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[摘要]無機化學是化學專業大學生入學學習的第一門專業基礎課，有效教學對學生適應大學課程學習起到重要的作用。晶體場理論是物質結構基礎部分的教學重點和難點，為提高教學質量，我們在課堂開始引入具有視覺沖擊力的寶石，通過層層提問方式引入課程，吸引學生注意力，并啟發學生思考寶石顏色的原因，增強學生分析解決問題的能力。
[關鍵詞]課堂引入；層層提問；興趣激發；活躍思維；晶體場
無機化學是化學和材料相關專業學生進入大學所接觸的第一門專業基礎課，對他們以后學習化學相關專業課興趣的培養起到至關重要的作用[1-2]。大一新生在高中階段形成了應試學習的思維習慣和被動式接受知識的習慣。能否提高學生學習主觀能動性，提高學習興趣，活躍思維，讓學生主動探索與學習知識，對他們整個大學生涯的學習乃至以后的工作都有很大的影響。物質結構基礎是無機化學的核心內容之一[3]，這部分內容比較抽象和難于理解，但是以后學習物理化學和結構化學的基礎。學生在學習過程中往往感到晦澀難懂，特別是配合物晶體場理論是這部分課程內容的教學重點難點，如何讓學生高效的學習、理解和應用這部分內容，是我們任課老師要思考和實踐的。為此，課堂教學中我們以學生為主體，教師為主導，以生活中的有趣現象吸引學生把注意力集中到教學內容上，以層層提問的方式啟發學生思考，并引導學生將所學知識解釋生活中的現象，學以致用，收到了良好的課堂教學效果，在下面進行具體介紹。
1八面體晶體場和能級分裂
我校使用的教材是大連理工大學無機化學教研室編寫、高等教育出版社出版的《無機化學》，晶體場理論主要以八面體場為例進行講解。八面體型的配合物中，6個配位體分別占據八面體的6個頂點，由此產生的靜電場即為八面體場。球形對稱場中，所有軌道能級一樣，沒有能級分裂，晶體場考慮了帶負電荷的配位體對中心離子最外層電子(特別是過渡元素離子的d電子)的排斥作用，因此有5種d軌道(dz2，dx2-y2，dxy，dxz和dyz)，分裂成兩組：較高能級的dz2和dx2-y2軌道，較低能級的dxy，dxz和dyz軌道，如圖1。過渡金屬離子d軌道能級分裂，分裂后的軌道未被電子充滿，電子可以在分裂后的不同軌道間躍遷,這種躍遷叫做d-d躍遷，位于較低能級的d軌道電子，吸收一定的光能，躍遷到較高能級，發生d-d躍遷。
2具有視覺沖擊力的寶石的課堂引入
學生死記硬背晶體場的概念和能級分裂的內容其實并不困難，但要深入理解能級分裂的原因便會覺得枯燥晦澀，如果我們將這部分枯燥晦澀的課程學習與有趣的生活現象聯系起來，將有趣的生活現象在課堂教學中引入，吸引學生把主要精力集中到知識點上，可提高學生的學習效果，如果這個知識點又恰好能解釋這些生活現象，還能達到更好的課堂教學效果。寶石可用過渡金屬離子晶體場理論解釋[4-5]，因此，我們在具體的配合物晶體場理論教學過程中，首先以漂亮的具有視覺沖擊力的寶石圖片吸引學生，寶石顏色鮮艷，質地晶瑩，光澤燦爛，堅硬耐久，同時賦存稀少，可以制作首飾而受到人們的喜愛，問同學們喜不喜歡寶石？學生表現出很高的積極性，教師此時提問寶石為什么呈現五顏六色？在好奇心和興趣的驅動下，學生表現出想要去了解其中的緣由。
3通過層層提問的方式引入晶體場課程
此時引入“互補色”介紹，互補色在教材的位置是講完晶體場理論之后對顏色解釋時介紹的，我們提前到課程引入部分，達到課程教學層層遞進的效果。在光學中兩種色光以適當的比例混合而能產生白光，則這兩種顏色就稱為“互為補色”。色彩中的互補色有紅色與綠色互補，藍色與橙色互補，紫色與黃色互補，紅寶石和海藍寶石便是吸收特定的綠光和橙光而呈現出紅色和藍色。此時學生便會產生疑問，為什么紅寶石和海藍寶石會吸收特定顏色的光，在學生的要求下，教師告訴學生這是因為紅寶石和海藍寶石中的金屬離子Cr3+和Fe2+。學生又開始疑問為什么含有Cr3+和Fe2+會有這樣的作用，在學生的再一次要求下，教師此時告訴學生寶石中含有Cr3+或Fe2+配合物并引入晶體場理論，告訴學生學習完晶體場理論，便可以解釋這些現象。學生興致很高，表現出很高的積極性，很想了解和掌握這部分內容來解釋這個現象。
4引導學生利用晶體場理論解釋配合物的顏色，理解寶石五顏六色的原因
以Ti(H2O)63+為例，啟發學生思考其呈現紫紅色的原因，回顧課堂開始講到的互補色，引導學生推測：Ti(H2O)63+呈現紫紅色是因為吸收黃綠色的光。事實是否這樣？教師展示已有的實驗數據：Ti(H2O)63+在可見光區波長500~600nm范圍內有大的吸收峰，證實學生的猜測。趁此，教師追問為什么Ti(H2O)63+會吸收特定顏色的光？是我們剛才講的什么現象？學生回答：d-d躍遷。教師進一步解釋：一個原處于低能量的電子，進入高能量的軌道，必須吸收一定的光能，吸收光能的大小與分裂能有關(Δ=hv=hc/λ)，加強學生對這部分內容的理解。然后開放式引導學生思考寶石不同顏色的原因，培養學生分析問題、解決問題的能力。
5結語
具有視覺沖擊力的寶石圖片，一下把學生的心吸引到教師設計的教學環節上，通過層層提問的方式引入晶體場理論課程，讓學生的精力集中到知識點的學習上，在介紹這部分內容時始終穿插著對寶石顏色解釋的內容，始終滲透運用概念解題方法和技巧，以增強學生分析問題、解決問題的能力，最終讓學生得出寶石五顏六色顏色的科學本質是能級分裂導致的d-d躍遷，學生學習過程中探究欲望強烈、思維活躍，收到很好的教學效果。介紹完所有內容，再問為什么寶石會呈現不同的顏色，說的頭頭是道，學生說明學生已經基本掌握了這部分內容，并能很好的應用理論。
參考文獻
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[2]王薇，周寶晗，王杰，等．基于新生成長需要的無機化學教學改革研究[J]．廣州化工，2015，43(24)：242-243．
[3]大連理工大學無機化學教研室．無機化學[M]，北京：高等教育出版社，2006．
[4]羅紅宇，王春生，廖尚宜．寶石中常見過渡金屬離子致色的理論解釋[J]，巖石礦物，2004，23(2)：177-180．
[5]楊洪英，王建國．寶石的致色與改色[J]．材料與冶金學報，1996(3)：201-205.
作者:劉煊赫 吳靜 單位:中國地質大學(北京)數理學院