結構化學教學方法的實踐與探索

摘要: 結構化學是化學中一門知識較抽象、理論性較強的專業基礎課程，學生在知識的接受和理解上存在一定的困難。本文作者針對結構化學教學上的難題，對結構化學教學過程中的教學模式、教學內容和方法進行了探討，并總結實踐教學經驗，對課程的教學改革提出了一些建議。

關鍵詞: 結構化學教學方法實踐

結構化學是大學本科化學專業的一門基礎課程，是物理化學的重要分支，是主要研究物質結構(包括原子結構、分子結構和晶體結構)和結構與性質關系的一門學科[1，2]。通過該課程的學習，學生可以完善大學化學知識結構體系，更加深刻地理解宏觀世界與微觀世界的關系，并培養獨立思考的能力。

結構化學課程有其特點，比如與其它學科(數學、物理等)的交叉比較多，知識比較抽象。這就要求學生在結構化學的學習過程中必須有嚴密的邏輯思維，同時還必須具備數學、物理學等基礎知識?；瘜W是一門實驗性的學科，但是結構化學中的微觀結構狀態很難在宏觀的實驗中觀察出來，所以學生還要有一定的空間想象能力。此外，很多學生對結構化學的學習內容沒有充分認識，認為只要學好傳統的無機、有機、分析和物理化學就可以應付以后工作中的問題或碩士研究生考試，因此在學習上缺乏動力和興趣，甚至部分學生認為結構化學內容過于晦澀難懂因而放棄了該課程的學習，造成知識結構的缺陷。因此，結構化學不僅對教師自身的素質有較高的要求，而且對教師的教學方法提出了新的挑戰。筆者結合自己在結構化學教學中的實踐，提出幾點建議。

一、明確公式的物理意義，簡化數學推導過程

教師在教學中要抓住首要問題，結構化學教學的首要任務就是理解理論公式的物理意義及其在化學中的應用。結構化學中的公式推導用到的數學知識比較多，包括微積分、線性代數等。化學專業的學生普遍數理基礎比較薄弱，教師在公式推導的過程中應注意盡量簡化公式推導過程，做到讓學生理解即可，而不應強求其掌握。教師要充分利用“黑箱”學習方法原理，可以把數學知識封裝在“黑箱”內，而把重點放在從“黑箱”中出來的產品上，即公式的物理意義上去。比如在氫原子的定態薛定諤方程求解的過程中，教師要簡化求解的數學過程，重視對求解的討論，讓學生理解氫原子軌道的本質。

二、改進教學方法，激發學生學習興趣

在傳統教學中，教師的“講”與學生的“聽”是一種單向不可逆的關系，很多時候學生是在被動地接受知識，加上學生數理基礎知識的缺失，很容易造成學生對學習的抵觸情緒，課堂教學效果就會大打折扣。教師如果改進教學方法，使學生參與到教學過程中去，由單向變為雙向，由不可逆到可逆，使教學產生互動的效果，就可以高效省時地完成教學目標，培養學生的主動性，又有利于把所教的知識內化為學生的素質。這就需要教師在教學中加入新的“元素”。例如蘭州大學李炳瑞老師在講述分子對稱性的時候引入了自然界的對稱和文學中的對稱作為比喻[3]，特別是詩詞中的回文結構，極大地激發了學生的興趣，也加深了學生對知識的理解。另外，在教學過程中教師還要注意增加一些教材中沒有的學科前沿研究動態和熱點，課后布置小的研究課題讓學生分組討論并撰寫論文，培養學生獨立研究問題的能力。

三、理論結合實踐，重視實驗教學

化學是一門實驗性的學科，傳統化學中的理論基本是人們對實驗現象進行總結而得來的，四大化學都有專門的實驗課程。而結構化學中的理論大多來自量子力學，理論性比較強，知識比較抽象，與傳統的化學實驗聯系比較少，這就對學生知識的理解造成了一定的困難。針對這個問題，教師可以把實驗教學引入到結構化學教學中，使其不再是純粹的理論，做到理論與實踐相結合。教師適當地安排一些實驗，可以提高學生的學習興趣，加深學生對理論的理解，進而提高教學質量。比如利用磁天平計算配合物的磁化率，在X射線衍射儀上測定晶體的結構，用光電子能譜技術測定電子的能量，等等。

四、注重現代教育技術的應用

傳統課堂教學多采用板書的方法，結構化學的知識抽象，公式推導涉及的數學過程比較多，板書方法就略顯不足。教師采用現代教育技術中的多媒體教學就可以使這些知識更加生動、形象、逼真地呈現在學生面前，比如在講述分子點群結構的知識時，教師可以用計算機軟件(Flash、3D Max等)繪制三維立體的原子、分子結構，并可以模擬分子的各種對稱操作。這與傳統的二維平面分子圖相比有了很大的改進，便抽象的知識變得形象化，更加便于理解。教師可以簡單介紹一些常用的化學繪圖、計算軟件，擴展學生的視野，并鍛煉他們的動手能力。例如Chemoffice軟件可以建立各種分子的二維、三維圖形，HyperChemical軟件能夠計算分子的前線分子軌道，等等。

在條件允許的情況下，教師可以把網絡作為一個平臺引入到結構化學的教學過程中來。通過互聯網的共享，教師和學生可以查找到更多的教學資源，例如精品課程、名師視頻等。在講解晶體結構的過程中，教師可以在多媒體課件中插入一些鏈接，連接到世界上一些大的晶體數據庫。多媒體平臺的引入，不但拓寬了學生的知識面，而且大大提高了使教學效果。

五、科研與教學相結合

在結構化學教學過程中，教師要處理好科研與教學的關系，兩者并重。在教學實踐中教師還要體現出學以致用、科研與教學相互促進的指導思想。這一思想也對教師提出了新的要求，教師不但要具備扎實的理論知識，而且要進行與結構化學有關的科學研究活動。這樣教師就可以把一些學科的新知識、新思想包含在講課的內容中。例如講述共軛有機化合物的吸收光譜的移動時，因為這種現象本質上是一種量子效應，筆者向學生介紹了在當前科學研究中比較熱門的納米研究領域和納米粒子都具有這樣的量子限域效應，以此來說明宏觀現象與微觀狀態之間的關系。這樣，學生在學習課本知識的同時，也能了解到所學的知識與科學研究的聯系，覺得學有所用，就更能激發其學習熱情。另外，教師把科研滲透在教學中也可以為將來部分學生走上科學研究的道路奠定基礎。

六、結語

結構化學是一門難度比較大的專業課程，涉及的知識抽象、理論復雜。因此在教學過程中，教師應充分發揮主觀能動性，改進教學模式、教學內容和方法，將晦澀難懂的知識變得生動、活潑，使學生更加容易接受，從而提高結構化學的教學效果。

參考文獻:

[1]潘道皚，趙成大，鄭載興.物質結構.北京:高等教育出版社，1982.

[2]周公度，段連運.結構化學基礎.北京:北京大學出版社， 2002.

[3]李炳瑞. 結構化學.北京:高等教育出版社，2004.

致謝:課題受平頂山學院高層次人才基金項目(2008008)和教研項目(2009-JY38)資助。