金曉麗，陳卓華，劉小娣，蘭 青，黨萌菲，謝海泉，黨元林，柳文敏

(南陽師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

配位化學(xué)是無機化學(xué)領(lǐng)域中一個熱門的重要分支學(xué)科，并不斷和有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科相互融合，現(xiàn)已成為了各學(xué)科之間的樞紐[1]。但是由于配位化學(xué)的基本內(nèi)容固定且教學(xué)方式單一，難以達到預(yù)想的教學(xué)效果，這證明了該教學(xué)體系已不適用于當(dāng)今化學(xué)教學(xué)創(chuàng)新性理念[2]。所以如何在保證教學(xué)內(nèi)容的情況下培養(yǎng)出具有創(chuàng)新性思維的人才，是我們教育工作者應(yīng)該面臨和考慮的一項極其重要的課題。

目前，高等教育人數(shù)激增且知識構(gòu)成變化迅速，當(dāng)今社會對高等教育的需求已不滿足于傳統(tǒng)的教學(xué)手段[3]，高校教師應(yīng)該注重“教學(xué)”與“科研”的雙重發(fā)展。我們在教學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，通過將優(yōu)秀的科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源并帶到實際課堂中，可有效提高學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力。從配合物的合成、性質(zhì)研究及一系列表征實驗出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考和自主動手實驗，可加深他們對基礎(chǔ)概念的理解和掌握，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，可見這種教學(xué)方式達到了預(yù)想的育人功能。

1 配位化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)特點

配位化學(xué)是在化學(xué)本科專業(yè)學(xué)生修完無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等課程之后開設(shè)的一門專業(yè)選修課。本課程主要介紹配位化學(xué)的基本原理和知識，現(xiàn)代配位化學(xué)的新知識、新物質(zhì)、新領(lǐng)域、新成果、進展及趨勢。目前配位化學(xué)主要教學(xué)內(nèi)容分為三個級別，第一級別包括配合物的基礎(chǔ)概念、構(gòu)成、分類、命名規(guī)則，和配合物的幾種異構(gòu)現(xiàn)象，教學(xué)目的是使學(xué)生對配位化學(xué)形成一個初步認識，為后面深層次的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)；第二級別主要為配位化合物的價鍵理論和晶體場理論的要點及應(yīng)用，其中內(nèi)容繁雜且較為抽象，可與前面所學(xué)過的雜化軌道理論進行聯(lián)系和類比，根據(jù)學(xué)生接受程度靈活調(diào)整教學(xué)進度；第三級別主要介紹配位化學(xué)當(dāng)前在科研領(lǐng)域的進展，介紹相關(guān)實驗方法和大型儀器使用步驟，可以開闊學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到以下目標(biāo)：(1)培養(yǎng)學(xué)生掌握配位化學(xué)的基本知識、基本理論及研究任務(wù)；了解配位化學(xué)的新領(lǐng)域、新成果、新知識和未來的發(fā)展趨勢；了解配位化學(xué)與其他學(xué)科相互交叉、滲透和融合的特點。(2)使學(xué)生對配位化學(xué)的知識具有一定的系統(tǒng)性和覆蓋面，掌握理論與事實；培養(yǎng)學(xué)生運用先行課所學(xué)的理論知識來解決配位化學(xué)的實際問題；使學(xué)生了解配位化學(xué)的新領(lǐng)域、新知識和新成就，拓展和加深知識的層面和深度，培養(yǎng)學(xué)生不斷吸取新知識和新技術(shù)的能力；指導(dǎo)學(xué)生通過書面作業(yè)、查閱文獻等一系列科學(xué)方法解決日常生活、工作實踐、科學(xué)研究中遇到的難題，培養(yǎng)學(xué)生的反思研究能力、創(chuàng)新意識和科研素養(yǎng)。(3)教書與育人相結(jié)合，理論聯(lián)系實踐，注重實踐教學(xué)，采取啟發(fā)式教學(xué)，通過課堂問答，小組討論等形式，提高學(xué)生的認知能力和理解能力；培養(yǎng)學(xué)生具備團隊合作精神、愛崗敬業(yè)、艱苦奮斗的科學(xué)精神和實事求是的工作態(tài)度；培養(yǎng)學(xué)生積極向上、刻苦務(wù)實、實事求是和勇于創(chuàng)新的素質(zhì)。

總的來說，配位化學(xué)的教學(xué)形式為由淺入深、由表及里，在學(xué)生理解了基本概念和原理的基礎(chǔ)上，適當(dāng)引入前沿的科研知識，通過二者的協(xié)同作用讓學(xué)生更好地拓寬思路、開闊視野。

2 配位化學(xué)教學(xué)模式的改革

配位化學(xué)課程知識點繁多、內(nèi)容豐富，但課時少，傳統(tǒng)的教學(xué)方式不能讓學(xué)生很好地融會貫通。因此，教師們應(yīng)該合理利用有限的課堂時間，不單單是為了傳授知識，更應(yīng)該注重對解決問題和運用知識能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。在這門課的教學(xué)上，我們嘗試開展課堂講解和實驗研究兩個環(huán)節(jié)，對于不同類型的知識點采用不同的教學(xué)手段。類似于配合物的概念、結(jié)構(gòu)、命名等基礎(chǔ)理論知識，可以結(jié)合圖表、模型或多媒體動畫等手段，使抽象枯燥的知識變得更生動、容易理解，激發(fā)起學(xué)生對配合物學(xué)習(xí)的好奇心和積極性。對于配合物的合成、表征和應(yīng)用方面，可以將現(xiàn)有科研實驗融入教學(xué)，教會學(xué)生如何查找文獻，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識和獲取的資料自己設(shè)計實驗。讓學(xué)生在實驗實踐的過程中，了解配位化學(xué)在生活中、科研中的實際應(yīng)用，同時也可以加深對前面所學(xué)理論知識的理解[4]。

3 將“科教融合”理念融入配位化學(xué)教學(xué)

配位化學(xué)是一門以理論為基礎(chǔ)的學(xué)科，且其內(nèi)容較為穩(wěn)定，經(jīng)常無法很好地展示當(dāng)前學(xué)科研究進展，難以滿足素質(zhì)教育的要求[5]?！按龠M科教融合，提高育人質(zhì)量”是新時期國家對高校人才培養(yǎng)的重要指導(dǎo)思想[6]。如何實現(xiàn)科研成果反哺教學(xué)，對培養(yǎng)具有科技創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才意義重大。

3.1 學(xué)會查找文獻，主動獲取信息

教師在進行配位化學(xué)課程教學(xué)時，首先要結(jié)合自己的科研方向，向?qū)W生講述目前配位化學(xué)中的研究熱點和先進的研究成果，引起學(xué)生對科研和配位化學(xué)課程的興趣。例如，在將配位化學(xué)的發(fā)展簡史部分，可以給大家展示一篇最近發(fā)表于國際頂刊Science上的一篇論文，金屬有機配合物用于高效光催化還原CO2，將其作為實例進行課堂上的講解，通過教學(xué)使其得到轉(zhuǎn)化和升級，使學(xué)生了解配合物的前沿方向，學(xué)習(xí)興趣、獨立思維與專業(yè)思維能力得到激發(fā)。高水平的研究論文是研究成果的主要呈現(xiàn)形式，因此，在此過程中，教師應(yīng)教會學(xué)生如何查找文獻，通過不同的方式獲取本專業(yè)的專業(yè)知識。首先，需提供給學(xué)生查找文獻的網(wǎng)站，如中國知網(wǎng)、維普、萬方，以及查找外文文獻的SCI-HUB、Web of science、PubMed等。然后教會學(xué)生篩選文獻的方法，通過輸入不同的主題、關(guān)鍵詞、發(fā)表時間、作者等信息來獲取自己想要的文獻。這是一種不同于以往從書本獲取信息的方式，既開闊了學(xué)生的視野，也可為不久以后參與畢業(yè)設(shè)計課題打下堅實基礎(chǔ)。除此之外，對于教材的選擇，應(yīng)是以一本書作為主教材，輔以參考書、學(xué)術(shù)專著、工程案例等的結(jié)合，這樣才能滿足研究性教學(xué)的教學(xué)材料的開放性、先進性和研究性的特點，從而反映學(xué)科發(fā)展的前沿。

3.2 了解儀器使用，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析

實驗是科研和教學(xué)過程中很重要的一環(huán)，而諸多儀器尤其是大型儀器的使用是實驗過程必不可少的工具，教師在教學(xué)的過程應(yīng)教會學(xué)生規(guī)范使用大型儀器，在了解儀器原理的基礎(chǔ)上，進行實操。在講述配合物的結(jié)構(gòu)表征和測試時，引入單晶X-射線衍射、粉末X射線衍射、核磁共振、紫外-可見吸收光譜、振動光譜、差熱-熱量分析、紅外光譜等相關(guān)儀器的使用，以此來獲得配合物的組成、結(jié)構(gòu)式、原子之間的相互作用以及空間排列方式等相關(guān)信息。為了更加豐富教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生的科研興趣，可增加SHELXTL、XSHELL、DIAMOND等相關(guān)作圖軟件的教學(xué)，了解其在單晶結(jié)構(gòu)解析時的應(yīng)用，使抽象的結(jié)構(gòu)形象化，有助于學(xué)生接受和理解。同時，要重點講述儀器的注意事項，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識。例如，在講解用高壓反應(yīng)釜來制備配合物時，以中國科學(xué)院化學(xué)研究所發(fā)生由于學(xué)生操作不當(dāng)，反應(yīng)釜未冷卻就強行開啟，導(dǎo)致爆炸的安全事故為案例，對學(xué)生進行反應(yīng)釜操作的安全教育，以培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)知識以及注意安全行為，滿足高等教育快速、健康、可持續(xù)發(fā)展的需要。

3.3 自主設(shè)計實驗，培養(yǎng)科研思維

實驗教學(xué)是高校實踐教學(xué)的主要環(huán)節(jié)之一，是“科教融合”的重要載體，也是了解配位化學(xué)基本概念的一條基本途徑[7-8]。在教學(xué)的過程中，教師將相關(guān)領(lǐng)域的科研成果展示給學(xué)生，同時積極吸納有創(chuàng)新潛質(zhì)的學(xué)生參加教師的科研活動，為學(xué)生盡早接觸科研創(chuàng)造條件。在讓學(xué)生初步了解配合物和合成和表征方法之后，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)從文獻中獲取的信息和資料，嘗試自主設(shè)計合理的實驗方案。教師在對實驗方案進行改進和評價之后，引導(dǎo)學(xué)生動手做實驗，通過實驗來對理論課上所學(xué)的知識進行驗證，加深對配位化學(xué)知識的理解，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新思維，真正地做到理論和實踐相結(jié)合。同時將課題研究成果與學(xué)生申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽、大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽、專利申請、畢業(yè)論文設(shè)計等有機融合，推動大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果的轉(zhuǎn)化。

4 教學(xué)設(shè)計實例

基于以上“科教融合”在配位化學(xué)課程中認知，以“分子氮配合物”為例對教學(xué)設(shè)計過程加以介紹，具體如下：

4.1 教學(xué)分析

分子氮配合物是金屬有機化合物的核心內(nèi)容，同時也是π配體配合物和固氮酶等后續(xù)內(nèi)容的理論基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生對N2分子化學(xué)鍵、固氮概念以及無機化學(xué)課程中的分子軌道理論的內(nèi)容已經(jīng)進行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對金屬羰基配合物的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵已有初步認識，這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

4.2 教學(xué)重難點

根據(jù)學(xué)情確定本節(jié)課的教學(xué)重點為掌握分子氮配合物的結(jié)構(gòu)特點和固氮應(yīng)用。教學(xué)難點為理解分子氮配合物的化學(xué)鍵。

4.3 教學(xué)過程

具體教學(xué)過程分為以下四個環(huán)節(jié)：(1)首先教師通過學(xué)習(xí)通發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)：①查閱文獻，了解什么是固氮，目前固氮的方法有哪些以及在什么條件進行的，并在下一節(jié)課進行PPT匯報。②復(fù)習(xí)羰基配合物的結(jié)構(gòu)特點和N2分子的化學(xué)鍵，通過學(xué)習(xí)任務(wù)使學(xué)生明確預(yù)習(xí)重點和學(xué)習(xí)目標(biāo)等。(2)學(xué)生通過學(xué)習(xí)通自主完成教師發(fā)布的任務(wù)。采用任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法來激發(fā)學(xué)生主動利用工具查閱相關(guān)中英文文獻了解分子氮配合物的結(jié)構(gòu)特點和固氮應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生有意識地對學(xué)習(xí)過程中各個階段進行計劃和調(diào)節(jié)的能力。(3)講解互動，也是最重要的一個環(huán)節(jié)。首先是創(chuàng)設(shè)情景，由實際生活實例“氮肥是需求最大的一種肥料，是通過合成氨的途徑來制備的”來引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。接著學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容進行匯報，總結(jié)出目前工業(yè)上最常用的固氮方法是哈伯法，哈伯法的弊端是反應(yīng)條件苛刻，需要很龐大和復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，引導(dǎo)學(xué)生意識到常溫常壓下人工固氮的重要性。根據(jù)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)結(jié)果，得出目前在溫和條件下進行人工固氮的方法之一是形成分子氮配合物。在這個基礎(chǔ)上設(shè)計問題：什么是分子氮配合物以及它是如何固氮的呢？讓學(xué)生主動對新的概念原理進行建構(gòu)，引入新知。在接下來的講授過程中，針對分子氮配合物的化學(xué)鍵這一教學(xué)難點，利用信息化教學(xué)手段進行互動，應(yīng)用DIAMOND等軟件輔助課堂教學(xué)，通過繪制典型的分子氮配合物的晶體結(jié)構(gòu)幫助學(xué)生更加直觀地理解分子氮配位模式、鍵長、鍵角等，在活躍的課堂氣氛中學(xué)習(xí)知識，突破難點。本節(jié)課的重點為分子氮配合物的應(yīng)用，積極將“科教融合”理念融入教學(xué)中，將科學(xué)家針對常溫常壓下進行人工固氮所做的努力和取得的成果進行展示和講解，讓學(xué)生對分子氮配合物的了解不僅僅停留在書本，而是能通過課堂開闊視野，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。(4)布置課下學(xué)習(xí)任務(wù)，同時鼓勵學(xué)生進入實驗室嘗試自己動手操作文獻中的實驗，并在此基礎(chǔ)上加以改進和創(chuàng)新，讓學(xué)生在實踐中鞏固理論知識，在探索中了解配合物的實際應(yīng)用。

4.4 教改結(jié)果

通過此教學(xué)改革的嘗試，我們明顯觀察到學(xué)生學(xué)習(xí)配位化學(xué)的積極性提高，很多曾經(jīng)課堂參與感不強的同學(xué)也都逐漸主動發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，與傳統(tǒng)的單純知識講授的教學(xué)模式相比，“科教融合”使學(xué)生不再只為了通過考試應(yīng)付課程，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動地獲取知識，可見這種教學(xué)模式的改革可以達到我們預(yù)想的效果。

5 結(jié) 語

深化教育改革創(chuàng)新是我國當(dāng)前高等教育改革發(fā)展的必由之路，將“科教融合”理念融入高校課堂教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識來解決實際問題、不斷改善育人環(huán)境、提高科研水平、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。未來，如何做好“科教融合”評估是一個全新的課題，各高校還需進一步加強聯(lián)系，建立合理的融合效果評估體系，推動實施符合我國國情的“科教融合”新模式。