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无机化学课程在高校地球化学专业中的教学探讨

来源:教育教学论坛     2019-3-11 20:31:44      点击:

李文霞 路远发 吴越

摘要:无机化学课程作为地球化学专业的基础课程,是建立地球化学专业人才知识结构和能力水平的基石。在授课过程中,以扎实基础理论、解决生活实际问题和激发学生专业兴趣为目的,通过穿针引线、旁征博引和因势利导的教学方式,使地球化学专业的学生能够更好地掌握基础理论,提高专业素养,进而成长为高水平的地质专业人才。

关键词:地球化学;无机化学;教学

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2018)44-0174-02

地球化学是地球科学的重要分支学科之一,顾名思义,地球化学就是地球的化学,它是研究地球(包括部分天体)的化学组成、化学作用及化学演化的学科,是地学和化学边缘杂交的产物[1],是建立地球化学专业人才知识结构和能力水平的基石。由于地球化学是地质学与化学的交叉学科,那么化学课程无疑是地球化学的基础。化学相关课程作为石油、地质类院校地球化学专业开设的一门重要专业基础课,如何有效地教学,激发学生的学习兴趣,使其在学习这一专业基础课的同时,对地球化学专业有所了解,培养对本专业的忠诚度,是值得探讨的问题。目前,长江大学地球化学专业开设的化学类专业基础课之一为无机化学,下面谈谈本人在无机化学教学过程中的一些尝试和心得。

一、穿针引线,融会贯通,扎实基础理论知识

无机化学涉及的知识面广,内容多,包括大量抽象理论、公式和原理。学生在学习过程中,需要花大量时间掌握。实际上,很多知识之间存在着联系。只要学生扎实掌握了基本概念和原理,教师在讲课过程中起到穿针引线的作用,便可达到融会贯通的目的。以平衡常数K为例,第一次接触这个概念是在化学平衡及其移动部分:在一定条件下,任何一个可逆反应达到平衡时,系统内各物质的浓度(或分压)以反应方程式中化学计量数为指数的幂的乘积为一常数。由于该常数是由实验获得的,故称为实验平衡常数。将相对平衡浓度(相对平衡分压)引入到实验平衡常数中,便得到常用的标准平衡常数Kθ[2]。学生一旦在首次接触平衡常数时就扎实掌握,那么对于后续章节,如酸碱平衡的解离常数(酸碱水溶液中解离的标准平衡常数),沉淀—溶解平衡的溶度积常数(难溶电解质在其饱和溶液中达到沉淀-溶解平衡的标准平衡常数),配位化合物的稳定常数(配位反应的标准平衡常数)等便可以很好的理解和把握。通过这种学生打好基础、教师穿针引线的方法,不但可以使学生将大量知识内容串联起来,便于掌握,使内容看起来没有那么繁多,还可以节省大量时间和精力。

二、旁征博引,学以致用,解决生活实际问题

在学习无机化学的过程中,学生经常感觉内容枯燥,不易提起学习兴趣。因而在讲课过程中,由浅入深,理论联系实际就尤为重要。将课本内容与生活现象、社会时事和科学前沿结合起来,既可以激发学习兴趣,也可以达到学以致用的目的。介绍熵增原理时,可以将古语“由俭入奢易,由奢入俭难”作为引子,来阐述在没有外力作用下,事物都有向混乱度增大(也就是熵增大)的方向变化的趋势,俭朴的生活要自我约束才能做到。同样,想把某个东西变得更好、更有序,就要对它做功。比如,要成就一番事业,就要加倍努力,付出多于常人;要保持好的身材,就要不断地健身和控制饮食;要做个有修养、有气度的人,就要时刻注意自己的言行,不断地修为。以上都是不同形式的做功。拓展了这些内容,使同学深刻理解知识点的同时,进一步明白“只有付出,才会有收获”这一道理。将教学内容与社会热点相结合,也可以调动学生的学习热情。如目前雾霾已经成为城市大气污染的一个主要方面,雾霾作为一个分散系统,其组成成分、危害性、监测方法和防治方法等,都可以引导同学关注。这些内容的引入,使同学获得相关知识的同时,关注社会时事和热点,不因在校学习而脱离社会,在一定程度上,也有助于培养大学生的社会责任感。同时,一些长期以来悬而未决的化学问题也是年轻大学生的兴趣点,如姆佩巴效应的发现及研究过程[3],很多同学就非常好奇。该实验操作起来相对容易,同学们利用课余时间就可以自己动手还原这一过程,可以用不同的物质来验证姆佩巴效应,在寓学于乐的过程中培养青年人的探索精神。另外,在讲授玻尔理论时,正值诺贝尔奖发布时间,借机向同学介绍诺贝尔物理学奖和化学奖获奖人及其成果,使同学在了解最新科學前沿的同时,对科学研究工作产生浓厚的兴趣。

三、因势利导,渗透专业知识,激发学生专业兴趣

地球化学是研究“地球的化学”的一门科学,从事地球化学专业的实际工作和研究主要依赖于化学学科的理论和方法,溶解-沉淀反应、酸碱理论、氧化-还原反应、置换反应、气体、溶液、相体系等化学理论广泛应用于地球化学专业的各个方向:如硫化物矿床的次生富集带的研究涉及了置换反应,流体包裹体的研究主要以理想气体状态方程、溶液、相体系等化学知识为理论基础,岩石学的研究主要涉及元素性质等方面的知识。因而,化学基础知识对于后续专业课程的学习尤为重要。而同学在学习化学课程的时候,并不清楚课程和专业之间的联系,对专业的意义在哪里。这时,就需要老师在授课过程中,利用有利的时机,将化学知识与地球化学专业联系起来,向同学渗透专业知识,培养用化学理论和方法解决地质问题的专业思维方式,进而激发学生对本专业的学习热情。具体来说,在讲到反应速率这章中的一级反应时,适当渗透同位素地球化学中的年代学内容。同位素地质年代学是同位素地球化学的一个重要分支,它是根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成时间和地质事件发生的时代,来研究地球和行星物质的形成历史和演化规律的。同位素地质年代的测定基于元素放射性衰变定律,而衰变定律正是化学反应速率中的一级反应,换言之,一级反应是同位素地质年代学的理论基础。因此,借讲授一级反应这一知识点时,将同位素测年的知识融入进来,使所学知识用到实处,更能激发学习热情。同时,年代学涉及的一级反应得到的年龄结果大多是以百万年(Ma)计的,使同学了解地球的年龄、地质事件发生的时间,从而意识到自然的伟大,人类的渺小,对自然资源、环境要有敬畏之心,珍惜之意。酸碱平衡中溶液酸度的计算可以计算地表水的pH值。以石灰岩发育地区为例:该地区地表水(H2O)的特点是与大气(CO2)接触并与石灰岩(CaCO3)反应,反应方程式为:CaCO3+H2O+CO2?葑Ca2++2HCO3-,该反应控制着地表方解石的溶解和沉淀,式中又暗含着P(CO2)的控制作用,这与体系所处的压力有关。当氢离子(H+)浓度增加时,平衡向右移动,即石灰岩(CaCO3)溶解,石灰岩地区的溶蚀地形就是这样形成的;相反,氢离子(H+)浓度降低时,即pH值增大,则平衡向左移动,方解石沉淀,形成石笋、钟乳石等。反应达平衡时,经溶液酸度的计算可得石灰岩发育地区地表水(同时与大气接触)pH=8.4,为碱性溶液[4]。氧化还原反应是地壳中最常见的水-岩化学作用类型之一。氧化反应实际上是电子转移的反应。如铁的硫化物发生氧化时,在水的参与下,二价铁离子失去一个电子被氧化成三价铁离子,氧接受电子由原子态转变为负二价离子:3Fe2S+8.5O2+3H2O=2Fe3O4+3H2SO4。氧化反应形成了硫酸,而酸的存在可以进一步加速岩石的氧化。

以上这些,都是将专业知识引入到化学课程的实例,使同学了解化学知识的专业应用,学习不再盲目,也有利于对地球化学专业的了解。

总之,通过教学实践,笔者认为对于地球化学专业的化学类基础课,无论是无机化学,还是其他基础化学的教学,都应本着扎实基础、学以致用和结合专业的原则,使学生真正认识到这些基础课程的现实作用和对后续课程的重要意义。在教师积极引导下,尽早了解自己所学专业,激发专业兴趣,发挥学习的主观能动性,实现教与学的和谐统一,达到良好教学效果的同时,有利于提高学生的专业素养,为将来的科研和实际生产奠定坚实的专业基础。

参考文献:

[1]中国科学院地球化学教研所.高等地球化学[M].北京:科学出版社,1998.

[2]大连理工大学无机化学教研室.无机化学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3]胡锡晟.“姆佩姆巴效應”的启示[J].发明与创新(综合版),2009,(9):1.

[4]赵伦山,张本仁.地球化学[M].北京:地质出版社,1988.

Abstract:Inorganic Chemistry is a professional course for geochemical undergraduates. The object of the teaching is to make students master basic theory,solve practical problems and stimulate professional interest. In the course of teaching,the author linked similar knowledge,cited from various sources and made the best use of the chance to introduce some professional concepts,which could help undergraduates to be the excellent geological workers.

Key words:geochemistry;inorganic chemistry;teaching


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