結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)方法的實踐與探索

摘要: 結(jié)構(gòu)化學(xué)是化學(xué)中一門知識較抽象、理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)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(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)上的難題，對結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)過程中的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和方法進行了探討，并總結(jié)實踐教學(xué)經(jīng)驗，對課程的教學(xué)改革提出了一些建議。

關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)方法實踐

結(jié)構(gòu)化學(xué)是大學(xué)本科化學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，是物理化學(xué)的重要分支，是主要研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)(包括原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu))和結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的一門學(xué)科[1，2]。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以完善大學(xué)化學(xué)知識結(jié)構(gòu)體系，更加深刻地理解宏觀世界與微觀世界的關(guān)系，并培養(yǎng)獨立思考的能力。

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

一、明確公式的物理意義，簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程

教師在教學(xué)中要抓住首要問題，結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的首要任務(wù)就是理解理論公式的物理意義及其在化學(xué)中的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化學(xué)中的公式推導(dǎo)用到的數(shù)學(xué)知識比較多，包括微積分、線性代數(shù)等?；瘜W(xué)專業(yè)的學(xué)生普遍數(shù)理基礎(chǔ)比較薄弱，教師在公式推導(dǎo)的過程中應(yīng)注意盡量簡化公式推導(dǎo)過程，做到讓學(xué)生理解即可，而不應(yīng)強求其掌握。教師要充分利用“黑箱”學(xué)習(xí)方法原理，可以把數(shù)學(xué)知識封裝在“黑箱”內(nèi)，而把重點放在從“黑箱”中出來的產(chǎn)品上，即公式的物理意義上去。比如在氫原子的定態(tài)薛定諤方程求解的過程中，教師要簡化求解的數(shù)學(xué)過程，重視對求解的討論，讓學(xué)生理解氫原子軌道的本質(zhì)。

二、改進教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師的“講”與學(xué)生的“聽”是一種單向不可逆的關(guān)系，很多時候?qū)W生是在被動地接受知識，加上學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)知識的缺失，很容易造成學(xué)生對學(xué)習(xí)的抵觸情緒，課堂教學(xué)效果就會大打折扣。教師如果改進教學(xué)方法，使學(xué)生參與到教學(xué)過程中去，由單向變?yōu)殡p向，由不可逆到可逆，使教學(xué)產(chǎn)生互動的效果，就可以高效省時地完成教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的主動性，又有利于把所教的知識內(nèi)化為學(xué)生的素質(zhì)。這就需要教師在教學(xué)中加入新的“元素”。例如蘭州大學(xué)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(xué)中的對稱作為比喻[3]，特別是詩詞中的回文結(jié)構(gòu)，極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣，也加深了學(xué)生對知識的理解。另外，在教學(xué)過程中教師還要注意增加一些教材中沒有的學(xué)科前沿研究動態(tài)和熱點，課后布置小的研究課題讓學(xué)生分組討論并撰寫論文，培養(yǎng)學(xué)生獨立研究問題的能力。

三、理論結(jié)合實踐，重視實驗教學(xué)

化學(xué)是一門實驗性的學(xué)科，傳統(tǒng)化學(xué)中的理論基本是人們對實驗現(xiàn)象進行總結(jié)而得來的，四大化學(xué)都有專門的實驗課程。而結(jié)構(gòu)化學(xué)中的理論大多來自量子力學(xué)，理論性比較強，知識比較抽象，與傳統(tǒng)的化學(xué)實驗聯(lián)系比較少，這就對學(xué)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(xué)引入到結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中，使其不再是純粹的理論，做到理論與實踐相結(jié)合。教師適當(dāng)?shù)匕才乓恍嶒?，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對理論的理解，進而提高教學(xué)質(zhì)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(jié)構(gòu)，用光電子能譜技術(shù)測定電子的能量，等等。

四、注重現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)課堂教學(xué)多采用板書的方法，結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識抽象，公式推導(dǎo)涉及的數(shù)學(xué)過程比較多，板書方法就略顯不足。教師采用現(xiàn)代教育技術(shù)中的多媒體教學(xué)就可以使這些知識更加生動、形象、逼真地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，比如在講述分子點群結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，并可以模擬分子的各種對稱操作。這與傳統(tǒng)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(xué)繪圖、計算軟件，擴展學(xué)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(wǎng)絡(luò)作為一個平臺引入到結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)過程中來。通過互聯(lián)網(wǎng)的共享，教師和學(xué)生可以查找到更多的教學(xué)資源，例如精品課程、名師視頻等。在講解晶體結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)庫。多媒體平臺的引入，不但拓寬了學(xué)生的知識面，而且大大提高了使教學(xué)效果。

五、科研與教學(xué)相結(jié)合

在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)過程中，教師要處理好科研與教學(xué)的關(guān)系，兩者并重。在教學(xué)實踐中教師還要體現(xiàn)出學(xué)以致用、科研與教學(xué)相互促進的指導(dǎo)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(jié)構(gòu)化學(xué)有關(guān)的科學(xué)研究活動。這樣教師就可以把一些學(xué)科的新知識、新思想包含在講課的內(nèi)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(xiàn)象本質(zhì)上是一種量子效應(yīng)，筆者向?qū)W生介紹了在當(dāng)前科學(xué)研究中比較熱門的納米研究領(lǐng)域和納米粒子都具有這樣的量子限域效應(yīng)，以此來說明宏觀現(xiàn)象與微觀狀態(tài)之間的關(guān)系。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)課本知識的同時，也能了解到所學(xué)的知識與科學(xué)研究的聯(lián)系，覺得學(xué)有所用，就更能激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情。另外，教師把科研滲透在教學(xué)中也可以為將來部分學(xué)生走上科學(xué)研究的道路奠定基礎(chǔ)。

六、結(jié)語

結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門難度比較大的專業(yè)課程，涉及的知識抽象、理論復(fù)雜。因此在教學(xué)過程中，教師應(yīng)充分發(fā)揮主觀能動性，改進教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和方法，將晦澀難懂的知識變得生動、活潑，使學(xué)生更加容易接受，從而提高結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)效果。

參考文獻:

[1]潘道皚，趙成大，鄭載興.物質(zhì)結(jié)構(gòu).北京:高等教育出版社，1982.

[2]周公度，段連運.結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ).北京:北京大學(xué)出版社， 2002.

[3]李炳瑞. 結(jié)構(gòu)化學(xué).北京:高等教育出版社，2004.

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