驗習慣。

二、重視學生基本知識

大學一年級學生在中學化學實驗訓練極少，多數(shù)學生的不僅動手能力比較差，而且知識儲備不夠，實際教學中難以確保理論課教學內(nèi)容先于實驗課教學內(nèi)容。教師必須重視化學基本知識的掌握和鞏固

(1)詳細介紹無機化學實驗基礎(chǔ)知識

如化學試劑的等級，固體、液體、氣體試劑的取用方法，玻璃器皿的洗滌，煤氣燈的使用等以及化學實驗室的安全常識。讓學生遵守實驗室安全規(guī)則，了解使用化學藥品的安全防護知識，例如操作有毒氣體應(yīng)在通風櫥內(nèi)進行，禁止在實驗室內(nèi)喝水、吃東西。使用可燃性氣體時，要防止氣體逸出爆炸，室內(nèi)通風要良好。許多有機溶劑如乙醚、丙酮、乙醇、苯等非常容易燃燒，要注意防火災(zāi)。有些物質(zhì)如磷、金屬鈉、電石及金屬氫化物等，易在空氣中氧化自燃，要隔絕空氣保存。

摘要：中藥相關(guān)專業(yè)無機化學實驗教學方式改革：轉(zhuǎn)變“教”“學”關(guān)系，體現(xiàn)“以學生為中心”理念。無機化學實驗教學內(nèi)容改革：在基本實驗基礎(chǔ)上，增加探究性實驗，基礎(chǔ)知識和創(chuàng)新能力、科研能力培養(yǎng)并重。無機化學實驗評價方法改革：形成性評價和終結(jié)性評價并重，完善實驗教學評價體系。

關(guān)鍵詞：無機化學實驗教學；微型化；探究性

如何為我國中藥事業(yè)發(fā)展輸送具備堅實化學基礎(chǔ)的合格中藥人才，進而推進中藥現(xiàn)代化進程，對于無機化學尤其無機化學實驗教學的內(nèi)容、方法和模式提出了新的挑戰(zhàn)。目前無機化學實驗教學中仍有諸多問題尚需改進，筆者從實驗內(nèi)容、教學方法、教學過程、考核評價方式等方面對無機化學實驗教學進行了系統(tǒng)分析。

一、目前無機化學實驗教學中存在的問題

1.無機化學實驗課程內(nèi)容和實驗方法比較陳舊，無法適應(yīng)當前中醫(yī)藥學發(fā)展要求。目前，無機化學實驗課程的教學內(nèi)容是以2006年教學大綱為基礎(chǔ)，課程內(nèi)容和實驗方法近年雖進行了修訂，但無機化學實驗教學內(nèi)容比較單一，實驗方法和設(shè)備仍比較陳舊，特別是在學生創(chuàng)新能力、研究能力方面已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代中醫(yī)藥學技術(shù)高速發(fā)展對人才培養(yǎng)的需要。

2.無機化學實驗課程教學方法和教學模式比較單一，無法激發(fā)學習主動性和主動學習的興趣。傳統(tǒng)的無機化學實驗教學中，教學模式是教師講解實驗原理和操作內(nèi)容，重點提醒注意事項，學生們再開始操作試驗，驗證課本上的實驗結(jié)果，實驗內(nèi)容和操作步驟必須按照教材規(guī)定進行，在此過程中是機械性的，沒有改進創(chuàng)新。這種教學模式抑制了學生學習的主動性和探究能力的培養(yǎng)。

3.無機化學實驗課程的考核評價方式不夠科學，無法全面評價學生能力。以往的化學實驗課程考核評價方式基本上由教師根據(jù)學生的實驗報告做出終結(jié)性評價，評分細則不夠詳細，評價分數(shù)比較籠統(tǒng)，對學生實驗過程中的操作細節(jié)、科研意識和創(chuàng)新能力如何，無法具體、細致地進行形成性評價。為適應(yīng)當前中醫(yī)藥學教育發(fā)展的要求，無機化學實驗教學應(yīng)從試驗內(nèi)容、教學模式、教學評價方法等方面進行改革，采取以基本實驗內(nèi)容和實驗方法為基礎(chǔ)，開展微型化實驗，開發(fā)計算機三維仿真模擬實驗教學，提高無機化學實驗課教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生的學習主動性和創(chuàng)新能力。

無機化學實驗是高校理、工、農(nóng)、林、材料、資源、環(huán)境等相關(guān)學科專業(yè)學生入學后接觸到的第一門專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程，其與大學化學（無機）理論教學相輔相成，構(gòu)成專業(yè)知識體系的重要基石。但長期以來，無機化學實驗教學的重要性一直被低估，其被定位為理論教學的輔助部分，無機化學實驗內(nèi)容和教學形式陳舊，實驗教學課時不斷減少，已成為制約教育教學與人才培養(yǎng)質(zhì)量提高的瓶頸。為此，我們必須從無機化學實驗的教學內(nèi)容、教學方法及評價手段等方面進行革新。   一、優(yōu)化實驗教學課程內(nèi)容   當前，無機化學實驗課程的教學內(nèi)容以驗證性實驗為主。實驗?zāi)康摹⒃砗蛢?nèi)容均被詳細的羅列于書本上，學生在教師的指導下按部就班地開展實驗、被動地接受知識，無法對于學生綜合能力的培養(yǎng)無法起到促進作用。人才培養(yǎng)的要點之一在于將傳授知識與培養(yǎng)能力相融合，根據(jù)高職高專教學的特點，對現(xiàn)行的無機化學實驗教學內(nèi)容進行革新。   1、技能實驗:作為整個化學實驗的基礎(chǔ)，技能實驗意在訓練學生熟練掌握基本實驗操作技能，如：稱量、定容、加熱、結(jié)晶、滴定等；以及常用實驗儀器的使用方法，如：分析天平、pH計、離心機、分光光度計等。在教學實踐中，通常將第一節(jié)實驗課作為基本實驗操作的教學演示課，介紹規(guī)范化的基本實驗操作，如:移液管、容量瓶等常見儀器的使用、清洗、干燥與擺放等。教師演示后讓學生進行相關(guān)操作訓練，教師要注意發(fā)現(xiàn)學生操作中的問題，并加以點評，促進學生快速掌握實驗操作技能。此外，鑒于驗證性實驗很難激發(fā)學生的想象力與創(chuàng)造力，應(yīng)精選實驗內(nèi)容、減少此類實驗數(shù)量，選擇一些典型元素化合物的性質(zhì)實驗即可。   2、綜合實驗:此類實驗通過理論知識的融會貫通，意在培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、鉆研問題、解決問題的能力，如三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀的制備等。通過實驗在促進學生掌握熟練的化學實驗操作能力的同時，對無機化學課程中的一些理論知識加以驗證，深化對知識的理解。同時，適當安排了一些小型的設(shè)計性實驗。例如：從海帶中提取碘；利用CoCl2•6H2O制備配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2，并確定其結(jié)構(gòu)式。如此，變被動的執(zhí)行操作為主動的分析與思考，在實驗教學中激發(fā)學生的求知欲，培養(yǎng)學習興趣，促進學生綜合運用知識的能力的養(yǎng)成。   3、研究性實驗：此類實驗著眼于培養(yǎng)學生科學思維和創(chuàng)新意識，選擇與專業(yè)密切相關(guān)的熱點問題作為研究對象，綜合了相關(guān)專業(yè)知識，通過團體協(xié)作完成實驗過程。在實驗內(nèi)容的選擇上，提倡開設(shè)綜合性設(shè)計實驗，即整合無機、分析等相關(guān)實驗，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、提高教學資源的使用效益。如:結(jié)合水體中化學耗氧量(COD)的測定實驗中利用KMnO4滴定H2C2O4，設(shè)計H2SO4-H2C2O4混合液濃度測定的實驗，原理是:（1）利用酸堿滴定法，以標準NaOH溶液滴定待測液得到溶液的總酸度；（2）在混合溶液中，利用酸性KMnO4的強氧化性滴定草酸，得到草酸的濃度；（3）從總酸中減去對應(yīng)的草酸酸度，即可計算出H2SO4的濃度。整個研究性實驗過程中，指導教師應(yīng)積極參與，促進創(chuàng)新能力與協(xié)作精神的培養(yǎng)。   二、改進實驗教學方法   在一定意義上，教學方法取決于教學內(nèi)容，并服務(wù)于教學目標。無機化學實驗教學內(nèi)容包含兩個部分:（1）基礎(chǔ)實驗，教材中詳細給出了其實驗步驟。對于此類實驗，教師首先要重視做實驗預(yù)習，嚴格執(zhí)行先預(yù)習后實驗的流程，實驗教學中應(yīng)對預(yù)習情況加以提問檢查，以幫助學生理解實驗的原理，避免盲目操作；其次，要通過示范操作來規(guī)范學生的基本操作，還可借助演示錄像、仿真實驗軟件等現(xiàn)代手段來輔助實驗教學，為學生理解、記憶知識創(chuàng)設(shè)條件。如:將稱量、過濾、滴定等基本操作；常用儀器設(shè)備的使用；化學試劑的存放與取用等制作成教學視頻。使用仿真實驗軟件模擬合成氨生產(chǎn)工序等。再次，教師要提前把實驗做一遍，抓住實驗中的關(guān)鍵步驟，有針對性地設(shè)計問題，啟發(fā)學生利用所學知識找尋答案。最后，培養(yǎng)學生科學的研究態(tài)度，做得認真觀察、如實記錄、實事求是。（2）設(shè)計實驗，明確實驗?zāi)康囊螅瑢W生自己設(shè)計實驗步驟。此類實驗要求學生運用所學的理論知識與實驗技能，通過查閱相關(guān)資料，獨立設(shè)計并完成實驗。在實驗過程中，教師要在關(guān)鍵環(huán)節(jié)給予指導，總體思路是在把握實驗的可行性與操作性的基礎(chǔ)上不過多干涉實驗設(shè)計與實施。   三、優(yōu)化實驗考核體系   實踐性與連續(xù)性是化學實驗區(qū)別于普通理論課程的顯著特征，傳統(tǒng)的實驗考核方式重結(jié)果輕過程，無法如實反映學生的實驗技能水平。為此，必須構(gòu)建一套契合實驗課程特點、有助于培養(yǎng)學生基本實驗技能與創(chuàng)新能力的考評體系，客觀地評價學生的實驗成績。考核主要內(nèi)容由:無機化學實驗的基礎(chǔ)理論知識、實驗操作技能和創(chuàng)新實踐能力三部分組成。在筆者的教學實踐中，實驗課程的總成績由平時成績（50%）和期終考核成績（50%）組成。無機化學實驗課平時成績主要由預(yù)習、實驗操作、實驗報告、器材整理與保管以及考勤等內(nèi)容組成。課程期終考核包括:筆試（50%）和操作（50%）兩部分。筆試的內(nèi)容為無機化學實驗的基本原理與知識，實驗操作考核分兩部分:一是在做過的實驗中隨機選擇，讓學生參考教材在規(guī)定的時間內(nèi)完成，教師根據(jù)實驗操作情況與實驗結(jié)果現(xiàn)場打分。二是由老師給出多個應(yīng)用學生現(xiàn)有的知識可以完成的研究性小實驗，讓學生自主選題，并在規(guī)定的時間設(shè)計實驗方案、完成實驗并提交實驗報告。教師則根據(jù)實驗設(shè)計方案的可行性與創(chuàng)新性、完成實驗的規(guī)范性與時間性等因素來確定實驗成績。   四、結(jié)語   無機化學實驗課程是相關(guān)學科專業(yè)體系的重要基石，其對于培養(yǎng)學生的基本實驗技能、動手能力、科學態(tài)度及創(chuàng)新能力具有重要的促進意義。我們需要從實驗教學內(nèi)容、教學手段以及考評方式等方面加以革新與改進，提高無機化學實驗教學的質(zhì)量，適應(yīng)人才培養(yǎng)的現(xiàn)實需求。