开展“第二课堂”促进结构化学理论教学*

李园园，王　丽

(河南大学化学化工学院，河南　开封　475004)



开展“第二课堂”促进结构化学理论教学*

李园园，王丽

(河南大学化学化工学院，河南开封475004)

结构化学是为化学及其相关专业本科生开设的一门课程，是基础化学课程的重要组成部分。由于结构化学概念抽象，理论性强，给教师讲授和学生理解带来了很大难度。通过开展“第二课堂”，将抽象、枯燥的理论知识转换为可视的图形，可以较好地激发学生的学习兴趣，拓展学生的想象思维，加深学生对结构化学理论的理解，从而促进相关理论知识的学习。

结构化学；第二课堂；理论化

结构化学是在原子、分子水平上，逐步深入到电子层次，研究物质的微观结构及其宏观性质的科学[1]。本课程是为化学及其相关专业本科生开设的一门基础课程，其目的是使学生利用结构化学的基本原理和方法，来掌握微观物质运动的基本规律，并了解物质的结构和性质之间的关系[2]，进一步加深对前修课程的理解，并可为之后的学习打下良好的理论基础。因此，结构化学是化学教学的重要组成部分，但是由于其理论性过强，概念抽象难以理解，学生通常称其为“天书”[3]。如何让学生理解这本“天书”，是当前结构化学教学中急需解决的问题。

1　“天书”——结构化学的过于理论化问题

目前，大学阶段的基础化学课程包括无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、配位化学、结构化学等。针对以上课程，我们对学生的学习情况进行了简单的调查。结果表明，绝大多数学生认为结构化学是最难学习的课程，一个原因是其课堂内容过于理论化，概念抽象，公式繁多，并且有大量的数学知识穿插其间，学习难度大，因而导致学生产生了畏难情绪，学习热情不高。另外一个原因是结构化学的研究对象是“看不见、摸不着”的微观粒子，学生无法获得直接的感官认知，这也在一定程度上增加了学习难度。

为了解决上述问题，结构化学教育者也做过了一些尝试。例如，调整教学内容。删减了离子化合物的结构化学、次级键及超分子结构化学等较难理解的部分，主要讲授一些基础理论，如量子化学基本假设、一维势箱模型、单原子和多原子的Schrödinger方程、价键理论、配位场理论等内容。在有限的教学时间内，主要讲授结构化学的基础知识，不仅降低了学习难度，并且更有利于学生对知识的掌握；再者，随着计算机的普及，多媒体技术被广泛的应用到课堂教学中。目前，大多数教师都选择在课堂上采用多媒体教学。不同于传统的黑板粉笔模式，多媒体教学利用各种先进手段，生动形象地展示了如分子轨道、晶胞、点群等抽象的概念。多媒体教学不仅帮助教师克服了单一讲解抽象概念的困难，同时也给学生带来了直观的感受，从而激发了学生的学习兴趣，促进了对知识的理解。虽然以上这些措施对结构化学的教学改革起到了一定的作用[4]，但对于难以解决的“过于理论化”问题，效果并不是十分明显。经过长期的努力探索，我们结构化学教学组采用了一种新的教学模式，即在理论教学以外，开设“第二课堂”。下面介绍一下关于我们开展“第二课堂”的情况。

2　第二课堂的开展

“第二课堂”主要是利用一些专业软件(如Gaussview、Origin等)，把学生学到的结构化学理论知识加以运用，让学生体会到结构化学知识不仅是纸上谈兵，也可以解决实际问题。下面列举三个我们开展的“第二课堂”实例。

图的成键轨道和反键轨道Fig. bonding orbital and antibonding orbital

例二，用结构化学理论方法计算反应焓变。目的是使学生了解结构化学理论方法的基本原理，掌握用Gaussian程序来计算反应焓变的方法。求解反应焓变的过程，也是进一步理解定态Schrödinger方程求解思路的过程。该实例不仅帮助学生深入理解多电子体系Schrödinger方程的求解过程，了解结构化学的另一个应用实例，而且可以将理论计算的反应焓变与实验值相对比。反应焓变的实验值是通过产物的标准生成焓之和减去反应物的标准生成焓之和得到的。通过理论计算值与实验值的对比，不仅加强了结构化学与前修课程的联系，使学生认识到理论计算的可信性，而且为学生以后的学习增加了一条解决问题的途径。

例三，用Gaussview软件演示多原子分子的振动方式。以H2O分子为例，首先根据结构化学中的点群知识，得出H2O分子有三个振动方式，即两个A1对称性和一个B2对称性，然后用Gaussview软件，演示H2O分子的振动情况，使学生从直观上感受到分子是如何振动的，是对称伸缩振动还是弯曲振动等。利用专业软件，使化学现象变静为动，变抽象为形象，给化学课堂带来了丰富多彩的授课方法，同时促进了学生想象思维和发散思维的发展。这样把抽象概念和和直观形象结合起来，更有利于加深对抽象概念的理解。在第二课堂中，也可以让基础较好的学生参与到教师的科研活动中，承担一部分力所能及的科研课题，锻炼学生的科研能力，激发他们的科研热情。与此同时可以通过学生的实践活动，促使教师发现自己教学和科研工作中存在的问题，真正实现了教学、科研互相促进的局面。

3　结　语

结构化学是化学课程体系中较为年轻的课程，随着计算机和互联网的快速发展，在结构化学基础上发展起来的计算化学受到了广泛关注，也标志着“化学不再是纯实验学科”的新时代来到了。计算化学是目前化学学科中最活跃的研究领域之一，从事该方面研究的人员不断增多。结构化学教师应该调整结构化学的教学内容，推陈出新，引导学生积极有效的学习基础理论，并掌握简单的计算方法。我们结构化学教学组在总结多年教学经验并进行长期摸索后，开展了“第二课堂”的教学模式。通过开展“第二课堂”，结构化学的教学改革取得了一定的效果。首先，“第二课堂”的学习使学生克服了对结构化学的畏难心理，感觉到结构化学不仅有公式和数据，也有图形和应用。同时还拓展了学生的想象思维，加深学生对结构化学理论的理解。其次，通过开展“第二课堂”，将结构化学理论与实例有机地结合起来，极大地激发了学生的学习兴趣。不仅把学生所学的理论知识转化成学生认识和解决实际问题的能力，更重要的是提升了学生的创造力和自身素养，也为部分学生进一步攻读结构化学等相关专业的研究生打下了坚实的基础。未来，我们计划增加“第二课堂”的学时，并逐步将其发展成为一门独立的结构化学实践课。

[1]周公度,段连运.结构化学基础.4版[M].北京:北京大学出版社,2007.

[2]刘靖疆.基础量子化学与应用[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3]庄志萍,陈玉锋,左明辉.结构化学课程教学改革的探讨与实践[J].大学化学,2012,27(2):31-33.

[4]陈荣.增进多媒体教学模式下师生互动的策略[J].东南大学学报,2010,12(S2):189-191.

[5]苗体方.基础量子化学课程的教学实践和改革[J].考试周刊, 2012(53):14.

Carry Out “Second Classroom” to Promote Structural Chemistry Teaching*

LIYuan-yuan,WANGLi

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University, Henan Kaifeng 475004, China)

Structural Chemistry is a course for undergraduate students majoring in chemistry and related majors. It is an important part of basic chemistry course. However, it is also one of the most difficult courses for teaching and understanding because of the abstract concepts and elusive theories. The abstract and baldness theories are transferred into the visual figures in the second classroom. Our ultimate goals are to stimulate students’ interests, expand their thinking, and deepen the understanding about the contents.

Structural Chemistry; second classroom; theorization

河南大学研究生学位课程建设项目(No: Y1514016)。

李园园(1992-)，女，硕士生，主要从事量子化学计算研究。

王丽(1978-)，女，副教授，主要从事量子化学计算研究。

G420

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1001-9677(2016)08-0196-02