藥學無機化學教學方法

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摘要:在教學實踐中致力于無機化學教學方法的改良創新，在教學中運用銜接與導入式教學、基于科研轉化教學的研究式案例教學、思維導圖式教學、翻轉互動教學、形象化教學、化學哲學教學、基于小組學習模式的成績考核方法等多種教學方法，從而構建新型的多元化課堂教學模式。

關鍵詞:無機化學;教學方法;改良

1無機化學課程特點及教學中存在問題

無機化學是高校藥學類專業的第一門專業基礎課程，也是大學化學的入門課程。該課程教學面臨著諸多與高中化學的銜接性內容，教師在教學中需要對高中相關知識進行回顧與調用，幫助學生從基礎教育模式(知識點重復學習方式)向大學化學的學術性、探究性、自主性學習模式轉變。因此，無機化學教學在整個藥學專業教育體系中具有啟蒙性功能［1］。此外，無機化學具有內容抽象、理論深奧、體系龐雜、知識零散的特點，教學任務繁重。73.17%的學生認為造成無機化學某些章節學習困難的最主要原因是由該課程屬性決定的(基于2017級本校藥學院本科生調查問卷，樣本量123人，下同)，尤其是物質結構部分比較枯燥和晦澀，元素化學的內容多為描述，點多面廣，教學模式固定，千篇一律，且新知識、新技術介紹較少，往往導致剛脫離基礎教育模式的大學新生產生畏難及厭學情緒［2］?，F代無機化學是充滿活力、發展迅猛的學科，且與其他領域不斷交叉融合、互相滲透。因此，高等院校的無機化學教學對科學技術的新發展應當有所反映，無形中又增加了無機化學的教學內容。但是當前教學改革使教學課時數大大減少，教師按照大綱要求在有限的課時內完成教學任務，勢必要在課堂向學生教授大量的書本知識，“以教師、課堂、教材為中心”的“填鴨式”傳統教學模式仍然盛行，學生被動接受知識，缺乏互動交流，未充分考慮學生的差異性，只追求教學內容目標而忽略學生發展目標，嚴重擠壓學生獨立思考空間，不利于學生創造性思維和實踐探索能力的培養［3］。另一方面，綜合性課程教學已經成為新形勢下的大學教學改革趨勢，從單純的、傳統的單一學科教學為中心模式向多學科交叉模式進行轉變，這種轉變也應在高等院校無機化學教學中有所體現。但是，我國藥學專業現行無機化學教材多數按學科理論體系為核心編寫，過分強調該學科自身的知識體系，忽視了學科之間、課程之間、理論知識與實踐之間的聯系，導致學生的思維被限制在比較狹窄的知識框架內，很難與其他學科或課程知識融會貫通。如何保證無機化學教學中的經典理論體系同現今的科學相融合，既讓學生在有限的時間內掌握無機化學基礎知識，又能學以致用，適應現今科學的迅速發展要求，這對課堂教學提出了更高的要求，更是任課教師需要持續研究的課題。

2高校無機化學教學改革基本思路

無機化學課程的教學模式對學生能否適應大學專業學習以及學習主動性和科學思維方式的培養起著至關重要的作用［4］。筆者調研發現，72.36%的學生認為提高課堂教學質量的關鍵因素是教學方法。因此，教師如何采用新的教學方式，提高教學質量，激發學習熱情，培養學生自主學習能力和創新意識，化解教學學時短、教學內容多的矛盾，對大學無機化學的教學來說是一個嚴峻的挑戰，更是值得無機化學教師思考的問題。針對教學方法不適、無機化學龐大的知識體系與課程教學時數的限制、無機化學教學內容與現今的科技發展相脫節等方面的問題，筆者認為從藥學專業無機化學課程特點出發，遵循建構主義等教育學、心理學基本原理，按照教學規律，靈活運用多種教學方法與手段，是當前高校無機化學教改的基本思路［5］。為充分調動學生的學習積極性，激發學生的內在動力，培養學生分析問題和解決問題的能力，提高學生的綜合素質，筆者近幾年在教學方法上做了一些有益的探索，具體包括銜接與導入式教學、基于科研轉化教學的研究式案例教學、思維導圖式教學、翻轉互動教學、形象化教學、化學哲學教學等，探討了基于小組學習模式的成績考核方法。

3高校藥學類專業無機化學教學方法改革初探

3.1銜接與導入式教學。調查發現，71.54%的學生認為課堂講一些與無機化學基礎知識相關的科普知識及后繼課程相關內容很有必要。為了使知識點教學形象生動，提高學生的學習興趣，根據教學內容，在介紹新知識點時，筆者采用銜接與導入式教學［6］，從日常生活、社會問題、熱點新聞及科學前沿等視角尋找切入點，適時、適當、巧妙地引入問題，通過層層設疑、逐步推進的啟發，提高學生學習興趣，幫助學生理解深刻、牢固掌握所學內容。例如，在學習沉淀溶解平衡一章時，筆者以日常生活中的齲齒及含氟牙膏的作用、痛風、結石與骨質疏松等病理現象以及大自然中溶洞、鐘乳石的形成切入點;在學習酸堿平衡時，以老百姓日常談論的食物酸堿性與健康的話題、人正常體液均處于恒定的pH值范圍這一現象為切入點;在學習氧化與還原一章時，以人們津津樂道的抗氧化食物為切入點;講授濃差電池時，從心電圖的原理入手;以科技前沿石墨烯引出碳元素一節;在講到金元素時，筆者通過一句唐詩“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”，讓學生分析這句詩反映了金的哪些屬性(化學性質穩定、密度大、貴重)，可謂別開生面;再如，結合臭氧層破壞、溫室效應、水體污染、重金屬中毒等環境問題引出相關章節，不僅能提高學生的興趣，還能培養學生的環保意識。3.2基于科研轉化教學的研究式案例教學法。案例教學法是一種符合現代教育理念的教學方法，它具有目的性、真實性、啟發性和實踐性等特點，備受推崇［7］。大學教師的教學與科研聯系緊密，筆者綜合案例教學法、基于問題的教學法(Problem-basedlearning，PBL)、探究式教學、體驗式教學等優點［8］，提出基于科研轉化教學的研究式案例教學法，特點在于所選用的案例取自任課教師科研實踐，即圍繞課程培養目標，以教師科研實踐中的問題為代表性案例，將教材內容與科技前沿相結合、課堂知識與課題研究相結合，以學生為主體、教師為主導的教學方法，在案例講解的過程中將基本原理與方法融入其中，組織學生對案例進行分析討論、歸納總結。改善傳統的“概念－定理－推導－結論”的教學模式，活躍課堂氣氛，拓寬學生視野，培養學生的科研興趣與科學素養，激發創新欲望，提升獲取知識和解決實際問題能力，且比單純的理論灌輸生動易學，更能有效地提高課堂教學質量。另一方面，教學可使科研成果得到印證與傳播，教師通過學生活躍的討論，碰撞思想的火花，加深他們對基礎理論的理解，利于基本原理在科研工作的運用。德國哲學家雅斯貝爾斯曾說:“最好的研究者才是最優秀的教師，只有這樣的研究者才能帶領人們接觸真正的求知過程，乃至科學精神，只有他才是活學問的本身，跟他來往之后，科學的本來面目才將得以呈現。通過他的循循善誘，在學生心中才可引發同樣的動機。只有自己從事研究的人才有東西教別人，而一般教書匠只能傳授僵硬的東西。”因此，教師可將自己的科研經歷滲透到與教學要求相符的知識點中。例如，在講授配合物時，重點講解目前正在研究的基于金屬螯合機制的抗病毒、抗腫瘤藥物，將前沿的科學問題歸結到基礎的配位化學知識;在講授分子間作用力時，結合筆者承擔的國家級課題相關的藥物設計內容，介紹當前熱門的精準藥物設計，提高學生的學習興趣。需要強調的是，研究式案例教學法的成功實施需注意以下幾方面:首先，案例的選擇要基于無機化學的重點內容及有利于發展探究能力的內容。通過多年實踐，筆者認為案例教學的難點在于與知識點相契合的案例的收集、篩選與整理，如何將零散的科研信息整合成可供學習交流的實例;其次，為了適應以學生為中心的教學目的，教師除了具有扎實的專業知識外，還要不斷夯實專業知識，改進教學方法，學習新的課堂教學手段，做到案例內容與表現形式的匹配。此外，以研究式案例教學法的實施為契機，筆者鼓勵學有余力的學生參與科研活動，如大學生創新實驗，挑戰杯大賽，通過教師的指導，訓練其科學素養，培養創新精神，為以后學習及工作奠定基礎。3.3思維導圖式教學。思維導圖是一種輔助記憶和擴展思維的工具，由英國學者東尼博贊(TonyBuzan)在20世紀60年代初創立［9］，能促進學生進行有意義的學習，通過整合新舊知識自主構建知識網絡，優化知識結構，進而從整體上把握知識;還能啟發學生通過縱向橫向總結歸納知識的來龍去脈，拓展相關知識、融會貫通、舉一反三，形成能力，內化為治學方法。有利于教師高屋建瓴地把握課程全貌，提高備課效率與質量。近年來，思維導圖已成為廣泛應用的教學輔助工具［10］。無機化學的物質結構部分電子云與原子軌道、鉆穿效應與屏蔽效應等概念艱深晦澀，運用思維導圖進行概括、歸類、比較、區別，幫助學生構建知識網絡，避免相似概念的混淆，易于理解;四大平衡部分計算公式繁多，理解記憶容易混淆。結合思維導圖，進行公式和計算的推導，有助于知識點的理解與記憶;元素化學屬于無機化學的描述性內容，內容龐大，知識點瑣碎雜亂，涉及很多化學反應與現象。鑒于此，筆者設計出無機化學每章節及重要知識點的思維導圖，如圖1為氫鍵知識思維導圖，并在2017年無機化學課堂教學中實施“思維導圖教學模式”。問卷調查顯示多數學生認為使用思維導圖教學模式構建知識網絡后，學習效率有一定的提高(64.6%);對記憶新知識有幫助(77.88%);利用思維導圖做筆記較傳統方式更方便(59.29%);思維導圖筆記形式使思路更清晰(80.53%);利用思維導圖復習功課時，能清楚自己還有哪些知識點沒有掌握(66.37%);有助于對知識和問題解決方法的積累(71.68%)。需要注意的是思維導圖的制作應當根據學期授課安排，圍繞教學目標，緊扣教學大綱，根據學生實際情況，合理安排章節，突出教學的重點和難點，并充分挖掘無機化學與藥學專業的緊密聯系。3.4翻轉互動教學法。雅斯貝爾斯指出:“大學是研究和傳授科學的殿堂，是教育新人成長的世界，是個體之間富有生命的交往，是學術勃發的世界”?，F代教學論認為，傳統教學的單向交流模式不能反映教學的復雜性質，多向交流能最大限度地發揮相互作用的潛能［11］。信息流雙向流通的小組合作學習被認為是近年來最重要和最成功的教學改革。筆者調研發現，95.93%的學生認為教師應該以學習的引導者的身份參與到學習過程中，在此背景下，“翻轉互動教學法”應運而生，即改變傳統的單向灌輸式由教師一人主講的教學模式，由教師積極引導，為學生創設和諧的學習環境，激發學生自主學習的意識，進行混合式課程設計，促使學生積極地投入到課堂教學及課后學習中。學生既是知識的接受者，又是知識的探索者。在無機化學元素化合物部分筆者采用“教師精講+學生試講”的翻轉互動教學法。每堂課教師精講之后給學生留出試講的時間，教師先擬出一些小專題，將學生分成5～8人一組，讓學生利用教材、專著和網絡數據庫等資源自制PPT課件，在課堂上進行15分鐘左右的交流與討論，教師進行補充、點評與總結。學生通過信息流雙向流通的小組合作學習、課堂展示、師生討論等形式改變了固有的被動接受的思維模式，實現了師生間的信息多向交流;教師引導學生互相切磋、組內合作、組際競爭、討論交流、形成集體智慧，師生之間，學生之間的互動得到了充分的運用，使教學形成立體的信息交流網絡。此外，在查閱資料、準備課件、交流與討論的過程中，該教學法既開闊了學生視野，提高了學習興趣，又鍛煉了他們文獻檢索能力、邏輯思維能力與演講能力。此外，筆者通過確立“學生演講”成績的量化評判標準，即PPT制作的組長或演講者系數為1，組員系數由組長定，依次為0.9、0.8、0.7、0.6等，要求組員系數至少有兩個等級，調動了學生積極性，促進了組內交流。3.5形象化教學。形象化教學主要包括比喻法及擬人化教學，易于加深學生對無機化學知識的理解與記憶，且能活躍課堂氣氛，激發學習興趣，增強師生互動［12］。筆者曾運用形象化教學將無機化學知識點通過比喻、擬人的方式體現出來，比如將極化作用不同的原子或離子比喻為虛胖子或結實的瘦子;再如，配位性質是過渡元素最重要和最突出的化學性質之一，筆者將過渡金屬元素擬人化，其具有配位能力類似社會中人具有的“合作力”，是其接納力、吸引力、影響力與適應力綜合反映，具體來說，“接納力”是指過渡元素具有能量相近的(n-1)d、ns、np、nd價層空軌道?！拔Α笔侵敢话憔哂休^高的正電荷，離子半徑較小，對配體的靜電作用較強?！坝绊懥Α笔侵肝闯錆M(n-1)d電子屏蔽作用較小，有效核電荷較大，對配位體極化能力較強。“適應力”是指d電子層不飽和，具有較強變形性。另外，在其他重要知識點如電子成對能(取決于中心原子)與晶體場分裂能(由中心原子與配體共同決定)、拉平效應與區分效應、標準電極電勢與電極電勢(把電極電勢比喻為泰山與千佛山之間的高度差，標準電極電勢則是泰山或千佛山的海拔高度)等均采用擬人化或比喻法教學，取得了很好的教學效果。此外，通過板書手畫、掛圖、教具與動畫有機結合來講解微觀領域中原子和分子結構、軌道雜化等晦澀概念，使之更加立體更加形象;利用文字、圖像、聲音等形象化教學，可以增大教學內容信息量，靈活控制教學節奏，避免課堂氣氛枯燥乏味，使課堂教學生動有激情，學生學習輕松有熱情。3.6化學哲學教學?；瘜W哲學是以化學學科為研究對象，以化學基本運動和化學發展的基本規律為基本研究內容的一門學科，是架設在化學與哲學之間的一座橋梁［13］。德國著名化學家肖萊馬曾說:“化學的發展是按辯證法的規律進行的?！币晕镔|為研究對象的化學領域，可以說無時無處不與哲學有關，哲學理應滲透于化學教學與科研之中［14］。無機化學同樣蘊含著豐富深刻的哲學原理，包括唯物主義物質觀與質量互變、矛盾論和否定之否定規律等辯證法思想，需要教師不斷挖掘，并將其滲透于課堂教學中。唯物主義認為物質與運動永不可分，這正如電子永無休止地在原子核附近做高速運動。物質的根本屬性是運動，恰如原子核外電子的轉移、分子的運動;化學平衡時，各組分濃度恒定不變可看作是一種靜態。但反應并沒有停止，而是在時時刻刻地進行著，這體現了哲學中運動是永恒的原理。辯證法的質量互變規律認為在物質的運動中，量變與質變既相互區別又相互滲透、相互轉化。量變積累到一定程度就會引起質變，沒有量變就沒有質變。例如，離子晶體中正負離子的半徑比量變與晶體結構形式之間的關系、電負性數值變化與金屬性與非金屬性之間的關系等。矛盾的對立統一規律在無機化學知識中也處處存在。例如，化學反應平衡(如溶解沉淀平衡、酸堿平衡、氧化還原平衡及配合物解離平衡等)包含著正反應和逆反應這兩個既對立又統一的矛盾體;除受化學反應自身因素影響外，還在溫度、壓強、濃度等外界條件的影響下，平衡會被破壞，發生移動，體現了矛盾雙方相互轉化的規律。在分步沉淀中，各種離子被沉淀的先后順序取決于離子的濃度與沉淀物的溶度積;當各種離子的濃度相同時，沉淀物的溶度積決定沉淀順序。當溶度積接近時，離子濃度又是沉淀順序的決定因素，體現了矛盾論中主要矛盾和次要矛盾以及相互轉化的關系;類似的例子還有離子濃度對同離子效應與鹽效應的影響。主副反應并存體現了主次矛盾關系。例如，溶液中同一種離子同時參與電離平衡及水解平衡，哪種平衡占主導，決定溶液的酸堿性(NaHCO3溶液呈堿性，NaHSO3溶液呈酸性);自發反應(沉淀反應、金屬活潑性)涉及的熱力學與動力學之間的關系均體現了主次矛盾關系;還有平衡反應中各物種濃度的近似計算也基于主次矛盾的考慮。無機化學中有很多規律，但這些規律又不是絕對性的，體現了矛盾的普遍性和特殊性，這在元素周期律中有充分的反映。例如，鉆穿效應和屏蔽效應對原子核外電子的排布的影響(4f、3d軌道先后順序)。否定之否定規律體現在無機化學中一些學說的建立與發展、完善過程中。例如酸堿理論、原子學說、配合物理論等?？傊?，將唯物辯證法等基本哲學原理滲透到無機化學的教學中，從辯證的視角看待無機化學概念、原理和方法，使抽象的哲學理論與奇妙的化學世界有機結合起來，促進對化學理論的深入理解，同時培養學生的科學創新思維能力及正確的世界觀。3.7基于小組學習模式的考核評價方法。小組合作學習是目前普遍采用的一種富有創意、實效顯著的教學策略，被譽為十多年來最富有成效的教學改革［15］。筆者通過調研發現，本院69.92%的學生認為在完成學習任務后，最希望得到多種組合方式的評價，在此背景下，筆者將“基于小組學習模式”的考核評價方法用于教學實踐。前文述及筆者在藥學2017級無機化學元素化合物部分引入“教師精講+學生試講”的翻轉互動教學法。最終成績由三部分構成:考勤分(20分)+PPT演講分(40分)+小論文分(40分)，制定每部分成績的量化評判標準，PPT制作與演講組長、小論文主撰者貢獻系數為1，每位組員系數由組長定，依次為0.9、0.8、0.7、0.6等，要求組員系數至少有兩個等級，體現基于小組學習模式的考核評價方法，得到了學生的支持。

4總結與展望

無機化學作為藥學類專業學生的基礎必修課，具有概念多、原理多、公式多、學時少的特點。課堂教學作為完成教育任務的重要渠道與培養人才的主要陣地，如何在課堂教學中從無機化學龐大的知識體系中發掘內在聯系、尋找共同規律并提高教學效果一直是大學教師追求的目標。筆者在多年的教學實踐中致力于構建新型的課堂教學模式，發現合理使用新穎的教學手段、對傳統教學方法進行改革能極大提高課堂教學效果。例如銜接與導入式教學、基于科研轉化的研究式案例教學、思維導圖式教學、翻轉互動教學、形象化教學、化學哲學教學、基于小組學習模式的成績考核方法。靈活運用這幾種方法，可使深奧理論通俗化、零散結構系統化、抽象概念形象化、枯燥知識娛樂化，提高學生無機化學課程的學習效果，推動學科綜合化與教學模式最優化。當然，對學生學習的成果進行量化考核是評價任何教學法必不可少的環節，也是筆者仍需繼續探索的工作。

作者:展鵬 康東偉 屈直言 喻路兵 劉新泳 單位:山東大學藥學院