《物質結構》研究生課程教學改革探索與實踐

李延偉 姚金環 楊建文 利明 張哲

摘要：本文針對《物質結構》研究生課程教學中存在的實際問題，提出了相應的教學改革思路，主要從教學理念、教學方法和考核方式等方面對《物質結構》研究生課程教學改革進行了探討，闡述了作者幾年來從事物質結構教學改革的探索實踐和體會。

關鍵詞：物質結構；研究生；教學改革；教學質量

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）15-0125-02

為了進一步優化研究生知識結構、提高研究生綜合素質，我校而開設了《物質結構》研究生課程。該課程內容的兩大核心內容——電子結構和空間結構及材料特性，是化學、化工、材料等相關學科學生在更深層次理解物質結構與物性本質的階梯，對培養研究生從微觀層次上分析問題、拓展思路、抓住問題的本質，提高理論聯系實際能力和創新能力，順應社會需求起著重要的作用[1]。由于《物質結構》課是從微觀結構研究原子、分子和晶體的結構及其與性能的關系，與宏觀世界對物質的認識有很大差異，這使學生普遍感到這門課程概念抽象難懂、內容復雜甚至混亂，學習興趣不足；另一方面因學生往往缺乏對微觀系統的感性認識，空間想象能力有限，這導致教師感到難教[2]。針對《物質結構》課程特點和教學中存在的問題，介紹了本教研組在《物質結構》研究生課程教學改革探索與實踐中獲得的經驗，并提出了一些建議。

一、闡明《物質結構》課程的地位和學習必要性

課程的實用性是學生認真學習的動力，而興趣則是最好的老師。因此作為授課教師，首先要向學生闡明學習《物質結構》課程的必要性和重要性，進而培養學生的學習情趣，激發學生的求知欲。作為當今現代化標志的半導體材料、激光材料、超導材料、納米材料的發現與發展，都遵循“結構決定性質、性能反映結構”的相互關系。結構化學課的目標就是讓研究生在掌握結構化學的具體知識的基礎上能夠學會從微觀層次看問題，拓展思路，善于抓住問題本質，深刻理解并運用“結構決定物性”這一基本原理開展深入的科研探索與實踐?？梢妼W習物質結構，無論對學生未來從事教學和還是科研工作都有重要的意義。科研中新材料的合成與表征等都是以結構化學知識為基礎的，如果沒有扎實的結構化學知識，很難從本質上理解材料的結構特點和物理化學性能。因此《物質結構》課程可為研究生深入開展科研實踐提供堅實的理論基礎。我們近幾年的教學實踐證明，提高學生對《物質結構》課程的認識，明確學習這門課程的必要性和重要性，突出課程內容的實用性是很有必要的，這對消除學生學習結構化學理論“無用”的觀念、培養學生學習興趣、激發學生求知欲和學習信心是非常有效的。

二、革新教學理念和教學方法，培養學生的科學思維和學習主動性

在傳統教學中，任課教師往往習慣于把書本上現成的知識和結論單向灌輸給學生，致使課堂氛圍枯燥、乏味，學生只能被動地聽講，習慣于被動地接受知識。這種教學模式非常不利于促進學生自主性和研究性學習能力的提高和個性發展，更不利于學生科學思維能力和創新意識的培養。針對上述問題，我們教學組授課教師堅持“以學生為主體，融知識傳授、能力培養、素質教育于一體”的教學理念，強調問題式教學、啟發式教學、案例式教學、分組研討式教學等多種教學方法的綜合運用，重視學科發展史的作用，按“問題設置→分析引導→應用案例→思維拓展→知識點小結”五步程序進行教學，突出學生的中心地位，調動學生積極思考，培養學生的科學思維能力；在教學過程中注重融入本學科發展的最新動向，保證教學內容的前沿性；根據授課教師在科研過程中的心得體會，引導學生如何發現問題、分析問題、解決問題，啟發學生的思維，使其在獨立思考的基礎上進行探索學習，從而逐漸掌握科學的認知方法，建立科學的認知結構；積極探索課堂教學與學生研究課題相結合的教學方法，要求學生將課程所學知識與自己的科研實踐相結合，培養學生運用所學理論知識分析和解決實際問題的能力，充分體現課程學習的實用性；通過第二課堂拓展研究性教學，主講教師根據每章中核心內容讓學生查閱相關的文獻資料，對教材內容進行拓展和深化，培養研究生的科技檢索能力、閱讀文獻能力和歸納總結能力。

三、充分利用現代教育技術，突破課程教學難點

利用多媒體輔助教學，可在有限的教學時間內提供更豐富的信息量[3]。本教學組自2003年開展《物質結構》多媒體課件的制作，至今該課件已試用5年，受到學生的好評。我們制作了150余幅圖片、100多個3D分子模型和晶體模型，目前多媒體課件還在不斷地豐富、完善和改進。該課件充分利用圖片、動畫、視頻等手段，把抽象的理論變成具體的形象，突破教學難點。在教學課件開發過程中，我們充分利用先進的數據處理和化學繪圖軟件（Origin、Matlab、Chemistry3D）制作分子結構和原子/分子軌道圖立體圖；在授課過程中，我們注重結合科研實例，采用計算模擬軟件進行虛擬實驗來深入認識和理解結構化學中的抽象概念、理論及其實際應用。例如，采用Gaussian/GaussView量子化學計算軟件開展有機小分子幾何結構、電子結構和光譜計算模擬實驗，幫助學生學習和理解自洽場運算原理、原子軌道、分子軌道、分子極性、靜電勢、分子振動等相關知識[4]；利用Materials studio軟件開展周期性體系的結構建模和電子結構模擬實驗，深化學生對晶體的點陣結構和對稱性的認識，加深學生對倒空間、布里淵區、能帶結構、態密度、鍵級、軌道雜化等抽象概念的認識和理解。實踐證明，在理論教學過程中充分利用這些現代教育技術，能有效地激發學生的學習興趣，強化教學效果，培養學生的抽象思維能力和理論聯系實際的能力。

四、改革考核方法，激發學生學習的自主性

傳統的理論課程考核成績主要以期末閉卷考試成績為主，考核方式單一，往往導致學生過分依賴課堂筆記和復習提綱進行考前突擊備考，養成死記硬背、懶于思考、應付考試的不良習慣，嚴重影響了教學質量和教學效果。為了進一步激發學生的學習動力，強化教學效果，我們在2005年設計了綜合評定學生成績的方法，采用平時成績（占40%）與期末考試成績（占60%）相結合的辦法考核學生的成績。平時成績包括出勤情況（占10分）、課堂提問與討論發言情況（占10分）、課后作業（占10分）和第二課堂專題完成情況（占10分）。實踐證明，這種平時成績考核方式有利于引導學生端正學習態度、注重學習過程、養成持之以恒的良好學習慣。期末閉卷考試只考核各章中的重點知識，著重考核學生對所學知識的理解、掌握程度和活學活用能力，而不是死記硬背課本中的知識點?？己朔绞礁母锖髮W生的出勤率、自主學習能力、成績分布和對課程知識的理解深度都有明顯改善。

以上是我們進行《物質結構》研究生課程教學改革探索與實踐的經驗和建議，該課程在2004年被列為桂林理工大學研究生優質課程立項建設項目。我們深知教學改革不是一蹴而就、一勞永逸的事情，作為教師，我們需要在教學中不斷反思、探索和總結，善于發現教學中存在的問題并針對這些問題進行積極的教學改革探索與實踐，發現教學規律，較好地完成教書育人的光榮使命。

參考文獻：

[1]徐光憲.編著《物質結構》教材的一些體會[J].大學化學，1989，4（6）：15-17.

[2]周公度.深入鉆研啟迪思維——談談我對結構化學教學的體會[J].中國大學教學，1987，（02）：10-12.

[3]劉翔，陳清明，周融，等.多媒體輔助教學的實踐與體會[J].教育教學論壇，2016，（38）：136-137.

[4]李延偉，姚金環，楊建文，等.量子化學計算軟件在物質結構教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2012，（5）：8-9.