結構化學教學著重培養大學生的基本能力*

侯秀芳

(延安大學化學與化工學院，陜西 延安 716000)

目前，世界正在變化，高素質的“現代人才”將成為未來社會的領跑者，這就需要改變現有的教育形式。高校是中國實施高等教育的學校，是科研創新的重要陣地，也是人才培養的搖籃。大學課程是人才培養藍圖的具體體現，是實現教育目的與培養目標的基礎。結構化學課程是大學化學專業本科生重要的基礎理論課，在化學課程結構中具有重要的地位，同時也是本科階段接觸的一門理論性較強的課程。

結構化學理論是以量子力學為基礎，波動方程為核心，通過邏輯思維和數學方法處理來闡明原子、分子內的電子和原子核之間各種復雜的相互作用，推論出原子分子的性質與電子結構的關系的一門學科[1-2]。 結構化學主要內容包含量子理論、化學鍵理論和點陣理論；原子結構、分子結構和晶體結構；需要打好三個基礎：量子力學基礎、對稱性基礎和晶體學基礎。測試方法主要有紫外、紅外、核磁、質譜及X-衍射等。結構化學為化學各分支學科提供理論指導，是聯系基礎化學與高等化學的階梯。結構化學已經滲透到現代化學的各個領域。結構化學課程的特點是理論性強、難度大，需要學生具有一定的數學、物理基礎。其二是內容抽象難懂，需要學生建立量化思維模式認識微觀世界。另外，涉及微觀結構的實驗一般在學校現有的條件下無法完成。這些特點就使得結構化學課程教學難度較大，因此需要改變我們的教學理念和教學方法。

該課程的教學目的是培養學生用微觀結構的觀點，分析和解決有關化學問題的能力。在本課程的學習中，學生不僅僅需要建立量子力學基本原理的堅實基礎，而且需要深刻理解“性能反映結構，結構決定性質”這一基本原理，使學生能從更高更深水平上理解各種化學現象[3-5]。我校化學化工學院的化學和應用化學兩個專業的學生開設了這門課程，共54學時，學分為3。在該課程的教學中我們根據當下時代特征、課程自身和當代地方院校大學生的特點，在實際的教學中，著重培養大學生的學習能力、創新能力和實踐能力。

1 學習能力的培養

常言道：“授人以魚，不如授之以漁”。一個好的稱職的教師,不但要給學生以知識，還要教會學生自學的方法。聯合國教科文組織曾談到:“今后的文盲將不再是不識字的人,而是不會自學和學了知識不會應用的人。”所以我們應該改變現有的教育模式，培養學生的學習能力。學習能力一般是指人們在正式學習或非正式學習環境下，自我求知、做事、發展的能力。“會學”才能實現“學會”，才能不斷提高學習能力。我校選用的教材為周公度教授主編的《結構化學基礎》第5版。該教材內容與時俱進，不斷修訂、完善，是結構化學的經典教材。結構化學和高等數學之間有密切的聯系，在學習結構化學每門課的過程中，公式推導過程用到的數學知識比較多，教師在課堂有限的時間里，會盡量簡化公式推導的過程，注重講授公式的物理意義，使學生抓住學習的骨架。對于具體的推導過程，就需要學生課后自己完成。如當同學們解箱中粒子的薛丁格方程和單電子原子的薛丁格方程的過程中，就遇到高數當中的積分或者求導。在學習休克爾分子軌道法中，對共軛體系，列出久期方程，在求久期行列式過程中，就需要解高階行列式。對我們學校來說大一開設《高等數學》，根據心理學上艾賓浩斯的遺傳規律來了，到大三的時候，已經有一部分高數的知識慢慢淡化，甚至遺忘。有一部分學生雖然當時學會了相關知識，但是能把學到的高數知識運用到其他學科例如結構化學，還有一定的難度。另外對地方院校，或者對一部分學生來說，數學基礎不是很好，這可能就給學生后期的學生造成一定的困擾。為了防止“千里之提，潰于蟻穴”，這時候學生就需要具備自學能力。將高數課本找到，學會相關的數學課本知識，再將其應用到結構化學的具體問題。如果自己動手解決了自己的一個疑難問題，就會有成就感，體會學習的快樂。

2 創新能力的培養

學習是創新的基礎，創新是學習的目的，并有利于學習的提高。學會創新是學生獲取成功的通行證。創新是以主客觀條件為基礎，克服社會環境中各種不利因素，達到超越自我和現實的一種“除舊迎新”的實踐行為。創新能力是一種在主觀意志驅使下逐漸形成的不斷認識事物、不斷探索發展的人的行為品質。改變傳統的教育教學觀念，讓學生在寬松的環境下去挑戰一切新的事物，讓學生永遠懷著一顆好奇的心，善于發現問題，提出問題。要創造性地解決問題，就要善于開辟新的學習路徑，需找新的突破，打破現有的思維模式。在以往的長達十幾年的學習過程中，學生認識事物的現象大多數局限于宏觀體系，思維定勢，先入為主，也就是思維慣性。長期實踐與經驗的積累，在處理一般性問題時，可以得心應手。但是當面臨新情況，新問題時，思維定勢會阻礙我們形成新觀念、新構想、新點子、發現新事物，成為我們思維的枷鎖、前進的羈絆。這也是一部分學生對結構化學產生為難情緒的原因。對于結構化學課程，從量子論的起源到量子力學的基本假設，再到量子理論的建立，并應用于原子、分子、晶體及化學反應過程的微觀狀態，整個過程是一個全新的過程，需要教師和學生轉變思維模式。學生首先需要突破思維空間和思維定勢，建立量子力學的思維方式，應用量子力學理論來探討化學分子結構和化學反應中的微觀狀態和趨勢，解釋化學實驗中的現象和規律，用已有的知識來推理未知的化學現象和變化趨勢。例如需要加強基本概念特別是量子力學五個基本假設的理解和認識，通過課堂講授、習題演練、學生討論等方式，使學生改變舊的思維習慣，突破固有的思路，深刻建立新的概念和新的思維模式。在一維勢箱中粒子的微觀體系的分析中，引導學生用量子力學的基本假設分析和解決問題。并將其擴展為二維三維勢箱中粒子的運動體系。

3 實踐能力的培養

從學習基礎理論，到實驗技能的掌握，到科學研究或者生產實際，是一個密切關聯的有機體。實踐就像橋梁一樣連接著理論和科研。科研是一種創造性勞動，科研實踐活動可以培養學生主動探索的能力。提倡學生參與教師的科研活動，參與的形式是以學生為主的大學生創新項目，也可以是學生的畢業設計。這樣有利于訓練學生獲取前研科學技術知識的能力。有利于培養團隊成員之間的團隊協作能力。也有利于學生與老師之間直接的一對一的交流。例如根據課本休克爾分子軌道理論，學生知道離域π鍵的形成，增大了π電子的活動范圍而使體系的能量降低。我們老師可以引導學生研究具有較大離域π鍵的新型有機化合物,如我們的課題之一“一種新型的化學傳感器”[6]。學生根據已有的理論知識和理論計算結果分析為什么有雜原子(O,N,S等)摻與共軛的有機分子，顏色更深。在課題的具體執行中，需要從文獻調研開始，教師指導學生進行文獻搜索，文獻管理軟件的使用。在實驗方案的設定，執行過程中，教師指導學生學會GaussView和Gaussian 軟件的使用。在后期數據處理中，引導學生用ChemDraw,Origin等軟件處理數據，做出圖形。最后，以論文的形式撰寫，選擇的優秀的課題，可以鼓勵投稿。經過整個過程的系統訓練，學生的實踐能力得到了極大提高。

另外，教師和學生之間建立良好的交流環境。教師可以將上課的PPT、相關科研資訊、短視頻放到學校的教學平臺上，學生可以隨時學習。我們每周會專門開設答疑時間，學生也可以利用QQ、微信等平臺隨時和老師交流。學生能提出很多好的建議和想法。

4 結 語

在結構化學教學中，我們不僅僅教會學生基本的知識，將學生領入神奇的微觀世界，而且通過有意識的培養大學生的學習能力、創新能力和實踐能力，提高了學生分析問題、解決問題的能力。總之，在教學過程中，教師不僅“授人以魚”，而且“授之以漁”，學生最終“使之會漁”。