结构化学课程教学改革的探讨与实践

庄志萍 陈玉锋 左明辉

(牡丹江师范学院化学化工学院 黑龙江牡丹江 157012)

结构化学课程是高等学校化学专业的一门必修专业基础课程，主要是反映20世纪初以来，科研工作者在研究物质微观体系得出的诸多化学理论和规律[1]。在课程学习中，学生不仅需要严密的逻辑思维能力，还要有较好的空间想象能力，同时要有一定的高等数学及大学物理专业的基础知识，方能从化学角度认识物质结构与性能之关系。地方院校结构化学教学的困难主要源自两方面，在客观上，结构化学内容难度较大，所研究体系更是难以触摸的微观体系；在主观上，化学专业的学生往往习惯于从实验现象来认识物质的性质，从分子的组成方式来探讨反应机理，这种思维方式使学生较难接受物质结构的理论演绎方法，普遍存在难懂难学的状况，很多学生甚至戏称结构化学为“天书”。本文针对结构化学教学中的困难，介绍自己在结构化学教学改革探索中的经验，并提出一些建议。

1 强调学习结构化学课程的重要性与必要性

提高学习结构化学效果关键要靠学生自身。作为教师，首先要向学生介绍学习结构化学的重要性和必要性。结构化学是化学专业的一门重要专业基础理论课，是化学的理论基础，它在高校化学专业的课程结构中占有重要地位。结构化学课程讨论的重要问题是化学键，即从量子力学规律出发，通过逻辑思维和数学方法处理，弄清楚原子间相互结合的方式和作用力的本质。内容包括原子的结构，特别是核外电子的运动状态以及原子间是如何相互作用而形成分子的；其次，讨论分子结构和晶体结构，以及由此而决定的物质的性质。结构化学的发展促进了现代科技进步，特别是在材料、信息、能源等领域，各种具有特殊性能的新材料的发现，遵循结构决定性能、性能反映结构的相互关系。因此学习结构化学，无论对学生未来从事教学还是科研工作都具有重要的意义。在重点院校中，学生素质相对较高，数学、物理学习能力普遍较强，对结构化学的作用与地位认识也相对较好，可能较少存在结构化学“无用”的观念；而在地方高校的化学专业学生中，有相当一部分学生存在认识误区，特别是有一些不考结构化学的考研学生和毕业后将从事中学教学的学生具有“结构化学无用”的思想。作为教师，应该认识到这一问题的严重性。通过这几年的实践证明提高学生认识，坚定学习信心，对消除学生学习结构化学“无用”的观念以及畏难的心理是很必要和有效的。因此，在开课之前必须详细介绍该课程在整个化学中所处的地位和作用，阐明学习结构化学的重要意义。

2 注重对量子化学发展史和研究结构化学的科学方法的介绍

任何一门学科都有其发生和发展的过程，学习知识时若不从历史中寻找借鉴，就易把知识当成是“终极真理”而死记硬背，不求甚解。因此，在传授知识的同时，应该介绍量子化学发展史，学习科学家勇于探索的精神，由师生共同创造一种崭新的价值理念。例如普朗克(M.Planck)的“离经叛道”的假设；德布罗意(de Broglie)波的提出是类比法的成功典范，戴维逊(C.Davisson)-革末(L.H.Germer)的因祸得福；狄拉克(Dirac)、薛定谔(E.Schrödinger)的异曲同工——薛定谔用数学形式开辟出量子力学的新体系；另外，还有一个德国物理学家海森堡提出一个矩阵力学体系，薛定谔用的是微积分形式，海森堡用的是代数形式；汤姆逊(Thomson)父子的珠联壁合——父亲发现了电子，儿子又证实了电子是波，父子二人在物理学方面进行接力研究，在科学史上传为美谈。还有徐光宪的巧妙规则，唐敖庆的独辟蹊径等[2]。科学的先驱是勇敢的探索者，他们常常在黑暗中摸索前进，他们的精神值得我们敬佩。学生听到和看到这些史实，无不浮想联翩，对优化思维结构，激发科学壮志都有潜移默化的作用。

在传授理论知识的同时，指导学生学会抽象思维和用数学工具处理问题，并运用类比、模拟的科学方法[3]，寓科学方法于教学内容中。类比方法是提出和建立科学假说的重要方法。例如德布罗意假设是在光的波粒二象性思想启发下，提出电子等实物微粒也具有波动性，他当时推导固然复杂些，从科学方法论的角度讲, 由光的波粒二象性到实物微粒的波粒二象性是一种类比推理。类比是利用两个或两类对象之间在某些方面的相似或相同，推出它们在其他方面也可能相似或相同的思维方法，是一种由特殊到特殊、由此及彼的过程。类比可以提供重要线索，启迪思想，是发展科学知识的一种有效的试探方法。还有薛定谔受物质波假说的启发，引出了电子运动的波函数方程，他走的也是依赖类比的“近路”。许多化学问题的解决有赖于类比方法的使用，而类比方法的使用有可能形成简捷的思维路径。使学生在学习科学知识的同时，得到方法论的启迪。

在教学中应引导学生追踪量子化学发展的足迹，不失时机地揭示其中的科学方法，更清楚地了解各种知识理论的相对合理性及有待完善的地方。这样使学生在学习过程中不仅可以获得化学知识，而且能学习科学家严谨求实的治学态度、高度的敬业精神和大胆创新的进取精神。

3 通过改进课程教学方法培养学生创新能力

3.1 使用多种教学方法

培养学生的理论思维能力与创新能力，是结构化学课教学的重要目的。课堂教学是学生学习结构化学的主要和基本的学习形式。课堂教学质量的高低与课堂教学方法的运用有很大关系。以前我们采用的是“一言堂”的教学方式，这种教学方法压抑了学生学习结构化学的积极性和主动性，因此，根据教学内容灵活地采用不同的教学方法是提高结构化学课教学质量的重要手段。结构化学虽是理论性较强的学科，但与其他学科一样，来源于对实验现象的分析、思考，且要通过实践来检验其结论正确与否，内容博大精深，集科学性、思想性于一体，并具有前沿性。结构化学教师必须重视对结构化学教学方法的研究，针对不同教学内容采取不同的教学方法，更好地提高教学质量。我们采用的教学方法主要有：启发式教学、互动式教学、讨论式教学、对话式教学、模型教学和专题式教学，并布置小论文，开展学生的科技活动。如在课程讨论时将学生分成几个学习小组，针对不同主题进行讨论，并在课堂上交流。把个体作业学习与大组讨论交流结合起来，以培养学生的创新思维。如布置“超分子结构 ”为主题的小论文，许多学生通过期刊和网络收集了大量与超分子结构化学有关的信息，从不同角度撰写了心得体会和小论文，有的学生还发表了自己的设想和见解。课程教学讨论不仅丰富了学生的知识 ,而且也培养了学生的创新能力。

3.2 利用多媒体辅助教学

在有限的教学时间内运用现代化教学手段，可以加大信息量。我们使用幻灯片和CAI课件，通过图、文、声、像等手段，把抽象的理论变成具体的形象，让学生在直观、生动的学习中加深对理论的理解。目前，我们研制的结构化学CAI课件已连续使用几届，受到学生的好评。例如讲授等径球密堆积时，无论用黑板绘图或圆球模型展示表现得都不够清楚，现在用多媒体课件，动态演示等径球一层层的排列方式，效果很明显。

3.3 必修课与选修课相结合

在上好必修课的同时，开设量子化学、波谱学、化学中的数学方法等选修课，理论与实践相结合，以科学方法启迪学生的创新思想。

3.4 以科研促教学

从专业基础知识的结构上看，结构化学课程是基础课和专业课的枢纽课程，是介于本科生学习和毕业论文之间承上启下的课程。结构化学课程理论性强 ,但实践性也很重要，有些知识一直影响到学生的硕士、博士学位论文[4]。因此，科研进教学、教学促科研的双向互动就显得很重要。结构化学教学内容基本是20世纪的科研成果。我们发挥科研背景优势，在教学中不断将当前的科研成果融入教学，以使课堂内容具有丰富性、代表性、创造性和启发性，能跟上时代前进的步伐。在开展第二课堂活动中，通过设计专题科研实验，使学生能有更多机会加入到自身科研之中，有时间和空间从事自己有兴趣的课题研究；通过使用 Origin，Chemistry3D等软件制作分子结构及其轨道图;利用Gaussian98 以及GaussView等专业软件开展分子设计与量子化学计算模拟实验，帮助学生学习与理解自洽场运算原理、原子轨道、分子轨道及其能量电荷分布、热化学性质、简谐振动、对称性等相关知识。在科研过程中，学生有了正确的科研方向和学习目的，能有针对性地查阅最新资料，及时了解学科前沿，从而改变了被动学习的局面。

4 考核方式

传统的理论课程的综合成绩以期末闭卷考试成绩为主，考核方式单一，容易导致学生过分依赖平时的课堂教学内容、课堂笔记、作业及复习提纲，养成死记硬背、懒于思考的习惯。为了避免学生单纯应付考试，我们设计了综合评定学生成绩的方法——采用结构分制进行考核，对理论课采用平时成绩和闭卷考试相结合的办法考查学生的成绩，平时成绩占40%，终考成绩占60%；平时成绩包括课堂提问，出勤情况，上课认真听讲程度，讨论发言情况，课后作业及布置的小论文完成情况等。不提倡只学不练，平时不做作业，期末套考试重点等现象。

平时成绩占40分。包括：① 课堂提问考核、讨论发言情况占10分，主要考察学生理解能力、分析能力、逻辑思维能力和表达能力，有利于探究型课堂气氛的建设，促使学生课前预习和课后复习。② 考察撰写课程小论文的能力占10分，要求学生应用所学的结构化学知识，参考有关文献或资料，解释化学中的一些具体的问题。这有利于学生主动学习，有利于培养学生查阅文献、分析问题和解决问题的能力。③ 按质按量完成作业占10分。④ 出勤情况及上课认真听讲程度占10分。这主要是为了引导学生注重学习过程，遵守纪律，端正学习态度，并养成持之以恒的精神。

闭卷考试占60分。包括：① 力求题型多种多样，注重考察学生运用知识的能力。考核重点是基本理论、基础知识和基本技能以及学术发展的新内容，着重考核学生对所学知识的理解程度和分析问题、解决问题的能力。② 根据结构化学教学大纲的具体要求，已经建立了科学性、实用性较强的试题库。③ 试题要规范、标准，难易适当，题型要合理，力求比较准确地考查学生的学习情况。④ 评分标准要科学、严格、公正、杜绝人情分；采用流水阅卷方式，每学期期末考试要进行试卷分析和总结。

以上是我们进行结构化学课程教学改革实践的经验和建议，该课程在2006年被评为黑龙江省精品课程。随着科学技术的发展，课程的知识结构应该有新的变化，科学方法论也在不断完善，因而教学改革也是无止境的。只有不断探索教学规律，坚持进行教学改革，才能更好地培养创新人才。

参 考 文 献

[1] 庚弘朗.广东化工,2009,36(191):160

[2] 唐鹤立.抚州师专学报,1994(1):102

[3] 潘道凯,赵成大,郑载兴.物质结构.第2版.北京:高等教育出版社,1994

[4] 陈建中,林树坤,黄长沧,等.大学化学,2006,21(1):17