新形勢(shì)下高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)課程教學(xué)改革初探

秦秀娟 唐永福 郭文峰 樊玉欠

[摘要]隨著研究生教育改革的深入，研究生的課程教學(xué)也遇到了一些新的問(wèn)題。為了適應(yīng)新形勢(shì)的變化，培養(yǎng)高質(zhì)量人才，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段等方面探討了《高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)》課程的教學(xué)改革，提出了以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，教與學(xué)共同提高的課程改革思路。

[關(guān)鍵詞]新形勢(shì)；高等無(wú)機(jī)合成；教學(xué)改革

[中圖分類(lèi)號(hào)]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]10054634（2018）020072040引言

《高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)》是燕山大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)碩士研究生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。開(kāi)設(shè)目的是使學(xué)生了解現(xiàn)代無(wú)機(jī)合成化學(xué)的主要原理、工藝及設(shè)備，系統(tǒng)掌握相關(guān)理論和基本方法，為滿足碩士課題科研工作的需要提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代無(wú)機(jī)合成化學(xué)的新知識(shí)、新成就有所了解，為今后從事科研工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)在整個(gè)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中具有重要地位。

近幾年，隨著國(guó)家對(duì)研究生教育改革的深化，教師在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中遇到了一些新的情況，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能再適應(yīng)新形勢(shì)的需要。同時(shí)，新能源、新材料等領(lǐng)域的快速發(fā)展對(duì)高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也提出了較高的要求。從教育教學(xué)實(shí)際出發(fā)，培養(yǎng)符合社會(huì)需要的科技人才，課程教學(xué)改革勢(shì)在必行[1]。

1無(wú)機(jī)合成化學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

無(wú)機(jī)合成化學(xué)在新材料的研究中占有重要的地位， 是化學(xué)學(xué)科的核心之一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展及高新技術(shù)工業(yè)和高科技領(lǐng)域的技術(shù)需求， 新材料在諸多領(lǐng)域的重要地位愈加突顯。利用材料缺陷合成的色心晶體，在光敏、光致變色、信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。具有特種結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)材料，如具有層間嵌插結(jié)構(gòu)的二維晶體材料，在光電催化分解水、傳感器、柔性超級(jí)電容器、能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、鋰電正極材料、儲(chǔ)氫和超導(dǎo)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。由美國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)的如同黃色浴巾一樣具有特殊凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，由類(lèi)玻璃纖維似的“超材料”組成的“隱形衣”，將成為未來(lái)軍隊(duì)的新裝備。以特定功能為導(dǎo)向，在分子水平上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建，對(duì)特定性能的材料進(jìn)行定向合成被寄予厚望。例如，“將磁性鏈或簇組裝到二維或三維聚合結(jié)構(gòu)”體系，合成具有高維結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出低維磁體行為的分子磁性材料。新一代光電轉(zhuǎn)換材料分子基光電功能膜材料的研究推進(jìn)了特種功能材料的分子設(shè)計(jì)的研究進(jìn)程。仿生材料和生物無(wú)機(jī)材料的研究也進(jìn)行得如火如荼[2]。科技的進(jìn)步和創(chuàng)新能力的提升，要求從事無(wú)機(jī)材料合成化學(xué)的研究人員能夠更多的提出新的、行之有效的合成反應(yīng)和路線，并對(duì)現(xiàn)有的陳舊的合成方法不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新。

2新形勢(shì)下教學(xué)過(guò)程面臨的問(wèn)題

2.1研究生招生政策變化

2014年，國(guó)家調(diào)整了研究生的招生政策，“985”和“211”之外的學(xué)校受到?jīng)_擊影響較大。雖然燕山大學(xué)也是第一批次的重點(diǎn)大學(xué)，在各種機(jī)構(gòu)的排名中一直穩(wěn)定在前100名。本校保研的優(yōu)秀生源依然全部外流，其余考研學(xué)生也都報(bào)考了冠有“985”和“211”的學(xué)校，而把留校繼續(xù)讀研列在調(diào)劑的選項(xiàng)。國(guó)家考研招生政策的調(diào)整為廣大考生提供了更多的選擇機(jī)會(huì)，倒逼高校提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。學(xué)校目前化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的研究生生源主要來(lái)自普通二本和三本院校，表1列出了近4年該專(zhuān)業(yè)研究生招生生源及一志愿比例的變化。

第2期秦秀娟唐永福郭文峰樊玉欠新形勢(shì)下高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)課程教學(xué)改革初探2014～2016年這3年化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)研究生生源51.4%來(lái)自三本院校，一志愿率不足50%，這與招生政策調(diào)整之前形成巨大的反差。由于學(xué)生來(lái)源廣，課程設(shè)置的差異導(dǎo)致學(xué)生在先行課程所學(xué)的理論基礎(chǔ)方面參差不齊，個(gè)別非化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的學(xué)生沒(méi)有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過(guò)四大基礎(chǔ)化學(xué)課程。這種情況在2014年的期末結(jié)課考試中表現(xiàn)得尤為明顯。2014年的試題難度和考點(diǎn)分布與往年試卷相當(dāng)，但是成績(jī)相差卻非常懸殊，最高和最低成績(jī)分別為95分、36分，相差近60分，其中，不及格率達(dá)到10%。

2.2傳統(tǒng)教學(xué)模式遇到挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)教學(xué)主要是教師講、學(xué)生聽(tīng)。由于缺少師生間的互動(dòng)、交流，教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不十分清楚。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的材料以及新的合成技術(shù)和手段不斷出現(xiàn)。作為研究生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，教師除了講授教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的知識(shí)，還應(yīng)該及時(shí)跟進(jìn)科學(xué)研究的前沿進(jìn)展，把最新的科研成果補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中，使學(xué)生與科學(xué)研究的熱點(diǎn)、前沿領(lǐng)域同步，為學(xué)生打開(kāi)廣闊的科學(xué)研究視野。近3年學(xué)院的招生信息統(tǒng)計(jì)表明，學(xué)生水平差別較大，如果教師依然按照以前的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行授課，一些基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生可能會(huì)因知識(shí)結(jié)構(gòu)的差異而產(chǎn)生學(xué)習(xí)障礙，進(jìn)而降低學(xué)習(xí)效果，拖延后期順利進(jìn)入課題研究的時(shí)間。如何以學(xué)生為本，真正讓學(xué)生學(xué)以致用。筆者對(duì)2014屆和2015屆的學(xué)生試卷進(jìn)行分析，又和部分學(xué)生深入交流，在2016屆的教學(xué)過(guò)程中嘗試進(jìn)行了一些教學(xué)模式與教學(xué)方法的改革。

3教學(xué)模式與教學(xué)方法的改革探索

3.1對(duì)教學(xué)內(nèi)容精煉整合

由于無(wú)機(jī)材料的多樣性和制備合成方法的復(fù)雜性及先進(jìn)性，高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)涉及到物理學(xué)、化學(xué)以及材料科學(xué)等多門(mén)學(xué)科的內(nèi)容。從經(jīng)典的無(wú)機(jī)合成技術(shù)到近年來(lái)發(fā)展迅速、應(yīng)用前景廣闊的現(xiàn)代無(wú)機(jī)材料合成方法，知識(shí)點(diǎn)比較分散，應(yīng)用性很強(qiáng)。就合成方法而言，涉及光、電、高溫、低溫、微波、高壓、低壓、氣相、液相、固相等。從合成對(duì)象方面，包括陶瓷材料、納米材料、單晶、絡(luò)合物、膜及團(tuán)簇等。有很多知識(shí)是學(xué)生以前從未接觸過(guò)的，且不同材料或不同合成方法間缺乏明顯聯(lián)系或規(guī)律性，使得授課知識(shí)點(diǎn)增加，難度增大[3]。如何在有限的30個(gè)學(xué)時(shí)之內(nèi)，把必須的基本知識(shí)點(diǎn)、重要的合成方法傳授給學(xué)生，使學(xué)生在未來(lái)的課題研究中學(xué)有所用，開(kāi)拓視野，介紹無(wú)機(jī)材料研究的前沿領(lǐng)域和現(xiàn)代的合成技術(shù)發(fā)展，同時(shí)還要兼顧不同層次學(xué)生的需求。在對(duì)無(wú)機(jī)合成化學(xué)領(lǐng)域的三部?jī)?yōu)秀教材（徐如人、龐文琴編寫(xiě)的《無(wú)機(jī)合成與制備化學(xué)》[4]、寧桂玲編寫(xiě)的《高等無(wú)機(jī)合成》[5]以及張克立等人編寫(xiě)的《無(wú)機(jī)合成化學(xué)》[6]）進(jìn)行詳細(xì)分析后，針對(duì)不同教材的特點(diǎn)，結(jié)合最新科研進(jìn)展及學(xué)院教師的科研方向，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇與更新，整合歸納，突出重點(diǎn)，充分利用課堂教學(xué)時(shí)間，努力提高教學(xué)效果。整合后的教學(xué)內(nèi)容主要包括3個(gè)方面。

1） 基礎(chǔ)知識(shí)。主要包括高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)課程簡(jiǎn)介，該領(lǐng)域熱點(diǎn)與前沿研究，無(wú)機(jī)合成化學(xué)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)，溶劑的使用。

2） 無(wú)機(jī)合成技術(shù)和方法。這部分內(nèi)容的變動(dòng)較大。根據(jù)學(xué)院教師的科研方向及課程教學(xué)時(shí)數(shù)，改變了教材上的講授套路，對(duì)合成方法與技術(shù)進(jìn)行了整合。具體內(nèi)容有：化學(xué)氣相沉積，高溫固相反應(yīng)→低熱固相反應(yīng)→前驅(qū)物合成，高壓合成→水熱溶劑熱合成，溶膠→凝膠合成，其他技術(shù)手段與無(wú)機(jī)合成化學(xué)的結(jié)合（包括低溫合成、低壓合成、光化學(xué)合成、微波合成、電化學(xué)合成、等離子技術(shù)等）。

3） 現(xiàn)代合成方法應(yīng)用。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，將最新科研成果作為具體合成技術(shù)應(yīng)用的例子及時(shí)補(bǔ)充到教學(xué)過(guò)程中。例如，以學(xué)院教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目為依托，介紹了蠕蟲(chóng)卵殼模板法合成碳金屬氧化物多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)催化劑的生物合成技術(shù)，以超重力電沉積合成石墨烯摻雜鎳基電催化劑的電化學(xué)合成新工藝，調(diào)整前后的教學(xué)內(nèi)容變化如圖1所示。

教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容選擇、整合以后，學(xué)生們反映實(shí)用性增強(qiáng)了，為學(xué)生進(jìn)入課題研究打下了較好的基礎(chǔ)。

3.2運(yùn)用多種教學(xué)手段

多媒體教學(xué)具有信息量大、直觀效果強(qiáng)的特點(diǎn)，可以大大提高課堂內(nèi)學(xué)生掌握知識(shí)的程度。但是在多媒體教學(xué)過(guò)程中，由于教師講授的速度比板書(shū)教學(xué)快，一些基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生跟不上課堂節(jié)奏，時(shí)間久了，差距拉大會(huì)使這部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。于是，在重點(diǎn)和難點(diǎn)部分采用多媒體和傳統(tǒng)板書(shū)相結(jié)合的教學(xué)方式，使學(xué)生有足夠的時(shí)間消化、理解知識(shí)，思考問(wèn)題。在信息高度發(fā)達(dá)的今天，教學(xué)內(nèi)容也要與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新、補(bǔ)充。網(wǎng)絡(luò)上報(bào)導(dǎo)了某高校研究生在利用Hummers法制備氧化石墨烯的過(guò)程中炸傷眼睛的事件。經(jīng)了解得知學(xué)院也有許多教師從事與石墨烯相關(guān)的研究，有一些研究生在進(jìn)入課題研究時(shí)會(huì)遇到與氧化石墨烯、石墨烯制備相關(guān)的問(wèn)題。于是，教師在課堂上就以這個(gè)案例為切入點(diǎn)，從Hummers法制備氧化石墨烯3個(gè)階段中包含的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題（涉及副反應(yīng)的控制，也是事故發(fā)生的根本原因），到液相法、氣相法制備石墨烯的優(yōu)缺點(diǎn)逐一分析，這里面涵蓋了高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中的基礎(chǔ)知識(shí)、無(wú)機(jī)合成技術(shù)和方法。由于案例來(lái)源于實(shí)際工作，又與學(xué)生的課題研究密切相關(guān)，因此課堂氣氛十分活躍。為了讓學(xué)生更多地參與到教學(xué)過(guò)程中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，教師布置研究生結(jié)合課題研究對(duì)相關(guān)的重要合成方法錄制視頻，進(jìn)行示范性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。經(jīng)過(guò)反復(fù)錄制，精心剪輯的實(shí)驗(yàn)視頻在課堂上播放，學(xué)生們對(duì)視頻中的內(nèi)容與課堂講授的內(nèi)容進(jìn)行比較、分析，把理論教學(xué)與學(xué)生的課題實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，這樣既加深了師生之間的交流，也提高了教學(xué)效果。

3.3設(shè)置課堂討論環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過(guò)程是教師主導(dǎo)的“一言堂”模式。教師為中心， 重教輕學(xué)。教師只是向?qū)W生傳遞知識(shí)， 不能有效地進(jìn)行師生互動(dòng)交流， 更沒(méi)有對(duì)同一問(wèn)題的信息分享和不同觀點(diǎn)的碰撞。這不利于研究生創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，也不利于學(xué)生分析和解決問(wèn)題能力的提高。如何改進(jìn)教學(xué)方式，發(fā)揮當(dāng)代學(xué)生思想活躍，想象力豐富的優(yōu)勢(shì)，在“教”與“學(xué)”的過(guò)程中展現(xiàn)學(xué)生能力，突出學(xué)生主體地位，課堂討論是較好的選擇[7]。

討論課適宜安排在課程后期。為了收到較好的討論效果，教師必須認(rèn)真準(zhǔn)備，精心選擇討論題目。把課題研究方向相近的學(xué)生分在一組。設(shè)置的討論題目分別是：液相合成和固相合成的優(yōu)缺點(diǎn)；合成方法的改進(jìn)與組合的探索；TiO2/石墨烯復(fù)合光催化劑制備方法比較。題目布置下去，由小組長(zhǎng)協(xié)調(diào)分工進(jìn)行查找資料、制作PPT。討論課上各組推選一名代表進(jìn)行講解及答辯，同組學(xué)生可以進(jìn)行補(bǔ)充。教師負(fù)責(zé)調(diào)動(dòng)學(xué)生情緒活躍課堂氣氛。“液相合成和固相合成的優(yōu)缺點(diǎn)”講解完畢，學(xué)生們對(duì)各種合成技術(shù)進(jìn)行了認(rèn)真梳理，對(duì)前驅(qū)物（先驅(qū)物）合成法的產(chǎn)生、特點(diǎn)和適用范圍有了更深入的理解。通過(guò)“TiO2/石墨烯復(fù)合光催化劑制備方法比較”的講解和討論，學(xué)生們對(duì)合成目標(biāo)物的用途、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系、原料選擇、難易程度和性價(jià)比等有了認(rèn)識(shí)。這對(duì)學(xué)生后期進(jìn)入課題研究，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案起到了積極作用。“合成方法的改進(jìn)與組合的探索”的討論更加活躍，有的學(xué)生就合成工藝上提出改進(jìn)方法，比如噴霧輔助化學(xué)氣相沉積；有的學(xué)生在比較各種合成方法優(yōu)劣基礎(chǔ)上進(jìn)行的再組合，比如溶膠電沉積、水熱電沉積等。盡管有些方案設(shè)計(jì)上還存在缺陷和不足，但學(xué)生們主動(dòng)思考、敢于創(chuàng)新的精神值得鼓勵(lì)。課堂討論結(jié)束時(shí)教師的歸納總結(jié)是很重要也是必要的環(huán)節(jié)。教師對(duì)大家在討論中反映出的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)析， 并加以肯定、引導(dǎo)和糾正，使學(xué)生對(duì)討論的題目有一個(gè)科學(xué)、清晰的整體了解。對(duì)一些暫不明了、有待進(jìn)一步探討的問(wèn)題也要進(jìn)行說(shuō)明。傳遞一種尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的科學(xué)精神。通過(guò)設(shè)置這樣的課堂討論，讓學(xué)生們開(kāi)動(dòng)腦筋， 提高了思辨能力、講演應(yīng)變能力和參與意識(shí)， 也鍛煉了膽量， 對(duì)以前認(rèn)識(shí)模糊、理解不深的問(wèn)題， 有了更深入的理解。小組成員之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、個(gè)人表達(dá)能力，以及文獻(xiàn)檢索和綜合能力、制作PPT文檔的能力都得到了充分鍛煉。圖2是部分學(xué)生準(zhǔn)備的用于課堂討論的資料。

面對(duì)新形勢(shì)下研究生教育的改革以及建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的需要，學(xué)院對(duì)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)碩士研究生的高等無(wú)機(jī)合成化學(xué)的教學(xué)模式和教學(xué)方法進(jìn)行了探索，并取得了一些有益的結(jié)果。學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并參與教學(xué)過(guò)程的積極性得到提高，能夠針對(duì)一些問(wèn)題提出自己的想法，對(duì)科學(xué)研究的興趣增強(qiáng)了。學(xué)院研究生科研立項(xiàng)數(shù)量由2014年的1人增加至2016年的7人。這些成果為進(jìn)一步深化研究生的課程改革提供了良好的基礎(chǔ)。但是，應(yīng)該看到在研究生課程的教學(xué)過(guò)程中，要落實(shí)教育部倡導(dǎo)的從以“教”為中心轉(zhuǎn)為以“學(xué)”為中心的新的教學(xué)價(jià)值取向，從以知識(shí)為本轉(zhuǎn)向以能力為本，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高人才創(chuàng)新能力，教學(xué)改革依然任重而道遠(yuǎn)。作為從事研究生培養(yǎng)工作的一線教育工作者，按照國(guó)家關(guān)于教育改革應(yīng)以提高質(zhì)量為核心的宗旨[8]。一切從實(shí)際出發(fā)，以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向做好研究生的教育教學(xué)工作，為國(guó)家培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的人才。圖2部分學(xué)生準(zhǔn)備的用于課堂討論的資料

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Exploration on teaching reform in course of advanced inorganic

synthesis chemistry under new situation

Qin Xiujuan， Tang Yongfu， Guo Wenfeng， Fan Yuqian

（College of Environment and Chemical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei 066004， China）

AbstractWith the deepening of postgraduate education reform，postgraduate course teaching has met with some new problems.In order to adapt to the change of the new situation，training high quality talents，this paper discusses the reform and practice of higher inorganic synthetic chemistry curriculum from the aspects of teaching content，teaching methods and means，and puts forward to ability training as the guide，to the curriculum reform of learning and promote teaching ideas.

Keywordsnew situation； advanced inorganic synthesis； teaching reform