關于結構化學課程改革的探討

姚穎悟　段中余　章文軍

摘要：結構化學是高等學?；瘜W專業一門非常重要的理論基礎課，其具有綜合程度高、理論性強、內容抽象等特點。故本文闡述了結構化學教學中遇到的一些問題并針對這些問題提出了一些改革建議，旨在通過課程改革提高學生們的學習興趣、帶動學生們的自主創新精神。

關鍵詞：結構化學；創新精神；高等教育；教育改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0083-02

結構化學是高等院?；瘜W、材料等相關專業的一門專業基礎課，是理論化學的一個重要分支。它是探究原子、分子、晶體結構的微觀結構，原子和分子中電子的運動規律，及原子和分子結構和性質之間關系的一門科學[1-3]。開設結構化學課程的目的是使相關專業的學生對微觀世界的結構和運動規律有所了解，初步掌握結構與性質的相互關系；從而使學生更進一步地從更深的層次上理解其他化學相關的專業課程，包括無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等。

一、結構化學課程的特點

結構化學這門課程特點明顯，如下：（1）綜合程度高；（2）理論性強；（3）內容抽象。由于這一系列的特點，初學者在開始接觸這門課程時，常有聽“天書”無從下手的感覺；作者在教學過程中也因此遇到了一些問題。下面將遇到的問題做一概括：

1.綜合程度高。結構化學這門課程不是建立在經典力學體系下的課程，而是一門以量子力學為基礎的課程[4]。因此在此門課程的學習開始，就要求學生們鞏固好大一、大二所學的四大化學（無機化學、有機化學、分析化學、物理化學）課程以及其他學過的化學理論基礎知識，并在腦海中建立起一套完善的量子力學體系。此外量子力學論還是近代物理的重要組成部分，因此同學還要兼備一定的物理知識基礎。只有綜合掌握了物理和化學的相關基礎知識后，才能從本質上理解微觀化學領域各個粒子的結構與性能的特征，學懂結構化學這門課程。由此可見，該課程不管是教還是學，兩方面都存在著較大的難度。

2.理論性強。結構化學授課困難的一個重要原因就是課本中含有大量的公式推導過程，復雜的數學模型和大段的文字敘述求解過程。公式推導過程用到比較多的包括微積分、線性代數等高等數學知識。而高等數學方面向來是化學專業學生們的弱點，一步步的推導過程枯燥乏味，讓學生感覺云里霧里般，進而忙于應付求解過程忽略了公式中各個變量的深層次含義。

3.內容抽象。微觀粒子的結構和運動規律是結構化學的主要研究內容，而看不見摸不著的微觀粒子的運動給同學們學的過程帶來了一定的困難，文字敘述無法直觀表達，只能靠學生的憑空想象。因此這門課程對學生的邏輯思維能力和空間想象能力都有較高的要求。

二、結構化學課程授課過程中存在的問題及改革建議

本文作者根據自己多年的教學授課經驗，結合學生課后的反饋意見，對改革結構化學的教學方式提出了一些建議，旨在激發學生的學習興趣充分調動學生的學習積極性，活躍課堂氣氛提高課上學生的吸收率。

1.重視引導。結構化學是一門化學專業類的理論基礎課，學生們看到教材上大段的文字敘述還有繁雜的數學公式推導過程，往往還沒有開始學習就對此門課程失去了興趣。所以，在上第一節課的時候就應對學生進行正確的引導，在緒論課上給大家講述一些結構化學發展史。首先便是1900年，普朗克提出了量子假說，勇敢地打破了能量必須連續變化的經典理論，規定了以間斷形式存在的能量，電磁場中的能量和物質交換間的能量，能量子的大小同輻射頻率成正比，用普朗克常數作為二者之間的比例常數，從而得出黑體輻射能量分布公式，完美地詮釋了黑體輻射現象。其次在1905年，愛因斯坦意識到了量子化概念在微觀領域的重要性，引進了光子的概念，從而解釋了光電效應，開啟了量子力學的新篇章。學生們在聽故事的同時，會不知不覺地克服恐懼心理，激發學習的興趣。最后順著教學大綱的思路，引導大家用量子力學體系的思維去思考分析結構化學中所遇到的問題，讓同學們處于愉快的氣氛中，帶著笑容下課。

2.充分利用多媒體教學手段輔助教學。結構化學在教學內容上涉及一些相對抽象的模型，如原子軌道形狀、多原子分子的組合方式、配位化合物的配位形式、晶體的點陣結構等都涉及原子和分子的空間排布規律，這些內容要求學生具備較強的空間想象能力。傳統的板書教學方式很難將結構化學中較為抽象的理論以直觀的形式表現給同學們，大段大段的純文字描述也使得學生感到晦澀難懂。多媒體技術可以將授課內容動態化、立體化[5]，絕大多數的分子、晶體結構都可以用3D軟件結合FLASH等做成可360°觀看，任意縮放、平移、旋轉的模型，同學們可任意角度觀看，有利于鞏固加深記憶。

3.注重理論與實際的聯系。由于結構化學是一門理論基礎學科，因此學生們理解起來可能會有一定的難度，容易學過即忘，在教學過程中應讓學生通過理論聯系實際中所熟知或已學過的現象，通過類比的方法鞏固加深記憶。比如，在講晶體的宏觀對稱性時，聯系大自然，啟發學生思考：大自然雖然講究對稱美，但為什么很少有五邊形和七邊形的物體呢？由此引入晶體的空間點陣結構、對稱元素、對稱操作的概念并對對稱軸次加以證明，得出結論：晶體結構中的對稱軸次只允許存在1、2、3、4、6這五種不存在5和7，這與大自然世界的對稱美是相呼應的。而講到離域鍵的共軛效應時，以堿性條件下酚酞會變成紅色為例，結合學生高中所學知識讓學生理解酚酞變色的根本原因，主要過程是酚酞與堿性溶液發生反應，形成了離域鍵，產生了共軛效應，酚酞-堿性溶液體系能量下降，能級間隔變小，光譜偏移至可見光區，因此我們看到無色的酚酞變成了紅色。通過這種由外至內、循序漸進的引導方式使學生轉變對結構化學這門課程的印象，說明這門課程不是憑空想象漫無邊際地研究我們用不到的東西，而是服務于實踐，解釋著實踐中所遇到的問題，從而使他們樹立起學習信心，增加學習動力，真正做到課上講過的東西當堂就吸收理解掌握。endprint

4.弱化公式推導。結構化學教學的目的就是讓同學們理解掌握結論和推導過程中各符號的物理意義及這些符號在化學中起到了什么樣的作用，有什么應用。結構化學中的公式推導過程用到的高等數學的課程知識比較多，包括微積分的多重積分求解，線性代數中的行列式求值等。而數學功底普遍是化學專業學生們的弱項，大部分所用到的數學知識又都是在大一學習的可能已經被忘到了腦后，因此在講述結構化學課本中的公式時應盡可能弱化公式推導過程，強化學生對整體大局和結論的理解，不再單獨強調詳細的求解過程。因此在講到公式部分時，首先要明確每個符號所代表的物理意義，從本質上理解結構化學這門課程，引導學生們如何去解決問題，解決問題后又能得出怎樣的結論，所得結論的實際意義是什么，然后再回到研究數學推導求解過程上。讓學生抓住該課程的主線厘清學習這門課程的基本思路，順著大綱學下去，把握住主要的大方向，這樣繼續向后面章節學習就不會出現斷層。反之如果從數學公式推導出發，進行煩瑣的化簡計算，就容易忽略需要解決的問題的主體，不知道這些純數學求解過程是要干什么，得出的結果有什么意義，事倍功半。

5.科學的完善考核機制。考試是教學活動不可缺少的一部分，也是衡量教師授課成果和學生掌握課程情況的主要方法?，F代大學是以培養綜合創新型人才為目的的，因此在教學考核過程中，應該用科學的、多元的方式去綜合評價每個學生，拒絕一考定終身的制度，取代傳統的單一閉卷考試方法，轉變學生們認為只要死記硬背課本就能取得好成績的慣性思維。將最終成績定為三部分之和，其中，平時成績占30%；期中成績30%；期末成績40%。平時成績的30%包括課堂表現（10%）、習題作業（10%）和專業課小論文（10%）。課堂上教師有針對性地提出問題并根據學生的回答情況給出分數，既能隨時掌握學生們的學習狀況還能根據學生們的整體掌握情況隨時調整課程安排。有利于增強師生課上的互動、改變課堂沉悶的授課氛圍，培養學生們獨立自主的思考問題，討論問題，解決問題的能力，同時還可以鍛煉他們的語言表達能力和應變能力。課后的習題作業主要是引導學生正確地復習所學內容。專業小論文則偏重于考查學生查閱相關文獻、獲取知識的能力。這樣靈活的考試機制有利于引導學生改變突擊復習期末考試的方法，樹立正確的學習觀，從平時開始做到課后即復習，查漏補缺，也只有這樣才能真正達到結構化學的教學目的。

根據筆者多年來對結構化學課程改革的摸索，使用上述方法學生們學習結構化學課程的積極性明顯提高，課堂氣氛也活躍起來了，學生們愛聽了，授課效率明顯提高。

總之，結構化學是一門其中理論在實際生活中接觸較少，學習的知識內容相對抽象，老師和同學們在教與學的過程都感到較為困難的理論基礎課。教師們應精心備課，認真設計教學內容，研究課程改革，由淺入深的教學，消除學生們對課程的恐懼心理。通過一系列的改革過程，改變課堂環境，活躍課堂氣氛，讓學生體會到獨立自主創新和團隊合作精神的重要性，培養他們對問題分析和解決的能力；最后引入科學合理的考核機制對學生進行綜合評價，引導學生樹立正確的學習觀，不斷充實結構化學理論基礎知識，提高主動獲取知識、綜合運用知識的能力，培養多能創新型優秀人才。

參考文獻：

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[4]羅旭健，許新江，陳淵，何軍.改革結構化學教學 培養學生創新精神[J].教育教學論壇，2013，（18）：161-162.

[5]卞鴻巍，王榮穎，馬恒.多媒體與板書在課堂教學中優化結合方法探討[J].教育教學論壇，2014，（39）：235-236.endprint