中级无机化学课程和教材建设

中级无机化学课程和教材建设
摘要：本文全面介绍西北大学实行无机化学分段教学，建设“中级无机化学”国家精品课程，编写出版颇具特色的教材的成果。

通过二十多年来的努力，该校的“中级无机化学”课程和《中级无机化学》教材已在全国产生了很强的影响和示范作用。

关键词：中级无机化学；国家精品课程；教材
一、开设中级无机化学课程是学科发展的需要
无机化学作为重要的化学分支学科，涉及周期表的100多个元素和数以万计的化合物，并渗透到化学学科内、外许多相关学科，产生了生物无机化学、无机固体化学、金属有机化学等新领域和新知识。

即使是无机元素化学本身的研究和教学也正在从描述向推理、定性向定量、宏观向微观发展。

结构化学理论、配位场理论、金属－金属键理论、主－客体化学结合理论等无机化学理论知识的发展，使得无机化学领域增添了丰富、新颖的内容。

随着高新技术的发展，无机化学的应用也得到极大扩展，特别是过渡元素化学、稀土元素化学、无机固体化学、无机材料化学等都得到了新的发展。

随着发展高科技、实现产业化的国际性潮流，无机化学以主角之一的身份登上了当代世界科技舞台。

所以无机化学成为化学教育的主流课程，成了科技历史发展的必然。

在传统的课程体系中，无机化学是化学系本科生的第一门化学基础课，也是一门专业课，其重要地位毋庸置疑。

但许多老师深有体会，它也是一门最难教的课，而学生对此课感兴趣的却并不多。

这种局面显然与无机化学本身的特点有关。

同其他化学学科相比，无机化学的内容繁多、体系庞杂。

说它内容繁多是因为无机化学研究周期表中的所有元素和除了烃和烃的衍生物以外的所有化合物。

因此无机化学的教学涉及的内容广泛，材料繁多，对于初入学的大学一年级学生势必感到负担猛增，难以负荷。

说它体系庞杂，是指元素与化合物之间存在的规律性较差，虽有周期表可以帮助梳理一下，但其间不合周期律的例子比比皆是。

纯粹描述性的无机化学本来就很不好教，而化学系传统的不合理教学计划和安排更使其雪上加霜。

我国传统的理科化学系本科各专业的教学计划是按无机化学、分析化学(包括化学分析和仪器分析)、有机化学、物理化学(包括物理化学和结构化学)开设基础课，无机化学教学在大学一年级一次性完成。

这种传统的、延续了数十年的安排对我国理科化学系学生的知识结构的建立产生了一定程度的不利影响，是影响我国无机化学学术水平的硬伤。

无机化学的教学不到位是一个不争的事实。

1一年级的学生只具有高中化学打下的一点点薄弱的化学基础。

讲讲四大平衡之类的普通化学还可以，但要讲好元素化学确实难上加难，“欲深不能，欲浅不忍”。

教师讲课经常是“躲躲闪闪，吞吞吐吐”，而学生感觉老师像是在开中药铺，只有事实没有理论，“存在、制备、性质、用途”，无机化学就像是“无理化学”，只好死记硬背。

即使老师尽最大努力设法作点理论解释说明，但由于缺乏应有的基础，学生似懂非懂，对老师的努力并不认可。

2无机化学本身也像其他化学学科一样，“老树新枝”，在20世纪获得了迅速发展。

无机化学不再是经验性的纯粹描述性的学科，而是已发展成既有自己理论体系又有精密定量研究方法的现代化化学学科。

而且它与其他学科的结合与渗透，生长出许多新的分支学科，它已长成了枝繁叶茂的一棵大树，绝不是学生脑海中的“陈旧落后”的学科。

可是要让学生真正了解现代无机化学的概貌，只在一年级开设一门无机化学是绝对办不到的。

3众所周知，学科知识是互为基础的。

但由于无机化学的教学是安排在一年级一次性完成，其他课程还没有开始。

这样一来，无机化学需要的作为基础的有关物理化学、结构化学、有机化学及实验化学的基本知识没有来源，结果只好在大学一年级的无机化学中讲授一些不该由自己承担的内容(如原子结构和分子结构理论，一些物理化学、有机化学和实验化学的基本知识)，而对应该由自己讲授的一些无机化学的基本内容却因学生的基础和学时的限制而舍弃。

结果是无机化学对自己的教学显得不足。

4从教育学原理或是认知心理学角度讲，无机化学的“毕其功于一役”的做法也是不妥的。

学习不可能一步到位，应该分阶段、分层次地循序渐进。

因此，需要打破旧传统，建立新的课程结构体系。

从20世纪90年代开始，国内许多院校就开始了无机化学新课程结构体系的教学改革探索，从专题介绍到整体讲授，先后在大学高年级开出“无机化学新兴领域导论”、“理论无机化学”、“无机化学选读”等较高层次的无机化学课程。

做法虽然各不相同，但都使无机化学的教学质量有了很大提高。

不过，在整体化学教学计划和课程结构中，无机化学教学在理论上和实践上都还没有得到很好解决。

在化学一级学科中，无机化学这个二级学科没有应有的地位。

西北大学化学系自1988年开始在全国较早实施无机化学课程分段教学，其做法一直坚持至今。

在大一，开设“基础无机化学”，完成为整个化学学科打基础
的先导任务；在大三，开设“中级无机化学”新课程，完成无机化学的教学任务(此时的学生已具备了物理化学、结构化学、有机化学、分析化学等前导课程的知识基础)。

中级无机化学课程的总体改革，除了要把握住中级无机化学在无机化学中的地位、选择的内容应反映无机化学学科发展的现状之外，还要把握住中级无机化学在化学学科整体教学计划中的准确位置。

在课堂教学中，体现“结构一反应一性能”一体化的讲授主线，全面介绍无机化学近几十年来的新发展。

根据课程要求对讲授的内容作精心的选择、创造性的组织和深入浅出的介绍，以启迪学生，使其具有创造性思维。

这样的中级无机化学课程既能真正讲授无机化学本身内容，又能用结构化学、热力学和反应理论来统一阐述无机元素化学，更便于新知识和新领域的介绍。

二、恰当定位，构建中级无机化学课程
“中级无机化学”课程面对的是学完了一些基础课的高年级学生，其目标应该是尽量运用先行课所学的理论知识来解决无机化学的实际问题，它在理论上应有一定的高度。

经过十多年的教学探索，我们确立的“中级无机化学”的“位”就是在基础无机化学、有机化学、化学分析、仪器分析、物理化学、结构化学等的基础上所要完成的无机化学教学。

中级无机化学课程的指导思想是：该课程是基础必修课程，应有讲授内容的系统性；该课程有基础无机化学、结构化学、物理化学等先行课程作为基础，除有必要讲授少量理论化学内容之外，更多的是利用前导课的知识突出其在无机化学中的应用；元素化学是该课程讲授的纲和基本内容，但与基础无机化学或普通化学既要有内容的分工，又要有讲授方法的区别；热力学应用贯穿元素无机化学的始终；增添无机化学新概念、新知识介绍。

在上述指导思想下我们构建了中级无机化学的课程体系。

1设专章和灵活穿插介绍现代无机化学重要理论。

在课程的开篇选择性地介绍了一些原子结构理论、原子参数、改进的Slater规则、基团电负性、共价键理论、键参数与分子构型、分子的对称性和群的基础知识、多原子分子的分子轨道法处理等，既是对先行课所学的理论知识的复习，又为课程后面处理一些复杂配合物准备了知识条件。

配位场理论已在结构化学中有了介绍，中级无机化学除作适当扩展外，主要是应用配位场理论处理无机化学中的实际问题。

过渡金属离子及其配合物的丰富颜色是过渡元素的显著特征，而电子光谱的理论又是配位场理论最重要的应用，中级无机化学在有关章节特别安排了光谱选律、Orgel图和T-S图的介绍及无机
物光谱的指派。

还使用相对论性效应解释惰性电子对效应等。

中级无机化学在处理这些内容时既介绍了这些理论但又未赘述这些理论，重点是引出这些理论的结论及其在无机化学中的应用，能做到举重若轻。

2热力学在无机化学中的应用则贯穿于“中级无机化学”的始终。

课程引导学生将宏观热力学数据与微观的结构因素联系起来，通过晶格能的计算、玻恩一哈伯热化学循环的设计、计算化合物的标准生成焓来预测和判断化合物的稳定性，用交换能来解释过渡元素的特殊价层电子构型，用对水化能的能量分解得出静电作用是水化能的主要能量贡献项，从而说明Cu2+在水溶液中比Cu+更加稳定的原因等。

这种热力学在无机化学中的应用的介绍是本课程的精华之一。

这些处理，不仅能使学生加深对无机物性质的认识和了解，而且也能使学生加强对结构化学、物理化学原理的理解和掌握。

3元素化学应该是无机化学的主体。

搞好元素和化合物的教学应该是中级无机化学义不容辞的责任。

中级无机化学在较深入讨论一些理论问题的同时，也充分重视元素及其化合物性质的介绍。

课程安排了元素周期性和周期反常现象的内容，既是对大一无机化学中的元素化学的小结，又起到了承前启后的作用。

除了在元素周期性、过渡金属通论中总结、比较和归纳了s区元素、p区元素、第一过渡金属元素的性质和反应外，还专辟章节深入系统地介绍了s区元素、p区元素、第一／二／三系列过渡元素、镧系和锕系元素、硼烷及其衍生物、无机碳化学等知识。

显然，这些内容是对大一基础无机化学的完整补充。

4加强无机化学新概念、新知识的介绍。

作为21世纪的本科大学生，他们应该对无机化学的新成就、新发展有所了解。

为此，在中级无机化学中注意介绍了无机化学中的一些新知识和新领域，如广义酸碱定义、软硬酸碱理论、超酸和魔酸、溶剂化学、无机晶体结构、快离子导体及其他一些无机功能材料、金属羰基化合物、兀-酸配体配合物、兀-配体配合物、夹心配合物、有机金属化合物、金属－金属多重键及金属原子簇化合物、冠醚配合物、无机高分子、无机元素的生物学效应、富勒烯化学、超分子化学、纳米材料和纳米科学等。

通过对这些知识的介绍，显然可以开阔学生的视野，增加学生学习无机化学的兴趣。

上述内容和大一“基础无机化学”内容合在一起完整地构成了较为系统的现代无机化学知识体系。

三、精益求精，打造中级无机化学精品课程
1编写出版特色教材。

课程组于1988年编写了《中级无机化学》学生用讲义，几经修改，于1993年1月正式推出当时国内第一本《中级无机化学》教材。

又经过十年探索中级无机化学内容构成，重新编写了新的《中级无机化学》教材，该教材被教育部列为普通高等教育“十五”国家级规划教材，2003年5月由高等教育出版社出版并在全国发行。

该书是高等教育出版社出版的第一本《中级无机化学》。

北京大学黄春辉院士为该书作序。

称赞该书“在深度和广度上，在知识层次和编写方法上都认真地把握住了‘中级’这个位置”，“是一本内容丰富，很有特色，符合教改方向的教材”，“在理论上有一定深度，使无机化学的元素化学部分摆脱了描述较多、理论偏少的状况，是打破原有模式，将无机化学近代理论与无机化学基本知识相结合的一次很好的尝试”，“在教材内容编排上，保持了周期系的系统性”，“这本书的出版本身是我国高校无机化学教学改革的一种体现，我更相信它的出版会大大促进这一改革的进一步发展”。

为了弥补第1版的不足和遗憾，使其更加科学和完善，更重要的是要增添最新的无机化学前沿知识，使其更富时代气息，并融入近几年的使用实践，课程组对第1版教材又进行了修订。

修订后的第2版《中级无机化学》已于2009年出版。

该版教材被列入普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

为了配合该版教材的使用，课程组特地编写了与之配套的教学参考书——《中级无机化学学习指导》。

指导书的目的在于帮助学生明确要点，掌握重点和难点，理解中级无机化学涉及的基本概念、基础理论和一般规律。

通过习题解答，培养学生掌握正确的解题思路，提高分析问题和解决问题的能力。

指导书还编写了一些阅读材料——依据教材内容，将一些疑难问题以专题的形式进行较深入的讨论。

其中还涉及学科前沿的某些研究成果，为学有余力的学生提供更丰富的学习内容，也可以作为教师备课的参考资料。

本次出版还配套了一个电子光盘，包括针对教材12章内容的电子讲稿。

供使用本教材的教师参考，也可作为学生回顾课堂教学所用的资料。

2创建立体化教学课件。

在课程教学中，将多媒体技术引入课堂。

课程组成员使用PowerPoint软件完成了教学幻灯片的制作，独立采用分子图形软件制作比较准确的、立体感强的、可实时操作的动态模型。

将课程介绍、教学大纲、教材、教案、教学安排和教学进度、参考资料目录、习题、扩充性参考阅读材料放在网上供学生阅读、下载，做到资源共享。

3努力改进教学方法，使用多种教学方法及灵活的教学形式。

在课堂教学中注意使用启发式教学，讲授与讨论相结合，加强习题课和课堂讨论，主讲教师的全面主讲授课与有关专家的讲座相结合，并且实行导师制a在课堂之外引导学生查阅资料并进行文献综述。

改变过去单一的闭卷考试方式，代之实施一套“闭卷+开卷(+课程论文)”等多种有利于学生创新能力培养的考试方法。

考试重点从获取知识量向知识、能力、综合素质的评价转移，注重对学生知识运用能力的考查。

灵活多样和先进的教学方法有效地调动了学生的学习积极性，激发了学习潜能。

4完整的实验教学以培养学生综合性、研究性和创新性能力为本。

学院设置了“综合化学实验”课程，中级无机化学课程组成员主持编写了《综合化学实验》教材。

其中与中级无机化学课程配套的实验有“无水三氯化铬的制备”、“未知配合物的合成、组成和性质测定”、“配合物几何异构体的制备、异构化速率常数和活化能的测定”、“配合物逐级稳定常数测定”、“乙酰基二茂铁的合成与分离”、“非化学计量化合物NaxW03的制备与鉴定”、“三乙二胺合钴配离子的光学异构体的制备、离析和旋光度测定”、“荧光粉Y202S：Eu的高温合成”、“纳米晶二氧化钛光电化学电池的制作及其性能测量”和“铕掺杂的锡酸钡荧光材料的合成和发射光谱的测定”等，使用了符合高水平实验要求的现代实验设备和实验技术。

实验以培养学生综合性、研究性和创新性能力作为指导思想，适应以素质教育为中心的教学理念，注重培养学生运用无机化学的理论知识和实验技能解决实际问题的能力，着力让学生感受无机化学研究的氛围，努力使综合化学实验成为培养学生创新精神、创新意识、创新能力的重要途径。

5实践教学注意培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

中级无机化学课程组为学生制订了实践教学环节，选择能够满足教学要求的、有先进教学环境和设备的、能够进行开放式教学的实践基地，进行实践教学。

课程组教师在这些实践活动中注意培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，取得了很好的成效。

6组建结构合理和工作高效的课程队伍。

在学院的支持下，建立了年龄和知识结构合理的教学梯队，培养年轻主讲教师。

中级无机化学课程的教学队伍由多名教授、副教授组成，全部在本科教学第一线。

近年来，课程组成员主持国家自然科学基金项目、省级以上科研基金项目多项，注重将最新科研成果转化到教学中。

7积极进行教学改革探讨。

课程组成员对中级无机化学的教学内容、教学方法、实验、实践、多媒体网络技术、教材编写等各个方面进行了积极的探讨，已在国内外重要刊物上发表教改教研论文lO余篇。

上述思想和做法得到了教育部高教司及国内同行专家的支持和赞同，提出的研究项目“无机化学课程和新教材建设”两次被列为教育部基地创建名牌课程支持项目，给予资助。

1995年项目的成果“改革课程结构，开设中级无机化学”荣获陕西省政府优秀教学成果二等奖，2004年“中级无机化学”被遴选为国家精品课程，2005年项目的成果获陕西省优秀教学成果奖一等奖、国家级优秀教学成果奖二等奖。

四、实践效果
1设计的课程体系促进了理科化学系的教学改革。

中级无机化学是打破旧
的传统，为适应我国教育体系的深刻改革以及无机化学分段设课要求而创建的新课程，符合目前教改方向。

带动了西北大学化学专业的整体改革，为理科教育改革作出了有益的探索，也为理科化学专业基础科研和教学人才培养基地的建设作出了贡献。

2编写的《中级无机化学》教材内容富有特色。

《中级无机化学》教材在内容上反映了无机化学学科发展的现状，体现了中级无机化学在无机化学总体教学计划中的准确位置。

在深度和广度上，在知识的层次上，《中级无机化学》都把握住了“中级”之“位”。

教材将化学热力学、化学动力学和结构理论等密切结合来论述元素化学，得到了较好的效果；教材仍然以元素周期性为框架来建立课程体系，体现了无机化学的系统性、整体性和连贯性；教材对现代无机化学的热点问题都给予了足够的注视；教材体现了化学是一个整体，各个化学学科分支的互相融合和渗透。

3教学实践效果明显。

西北大学从1990年起对化学与材料科学学院三年级所有学生开设中级无机化学课程。

学生普遍认为：中级无机化学教学内容新颖，信息量大，能及时把教改、教研成果或学科最新发展成果引入教学，课程内容的基础性与先进性的关系、经典与现代的关系、本课程与相关课程内容的关系都处理得当。

通过对中级无机化学的学习，无机化学的基础和理论得到了加强，为毕业后从事科研和教学打下了坚实的基础。

4成果对国内无机化学教学改革产生了示范作用。

由于中级无机化学课程及其教材在国内产生了一定的影响，国家基金委邀请本课程主持人作为“国家西部地区基础课主讲教师培训班”的主讲教师，讲授无机化学典型章节。

教育部高教司委托西北大学承办全国暑期中级无机化学课程讲习班，讲习班以由课程组编写的《中级无机化学》教材为蓝本进行示范教学。

两次教学活动促进了国内高校无机化学教学改革和主讲教师水平的提高，对国内无机化学教学改革产生了示范作用。

参考文献：
[1] 唐宗薰．中级无机化学(第2版)[W]．北京：高等教育出版社，2009．
[2] 唐宗薰．中级无机化学学习指导[M]．北京：高等教育出版社，2010．
[3] 唐宗薰．无机化学热力学[M]．北京：科学出版社，2010．
[4] 项斯芬．无机化学新兴领域导论[M]．北京：北京大学出版社，1988．
[5] 陈慧兰．理论无机化学[M]．北京：高等教育出版社，1989．
[6] 朱文祥．中级无机化学[M]．北京：高等教育出版社，2004．。