結構化學課程教學初探

王　彥　陳友存

摘要結構化學是一門理論性較強的化學專業課程，學生普遍覺得該課程的內容難以理解和掌握。本文通過總結和反思實際教學工作，提出了在課程教學過程中應遵循的原則以及教學改進方法。

關鍵詞結構化學教學方法原則規律

結構化學是從微觀的角度認識化學規律的學科，是以電子因素和空間因素兩條主線闡明化學物質的結構、性能和應用的一個化學分支學科。作為一門數理要求較高的化學類專業課程，結構化學涉及面廣，需要高等數學以及多門化學專業課程的內容作為支撐，同時其內容抽象，具有極強理論性、實驗性和應用性，要求學生具有較強的空間思維能力。由于課程難度大，學生容易產生排斥情緒。針對這種情況，筆者結合自己從事結構化學課程教學的經驗，就該課程教學中應遵循的原則和教學改進法作一探討。

一、課程教學應遵循的原則

(一)理論推導應以基本思路為引導

結構化學課程中有著大量的理論推導，其過程中微分、積分和微分方程等數學知識出現頻繁，而化學類學生數學基礎相對薄弱，在高等數學方面接受的訓練明顯不足，在接觸到這些知識點的時候普遍覺得不易理解和掌握，進而對課程產生排斥心理。為解決這樣的問題，教師在授課過程中應對重要的數學推導過程，以文字的形式總結出推導過程的“基本思路”，明確處理問題的條理性。在處理化學問題的過程中，堅持以“基本思路”作引導，逐步進行，能夠深入淺出地說明問題。如講解“一維勢箱”前，可以先將量子力學處理微觀體系的基本思路加以介紹，即根據量子力學假設建立體系模型一尋找體系哈密頓算符一應用數學方法解方程一討論方程解的實際物理意義，并在具體處理勢箱體系的過程中按照這一思路逐步講解，幫助學生在繁雜晦澀的數學推導中理解和掌握問題的實質精髓。而當學生掌握“基本思路”后，在學習過程中遇到類似的問題，就可用類比的思路方法處理問題，問題的結論也就更容易得出了。

(二)抽象的微觀運動應實現形象化

結構化學是一門研究微觀粒子運動特性的學科，其內容和學生先前課程中接觸的宏觀領域的運動有著本質的區別，即“波粒二象性”。對于微觀體系的運動，結構化學中有著自己的“統計解釋”。由于這種本質上的差別，導致結構化學中的很多結論非常的抽象，不易理解。針對這樣的問題，應該將抽象的結構化學知識點和相關學科中的知識點二者結合起來，利用類比的方法，將抽象變為形象，啟發學生的思路，幫助學生掌握微觀現象，認識微觀規律。例如，“電子的定態薛定諤方程”可以和“經典波動中的駐波方程”相類比。此外，“電子云的空間分布”、“波函數”等均可以采用類比的方法加以講解比較，提高教學效果。

(三)理論結果的物理意義應予以闡明

在結構化學的課程中，很多體系的結論都是通過數學方法得到的。而這樣的結論在課程中更重要的是向學生闡釋所對應的化學上的意義。教學中應避免在對問題的物理意義還沒有理解之時就盲目地進行繁瑣的數學推導。應明確教學中的主次關系，以理解物理意義、解釋實驗事實為指導，數學是工具而不是目的。在課堂上可以加強調動學生們對數學結論所對應的物理意義的討論，充分發揮理論的指導作用，達到理想的教學效果。例如，“一維勢箱中的粒子”，通過數學方法求得體系的能量和波函數表達式之后，還應該及時地對其物理意義進行探討。通過數學結果指出一維勢箱中所得出一些與宏觀體系不同的量子效應，如“能量量子化”、“零點能”、“平均位置”、“平均動量”等，通過對這些物理意義的深入討論，能使學生充分認識到這些簡單公式的重要性，加深學生對知識點的理解和課程的掌握，加強學生對微觀體系與宏觀體系間差別的認知。

二、教學中應注意的改進之處

(一)改進教學方法，活躍學生思想

良好的教學方法是教學質量保證的重要一環。以往的教學模式中，老師在有限的課堂時間內將書本知識“填鴨式”地宣讀給學生，由于時間的有限和方法的不當，學生往往對突然而來的大量知識產生抵觸厭學的情緒，課堂教學效果大打折扣。要改進教學方法，首先，課程教學應緊抓大綱，采取提綱鋪路的辦法，編制一定的預習提綱，將課程中的重點難點提前告知學生，布置課堂預習作業，幫助學生在課前了解課程中需要注意的一些問題。有了這樣的自主預習，學生在課堂上有限的時間里就可以有針對性地聽講和學習。此外，課后還應鼓勵學生和老師就存在的問題進行交流和討論，通過課前預習、課后討論的教學方法，教師可以更好地最大限度地調動學生的主觀能動性，提高課堂教學的效果。其次。課程教學中應充分利用多媒體等輔助教學方法。多媒體將聲像有機的結合在一起，提高了教學的可視性，能很好地刺激學生的興趣，活躍課堂氣氛，具有傳統的板書教學所不可比擬的強大優勢。如課程中原子軌道的圖像、對稱性等內容，直觀講解效果很差，學生難以理解；當采用多媒體軟件如flash、3DMAX等軟件進行制作，模擬原子、分子等，可以將抽象的化學反應過程形象化，提高學生學習的注意力，達到增強教學效果的目的。同時，利用Power Point制作的課件進行教學也省去了繁冗的板書和過多的枯燥講解，可以在有限的課時中傳授和講解更多的知識，極大地提高教學的效率。

(二)以科研促進教學，注重研究教學，反映學科變化

現代科學發展勢頭迅猛，而教材內容具有相對的穩定性，更新周期都比較長。因此，教學中教師應注重改變，對于講稿應不斷改進，緊抓當前相關研究熱點，充實課程內容。這就要求當今的高校教師不能滿足于單純的教學工作，還應該通過科學研究來提升自身的知識水平，在科研中緊抓學科前沿，并不斷地將新的科研動態、知識引入課堂，豐富課堂內容。例如，相對論效應在化學中的運用、簇合物結構化學、超分子結構化學、晶體結構化學以及元素結構化學等新知識，都可以有選擇性地充實到課程中來。這些新知識的引入不僅可以使得課程能夠及時地反映當前學科熱點，極大地激發學生的學習興趣，調動其主觀能動性，也可以為學生后續課程的打下一定的基礎。另外，在進行科研的同時，教師也可以在教學中設置與教學目標和要求相適應的課程論文，引導學生加入到自身科研中，從事有興趣的研究活動，嘗試應用結構化學，量子化學的理論去解釋化學現象，從而在應用理論的過程中加深對理論知識的認識，提高學生的學習積極性，取得較好的教學效果。

理論化學家Hoffmann R，曾說過：“化學理論的最重要作用是提供一種思維體制，以總結更新知識”。結構化學作為一門難度較大的專業課程，教學中也應注重為學生的學習培訓提供一種值得借鑒的思維體制。因此，教師在教學中應考慮到課程的特殊性，發揮主觀能動性，運用得當的教法將深奧晦澀的知識點轉變成易于接受的結論，提高學生的學習積極性，加強課程的互動，培養學生的科學性思維，養成其學習知識、利用知識的能力。只有這樣，課程才能真正地為學生所接受，為他們的未來提供知識的積淀。

(責編黎原)