量子化學課堂中引入案例教學的實踐

山西師范大學化學與材料科學學院 趙國政 苑 芳

一、案例教學在量子化學教學中的必要性

量子化學是從1927 年Heitler 和London 研究氫分子結構開始的，是將量子力學原理與化學相結合形成的一門理論學科，是高等院校化學專業為研究生開設的一門專業基礎課程，其任務是使學生利用量子力學的基本原理和方法掌握微觀粒子運動的基本規律，探索物質的結構及其與性能之間的關系。量子化學課程內容涉及面廣，公式、概念煩瑣且抽象，研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能，分子與分子之間的相互作用，分子與分子之間的相互反應等問題。學生不僅需要扎實的物理和數學基礎，還要有一定的空間構建能力。量子化學與其他化學課程顯著的不同之處使不少學生在學習這門課程之前就產生畏難心理，學習熱情和求知欲望不高，授課教師的教學目的也難以達到。因此，教師“如何教”和學生“如何學”都面臨著巨大挑戰。

近四十年來，得益于計算技術進步提供的有力支持，量子化學得到迅速的發展。量子化學已滲透無機化學、有機化學、分析化學、高分子化學、電化學、界面化學等領域，使它們的研究深入微觀層次。同時，新化合物的合成和結構測定，為量子化學提出了新的課題。量子化學已成為現代化學工作者必備的基礎知識之一。量子化學教學中采用案例教學，一方面，可提升學生決策能力；另一方面，能使學生真實地感受組織管理實踐。在教學中教師給出的每個教學案例都會給學生一定的信息，留下一連串的疑問，這些疑問均沒有標準參考答案，學生需要深入思考與探索。學生在“案例”情境中居于主體地位，通過對案例中的問題進行思考、討論，提出具體措施。案例教學重視的不是得出正確答案，而是整個思考過程，旨在培養學生的發散思維。

二、量子化學課程案例教學的實施

由于學生大多對量子化學存在很大的抵觸心理，所以教師授課時不能像其他化學課程一樣直奔主題，在這門課程剛開始時就要盡最大努力調動學生學習的積極性。這就要求教師在開展這門課之前搜集量子化學的相關資料，在第一節課主要講述量子化學的發展史，使學生清楚地認識量子化學的發展歷程，樹立積極正確的學習觀。運用案例等教學手段引導學生學習在量子化學領域做出杰出貢獻的科學家的崇尚科學、堅持不懈的精神。其次，量子化學課程中重要的公設也要求學生必須掌握，對于初學者而言，理解這些量子化學基本公設是以后深入學習量子化學的前提。最后，還要講好量子化學的應用范圍，使學生知道量子化學相比于實驗具有哪些優勢，具體可以解決哪些問題，使學生對量子化學的實用性有一個清楚的認知，避免學生學習時感到迷茫。

（一）搜集案例

教師在課下搜集并篩選出適合學生且生動有趣的案例，便于學生課上討論，此處筆者提供的案例是“狄拉克、海森堡、薛定諤等人在量子化學基本公設基礎上創建量子化學體系”。案例教學是一種追求互動的教學過程，在課前教師必須做好充分的準備，認真閱讀相關背景資料。所以教師應在課前一兩天把案例材料發給學生，讓學生提前熟悉，如此就不會占用課堂時間。

（二）創設問題情境

課上討論之前，教師可設置幾個舉一反三的問題，讓學生帶著問題去討論，有助于學生思維的發散，以從不同角度、不同方面分析問題、討論問題。本次討論，筆者設置了以下幾個問題供學生討論。

（1）量子化學基本公設是可以直接被證明的嗎？與幾何學中的公理有什么區別和聯系？

（2）狄拉克、海森堡、薛定諤等人在構建量子化學體系時經歷了怎樣的過程？從中我們可以得到什么啟示？

（3）和本科時結構化學中提到的量子化學內容有何相同或不同之處？

（三）課堂討論

組織學生分組就設置的問題進行討論，這是整個教學過程的關鍵步驟。在這個過程中教師并不是什么都不用做，而是要密切注意學生討論的情況，時刻關注學生討論的內容和主題，防止學生的討論跑題。同時，在學生討論出現分歧時，教師不要急于插手，過早扮演裁判的角色，甚至發表自己的觀點，應該讓學生在整個討論過程中充分發揮主體地位，有試錯的過程，最終達到師生之間以及學生之間彼此互相啟發、加深學習印象的效果。

（四）相互交流

每組派出代表進行發言，各組之間可以相互借鑒，讓學生的觀點相互“碰撞”。教師要積極發現學生觀點的獨特性，找出學生觀點的“亮點”，及時給予表揚，如此更利于培養學生的創新思維。另外，教師需要從學生的發言中準確把握學生討論的切入點以及不同學生在相同和不同問題上的側重點，方便接下來的調整和安排。及時引導學生發言，讓學生在能發表自己觀點的同時，盡可能少出錯誤。而且，教師更需要銜接各個不同的知識點，將各知識點相互關聯，彼此交融，形成知識網，利于學生融會貫通，以加深對知識點的掌握與理解，也為后面問題的解決、講解新內容打好基礎、做好鋪墊。

（五）教師講解

經過以上四個步驟，部分學生的問題或者錯誤已經在“課堂討論”和“相互交流”環節得到一定程度的解決。此時教師也比較容易掌握學生出現問題的根本原因，針對上面四個環節中沒有解決的個別問題，教師可以一一做出解答。解答的過程也需要有學生自主思考的時間，不能過于直白，要讓學生通過思考、傾聽、思考，有茅塞頓開的成就感和幸福感，這樣學生學習起來也更有動力，學生學習的積極性也會越來越高。隨著量子化學內容的推進，學生會更主動地去探索問題、挖掘問題，從而積極地尋找解決問題的答案。

（六）綜合評價

教師要對整個過程進行綜合評價，包括學生討論的過程和結果、組內的協作能力，照顧出錯同學的情緒，適當地表揚鼓勵。梳理每個階段的優缺點，讓學生了解自己的長處和不足。讓案例教學不是為了案例而案例，不只是為了教學而進行，更是為了學生通過案例學習的經歷，在案例教學中積累學習經驗。總之，綜合評價是基于過程評價指標，建立過程評價體系去進行的，評價最終的報告形式可選擇紙質版或電子版形式。

注意事項如下。

第一，不能為了案例而案例。任何教學方法使用的最終目的都是為了幫助學生學習，可以說，教是為了不教，授人以魚不如授人以漁，案例教學也是為了教給學生學習的能力。“教學有法，教無定法，貴在得法”，所以，案例教學要把控好教學重點和重心，不能過于強調案例，不能為了案例而案例。

第二，態度決定一切。教師的態度非常重要，直接影響學生的學習，教師態度和藹可親，學生更容易獲得動力，才會以積極的態度促進自己自主學習，所以上面的各個環節中，教師需要多鼓勵、多表揚，有助于學生自信心的建立。

第三，及時反思。每次課后教師和學生都需要反思自己的課堂表現，尤其是教師需要對本次授課過程進行反思，只有不斷思考和改進，才能讓案例教學更加完善，更加促進教學。

綜上所述，案例教學是近年來較為突出的教學改革方向，被廣泛應用于各學科領域的人才培養。選擇合適的案例，通過教師的引導和組織，讓學生真正地參與案例教學過程。學生只有真正地從課堂的“客體”轉變為“主體”，課堂教學才能由傳統的“以教為主”轉變為“以學為主”。針對案例教學中的搜集案例、創設問題情境、課堂討論、相互交流、教師講解、綜合評價等環節，運用案例教學新的教學理念與新的教育教學方法，推動量子化學課程改革縱深發展。教學實踐表明，問題案例不僅可以幫助學生理解知識點，還可以鍛煉學生的分析能力，加深學生之間的了解。學生通過討論可以與自己的知識體系聯系起來，這對學習量子化學是非常有利的。