《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》研究生課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

李延偉 姚金環(huán) 楊建文 利明 張哲

摘要：本文針對(duì)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》研究生課程教學(xué)中存在的實(shí)際問(wèn)題，提出了相應(yīng)的教學(xué)改革思路，主要從教學(xué)理念、教學(xué)方法和考核方式等方面對(duì)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》研究生課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討，闡述了作者幾年來(lái)從事物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革的探索實(shí)踐和體會(huì)。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)結(jié)構(gòu)；研究生；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）15-0125-02

為了進(jìn)一步優(yōu)化研究生知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高研究生綜合素質(zhì)，我校而開(kāi)設(shè)了《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》研究生課程。該課程內(nèi)容的兩大核心內(nèi)容——電子結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)及材料特性，是化學(xué)、化工、材料等相關(guān)學(xué)科學(xué)生在更深層次理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物性本質(zhì)的階梯，對(duì)培養(yǎng)研究生從微觀層次上分析問(wèn)題、拓展思路、抓住問(wèn)題的本質(zhì)，提高理論聯(lián)系實(shí)際能力和創(chuàng)新能力，順應(yīng)社會(huì)需求起著重要的作用[1]。由于《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》課是從微觀結(jié)構(gòu)研究原子、分子和晶體的結(jié)構(gòu)及其與性能的關(guān)系，與宏觀世界對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)有很大差異，這使學(xué)生普遍感到這門(mén)課程概念抽象難懂、內(nèi)容復(fù)雜甚至混亂，學(xué)習(xí)興趣不足；另一方面因?qū)W生往往缺乏對(duì)微觀系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，空間想象能力有限，這導(dǎo)致教師感到難教[2]。針對(duì)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》課程特點(diǎn)和教學(xué)中存在的問(wèn)題，介紹了本教研組在《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》研究生課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)，并提出了一些建議。

一、闡明《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》課程的地位和學(xué)習(xí)必要性

課程的實(shí)用性是學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)的動(dòng)力，而興趣則是最好的老師。因此作為授課教師，首先要向?qū)W生闡明學(xué)習(xí)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》課程的必要性和重要性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲。作為當(dāng)今現(xiàn)代化標(biāo)志的半導(dǎo)體材料、激光材料、超導(dǎo)材料、納米材料的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展，都遵循“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性能反映結(jié)構(gòu)”的相互關(guān)系。結(jié)構(gòu)化學(xué)課的目標(biāo)就是讓研究生在掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)的具體知識(shí)的基礎(chǔ)上能夠?qū)W會(huì)從微觀層次看問(wèn)題，拓展思路，善于抓住問(wèn)題本質(zhì)，深刻理解并運(yùn)用“結(jié)構(gòu)決定物性”這一基本原理開(kāi)展深入的科研探索與實(shí)踐?？梢?jiàn)學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，無(wú)論對(duì)學(xué)生未來(lái)從事教學(xué)和還是科研工作都有重要的意義?？蒲兄行虏牧系暮铣膳c表征等都是以結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)的，如果沒(méi)有扎實(shí)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)，很難從本質(zhì)上理解材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理化學(xué)性能。因此《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》課程可為研究生深入開(kāi)展科研實(shí)踐提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。我們近幾年的教學(xué)實(shí)踐證明，提高學(xué)生對(duì)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》課程的認(rèn)識(shí)，明確學(xué)習(xí)這門(mén)課程的必要性和重要性，突出課程內(nèi)容的實(shí)用性是很有必要的，這對(duì)消除學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論“無(wú)用”的觀念、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)信心是非常有效的。

二、革新教學(xué)理念和教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和學(xué)習(xí)主動(dòng)性

在傳統(tǒng)教學(xué)中，任課教師往往習(xí)慣于把書(shū)本上現(xiàn)成的知識(shí)和結(jié)論單向灌輸給學(xué)生，致使課堂氛圍枯燥、乏味，學(xué)生只能被動(dòng)地聽(tīng)講，習(xí)慣于被動(dòng)地接受知識(shí)。這種教學(xué)模式非常不利于促進(jìn)學(xué)生自主性和研究性學(xué)習(xí)能力的提高和個(gè)性發(fā)展，更不利于學(xué)生科學(xué)思維能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。針對(duì)上述問(wèn)題，我們教學(xué)組授課教師堅(jiān)持“以學(xué)生為主體，融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體”的教學(xué)理念，強(qiáng)調(diào)問(wèn)題式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、案例式教學(xué)、分組研討式教學(xué)等多種教學(xué)方法的綜合運(yùn)用，重視學(xué)科發(fā)展史的作用，按“問(wèn)題設(shè)置→分析引導(dǎo)→應(yīng)用案例→思維拓展→知識(shí)點(diǎn)小結(jié)”五步程序進(jìn)行教學(xué)，突出學(xué)生的中心地位，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力；在教學(xué)過(guò)程中注重融入本學(xué)科發(fā)展的最新動(dòng)向，保證教學(xué)內(nèi)容的前沿性；根據(jù)授課教師在科研過(guò)程中的心得體會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生的思維，使其在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上進(jìn)行探索學(xué)習(xí)，從而逐漸掌握科學(xué)的認(rèn)知方法，建立科學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)；積極探索課堂教學(xué)與學(xué)生研究課題相結(jié)合的教學(xué)方法，要求學(xué)生將課程所學(xué)知識(shí)與自己的科研實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，充分體現(xiàn)課程學(xué)習(xí)的實(shí)用性；通過(guò)第二課堂拓展研究性教學(xué)，主講教師根據(jù)每章中核心內(nèi)容讓學(xué)生查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行拓展和深化，培養(yǎng)研究生的科技檢索能力、閱讀文獻(xiàn)能力和歸納總結(jié)能力。

三、充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，突破課程教學(xué)難點(diǎn)

利用多媒體輔助教學(xué)，可在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)提供更豐富的信息量[3]。本教學(xué)組自2003年開(kāi)展《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》多媒體課件的制作，至今該課件已試用5年，受到學(xué)生的好評(píng)。我們制作了150余幅圖片、100多個(gè)3D分子模型和晶體模型，目前多媒體課件還在不斷地豐富、完善和改進(jìn)。該課件充分利用圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻等手段，把抽象的理論變成具體的形象，突破教學(xué)難點(diǎn)。在教學(xué)課件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們充分利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和化學(xué)繪圖軟件（Origin、Matlab、Chemistry3D）制作分子結(jié)構(gòu)和原子/分子軌道圖立體圖；在授課過(guò)程中，我們注重結(jié)合科研實(shí)例，采用計(jì)算模擬軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)深入認(rèn)識(shí)和理解結(jié)構(gòu)化學(xué)中的抽象概念、理論及其實(shí)際應(yīng)用。例如，采用Gaussian/GaussView量子化學(xué)計(jì)算軟件開(kāi)展有機(jī)小分子幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光譜計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解自洽場(chǎng)運(yùn)算原理、原子軌道、分子軌道、分子極性、靜電勢(shì)、分子振動(dòng)等相關(guān)知識(shí)[4]；利用Materials studio軟件開(kāi)展周期性體系的結(jié)構(gòu)建模和電子結(jié)構(gòu)模擬實(shí)驗(yàn)，深化學(xué)生對(duì)晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和對(duì)稱性的認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)倒空間、布里淵區(qū)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、鍵級(jí)、軌道雜化等抽象概念的認(rèn)識(shí)和理解。實(shí)踐證明，在理論教學(xué)過(guò)程中充分利用這些現(xiàn)代教育技術(shù)，能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

四、改革考核方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性

傳統(tǒng)的理論課程考核成績(jī)主要以期末閉卷考試成績(jī)?yōu)橹?，考核方式單一，往往?dǎo)致學(xué)生過(guò)分依賴課堂筆記和復(fù)習(xí)提綱進(jìn)行考前突擊備考，養(yǎng)成死記硬背、懶于思考、應(yīng)付考試的不良習(xí)慣，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，強(qiáng)化教學(xué)效果，我們?cè)?005年設(shè)計(jì)了綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)的方法，采用平時(shí)成績(jī)（占40%）與期末考試成績(jī)（占60%）相結(jié)合的辦法考核學(xué)生的成績(jī)。平時(shí)成績(jī)包括出勤情況（占10分）、課堂提問(wèn)與討論發(fā)言情況（占10分）、課后作業(yè)（占10分）和第二課堂專(zhuān)題完成情況（占10分）。實(shí)踐證明，這種平時(shí)成績(jī)考核方式有利于引導(dǎo)學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度、注重學(xué)習(xí)過(guò)程、養(yǎng)成持之以恒的良好學(xué)習(xí)慣。期末閉卷考試只考核各章中的重點(diǎn)知識(shí)，著重考核學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、掌握程度和活學(xué)活用能力，而不是死記硬背課本中的知識(shí)點(diǎn)?？己朔绞礁母锖髮W(xué)生的出勤率、自主學(xué)習(xí)能力、成績(jī)分布和對(duì)課程知識(shí)的理解深度都有明顯改善。

以上是我們進(jìn)行《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》研究生課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和建議，該課程在2004年被列為桂林理工大學(xué)研究生優(yōu)質(zhì)課程立項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目。我們深知教學(xué)改革不是一蹴而就、一勞永逸的事情，作為教師，我們需要在教學(xué)中不斷反思、探索和總結(jié)，善于發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題并針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行積極的教學(xué)改革探索與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)教學(xué)規(guī)律，較好地完成教書(shū)育人的光榮使命。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐光憲.編著《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》教材的一些體會(huì)[J].大學(xué)化學(xué)，1989，4（6）：15-17.

[2]周公度.深入鉆研啟迪思維——談?wù)勎覍?duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的體會(huì)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，1987，（02）：10-12.

[3]劉翔，陳清明，周融，等.多媒體輔助教學(xué)的實(shí)踐與體會(huì)[J].教育教學(xué)論壇，2016，（38）：136-137.

[4]李延偉，姚金環(huán)，楊建文，等.量子化學(xué)計(jì)算軟件在物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2012，（5）：8-9.