基礎課培養學生科研意識有效教學策略探討

楊奇　陳三平等

摘要：教師的主導作用是基礎課培養學生科研意識的關鍵，教師科研和教學“兩只翅膀”都硬起來是起主導作用的基礎。通過凸顯教材創新意識，建設科學思維平臺；提倡批判性思維模式，培養科學思辨能力；注重文獻介紹，擴大科學視野；講究授課藝術，展現科學魅力；引入化學史例，激發科學研究欲望；規范第二課堂，訓練科學素養等一系列有效教學策略，達成基礎課培養學生科研意識的目標。

關鍵詞：基礎課；主導作用；科學意識；有效教學策略

錢偉長說過，大學教育的一個重要任務，是培養學生獲取知識的能力。此乃教育功能之所在，即教師要通過教學使學生學會如何學習、增長如何思考問題和解決問題的能力；或者說大學本科教育的目標是培養人才和如何培養人才。“無機化學與化學分析”是一門基礎課，本文以該課為例，闡釋如何加強培養學生科研意識，并提出基礎課也能培養學生科研意識的觀點。

一、教師的主導作用是基礎課培養學生科

研意識的關鍵

研究型大學需要進行研究性教學。在大學里基礎課課堂教學和實驗課仍是主要方式，其中教師是知識傳播、人才培養的主導。要在基礎課達到培養學生科研意識的目的，教師的主導作用是關鍵。

1.主導作用的內涵

南開大學顧沛教授（第一屆高等學校教學名師獎獲獎者）把教學分為三個層次：職業、事業和藝術。第三個層次是要把教學當做一門藝術，是指要“貫通古今，博采眾長，精心設計，不斷創新，在課堂的舞臺上信手拈來，左右逢源，寓教于理，寓教于情，寓教于樂，讓學生在欣賞和享受中吸取廣泛的營養。”他把主導作用分析得入木三分，認為主講教師要研究教學規律，應用教學規律，不斷提高教學效果；要以新的正確的教育思想和理念指導教學改革；要把學生當做教學的主體，啟發和引導學生學會自己吸取營養；要精心設計課堂教學和駕馭課堂教學；要善于激發學生的興趣和熱情，激發學生的好奇心；要滿懷激情地教學，不但以理服人，而且以情動人；要主動引導學生以科學眼光觀察和思考問題；要體現教師自己的個性和人格魅力；要孜孜以求，不斷追求新的境界。教師的教學模式要從“一桶水和一杯水”轉變到“一眼泉”。主講教師的業務素質決定著主導作用的發揮程度。

2.怎樣具有主導作用

怎樣達到教學的第三層次呢？我們的做法是提倡高校教師要科研和教學“兩只翅膀”都硬起來。我校史啟禎教授（第一屆高等學校教學名師獎獲獎者）要求我們：對一個教師而言，教學和科研就像兩只翅膀，像鳥一樣，一只翅膀是飛不起來的。特別是對我們西大這類學校的教師而言，更是如此。教師要以科研為支撐，邊干邊學，在干中不斷增長學問和智慧，這是積極有效的方法。教師的業務素質提高了，才有可能促進高素質人才的培養。教學和科研是相輔相成、相互促進的。為此，我們一方面加強課程組教師本身的科研能力提高，做到了每人都有國家級科研項目并能連續獲得；一方面提倡要把教學研究當做科學研究那樣重視，認為轉變教育觀念就會有搞好教學研究之動力，提升教學理念就會有搞好教學研究之策略，改變教學方法就會有搞好教學研究之成果，探索了一種教學研究的新模式。基于此，在課程組一、二代負責人（高等學校教學名師獎獲獎者和省級教學名師）退休后，第三代負責人才能順利地將國家精品課程“無機化學與化學分析”的建設和實踐，推高到“國家精品資源共享課”的平臺。

二、科學實施基礎課培養學生科研意識的實踐

近些年來，兩件事情對我們觸動很大：一是批判性思維對中國教育如何培養人有很大啟發，我們究竟在基礎課堂上實施如何；二是風靡全球的哈佛大學明星教授邁克爾·桑德爾反復強調，教育需培養學生的思辨能力，讓學生成為學習的主導者。我們認為，這些都直接相關基礎課培養本科生科研意識的實施，講的都是如何使學生學會學習、如何提高思考問題和解決問題能力的教學理念和方法，對于基礎課培養學生科研意識有效教學策略的設計具有指導意義。

1.凸顯教材創新意識，建設科學思維平臺

自“質量工程”“本科教學工程”實施以來，相關部門引進了多種外國教材。無機化學教材的引進就是這樣。這些國外優秀教材為我們提供了新的營養要素，從而實現了多元化。

首先，教材創新就是要立足于“有利于教師使用、有利于學生學”，要有特點。我們將《無機化學與化學分析》主教材內容分為主副篇，主篇是基礎，是綱，也是核心，真正起到導論的作用；副篇內容主要反映化學的重要應用實例和化學發展中的標志性事件，凸顯化學新概念、新知識、新發現和新技術。副篇起到了讓學生洞察無機化學新發展，體會無機化學研究樂趣，延伸主篇深度和廣度的作用。

主教材彰顯了創新意識（從1998年至2012年在高教社出版了5個版本），在繼承與創新之間取得了最佳平衡。鄭蘭蓀院士撰文認為“教材不僅給學生帶來知識，而且帶來科學的思維方式，使教師和學生雙方受益，不愧為一部精品教材。”主教材給主講教師講課發揮主導作用提供了空間。

2.提倡批判性思維模式，培養科學思辨能力

培養批判性思維是高等教育的目標之一。基礎課采用批判性思維模式授課，能夠培養學生的思辨能力，增強科研意識。

舉例一：在講授共價鍵部分時，當講清楚現代價鍵理論以及路易斯結構式、價層電子對互斥理論、價鍵理論、雜化軌道理論和分子軌道理論的基本內容后，引導學生討論3個問題。

（1）為什么離子鍵理論只有一種，共價鍵理論卻有5種？（意在使學生明白化學鍵理論是在科學研究中發展的，是不斷完善的，還有不盡如人意之處——離子鍵理論得有離子極化理論補充，共價鍵理論有無統一的可能？）

（2）既然理論計算可以很方便地通過計算得到分子中的雜化軌道形式，那么“雜化軌道理論”是否過時？（提供相關文獻，介紹自然鍵軌道方法（NBO）計算乙烷中C原子的自然雜化軌道為sp^2.36；甲胺中C原子的自然雜化軌道為sp^3.61，N原子為sp^2.24，而不是sp³，來重新認識“雜化軌道理論”，理解理論與實驗互為補充、相互促進，使化學原理不斷豐富和發展的意義。）

（3）學習這些理論的用意何在？（以文獻說明化學鍵理論在研究物質“構效關系”時的作用。）

舉例二：在介紹原子結構內容時，引導學生討論2個問題。

（1）考察原子結構的發展史，以事實說話，辨析有些教材提到“玻爾的氫原子模型和薛定諤的波動力學模型都是波粒二象性催生的”觀點是否正確？

（2）在無機化學中講“原子結構”，除現行所有教材只講“電子及其排列”外，要不要講原子結構的另一部分“原子核結構”？

學生通過實例、文獻分析，從科學角度自己判斷所學理論的動態發展及其作用。從而避免了僵化地學習知識和不加判斷地吸收，提高科學思辨能力，把知識學“活”，知道為什么要學這些，學了用在哪里，甚至使一些學生產生深入研究的欲望。

3.注重文獻介紹，擴大科學視野

擴大科學視野不是說只加大化學新概念、新知識、新發現和新技術的羅列，而是在于對基礎內容的背景文獻介紹、科學發展展現，順著思路自然介入，有利于學生科研意識的培養。

舉例一：講解“原子結構”，以原子結構模型的重要里程碑為引子，介紹原子結構模型的幾個主要里程碑的來源、發展、進化，使學生了解現在學習的不是“死的東西”，而是當時科學研究中最為先進的理論，然而它又是發展的；同時，教會學生會查看和理解原始文獻，看看科學家是怎樣在大腦中產生這些想法的，利于科研意識的培養。關于這一點，北京大學講授“無機化學”課程的卞江教授的課件給了我們很大的啟發，使學生明白科研意識產生的氣氛、環境。

舉例二：大一無機化學課程中的元素化學教學一直是基礎課教師關注的焦點之一。幾位中國科學院院士也對此給予了關注。近年來，很多一線教師根據自己的教學實踐探索總結了不少教學經驗，發表了很有見地的論文。我們也以西北大學大一無機化學的元素化學教學實踐討論過加強和提高元素化學教學的一些理念和做法。下面舉例介紹重點元素氮之講課策略。

講解N₂，除了一般的講解存在、制備、結構和用途外，著重講解其結構的穩定性原因（價鍵理論成鍵、分子軌道理論解釋、極化率低），聯系了化學鍵和熱化學，知識融會貫通。又要講這種穩定又是相對的：（1）豆科植物根部可固氮（是人們每年合成的40倍）；（2）金屬鋰在空氣中可生成1：2的Li₂O和Li₃N黑色殼；（3）雷電下，空氣中的N₂和O₂會化合生成氮的氧化物；（4）光催化合成。

繼而進一步講到固氮的研究進展：

（1）通過過渡金屬的分子氮配合物活化N≡N鍵的進展；

（2）根瘤菌中固氮酶的結構研究進展；

（3）其中還穿插介紹了因發明氮氣和氨氣直接合成氨的方法而獲1918年諾貝爾化學獎的Fritz Haber和闡明了合成氨反應過程是由7個步驟構成、因為對表面化學研究的貢獻而獲得2007年諾貝爾化學獎的Gerhard Ertl。

學生們很認可這種講法，課堂很活躍，紛紛認為原來元素化學這么豐富有趣，受益匪淺。這種講法與朱萬強等“對一氧化氮分子結構的教學討論”有異工同曲之處。

4.講究授課藝術，展現科學魅力

善歌者使人繼其聲，善教者使人繼其志。教材是授課之本，有了精品的主教材，并不意味著就成了精品課程。教師授課不是“教教材”，而是“用教材教”。通過基礎課課堂藝術的講授才能讓學生體會到科學的魅力，增長科學意識。因此，狠抓教學方法的改革應是首位的。

（1）提倡大綱式教學方法。讓學生在上課前就知道該預習什么、該聽什么、該問什么，這樣才有可能實施討論，才可能獲得好的教學效果。好的教師都應有自己的授課大綱，有自己的觀點和見解、特點和藝術，而不是照本宣科。這是一種易于達到課堂上“以學生為主體”的方法，有利于營造出和諧寬松的教學氣氛。這也是催促教師的教學模式從“一桶水和一杯水”轉變到“一眼泉”的好辦法。

（2）電子輔助教材是我們授課的強有力工具。我們制作與主教材配套的電子輔助教材的原則就是源于教材，進行再創作、再提升。表現出了鮮明的創新點，為國內同類課程教學提供了一套從教材到教案、從課堂講授到課外學習的完整、可行的教學模式。

（3）重視授課中思維方法的訓練。思維是對客觀事物和現象的間接認識過程。在化學原理講授中，要學習許多基本原理、定律、理論、新概念，在了解了知識大背景后去掌握課程的基本原理，為了這個目的，需要依此加強對多個具體問題的認識和釋疑。例如，學了“原子結構理論”，就得會填寫每個元素原子的電子式；學了化學鍵中的“雜化理論”，就需要會解釋許多具體分子的化學鍵形成及其空間結構；學了“熱力學初步”，就要會用熱力學基本原理判斷某個具體化學反應的進行與否和程度如何。顯然，演繹法在這里是大有作為的。在元素部分講授中采用“歸納法”顯然是有利的。因為首先要學習和掌握許多具體元素及其化合物的反應、結構、性質和用途之后，才可用化學原理解釋、比較，歸納有利于提升、記憶和提綱挈領。讓學生在學完每一章后，采用歸納法將一章的內容只寫于一張紙上，達到了“書越讀越薄”的效果。自然，演繹法和歸納法在學習中是相輔相成的。

5.引入化學史例，激發科學研究欲望

基礎課適時適當引入化學史例，有助于情感態度價值觀的培養。豐富多彩的化學史常常會以動人的故事使我們激動不已，會激發起學習化學的興趣，感受并贊賞化學科學研究，培養獻身科學的精神和嚴謹治學的科學態度，讓我們走進化學并熱愛化學事業。

實例一：為什么說“倫琴發現X射線是有準備的意外發現”？

倫琴用感應圈使放電管發出陰極射線。突然意外的事情出現了：他猛然注意到桌上不遠處涂有鉑氰化鋇的紙屏發出特殊的閃光。他用不透光的黑紙包住放電管，紙屏閃光仍不消失。為此他在實驗室里連續研究了三周。1895年12月，他在實驗室用X射線將其夫人用黑紙包著的手照射了15分鐘，顯影后，呈現出了夫人的手骨相。照片一經發出立即成為引起轟動的新聞。倫琴于1895年12月28日向維爾茨堡物理醫學學會提交了報告《一種新的射線——初步報告》，1901年他因此而獲得首屆諾貝爾物理學獎。

然而之前已有許多科學家對這種現象的發現卻“沒有準備”，很多科學家也發現了類似現象，但都忽視了或者沒有深入研究，事實說明“機遇只偏愛那些有準備的人。”

實例二：化學鍵的本質是怎樣被揭示的？

向義和以“化學鍵的本質是怎樣被揭示的”為題，以翔實的文獻對這一產生作了詳細的表述，認為完整的鮑林價鍵理論的思想起源和形成過程應該包括：接受路易斯的化學鍵電子理論；吸取海森伯的量子共振概念；得到海特勒和倫敦對氫分子結構近似處理的啟發；從而完善了價鍵理論，提出了電子對鍵的六條規則；解決了碳原子四面體構型的問題，建立了雜化軌道理論。這是極為客觀的。1939年鮑林正式出版了他的《化學鍵的本質》一書，這本書可以說是有關化學鍵論述的壓卷之作。然而，更為重的是學生從書中可以看到鮑林是怎樣從一個青年畢業生成長為科學家的過程，會使學生懂得怎樣的思維可以成為化學家。

6.規范第二課堂，訓練科學素養

我們設計并規范了第二課堂教學，力圖擴展學生的科學眼界，訓練他們的創新思維和綜合素質。例如大力引導學生閱讀與課程相關的參考書以改變學生一門課抱著一本教材的學習習慣，開展寫作“課程論文”活動，定期安排學術報告，這些都是很有成效的做法。

[責任編輯：余大品]