改革結構化學教學 培養學生創新精神

摘要：當前高等學校教學改革的核心之一就是改革教學模式，培養創新人才。在結構化學教學改革中如何提高教學效率，培養學生的創新精神已成為結構化學教改的核心課題。本文闡述了在教學中如何結合結構化學教材，運用學科發展史、多媒體輔助教學和學科前沿知識來啟迪學生的創新意識，培養學生的創新精神。

關鍵詞：結構化學；創新精神；高等教育；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）18-0161-02

自主創新是民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力，一個國家或者民族只有自主創新才能在未來的國際經濟、科技競爭中獲得主動權。2006年初，我國在《國家中長期科技發展規劃綱要》提出，要把人才培養和使用作為評價規劃實施效果的一個重要指標，我國的科技發展不僅要關注出成果，更要出創新型人才。中共中央政治局常委李長春在2011年“中國自主創新”年會批示中指出：新聞媒體要把提高自主創新能力的宣傳擺在更加突出的位置，大力弘揚創新精神、培育創新文化、營造創新環境，在全社會形成有利于創新激情競相迸發、創新成果不斷涌現的良好氛圍，為加快建設創新型國家提供強大動力。由此可見，我國社會經濟的快速發展對創新型人才的需求十分迫切，這就要求我們在高等教育中要結合經濟技術發展需要，加強對大學生創新能力的培養。社會發展對創新人才的迫切需求，促使高等學校教育者為適應這種需要而進行教育教學研究和改革，[1]近年來高等教育在培養大學生創新能力方面進行了有益探索，積累了寶貴經驗。[2]本文結合本人多年來在結構化學教學教改的經驗，探討在結構化學的教學中如何培養大學生創新精神，為創新型人才的培養提供參考。

一、進行學科發展史教育，培養學生創新精神

結構化學是一門以量子力學為基礎的化學課程。量子力學與相對論和DNA雙螺旋結構的發現并稱為20世紀最重要的三大科學發現，而量子力學在其中又占有特殊的位置，它打開了人類認識原子世界的大門。19世紀末，量子力學提出之前，經典物理學大廈宣告建立，它是這樣的接近完美而自洽。以至于美著名科學家邁克爾遜曾宣稱：“盡管誰也不會輕率斷言，未來物理科學再也不會提出什么使人驚奇的東西來，未來物理學的真理將在小數點后第六位尋找。”1900年，年輕的物理學家、量子力學的奠基人普朗克經過大量的推導和研究，大膽地脫離了經典物理學的軌道提出了能量子假說，認為諧振子的能量具有不連續性。而在此之前，經典物理學的權威牛頓，在其牛頓力學中提出一切運動著的物體的能量都是連續變化的。雖然普朗克的量子理論與實驗結果符合，但是在很長的一段時間內不為人們理解和重視。直到1905年，愛因斯坦敏銳地認識到了普朗克的量子論的重要性，從普朗克的能量量子假說得到啟示，總結了當時許多實驗事實，用科學推廣的方法提出了光子學說，此后，經過激烈的爭論和一批科學家共同努力下，量子力學才最終產生。量子力學的建立和發展過程，所體現出的自然科學家們觀察事物的敏銳性和豐富的想象力，以及不畏權威，敢于大膽突破舊的理論束縛，敢于聯想、勇于創新的優秀的創造性才能與素質，無疑有助于培養學生不受傳統觀念和權威思想的束縛，敢于堅持己見，大膽突破舊的理論束縛，敢于大膽設想，富于想象的習慣以及學習科學家們勇于創新的精神，使學生的意志品質等諸方面得到鍛煉。

二、運用多媒體輔助教學，培養學生創新精神

結構化學是一門研究物質微觀體系的課程，包含了許多重要的化學知識和規律。結構化學課程的核心思想是從微觀的角度出發來研究物質微觀結構與宏觀性能之間的關系，其中涉及到許多抽象的物理模型的建立和復雜的微積分等數學知識的應用，要求學生要有扎實的數學、物理基礎知識，還要有嚴密的邏輯思維能力和良好的空間想象能力。剛開始接觸結構化學這門課程的學生，從高年級的同學那里聽說結構化學這門課理論性強抽象難懂不好學，學習結構化學沒有用處，解決不了實際問題，對這門課產生了一種畏難和抵觸心理，從而放棄對物理化學課程的學習，嚴重影響了教學質量和教學效果。多媒體教學可以將抽象的文字描述轉化為形象的圖像、聲音、動畫等，改變傳統教學模式，提高教學的可視性和學生的學習興趣，從而提高教學效果。結構化學中許多抽象的內容，如分子結構、原子軌道線性組合、晶體結構及分子對稱元素和對稱操作等目前能夠用于教學的模型極其有限，用傳統的方法講授，即使用球棍模型也比較難以直觀講解，學生不但感覺難理解而且不易在頭腦中建立相應的模型和概念。我們利用Flash、Authorware等輔助軟件制作原子、分子等的結構和變化機理的動態圖片和三維立體變化模型，使化學反應過程具體生動，形象地展現了原子結合成分子的過程，提高學生的注意力和想象力，增強了他們的空間思維。在過氧化氫H2O2的分子對稱元素和對稱操作教學中，學生的大腦中首先要有H2O2分子的立體構象，才能找出它的對稱元素進行對稱操作。但是，即使描述簡單的H2O2分子的立體構象都是比較困難的。如果使用Chemoffice軟件的Chem3D顯示H2O2的立體構象，則非常簡單容易，省時省力，并易于學生理解。由于圖像清晰直觀，而且可以對H2O2的立體構象作任意角度的旋轉，學生很容易建立H2O2分子的立體構象，找出它的對稱元素進行對稱操作，學生易于理解，達到很好的教學效果。多媒體技術的發展和應用于結構化學的教學，將抽象晦澀難懂的物理模型通過各種軟件轉化為立體的圖像、聲音、動畫等，使它形象化具體化，易于學生的理解，進而再運用函數、微分、行列式等數學工具和變量分離等數學方法加以處理，弄清原子結構與性質的關系，拓寬學生想象思維力和加深對知識的理解。學生在學習過程中培養出豐富的空間想象力，也會逐漸形成縝密的邏輯思維方式和嚴密的數學推導方式等創新人才所必備的基本素養。可見，多媒體教學手段在結構化學中的應用，有助于培養學生的創新精神。

三、把學科前沿知識引入課堂，培養學生創新精神

利用課堂教學培養學生的創新精神的關鍵的一點是要使學生的被動學習轉為主動探索，充分地激發學生的學習興趣，從而調動學生了解問題、探索問題和解決問題的積極性、主動性，提高課堂學習效率。隨著越來越先進的現代分析檢測技術和合成技術的發展，越來越多的新物質被合成出來，通過調控這些新物質結構而獲得新的性能是目前各學科領域研究的熱點。基于此，在緒論課及后續章節中適當地介紹一些現代科技成果及結構化學在其中的重要作用以激發學生學習興趣和求知欲，從而培養學生的創新精神就非常有必要。在當前材料學的前沿領域，如配位化學、納米材料等的研究中，通過合理設計和控制合成具有特定結構的功能材料是當前材料學研究的熱點。在配合物的研究中，可通過合理設計有機配體和選擇金屬離子來調控配合物的結構，控制合成具有氣體貯存和分離、離子交換、太陽能轉換、電致發光材料等特定功能的晶體材料。其中金屬配合物在電致發光器件上的應用使有機電致發光的效率得到巨大的突破，使發光金屬配合物在配位化學和材料化學領域占有非常重要的地位。過渡金屬配合物發光性能與有機配體和中心金屬原子的類型有著密切的關系，金屬配合物有機配體上取代基的位置和種類、配體共軛體系的大小、共平面性及其剛性、有機配體的幾何結構及中心金屬離子的改變等都會影響金屬配合物發光性能，即配合物結構上的微小改變都會影響金屬配合物發光性能。將這種前沿領域中重要的研究成果引入到教學中，不僅豐富完善了教材關于物質結構、性質和功能之間關系內容，吸引學生參與到課堂討論中，使學生更加容易理解，也開拓了學生的視野，激發了學生學習的興趣和求知欲。同時，這些研究中所展現的創新性的研究思路，方案和采用的實驗手段，無疑有助于學生創新精神的培養。

總之，創新教育是高等教育發展適應社會經濟發展需求的一種必然要求，然而學生創新精神的培養不是一朝一夕就可以取得明顯成效的，它是一個系統過程，改革結構化學的教學模式，培養學生的創新精神，是這個系統工程的一個部分。通過改革結構化學教學，不僅要讓學生掌握結構化學這門課程的基本理論，更重要的是在學習中培養學生的科學思維方式和新綜合運用跨學科知識的能力。雖然在教改中還存在許多問題，但我們正在努力改進，盡力使這種新的教學模式在培養大學生創新精神中發揮其應有的作用。

參考文獻：

[1]袁廣林.大學何以培養創新人才：批判性思維的視角[J].高校教育管理，2012，（6）：50-54.

[2]張西良，李伯全，潘海彬.創新學分制與大學生創新型人才培養體系[J].高校教育管理，2013，（7）：95-98.

基金項目：2012年廣西高等教育教學改革工程項目（2012JGA194）；2012年玉林師范學院高等教育教學改革工程項目（12YJJG27）

作者簡介：羅旭健，玉林師范學院化學與材料學院教師，主講物理化學和結構化學，主持和參與多項省級及校級教改課題。