药学专业无机化学知识点分级教学的思考与探索

doi:10.3866/PKU.DXHX202201045

摘要/Abstract

摘要：

无机化学是本科药学专业的基础课程。如何提升教学质量，以适应一流专业建设的需求，是亟待解决的问题。本文总结了药学专业无机化学知识点分级教学的思考与探索。

Abstract:

Inorganic chemistry is a foundation course for undergraduate pharmacy majors. Improving the quality of teaching needed to develop first-class professionals is an urgent problem. This article summarizes the theory and practice of the graded teaching of inorganic chemistry knowledge points in the pharmacy specialty.

Key words: Inorganic chemistry, Teaching method, Teaching reform, Graded teaching

高源, 刘新泳, 展鹏. 药学专业无机化学知识点分级教学的思考与探索[J]. 大学化学, 2022, 37(11): 2201045.

Yuan Gao, Xinyong Liu, Peng Zhan. Theory and Practice of Graded Teaching of Inorganic Chemistry Knowledge Points in Pharmacy Specialty[J]. University Chemistry, 2022, 37(11): 2201045.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202201045

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2022/V37/I11/2201045

图/表 4

表1

高中选修课本(以人民教育出版社教材为例[10, 11])与大学教材(以人民卫生出版社《无机化学》为例[12])重复的知识点"

知识点	高中教材	大学教材
电子云	电子云为电子出现的概率分布图。“可以想象成你手持一架虚拟的高速摄像机拍摄电子，然后把所有照片叠加在一起”，由此得到的概率分布图称为电子云主要区别：未提出概率密度概念，未区分概率与概率密度	“表示电子概率密度的几何图形称为电子云。”
原子半径递变规律	“原子半径的大小取决于两个相反的因素，一是电子的能层数，另一个因素是核电荷数。” 并以主族元素原子半径变化趋势为例补充说明主要区别：未提及副族元素及特殊现象	较高中教材，主要增加了以下内容：(1) 副族元素原子半径变化趋势及原因：“副族元素原子半径变化的总趋势是缓慢缩小，其间有小幅度起伏；这是因为，新增加的电子进入次外层的d亚层，对屏蔽效应的贡献较大，d电子之间的排斥作用也倾向于使半径增大。”(2) 镧系收缩现象及原理
核外电子排布规则	介绍了能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理三方面内容。其中对能量最低原理叙述为：“原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。”这一叙述更侧重于使学生在整体上理解“能量最低”的概念	在洪特规则、泡利不相容原理之外，将能量最低原理的叙述稍作改动：“按照近似能级次序，电子优先进入能量最低的轨道，尽可能降低系统能量。”这一叙述侧重轨道“能量最低”，较之高中教材的说法更加抽象和微观
共价键	只介绍σ与π键特征(对称性：σ键具有轴对称特征，π键具有镜像对称特征；相对强弱：“σ键的强度较大，π键不如σ键牢固，比较容易断裂。”)	大学教材所采用的共价键示意图着重强调共价键形成要求：同号波瓣重叠
VSEPR模型	价层电子对数计算方式： (1) 价层电子对数=中心原子所连原子个数+(中心原子价层电子数?(所连原子个数×填满所连原子最外层所需的电子数)/2) (2) 价层电子对数=中心原子所连原子个数+[中心原子价层电子数?(所连原子个数×所连原子价态绝对值之和)/2]	对于AB_m型分子或离子来说，其电子总数等于A的价层电子数加上B原子按生成共价单键所提供的电子数，再根据电荷进行调整。上述电子总数除以2就是价层电子对数。同时提出模型中的规定：(1) 氧族元素作为B原子时不提供电子；(2) 如果电子总数为奇数，则把这个成单电子作为电子对处理
范德华力	仅提及“相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力越大”	提及具体分类(色散力、诱导力、取向力)，介绍偶极矩概念
氢键	氢键概念往往局限于N、O、F与和N、O、F连接的H之间的氢键	氢键形成范围更为广泛，并指出在氢键X―H…Y中，“典型的氢键中X和Y一般是指电负性大，半径小的F、N和O原子，这样的氢键较强”
相似相溶原理	仅涉及该原理的概念“非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂”	以四氯化碳萃取碘水为例，从分子间作用力的强弱来解释该原理，“溶质I₂是非极性分子，和偶极矩很大的H₂O分子之间的色散力较弱，然而和非极性的CCl₄分子之间存在很强的色散力，这样就能够挣脱溶剂H₂O分子对其的‘束缚’，从水相一侧进入有机相”
手性	给出概念：“具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体”，并举“反应停”一例	在配合物中涉及光学异构这一知识点在后续的大学有机化学学习中成为重点
经典价键理论	书写Lewis结构式为教学和考试的重点	有涉及，不是重点
弱酸、弱碱的电离常数	给出定义和各级电离常数的一般大小关系，在实际教学和考试中要求会应用K_a × K_b = K_w公式	与高中范围基本相同
水的离子积	着重强调了该常数是水浓度与水电离常数之积	与高中相同
分步沉淀	定性理解：在K_sp允许时，改变体系pH加入某些离子可以达到分离目的定量理解：仅涉及给出K_sp，计算氢氧根离子或硫离子等离子达到何种浓度时实现分步沉淀	主要涉及氢氧化物和硫化物的分步沉淀，后者还涉及综合考虑整个体系的计算(包括硫化氢电离平衡)
原电池与电解池基本概念	涉及	涉及
电池反应式书写	涉及	涉及
氧化数与化合价	仅涉及氧化数，并将氧化数称作化合价，未涉及二者区别	涉及二者区分。“化合价反映原子间形成化学键的能力，通常都是整数。而氧化数是对元素原子外层电子偏离状态的人为规定值，并不是某一个元素所带的真实电荷；当多个同种原子以不同形态处于同一个分子或原子团时，氧化数通常使用其平均值，可以是整数，也可以是非整数”
氧化还原方程式配平	涉及(重难点)	涉及(非重点)

表1

表2

表3

表4

参考文献 66

1	展鹏;刘新泳.大学化学,2021,36(1),2008064.
2	展鹏;刘新泳.大学化学,2021,36(2),2002067.
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知识点	高中教材	大学教材
电子亲合能	未涉及	涉及
波函数	未涉及	涉及
配合物	仅涉及四水合铜离子和硫氰化铁配离子两个典型例子，并简单介绍配位键，教学中有提及向铜离子溶液中加入氨水的一系列变化过程，但实际教学与考试中对此部分知识涉及较少	实际教学中涉及配合物命名、结构等内容
离子极化	未涉及	理解难点，学生多死记硬背结论
分子轨道理论	未涉及	理解难点
分子对称性(对称性匹配)	未涉及	理解难点
酸碱理论发展史	未涉及，采用的是酸碱电离理论	涉及
同离子效应	未涉及概念，但有从反应平衡角度定性理解的内容	涉及
盐效应	未涉及	涉及
电极电势	未涉及	涉及，且成为理解难点(尤其是双电层理论)

知识点	“无法解决”的问题	解决方法
薛定谔方程	由来、意义及解法	推荐参考书，“未晓不妨权放过”
磁矩计算公式	磁矩与未成对电子数之间的关系	推荐参考《结构化学基础》等专业教材^{[14, 15]}
溶液中的氢离子浓度计算	氢离子浓度近似式、最简式的前提条件	推荐自学分析化学相关教材及刊物文献^[16–18]
解释现象中的竞争因素	如何判断竞争因素中谁占主导	推荐参考书^[19]
简单双原子分子的分子轨道近似能级图	为什么分子轨道s-p混杂使得σ_2s与σ_2px能级发生颠倒	推荐参考书

知识点	参考文献
氢键、热力学公式、镧系收缩	[20]
价层电子对互斥理论	[21–24]
电负性与电离能	[25, 26]
氧化数	[27, 28]
轨道与能级	[29–33]
离域π键	[34–37]
平衡	[38–43]
分子间作用力	[44–46]
电化学中让人挠头的各种“势”	[47–49]
原电池与电极	[50–52]
软硬酸碱(无机与有机的交叉)	[53, 54]
配位化合物异构体	[55, 56]
相似相溶	[57]
惰性电子对效应	[58–65]

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