以知識應用為導向的結構化學實驗課程模式改革*

任 穎，張婷婷

(山西師范大學化學與材料科學學院，山西 臨汾 041004)

結構化學是從量子力學的基本原理出發，討論原子、分子及晶體結構以及它們和性質間的關系，同時也是其它化學學科的理論基礎[1-2]。結構化學實驗是結構化學課程的一門必修實驗課，它可以幫助學生理解微觀物質運動規律、研究物質結構的基本方法及物質結構與性能的關系，掌握實驗數據處理和實驗結果分析、歸納的方法，從而培養學生應用結構化學基本理論知識解決實際化學問題的能力，達到培養學生創新綜合能力的學科目標[3-5]。

1 結構化學實驗教學實踐現狀

1.1 實驗內容單一

傳統結構化學實驗多是模型實驗，通過分子結構和晶體結構的模型搭建幫助學生理解分子和晶體的空間構型，而設計性和綜合性的實驗卻沒有，使得學生的認識與理解局限于課本中的基礎內容，不能把知識進行拓展和應用。

1.2 實驗教學方法缺乏創新性

結構化學涉及復雜的空間結構，大量的抽象概念，要求學生學會抽象思維，能夠恰當地運用類比、模擬及其它科學方法，因此學生往往感到難學難懂。結構化學實驗課程的教學能夠有效的提高大學生對理論知識的理解及邏輯思維和空間想象力。但在教學的過程中，教師通常會對實驗原理進行詳細講解和操作，然后學生操作，最后總結整理撰寫實驗報告。這種被動的授課方式成為結構化學實驗課的主要教學模式。

1.3 實驗教學方式單一

在結構化學實驗中，一方面，相當一部分都是固定的模型實驗，教師講解后學生只是觀察模型完成實驗報告；另一方面，在常規實驗中，學生通常也是根據老師講解的實驗步驟完成操作，沒有積極的進行思考。當對知識進行總結和拓展時，不知如何開展，甚至得出失敗的實驗結果時也不知道如何解決問題。這種教學方式很難調動學生學習的積極性和興趣，忽略學生學習的主動性，抑制學生運用所學知識解決實際問題的能力。

1.4 實驗考核方式陳舊

以往的實驗成績主要是依據實驗報告來評定。從學生反饋回來的實驗預習和實驗報告的撰寫往往令人失望，尤其是模型實驗，導致學生實驗報告“千篇一律”。在實驗過程中間由于學生人數較多，教師不可能對每一位學生在實驗中的表現都有較客觀的記錄。所以，這種考核方式不僅難以評價每個學生的綜合能力，而且還會影響學生對結構化學的興趣。

此外，結構化學模型和實驗儀器設備等普遍陳舊，缺乏現代化教學手段等等，都使結構化學實驗教學的改革迫在眉睫。多年來，國內外的高校實驗教學工作者對大學化學基礎實驗存在的問題進行了深入的思考和探究。綜上所述，如何有效的對結構化學實驗課程模式進行教學改革，將結構化學實驗教學提高到一個新水平，能夠真正實現以知識應用為導向，達到培養學生創新精神和綜合能力的學科目標。

2 結構化學實驗課程改革舉措

本文按照山西師范大學人才培養模式改革的基本要求，結合我校結構化學實驗教學的實際情況，開展以知識應用為導向的《結構化學實驗》課程模式改革。具體將從以下幾個方面進行課程改革：

1)實驗課程內容改革

在教學中，以知識應用為導向對教學內容和課程體系做出更新和調整。通過結構化學實驗課程內容的改革，使學生能從物質結構與性質(性能)相互關系的基本規律出發，增強并加深對化學現象與化學規律的認識，從而在更高層次上分析和解決問題。

①開設相關理論驗證實驗。該類實驗的開設，可以幫助學生加深對結構化學理論知識的理解，能夠把理論知識和生產實踐及現代科技方法的應用相結合。因此，在原有傳統模型實驗的基礎上，應增設驗證有利于學生理解課程內容的實驗。例如X-射線粉末衍射法測定金屬晶體結構、磁化率-古埃磁天平法測定絡合物的結構和分子偶極矩的測定等。

②開設計算、模擬實驗。現在計算化學已成為化學家的有力工具。在本課程中，我們利用Gaussian和GaussView等計算化學軟件和可視軟件，幫助學生加強基本概念和基本理論的理解。同時，在本課程組講授結構化學實驗老師的科研方向多是理論化學計算，因此可以發揮科研優勢，開展計算、模擬實驗。例如，共軛分子的HMO法處理、H3CO → H2COH反應勢能面的模擬等。

③開展綜合性、設計性實驗。基礎實驗側重于學生對結構化學基礎知識的掌握和深化，設計實驗側重于提高學生的創新精神和能力，綜合實驗側重于培養學生理論聯系實際，解決各種問題的能力。結構化學是連接其它基礎化學和高等化學的紐帶，開展綜合性、設計性實驗，可以幫助提高學生聯結其它學科的能力，使整個大學化學學科的知識融會貫通，進而有利于提升學生的創新和綜合能力。

④增設研究型創新實驗。科研與教學應是相輔相成的，借助磁性分子與磁信息材料教育部重點實驗室的科研平臺，發揮其科研背景優勢，把科研成果與實際教學相結合，使學生能夠了解當前化學科技的前沿發展，拓寬學生視野、活躍學習氛圍。積極鼓勵大學生加入到老師指導研究生的科研實驗中來，充分體現科研與教學相結合的特點。同時，可以有效推動創新性人才實踐教學改革，提高創新人才培養質量。

2)實驗教學方法改革

當下，結構化學實驗必須采取新的教學方法，以知識應用為導向，構建多方位的教學平臺，否則無法滿足教學需要。

①建設立體化網絡教學平臺。目前，高等學校教學改革的大趨勢是利用互聯網科技進行教學改革，尤其是互聯網技術正快速與教育教學的相結合，對高校教學改革的實施發揮著重要的作用[6]。因此需要建設和不斷完善結構化學實驗網絡教學平臺，探索線上線下混合教學，實現教育資源共享，方便學生和一些用戶通過網絡使用相關資源進行學習。

②全面采用現代教育技術手段，把微課、慕課等引入結構化學實驗課教學。面對“互聯網+”的時代，結構化學實驗教學和任何教育教學工作一樣，需要調整思維方式，貼近實際，創新引領。把“微課”、“慕課”新型教學模式引入結構化學實驗，使學生能隨時隨地進行學習，同時在實驗中遇到的問題可以反復播放、學習復習[7]。便于學生在實驗過程中認真思考和總結規律，并形成自己的觀點應用實踐。通過網絡和老師探討的問題可以共享給其他學生，便于其他學生隨時查看學習。同時，這種新型教學模式，讓教學過程直觀、新穎，符合當代學生的學習習慣和思維模式

③依托科研平臺，開發教學軟件。依托磁性分子與磁信息材料教育部重點實驗室，結合本教研組教師的科研方向，利用本教學團隊結構化學教研組編寫出Simple Viewer軟件、Atomic Orbital軟件和Crystal View軟件，并把它們共享到網絡教學平臺。Simple Viewer可以顯示分子三維結構，特別是可以顯示分子中的對稱元素、識別分子的對稱性，使本課程中有關分子對稱性的教學既方便又直觀；Atomic Orbital和Crystal View可以把原子軌道和晶體模型以三維圖像的方式表現。這樣使學生模型實驗的時間、空間得到擴展，加強模型實習的效果。

3)實驗教學方式改革

要以學生為主體，以知識應用為導向要讓學生全程進入到整個實驗過程中。學生在做實驗之前，基于已經學過的相關理論知識，首先可以在結構化學實驗網絡教學平臺開展實驗預習和模擬，針對實驗中可能出現的問題查找文獻資料，設計實驗，與教師討論其可行性，接著由學生實施合理的實驗方案，最后完成整個實驗。這樣學生由“聽眾”變成“主角”，以知識應用為導向，尋求利用理論知識全面思考、分析、解決化學中各種問題的能力。

4)實驗考核方法改革

為了能夠精準地體現學生靈活運用知識并解決問題的能力，改變實驗成績評定結構，將實驗成績改為由實驗預習、實驗過程、實驗報告或小論文幾方面構成。在實驗預習環節，對學生的預習情況和效果進行考核，結合預習報告，評定預習成績；在實驗實施環節，根據學生在實驗具體的實施過程中進行評定；在實驗報告環節，結合檢查學生實驗數據的準確性和結果處理的正確性等給出數據處理分數，根據實驗思考回答或小結反思等綜合給出實驗報告分數。

3 結語

通過以知識應用為導向對實驗課程內容、實驗教學方法、實驗教學方式和實驗考核方法四個方面著手，對結構化學實驗課程模式進行改革和實踐;通過優化課程內容、構建多方位教學平臺、提升學生主體地位和實行實驗考核多元化，提高結構化學實驗課程的教學效果，激發學生學習的積極性和主動性，全面培養學生理論聯系實際的能力、分析問題和解決實際問題的能力，進而提高學生的創新能力和綜合能力。