任宏江
(西安文理學院化學與化學工程學院 陜西 西安 710065)
結構化學是從微觀層次研究原子、分子和晶體結構以及研究物質(zhì)的結構與性能關系的科學[1]。 隨著科學的不斷發(fā)展,結構化學作為化學的一個重要分支,已滲透到各個交叉學科中,其重要性也日益凸顯[2-3]。 結構化學是化學專業(yè)的一門基礎課, 其理論性、邏輯性很強、非常抽象, 學生往往感覺很難理解,在實際教學中,教師與學生雙方都有一定難度。 采用傳統(tǒng)的教學方法讓學生較難接受, 甚至有逃避心理, 教學效果不理想。 我們在教學實踐中探索積累,通過引導預習、激發(fā)學習興趣、采用啟發(fā)式及開放式等教學方法充分調(diào)動學生的學習積極性, 經(jīng)過幾年的實踐, 收到了較明顯的教學效果。 以下是我們所進行的一點教學改革初探。
結構化學開篇第一章涉及到物理學領域的一些相當重要的概念,作為化學專業(yè)的學生,對這一章的內(nèi)容還是比較陌生的。 但是,在第一章培養(yǎng)學生的學習興趣,將對后續(xù)章節(jié)的學習是大有裨益的。 本章主要講到量子力學的誕生、發(fā)展與形成等,學好本章節(jié)有助于學生很好的理解后面章節(jié)內(nèi)容的淵源。 因此,對本章節(jié)我們在教學過程中積極地吸引學生的注意力,培養(yǎng)他們的學習興趣,比如,在講到黑體輻射實驗的理論解釋時,引出普朗克,在此,我們給學生介紹普朗克的生平與學習背景,讓學生感悟這位偉人的學習過程,激發(fā)同學們的學習熱情。 在講到量子力學發(fā)展時,我們插入1927 年在Solvay 會議上最杰出的一批科學家的合影,逐次給學生做以介紹,讓學生感受科學家的風采,培養(yǎng)大家對量子力學的學習熱情。 之后我們對于波爾、海森堡、泡利、波恩、鮑林、馬利肯、 福井謙一和霍夫曼等科學家獲得諾貝爾獎的年齡列表,讓學生感悟科學事業(yè)的魅力。 在講到實物微粒波粒二象性時,給學生介紹德布羅意原為歷史的背景等。 總之,在第一章中,我們主要培養(yǎng)學生的學習熱情與興趣,以利于在下面章節(jié)中學生能更好地學習相關的內(nèi)容。
正是因為結構化學的理論性很強, 所以在教學過程中,我們越要強調(diào)與實踐的聯(lián)系。 在這一教學環(huán)節(jié)中,我們始終以例題和習題為出發(fā)點,讓學生感受結構化學的研究內(nèi)容在實際中如何應用。 比如,我們以周公度老師的結構化學基礎第4 版為例,在講到一維勢箱中粒子的運動行為時,我們主要以課本中丁二烯的離域效應和花菁燃料為例[1],讓學生深刻體會電子在實際體系中有何行為,并且讓學生通過花菁燃料感知,通過計算還能預測分子的性質(zhì),從而樹立學生對量子力學的信任與敬仰之感。 再如,對于電子運動波性和不確定度的理解,我們在學生獨立完成第一章作業(yè)之后,探討電視機顯像管中運動的電子的運動行為等等。 總之,讓學生感觸電子的存在及在我們周圍的運動行為,從而拉近大家與電子的距離,不要讓學生感覺到電子遙不可及,太過模糊等感覺。 所以,在長期的教學實踐中,我們一直貫穿著與實踐結合的理念。
多媒體技術的應用的確給結構化學課程帶來了巨大益處, 五彩繽紛的原子結構和分子軌道吸引著大家的注意力,給分子對稱性的教學也帶來了立體化的視覺, 讓我們更直觀、更清晰地認識了原子、分子和晶體的內(nèi)部結構。但是,在教學過程中,若能將板書和多媒體課件共同結合起來,就會帶來非常好的效果。在我們的實際教學過程中,我們將板書和多媒體課件進行了結合,比如在講完電子的運動性質(zhì)之后,為了能更好地理解電子的性質(zhì),必須要和宏觀粒子進行區(qū)別,所以在多媒體課件之后,我們在板書上寫出宏觀粒子和微觀粒子, 幫助引導學生回顧學習的微觀粒子的性質(zhì),再與宏觀物體的性質(zhì)進行對比,讓學生自己思考寫出,這樣能達到板書和多媒體結合的效果,同時能激發(fā)學生積極思考,教學效果很好。還有,在講到原子光譜的知識時,為了引入原子的量子數(shù),我們先講解單電子原子的量子數(shù),由單電子原子引入多電子原子的量子數(shù),在此,同樣可以利用板書將電子的量子數(shù), 單電子原子的量子數(shù)及多電子原子的量子數(shù)進行對比,以此讓學生區(qū)別并理解,建立清晰的概念,以至于不會混淆。 總之,在結構化學的教學過程中,時刻貫穿板書與多媒體的結合,這樣能達到良好的教學效果。
科研可以促進教學。 因此,在結構化學教學中,我們更應緊跟科學研究的前沿。 我們在講到多電子原子薛定諤方程的求解時,給學生講了自洽反應場,在此,我們引入量子化學目前最新的軟件,如Gaussian09, Gaussian03 等,讓學生體會我們所講的自洽反應場方法已經(jīng)被人們編成了軟件,并且這些軟件可以在化學的很多領域進行廣泛的應用,解決了很多問題,讓學生理解收斂與精度要求的概念,并且要知道這些繁瑣的手續(xù)已經(jīng)程序化等等。 還有,我們在講到第五章前線軌道理論時,我們可以讓學生在Gaussian09W 程序中模擬化學反應機理,也可以讓學生觀察分子軌道的輪廓圖,以此理解課本中所給的例子在軟件中所展示的具體圖形。
總之,在教學過程中,師生都是互動主體。 深化結構化學教學改革, 全面培養(yǎng)提高學生的素質(zhì)能力是我們值得思考、探索的問題。 進過幾年的教學實踐改革,取得了一定的成果,首先,激發(fā)了學生的學習激情,建立了雄厚的基礎理論知識;其次, 培養(yǎng)了學生獨立思考解決問題的能力和創(chuàng)新能力,教學方法得到了學生們的認可,在今后的教學工作中,我們將會根據(jù)需要,不斷進行改革完善,充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用,把培養(yǎng)創(chuàng)新型人才作為結構化學教學改革的重點。
[1]周公度,段連運.結構化學基礎[M].4 版.北京:北京大學出版社,2008:6.
[2]江元生.結構化學[M].北京:高等教育出版社,1997.
[3]林夢海,林銀鐘.廈門大學化學系物構組,結構化學[M].北京:科學出版社,2004.