无机化学教学中科研前沿的渗透的作用

第40卷第21期2012年11月广州化工

Guangzhou Chemical Industry Vol. 40No. 21November. 2012

无机化学教学中科研前沿的渗透的作用

王晓玲，鲍

霞，陈永红

淮南232001）

*

（淮南师范学院化学与化工系，安徽

摘

要：在无机化学教学中，调动学生的兴趣和积极性具有非常重要的意义。通过在教学中渗透科研前沿，让学生了解无

机化学最新研究领域的发展，可以激发学生的求知欲，变被动接受为主动学习，培养学生自主学习的能力，增强教学效果。

关键词：无机化学；科研；前沿；教学中图分类号：G642. 0

文献标识码：A

文章编号：1001－9677（2012）21－0143－03

Effects of Advancing Topics in Scientific Research

on Inorganic Chemistry Teaching *

WANG Xiao －ling ，BAO Xia ，CHEN Yong －hong

（Department of Chemistry and Chemical Engineering ，Huainan Normal University ，Anhui Huainan 232001，China ）Abstract ：It's very important to arouse the interest and enthusiasm in students in inorganic chemistry teaching. By in-troducing the advancing topics in scientific research ，students can know the newest development in the fields of inorganic chemistry ，and their desire for knowledge can be inflamed ，thus ，they would learn proactively instead of passively. Sequentially ，their independent studying ability can be developed ，and the effective teaching can be raised.

Key words ：Inorganic Chemistry ；advancing topic ；scientific research ；teaching

无机化学是各高等院校化学化工类专业学生的第一门专业基础课程，是大学化学的入门课程，也是生物学、材料科学、医学、药学等相关专业的一门专业必修课，其内容抽象，理论性强，学生往往有畏难情绪。无机化学教学面临的对象是刚刚入校的大学一年级学生，正处于从高中的学习模式向大学的学习模式过程中。因此，无机化学课程是一门承前启后的课程，该课程的教学模式对学生能否适应大学的学习以及学生的能动能力和科学思维方式的培养起着至关重要的作用。实践表明适当讲解关于无机化学在新领域研究过程中的前沿内容，对于提高学生学习无机化学的兴趣具有重要作用。

当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立，因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合，同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉；无机固体化学是十分活跃的新兴学；“超碳时代”开辟了21世纪无机化学研究的新领域等。为科

了促进无机化学的教学工作，激发学生学习无机化学的兴趣，教学过程中渗入一些无机化学的前沿研究领域是非常必要的。

记载的配合物是18世纪初用作颜料的普鲁士蓝。1893年瑞士化学家韦尔纳首先提出这类化合物的正确化学式及配位理论，因此获得了1913年的诺贝尔化学奖，被称为“配位化学之

。配位化学的应用领域很广，主要包括金属的提取和分离、父”

催化、化学分析、生物化学、医学等。通常有三种理论对配位化学进行解释，即价键理论、晶体场理论和分子轨道理论，当前应用最广泛的是分子轨道理论。随着分析、合成技术的不断发展，配位化学目前已经渗透到有机化学、分析化学、物理化学、生物化学和材料化学等领域，这些交叉领域一方面推动和发展了配位化学基础理论；另一方面其研究成果也被广泛应用于催化工业、生物模拟过程、功能新材料等诸多领域。其中分子纳米磁性材料已成为了配位化学的一个崭新的前沿研究方向，分子纳米磁性材料是纳米领域的新型材料，主要包括单分子磁体（single －molecular magnets ，SMMs ）和单链磁体（single －chain magnets ，SCMs ），其在阻塞温度下能够表现出磁化的量子隧道效应和缓慢的磁弛豫现象，因此有望应用于高密度的信

［1－2］

。息存储材料和作为量子点（qubit ）用于量子计算

配位化学前沿知识在教学中的应用可谓丰富多彩。在原子结构、分子结构、晶体结构、配位化合物等章节中，可以向学生介绍相关的前沿知识，加深学生对配位理论和配位键的理解。比如，向学生介绍新型配合物特别是新型分子纳米磁体的基础无机合成、结构研究以及性质应用方面取得的成果，丰富了配位键的内涵，加深了同学们对配位键的理解和认识，介绍配合物在新型材料尤其是纳米领域新材料中取得的成果，会使

1配位化学

配位化学是现代无机化学中一门非常重要的边沿学科，它所研究的主要对象为配位化合物。配位化合物是金属的原子或离子与无机、有机离子或分子相互反应形成的化合物，最早有

*

基金项目：安徽教育厅自然科学研究基金（No ：KJ2012B174）；淮南师范学院博士基金。作者简介：王晓玲（1982－），女，讲师，主要从事无机化学方面的教学与研究。

得枯燥的配位理论讲解有了鲜活的例证做补充，开阔了学生的眼界，调动了学生的积极性；另外，在讲解配位化合物部分时，向学生讲述我国科学家在配位领域取得的科研成果，激发同学们的爱国热情和对化学学习的兴趣。

2无机固体化学

在现代化学中，无机固体化学已发展成为一门重要的交叉学科，它是以无机化学、固体物理和晶体结构的理论和实验为基础，实现了在原子水平上研究材料的组成、结构和性能的关系。研究内容涉及固相中的化学反应、晶体的合成和生长、固体的组成和结构、固体的表面化学等，目标在于探索无机固体物质作为新材料应用的可能性。固体材料是现代人们生活和生产必需的物质基础，从现代科学观来看，一种新固态化合物的制得及其特性的发现，往往导致一个新的科技领域的产生，甚至一个崭新工业的兴起。例如，对红外光透明度比硅玻璃大数百倍的多元氟化物玻璃纤维的研制成功，把光纤通讯的距离延长到数千公里，其效果将和空间卫星相比拟。无机固体化学在新材料领域的一个重要研究内容就是超导材料。1911年荷兰物理学家昂尼斯发现金属汞在4. 2K 温度下具有零电阻的特性，这就是超导现象，昂尼斯因此获得了1913年的诺贝尔物理学［3］

奖．为了实现超导材料的应用，人们一直在探索提高临界温度的高温超导材料，直到1986年高温超导体的研究才取得了重大的突破，美国科学家柏诺兹和缪勒发现钡镧铜氧化物在35K 时显示超导性。这一发现开辟了陶瓷超导研究的新思路。他们因此获得了1987年诺贝尔物理学奖，并掀起了以寻找高

。在此启发下，美国、日临界温度超导体为目标的“超导热”

本、中国的科学家都参与了这场竞赛，做出了自己的贡献，目前氧化物超导材料的临界温度已提高到了160K 左右。2008年

——二硼化镁，研究发现其日本科学家宣布发现了新型超导体—

临界转变温度达90K ，二硼化镁超导体的发现，使简单化合物超导体研究重新受到关注，对于开发新型的高温超导材料具有重大的理论意义。超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。在低碳环保日益成为社会发展主流的今天，超导材料的研究显得越发重要和意义非凡。

在教学过程中，主要是在元素部分介绍无机固体化学研究的这一前沿领域，激发同学们学习无机化学的兴趣。比如在硼元素一节中，向学生介绍超导材料中的二硼化镁的发现、结构、应用和意义，不仅使同学们了解了这种新型超导材料的性质和特点，加深对于硼元素的结构与性质的认知，而且培养了学生们的环保理念，一举数得；在稀土元素部分，向学生介绍稀土超导材料Ba －Y －Cu －O ，不仅可以加深学生对陌生的稀土元素的认识，还可以增加学生对稀土元素重要性质及应用的认知，这样会使枯燥的元素的学习变得丰富多彩。

［5－6］

。碳纳米管又名巴基的高度关注，即碳纳米管和石墨烯

管，是1991年日本NEC 公司电镜专家饭岛澄男（Ijima ）在高分辨透射电子显微镜下意外发现的，它具有典型的层状中空结构特征，由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值，如：其独特的结构是理想的一维模型材料；巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6；同时它还有望用作为分子导线，纳米半导体材料，催化剂载体，分子吸收剂和近场发射材料等。科学家们还预测碳纳米管将成为21世纪最有前途的纳米材料，目前碳纳米化学方兴未艾，内容丰富，前景诱人。通过对碳纳米管的研究，必然带动相应学科的发展。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是2004年英国曼彻斯特大学的Andre K．Geim 等成功从石墨中分离出来的，是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，目前世上电阻率最小的材料，因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

在教学过程中，比如在学习碳族元素时，介绍富勒烯、石墨烯、碳纳米管等碳的新材料在现实生活中的应用，会使学生对这一前沿研究领域有更为直接和感性的认识，有利于引发学生的好奇心和求知欲，从而对无机化学产生更浓厚的兴趣；在原子结构一章时讲授富勒烯的结构、碳纳米管、石墨烯等相关知识，把理论中的原子结构化学键与当前无机化学前沿领域结合起来，有助于引起学生们的学习兴趣和对科研工作的向往。不仅取得了很好的教学效果，而且对于培养学生的科研兴趣和好奇心意义重大。

4新能源材料

3无机碳化学

继金刚石、石墨外，科学家们又发现了以新的单质形态存

［4］

在的碳单质一富勒烯，其中比较重要的C60，它是由60个碳原子组成的具有美学对称性的足球状分子，富勒烯C60以其独特的结构和理化性质，使其在化学、物理、材料、医药、微电子等领域产生了深远影响，在超导、太阳能电池、纳米电子器件、催化及生物等应用方面显示出诱人前景，现在富勒烯已在电子器件、功能塑料、电解质和医药等方面得到实际应用。不久之后还将诞生非金属电缆、非金属电路板等富勒烯产品。事实上，在富勒烯之后还有两种结构的碳材料引起了世界范围内

能源与人类社会的生存与发展休戚相关，人类的生产、生活离不开能源，同时人类社会也总是随着人类利用能源的方式的转变而不断地进步和发展，而能源短缺、环境污染等问题愈来愈严重，开发清洁、高效的新能源材料已十分紧迫。新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，新能源材料领域的一个研究热点是锂离子电

［7］

池材料，锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。1970年代埃克森的M. S. Whittingham 采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。锂离子动力电池的研究具有重大的意义和潜在的应用价值，比如，锂动力电池可以使用在便携式设备、卫星、储备电源、电动汽车等各种领域，具有替代各种二次电源的潜力，具有广阔的前景。目前锂动力电池最热门的应用是电动汽车。当前许多世界著名汽车厂商都致力于开发纯电动汽车（EV ）及混合动力汽车（HEV ），而大部分采用的是锂动力电池，特别是我国863新能源汽车重大专项的实施，更是把我国的锂动力电池行业推向了行业前沿，为锂动力电池展开了广阔的市场前景。除了民用领域，在航天及军事应用中，锂动力电池也有广阔的前景。锂离子电池一直被称为第三代航天电源，世界各国都对锂离子电池在空间领域的应用进行了研究和评估，NASA 、ESA 、JAXA 都已经进行了多年的工作，并由英国在STRV －1d 小型卫星上首先使用了锂离子电池作为贮能电源。我国在2008年发射的神七伴星也采用了锂离子电池作为贮能电源。目前，全世界已经有20多颗卫星采用了锂离子

（下转第175页）

2改变讲授教学，运用多种方式教学

化工专业英语知识单调，枯燥无味，而传统的教学方式以老师教师讲为主，学生只是被动地听，教学效果不理想。为使学生更主动参与到学习中来，我们采取了如下措施：

（1）引导学生思考，使学生主动学习。课堂上我们不是一味地讲解，而是经常提出一些问题，启发学生先对课文进行思考，老师再给出答案，使学生更明白化工专业英语的规律。例如，在对化合物的命名法教学中，要使学生明白化学命名的构词规律，先给出下面这些单词“ethane 、ethene 、ethyne 、etha-，分别是“乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙醛”的nol 、ethanal ”

命名，让学生观察思考这些命名的规律，从中发现，只要将烷烃后缀“ane ”改为“ene 、yne 、ol 、al ”就可命名为“烯、

。这样，学生通过逻辑思维获得的命名知识，与单炔、醇、醛”

纯、被动地接受老师讲的一些现成的条条框框比较，更易被接受，记得更牢。既能快速学会命名，又能较短的时间内大大增加专业词汇量。这样学生既能积极主动思维，又学得更快、更轻松。

（2）创造专业英语的应用环境，实现教学互动。在教学

，尽过程中，我们改“以老师为中心”变为“以学生为中心”

量使每一位同学都积极参与到教学之中。课堂中，鼓励英语基础好的同学主动去讲一节专业英语课。讲堂前，要求与老师一起好好备课。课堂中，让听课学生对讲课学生提出问题，并对讲课学生讲课质量进行考评。使学生都能积极主动参与到学习中，既能快速学好专业英语，又能锻炼学生能力。为提高应用能力，我们还经常要求学生用英语设计实验，完成实验报告。通过这些教学，使学生在化工专业英语上的读、说、听、写、译的语言综合技能得到训练和提高。

（3）运用现代化多媒体教学手段。化工专业英语学时少，

要想在短时间内给学生传授大量信息，必须在教学手段上进行改革。多媒体教学可以使文字材料在屏幕上快速展现，能在短时间内展示大量信息，为学生的课堂参与赢得了时间。同时，多媒体教学中，字体颜色不断变化，图像丰富多彩，某些科技现象和流程可以用动画形象逼真演示出来，更能为学生提供眼、耳等感官刺激，学生在丰富的图片、动画、文字、声音等多媒体的刺激下，思维更活跃，更容易理解、接受课堂内容，

［2－3］

。利用多媒体教学，可以教学质量就可以得到相应的提高

充实教学内容，活跃课堂气氛，促进师生交流，提高学生的兴趣与积极性，改善教学效果。

3结语

对于从事化工的技术人员，化工专业英语越来越重要，化工专业英语的教学及其改革也越来越受到关注。我们研究了以往学生学习该课程的学习规律和兴趣，以增强学生的学习热情为目的，不断改革和创新教学方法，使学生认识到该课程的重要性，改变以往的“老师主动讲述”为“学生的主动参与”的教学方式，促进教师和学生之间的互动，在教学中运用现代化的手段。通过这些探索和改革，提高了学生的学习积极性和自觉性，提高了教学效率和教学质量，为以后的化工专业英语教学和改革打下了良好的基础。

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檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵

（上接第144页）

电池作为贮能电源，计划采用锂离子电池的有10多颗，而随

着锂离子电池的材料和技术的成熟，将会有更多的航天器采用锂离子电池作为贮能电源。而在军事应用领域，美国、法国等军事强国已经在水下蛙人运载器、水下机器人、水下无人运载器（UUV ）、鱼雷训练用操雷等军事设备上应用了锂动力电池，并且正在不断推广中。

在实际教学中，新能源材料的前沿知识可以在绪论中向学生简要介绍，让学生们了解这一无机化学的前沿研究领域，引起了同学们对无机化学的兴趣；在讲述原电池章节时，向学生介绍锂离子电池的原理及应用价值，不仅有助于加深学生对原电池的理解，而且会使学生明白原电池的巨大作用，让他们感触到无机化学在实际生活中的重要地位，取得了良好的教学效果。

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