結構化學課程教學改革設想及實施策略

劉玉霞 陳光 畢思瑋

摘 要：基于結構化學課程特點的分析，依據本年學生的學情進行了教學改革設想，進而制訂出相應教學策略，從正確構建課程各要素之間的關系、完善符合學生認知規律的邏輯結構、以知識結構邏輯框架可視化為指導思想實施課前準備、以“速寫—著色—點睛”的過程制作教學課件、完善符合學生認知規律的邏輯結構五個方面進行了論述。

關鍵詞：結構化學；教學改革；實施策略

一、課程教學改革設想

（一）以學生為主體進行教材分析，每年都是“新”課程

前期準備工作中，我們舉行過若干師生交流和辯論會，將結構化學課程特點概括為“4、3、2、1”，包括：

4：基礎性+重要性+邏輯性+抽象性；

3：知識量大+原理多+思維形式復雜；

2：學時少（48學時）、精品課程資源少；

1：教與學俱難。

為了解決上述問題，我們通過以學生為主體剖析教材，讓學習過程成為一個學生主動接受刺激、積極參與教學和積極思維的過程。從學生的角度分析生成的重點、難點、知識框架和結構與無論是教師心目中的、還是教學大綱所要求的存在較大差別。甚至，從這個視角，我們能發現自己很熟悉的課程成為一門“新”的課程。并且，這個環節讓學生感受到教師對學生認知結構的關心和重視，可大大提高學生自身學習的自覺性與責任心。

（二）以可視化的知識結構邏輯框架形成不同以往的新課件

擬按如下三個步驟予以實施：

第一步，明確知識結構邏輯框架可視化的目的，知識結構的分類匯總特點，選取正確的角度（本項目則來自學生為主的教材剖析，即學生視角）按照符合學生認知的規律去建構。

第二步，選擇合適的軟件、程序完成邏輯結構的可視化。當前，非常流行的PPT軟件應用雖然廣泛，但無法滿足不同級別的文本邏輯結構的可視化。為此，我們專門選取了功能強大的Authorware軟件。

第三步，豐富課件內容，使可視化的邏輯結構與生動的教學內容同時呈現。配合Gaussian程序的使用，對結構化學中幾乎所有抽象模型都可實現可視化，課件中的畫面將更加生動靈活，易于接受。

根據課件效果，以“知識邏輯結構”為綱，強化知識結構的整體教學，注意培養學生的創新思維和演繹思維。

（三）以課堂教學和評價驗證邏輯結構效果

首先，在運用新課件進行課堂教學時，始終堅持以“知識邏輯結構”為綱，同時盡量不遺漏知識邏輯鏈上的任何環節，強化知識結構的教學，淡化孤立死記硬背知識的教學；其次，在講解過程中，重視根據邏輯結構對學生學習的引領，注意培養學生以邏輯結構為綱進行拓撲結構性思維和推理演繹思維；再次，設立考題來考察學生對結構性知識的掌握是否牢固，是否達到預期效果，并且設計問卷來調查學生在這種模式下認知過程所遭遇的問題，對這種教學模式進行客觀評價。最后，根據反饋的問題，結合實際過程中的經驗，將課件逐步完善。

二、教學改革的實施策略

（一）正確建構標題、綱要、重點、難點、內容等元素之間的關系

教學課件中的標題、綱要、重點、難點、內容為教學頁面的主要元素，它們的關系主要存在于教學大綱里，或存在于教師的腦海里。在使這些元素可視化之前，最重要的是要對它們的關系根據本屆學生實際進行重新定位，方能正確建構。為此，我們換一個視角重新進行教材分析，通過分析學生的需要來為教師建構教學元素之間的邏輯關系做出正確的指引。這一方法可從根本上滿足教學對學習的要求，使教學的最根本的載體—課件做到“接地氣”，重實際。通過前期工作的開展，我們發現，即使對于一個章節或小到一個概念一個標題，在學生眼中完全是另一個世界，比如；學生認為薛定諤方程應該先從實例（如H原子）導入開始講授，而不是先介紹抽象的三維勢箱、質點等看不見也摸不著的概念，等等。這些反饋對教學的改革是一個很大觸動。

教師備課時，依照概念圖的原理，按理論知識的內在聯系來確立結構和知識框架，構造知識邏輯結構圖，沿各上下級標題間的脈絡去發展延伸，再依照思維導圖的原理，擴充并上升到具體知識的總體狀態。即，不是對知識內容的簡單重復和羅列，而是高視角的、有牢固支撐的知識概型。使知識成串、成套，知識本身產生“空間”結構，而不再是傳統的孤立呈現。

課堂上以知識邏輯結構圖為綱，對重點、難點與關鍵點進行精講，對于一般內容讓學生根據已建立的可視化邏輯關系進行自學。在考察學生掌握知識點的同時，有意識地考察學生對知識點之間邏輯關系的認知。

（二）完善符合學生認知規律的邏輯結構

本項目的主體研究工作在于開發“認知邏輯呈現式”課件。項目的最初階段是建立知識邏輯結構，最終階段則要做出符合學生認知邏輯規律的課件。所以如何使所建立的知識結構更加符合學生認知規律，是一個很關鍵的問題。本方案設計中采用了兩項措施予以保障。措施一，在制作課件之前先進行師生共同參與的教材剖析，這樣可以確保知識結構的建立是以學生需要為基礎的，所建立的知識邏輯結構盡量符合學生的認知規律。措施二，以課堂教學和評價指標來予以檢驗和完善。首先檢驗的是根本任務，也就是學生對知識的掌握，這是任何教學改革所必須滿足的。對此我們的做法是根據考試大綱分節進行目標參照命題，通過試卷分析獲取教學反饋信息，用以評價這種模式的基本效果。其次檢驗對邏輯結構的適應性，即通過設計合理問卷來考察學生對知識縱向關系、橫向貫通聯系等邏輯關系把握程度。根據反饋信息，將課件中的知識結構上升為符合學生認知規律的邏輯結構

（三）以知識結構邏輯框架可視化為指導思想實施課前準備

與通常備課方式不同，本項目研究過程中側重在課程準備時按照理論知識的內在聯系和內在邏輯性來確立邏輯結構和知識框架，構造知識邏輯結構圖。在知識框架的基礎上，沿著各個“脈絡”去發展延伸，將各相應部分加入全部細節，從而擴充并上升到知識的總體狀態。這時已不是原來教材中知識內容的簡單重復和羅列，而是高視角的、有牢固支撐的知識概型。這樣的知識是成串、成套的，是具有“空間”結構的，而不是“平面”結構的簡單展現。

例如，結構化學中關于前線軌道理論的知識體系，可設計成如圖1所示的知識邏輯結構。

（四）以“速寫—著色—點睛”的過程制作教學課件

速寫：以章節為單位，列出所有標題、綱要及知識點，形成課件的初步骨架。

著色：將教學內容填充至骨架當中，利用Gaussian軟件模擬抽象過程，形成“少而精”的課件主體

點睛：借助課件制作軟件Authorware將標題、綱要、重點、難點、內容串接成型，使這些教學元素間的邏輯關系可視化。

例如：利用專用軟件（如GaussView）和按照知識邏輯結構圖（以Authorware軟件為例）制作的課件如圖2所示。

根據課件效果，以“知識邏輯結構”為綱，強化知識結構的整體教學，注意培養學生的創新思維和演繹思維。

（五）完善符合學生認知規律的邏輯結構

知識邏輯結構的確立最終要服務于教學。因此，知識結構的呈現與認知規律銜接越好，則教與學的效率越高。因此，如何使課件中的知識邏輯更符合學生的認知邏輯是必須要解決的問題。這需要在課堂、課下對課件進行多角度評價，反復完善，形成認知邏輯呈現式的新型課件。

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[5]韓慶奎，等.現代化學課程與教學論[M].北京：科學出版社，2012.

作者簡介：劉玉霞（1977—），女，漢族，山東沂水人，博士，副教授，主要研究方向：理論與計算化學。

陳光（1978—），男，漢族，山東濟寧人，博士，副教授，主要研究方向：生命有機分析。

畢思瑋（1963—），男，漢族，山東周村人，博士，教授，主要研究方向：理論與計算化學。

注：本課題由2016年曲阜師范大學教學改革項目“結構化學課程中‘認知邏輯呈現式課件的開發及應用研究”項目資助。