药学无机化学教学方法

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摘要:在教学实践中致力于无机化学教学方法的改良创新，在教学中运用衔接与导入式教学、基于科研转化教学的研究式案例教学、思维导图式教学、翻转互动教学、形象化教学、化学哲学教学、基于小组学习模式的成绩考核方法等多种教学方法，从而构建新型的多元化课堂教学模式。

关键词:无机化学;教学方法;改良

1无机化学课程特点及教学中存在问题

无机化学是高校药学类专业的第一门专业基础课程，也是大学化学的入门课程。该课程教学面临着诸多与高中化学的衔接性内容，教师在教学中需要对高中相关知识进行回顾与调用，帮助学生从基础教育模式(知识点重复学习方式)向大学化学的学术性、探究性、自主性学习模式转变。因此，无机化学教学在整个药学专业教育体系中具有启蒙性功能［1］。此外，无机化学具有内容抽象、理论深奥、体系庞杂、知识零散的特点，教学任务繁重。73.17%的学生认为造成无机化学某些章节学习困难的最主要原因是由该课程属性决定的(基于2017级本校药学院本科生调查问卷，样本量123人，下同)，尤其是物质结构部分比较枯燥和晦涩，元素化学的内容多为描述，点多面广，教学模式固定，千篇一律，且新知识、新技术介绍较少，往往导致刚脱离基础教育模式的大学新生产生畏难及厌学情绪［2］。现代无机化学是充满活力、发展迅猛的学科，且与其他领域不断交叉融合、互相渗透。因此，高等院校的无机化学教学对科学技术的新发展应当有所反映，无形中又增加了无机化学的教学内容。但是当前教学改革使教学课时数大大减少，教师按照大纲要求在有限的课时内完成教学任务，势必要在课堂向学生教授大量的书本知识，“以教师、课堂、教材为中心”的“填鸭式”传统教学模式仍然盛行，学生被动接受知识，缺乏互动交流，未充分考虑学生的差异性，只追求教学内容目标而忽略学生发展目标，严重挤压学生独立思考空间，不利于学生创造性思维和实践探索能力的培养［3］。另一方面，综合性课程教学已经成为新形势下的大学教学改革趋势，从单纯的、传统的单一学科教学为中心模式向多学科交叉模式进行转变，这种转变也应在高等院校无机化学教学中有所体现。但是，我国药学专业现行无机化学教材多数按学科理论体系为核心编写，过分强调该学科自身的知识体系，忽视了学科之间、课程之间、理论知识与实践之间的联系，导致学生的思维被限制在比较狭窄的知识框架内，很难与其他学科或课程知识融会贯通。如何保证无机化学教学中的经典理论体系同现今的科学相融合，既让学生在有限的时间内掌握无机化学基础知识，又能学以致用，适应现今科学的迅速发展要求，这对课堂教学提出了更高的要求，更是任课教师需要持续研究的课题。

2高校无机化学教学改革基本思路

无机化学课程的教学模式对学生能否适应大学专业学习以及学习主动性和科学思维方式的培养起着至关重要的作用［4］。笔者调研发现，72.36%的学生认为提高课堂教学质量的关键因素是教学方法。因此，教师如何采用新的教学方式，提高教学质量，激发学习热情，培养学生自主学习能力和创新意识，化解教学学时短、教学内容多的矛盾，对大学无机化学的教学来说是一个严峻的挑战，更是值得无机化学教师思考的问题。针对教学方法不适、无机化学庞大的知识体系与课程教学时数的限制、无机化学教学内容与现今的科技发展相脱节等方面的问题，笔者认为从药学专业无机化学课程特点出发，遵循建构主义等教育学、心理学基本原理，按照教学规律，灵活运用多种教学方法与手段，是当前高校无机化学教改的基本思路［5］。为充分调动学生的学习积极性，激发学生的内在动力，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的综合素质，笔者近几年在教学方法上做了一些有益的探索，具体包括衔接与导入式教学、基于科研转化教学的研究式案例教学、思维导图式教学、翻转互动教学、形象化教学、化学哲学教学等，探讨了基于小组学习模式的成绩考核方法。

3高校药学类专业无机化学教学方法改革初探

3.1衔接与导入式教学。调查发现，71.54%的学生认为课堂讲一些与无机化学基础知识相关的科普知识及后继课程相关内容很有必要。为了使知识点教学形象生动，提高学生的学习兴趣，根据教学内容，在介绍新知识点时，笔者采用衔接与导入式教学［6］，从日常生活、社会问题、热点新闻及科学前沿等视角寻找切入点，适时、适当、巧妙地引入问题，通过层层设疑、逐步推进的启发，提高学生学习兴趣，帮助学生理解深刻、牢固掌握所学内容。例如，在学习沉淀溶解平衡一章时，笔者以日常生活中的龋齿及含氟牙膏的作用、痛风、结石与骨质疏松等病理现象以及大自然中溶洞、钟乳石的形成切入点;在学习酸碱平衡时，以老百姓日常谈论的食物酸碱性与健康的话题、人正常体液均处于恒定的pH值范围这一现象为切入点;在学习氧化与还原一章时，以人们津津乐道的抗氧化食物为切入点;讲授浓差电池时，从心电图的原理入手;以科技前沿石墨烯引出碳元素一节;在讲到金元素时，笔者通过一句唐诗“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”，让学生分析这句诗反映了金的哪些属性(化学性质稳定、密度大、贵重)，可谓别开生面;再如，结合臭氧层破坏、温室效应、水体污染、重金属中毒等环境问题引出相关章节，不仅能提高学生的兴趣，还能培养学生的环保意识。3.2基于科研转化教学的研究式案例教学法。案例教学法是一种符合现代教育理念的教学方法，它具有目的性、真实性、启发性和实践性等特点，备受推崇［7］。大学教师的教学与科研联系紧密，笔者综合案例教学法、基于问题的教学法(Problem-basedlearning，PBL)、探究式教学、体验式教学等优点［8］，提出基于科研转化教学的研究式案例教学法，特点在于所选用的案例取自任课教师科研实践，即围绕课程培养目标，以教师科研实践中的问题为代表性案例，将教材内容与科技前沿相结合、课堂知识与课题研究相结合，以学生为主体、教师为主导的教学方法，在案例讲解的过程中将基本原理与方法融入其中，组织学生对案例进行分析讨论、归纳总结。改善传统的“概念－定理－推导－结论”的教学模式，活跃课堂气氛，拓宽学生视野，培养学生的科研兴趣与科学素养，激发创新欲望，提升获取知识和解决实际问题能力，且比单纯的理论灌输生动易学，更能有效地提高课堂教学质量。另一方面，教学可使科研成果得到印证与传播，教师通过学生活跃的讨论，碰撞思想的火花，加深他们对基础理论的理解，利于基本原理在科研工作的运用。德国哲学家雅斯贝尔斯曾说:“最好的研究者才是最优秀的教师，只有这样的研究者才能带领人们接触真正的求知过程，乃至科学精神，只有他才是活学问的本身，跟他来往之后，科学的本来面目才将得以呈现。通过他的循循善诱，在学生心中才可引发同样的动机。只有自己从事研究的人才有东西教别人，而一般教书匠只能传授僵硬的东西。”因此，教师可将自己的科研经历渗透到与教学要求相符的知识点中。例如，在讲授配合物时，重点讲解目前正在研究的基于金属螯合机制的抗病毒、抗肿瘤药物，将前沿的科学问题归结到基础的配位化学知识;在讲授分子间作用力时，结合笔者承担的国家级课题相关的药物设计内容，介绍当前热门的精准药物设计，提高学生的学习兴趣。需要强调的是，研究式案例教学法的成功实施需注意以下几方面:首先，案例的选择要基于无机化学的重点内容及有利于发展探究能力的内容。通过多年实践，笔者认为案例教学的难点在于与知识点相契合的案例的收集、筛选与整理，如何将零散的科研信息整合成可供学习交流的实例;其次，为了适应以学生为中心的教学目的，教师除了具有扎实的专业知识外，还要不断夯实专业知识，改进教学方法，学习新的课堂教学手段，做到案例内容与表现形式的匹配。此外，以研究式案例教学法的实施为契机，笔者鼓励学有余力的学生参与科研活动，如大学生创新实验，挑战杯大赛，通过教师的指导，训练其科学素养，培养创新精神，为以后学习及工作奠定基础。3.3思维导图式教学。思维导图是一种辅助记忆和扩展思维的工具，由英国学者东尼博赞(TonyBuzan)在20世纪60年代初创立［9］，能促进学生进行有意义的学习，通过整合新旧知识自主构建知识网络，优化知识结构，进而从整体上把握知识;还能启发学生通过纵向横向总结归纳知识的来龙去脉，拓展相关知识、融会贯通、举一反三，形成能力，内化为治学方法。有利于教师高屋建瓴地把握课程全貌，提高备课效率与质量。近年来，思维导图已成为广泛应用的教学辅助工具［10］。无机化学的物质结构部分电子云与原子轨道、钻穿效应与屏蔽效应等概念艰深晦涩，运用思维导图进行概括、归类、比较、区别，帮助学生构建知识网络，避免相似概念的混淆，易于理解;四大平衡部分计算公式繁多，理解记忆容易混淆。结合思维导图，进行公式和计算的推导，有助于知识点的理解与记忆;元素化学属于无机化学的描述性内容，内容庞大，知识点琐碎杂乱，涉及很多化学反应与现象。鉴于此，笔者设计出无机化学每章节及重要知识点的思维导图，如图1为氢键知识思维导图，并在2017年无机化学课堂教学中实施“思维导图教学模式”。问卷调查显示多数学生认为使用思维导图教学模式构建知识网络后，学习效率有一定的提高(64.6%);对记忆新知识有帮助(77.88%);利用思维导图做笔记较传统方式更方便(59.29%);思维导图笔记形式使思路更清晰(80.53%);利用思维导图复习功课时，能清楚自己还有哪些知识点没有掌握(66.37%);有助于对知识和问题解决方法的积累(71.68%)。需要注意的是思维导图的制作应当根据学期授课安排，围绕教学目标，紧扣教学大纲，根据学生实际情况，合理安排章节，突出教学的重点和难点，并充分挖掘无机化学与药学专业的紧密联系。3.4翻转互动教学法。雅斯贝尔斯指出:“大学是研究和传授科学的殿堂，是教育新人成长的世界，是个体之间富有生命的交往，是学术勃发的世界”。现代教学论认为，传统教学的单向交流模式不能反映教学的复杂性质，多向交流能最大限度地发挥相互作用的潜能［11］。信息流双向流通的小组合作学习被认为是近年来最重要和最成功的教学改革。笔者调研发现，95.93%的学生认为教师应该以学习的引导者的身份参与到学习过程中，在此背景下，“翻转互动教学法”应运而生，即改变传统的单向灌输式由教师一人主讲的教学模式，由教师积极引导，为学生创设和谐的学习环境，激发学生自主学习的意识，进行混合式课程设计，促使学生积极地投入到课堂教学及课后学习中。学生既是知识的接受者，又是知识的探索者。在无机化学元素化合物部分笔者采用“教师精讲+学生试讲”的翻转互动教学法。每堂课教师精讲之后给学生留出试讲的时间，教师先拟出一些小专题，将学生分成5～8人一组，让学生利用教材、专著和网络数据库等资源自制PPT课件，在课堂上进行15分钟左右的交流与讨论，教师进行补充、点评与总结。学生通过信息流双向流通的小组合作学习、课堂展示、师生讨论等形式改变了固有的被动接受的思维模式，实现了师生间的信息多向交流;教师引导学生互相切磋、组内合作、组际竞争、讨论交流、形成集体智慧，师生之间，学生之间的互动得到了充分的运用，使教学形成立体的信息交流网络。此外，在查阅资料、准备课件、交流与讨论的过程中，该教学法既开阔了学生视野，提高了学习兴趣，又锻炼了他们文献检索能力、逻辑思维能力与演讲能力。此外，笔者通过确立“学生演讲”成绩的量化评判标准，即PPT制作的组长或演讲者系数为1，组员系数由组长定，依次为0.9、0.8、0.7、0.6等，要求组员系数至少有两个等级，调动了学生积极性，促进了组内交流。3.5形象化教学。形象化教学主要包括比喻法及拟人化教学，易于加深学生对无机化学知识的理解与记忆，且能活跃课堂气氛，激发学习兴趣，增强师生互动［12］。笔者曾运用形象化教学将无机化学知识点通过比喻、拟人的方式体现出来，比如将极化作用不同的原子或离子比喻为虚胖子或结实的瘦子;再如，配位性质是过渡元素最重要和最突出的化学性质之一，笔者将过渡金属元素拟人化，其具有配位能力类似社会中人具有的“合作力”，是其接纳力、吸引力、影响力与适应力综合反映，具体来说，“接纳力”是指过渡元素具有能量相近的(n-1)d、ns、np、nd价层空轨道。“吸引力”是指一般具有较高的正电荷，离子半径较小，对配体的静电作用较强。“影响力”是指未充满(n-1)d电子屏蔽作用较小，有效核电荷较大，对配位体极化能力较强。“适应力”是指d电子层不饱和，具有较强变形性。另外，在其他重要知识点如电子成对能(取决于中心原子)与晶体场分裂能(由中心原子与配体共同决定)、拉平效应与区分效应、标准电极电势与电极电势(把电极电势比喻为泰山与千佛山之间的高度差，标准电极电势则是泰山或千佛山的海拔高度)等均采用拟人化或比喻法教学，取得了很好的教学效果。此外，通过板书手画、挂图、教具与动画有机结合来讲解微观领域中原子和分子结构、轨道杂化等晦涩概念，使之更加立体更加形象;利用文字、图像、声音等形象化教学，可以增大教学内容信息量，灵活控制教学节奏，避免课堂气氛枯燥乏味，使课堂教学生动有激情，学生学习轻松有热情。3.6化学哲学教学。化学哲学是以化学学科为研究对象，以化学基本运动和化学发展的基本规律为基本研究内容的一门学科，是架设在化学与哲学之间的一座桥梁［13］。德国著名化学家肖莱马曾说:“化学的发展是按辩证法的规律进行的。”以物质为研究对象的化学领域，可以说无时无处不与哲学有关，哲学理应渗透于化学教学与科研之中［14］。无机化学同样蕴含着丰富深刻的哲学原理，包括唯物主义物质观与质量互变、矛盾论和否定之否定规律等辩证法思想，需要教师不断挖掘，并将其渗透于课堂教学中。唯物主义认为物质与运动永不可分，这正如电子永无休止地在原子核附近做高速运动。物质的根本属性是运动，恰如原子核外电子的转移、分子的运动;化学平衡时，各组分浓度恒定不变可看作是一种静态。但反应并没有停止，而是在时时刻刻地进行着，这体现了哲学中运动是永恒的原理。辩证法的质量互变规律认为在物质的运动中，量变与质变既相互区别又相互渗透、相互转化。量变积累到一定程度就会引起质变，没有量变就没有质变。例如，离子晶体中正负离子的半径比量变与晶体结构形式之间的关系、电负性数值变化与金属性与非金属性之间的关系等。矛盾的对立统一规律在无机化学知识中也处处存在。例如，化学反应平衡(如溶解沉淀平衡、酸碱平衡、氧化还原平衡及配合物解离平衡等)包含着正反应和逆反应这两个既对立又统一的矛盾体;除受化学反应自身因素影响外，还在温度、压强、浓度等外界条件的影响下，平衡会被破坏，发生移动，体现了矛盾双方相互转化的规律。在分步沉淀中，各种离子被沉淀的先后顺序取决于离子的浓度与沉淀物的溶度积;当各种离子的浓度相同时，沉淀物的溶度积决定沉淀顺序。当溶度积接近时，离子浓度又是沉淀顺序的决定因素，体现了矛盾论中主要矛盾和次要矛盾以及相互转化的关系;类似的例子还有离子浓度对同离子效应与盐效应的影响。主副反应并存体现了主次矛盾关系。例如，溶液中同一种离子同时参与电离平衡及水解平衡，哪种平衡占主导，决定溶液的酸碱性(NaHCO3溶液呈碱性，NaHSO3溶液呈酸性);自发反应(沉淀反应、金属活泼性)涉及的热力学与动力学之间的关系均体现了主次矛盾关系;还有平衡反应中各物种浓度的近似计算也基于主次矛盾的考虑。无机化学中有很多规律，但这些规律又不是绝对性的，体现了矛盾的普遍性和特殊性，这在元素周期律中有充分的反映。例如，钻穿效应和屏蔽效应对原子核外电子的排布的影响(4f、3d轨道先后顺序)。否定之否定规律体现在无机化学中一些学说的建立与发展、完善过程中。例如酸碱理论、原子学说、配合物理论等。总之，将唯物辩证法等基本哲学原理渗透到无机化学的教学中，从辩证的视角看待无机化学概念、原理和方法，使抽象的哲学理论与奇妙的化学世界有机结合起来，促进对化学理论的深入理解，同时培养学生的科学创新思维能力及正确的世界观。3.7基于小组学习模式的考核评价方法。小组合作学习是目前普遍采用的一种富有创意、实效显著的教学策略，被誉为十多年来最富有成效的教学改革［15］。笔者通过调研发现，本院69.92%的学生认为在完成学习任务后，最希望得到多种组合方式的评价，在此背景下，笔者将“基于小组学习模式”的考核评价方法用于教学实践。前文述及笔者在药学2017级无机化学元素化合物部分引入“教师精讲+学生试讲”的翻转互动教学法。最终成绩由三部分构成:考勤分(20分)+PPT演讲分(40分)+小论文分(40分)，制定每部分成绩的量化评判标准，PPT制作与演讲组长、小论文主撰者贡献系数为1，每位组员系数由组长定，依次为0.9、0.8、0.7、0.6等，要求组员系数至少有两个等级，体现基于小组学习模式的考核评价方法，得到了学生的支持。

4总结与展望

无机化学作为药学类专业学生的基础必修课，具有概念多、原理多、公式多、学时少的特点。课堂教学作为完成教育任务的重要渠道与培养人才的主要阵地，如何在课堂教学中从无机化学庞大的知识体系中发掘内在联系、寻找共同规律并提高教学效果一直是大学教师追求的目标。笔者在多年的教学实践中致力于构建新型的课堂教学模式，发现合理使用新颖的教学手段、对传统教学方法进行改革能极大提高课堂教学效果。例如衔接与导入式教学、基于科研转化的研究式案例教学、思维导图式教学、翻转互动教学、形象化教学、化学哲学教学、基于小组学习模式的成绩考核方法。灵活运用这几种方法，可使深奥理论通俗化、零散结构系统化、抽象概念形象化、枯燥知识娱乐化，提高学生无机化学课程的学习效果，推动学科综合化与教学模式最优化。当然，对学生学习的成果进行量化考核是评价任何教学法必不可少的环节，也是笔者仍需继续探索的工作。

作者:展鹏 康东伟 屈直言 喻路兵 刘新泳 单位:山东大学药学院