基于高等結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)散性思維模式探討*

孫巧珍，陶輝錦，艾延齡

(中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

高等結(jié)構(gòu)化學(xué)是在結(jié)構(gòu)化學(xué)的基礎(chǔ)上深入理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的一門學(xué)科，該課程要求學(xué)生具有較為扎實(shí)的結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)，且其內(nèi)容同樣也較為抽象、難懂。如何結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)點(diǎn)及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能深入淺出的將知識(shí)點(diǎn)分解，讓學(xué)生在課堂上積極參與，充分理解、掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，并盡可能在科學(xué)研究過(guò)程中加以運(yùn)用，是本課程關(guān)注的重點(diǎn)。發(fā)散性思維教學(xué)模式是有效解決上述問(wèn)題的途徑之一。

發(fā)散思維，又稱擴(kuò)散思維、求異思維，是根據(jù)已有的某一知識(shí)點(diǎn)，不受固定思維模式的束縛，從多種角度出發(fā)，探求解決問(wèn)題的多種可能性的思維方式[1-2]，是創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)的重要過(guò)程。21世紀(jì)世界各國(guó)之間主要是科技成果的較量，科技成果的獲得主要取決于科技人才，因而在這個(gè)大背景下，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)尤其重要。很多課程都把發(fā)散思維融入到了大學(xué)課堂當(dāng)中[1-8]，以期提高學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力。為此，本文將發(fā)散性思維訓(xùn)練引入到高等結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)中，積極引進(jìn)學(xué)科相關(guān)的新成果、新思想，從而為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供更廣闊的發(fā)展空間。

1 高等結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

一是課程的“抽象”與“枯燥”。高等結(jié)構(gòu)化學(xué)是從微觀粒子的薛定諤方程等入手引進(jìn)各個(gè)量子數(shù)，這就需要大量的公式推導(dǎo)，過(guò)程復(fù)雜，令人頭暈?zāi)垦＃桓鱾€(gè)量子數(shù)看不見(jiàn)、摸不著，以大多數(shù)高校的條件也無(wú)法開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，各個(gè)量子數(shù)的物理意義只能慢慢消化理解。二是學(xué)生的參與性不強(qiáng)。由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)課題的尚未開(kāi)展及課程內(nèi)容的限制，教師與學(xué)生之間通常只能按部就班的教與學(xué)，長(zhǎng)時(shí)間的枯燥學(xué)習(xí)難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，難以加深學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的進(jìn)一步理解與運(yùn)用。要解決上述問(wèn)題，需要不斷探索新型的、多種易接受的教學(xué)模式，之前我們?cè)鴮咐ㄒ氲奖菊n程的教學(xué)中[9]，取得了良好的效果。發(fā)散思維教學(xué)模式的引入是學(xué)生創(chuàng)新能力提升的前提，在人才競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天具有重要意義。

2 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維的方法

(1)設(shè)計(jì)課程的趣味性實(shí)驗(yàn)

學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)，注重實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題加以分析，思考如何解決問(wèn)題。如讓學(xué)生自制簡(jiǎn)易凈水器，了解凈水器中關(guān)鍵隔膜材料的種類、性能，調(diào)研當(dāng)前市場(chǎng)上凈水器中采用的隔膜材料的種類，每一種材料的優(yōu)、缺點(diǎn)，是否真正能夠達(dá)到過(guò)濾效果。針對(duì)隔膜材料存在的缺點(diǎn)，思考如何從環(huán)境保護(hù)、循環(huán)使用次數(shù)、過(guò)濾效果等方面對(duì)當(dāng)前的隔膜材料進(jìn)行改進(jìn)，讓學(xué)生通過(guò)查閱資料，提出自己的改進(jìn)措施，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

(2)通過(guò)引入相關(guān)科研實(shí)例培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力

為了避免基礎(chǔ)理論的枯燥性，在講述基礎(chǔ)理論時(shí)盡量將最新的科研成果引入課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。如在講述超分子化合物中的輪烷時(shí)，首先介紹其基本概念及相關(guān)的化合物，即輪烷是一類由一個(gè)環(huán)狀分子套在一個(gè)啞鈴狀的線型分子上而形成的內(nèi)鎖型超分子體系，環(huán)狀分子與線型分子之間存在著機(jī)械作用。由此引發(fā)學(xué)生思考，從分子層面可以想到哪些應(yīng)用？進(jìn)而引進(jìn)2016年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Stoddart研究團(tuán)隊(duì)的工作，他們所設(shè)計(jì)的未來(lái)可能引領(lǐng)世界變革的分子機(jī)器——分子電梯，正是基于輪烷化合物的巧妙運(yùn)用。這不但加深了學(xué)生對(duì)輪烷化合物的認(rèn)識(shí)理解，還啟發(fā)學(xué)生在未來(lái)的科學(xué)研究中要拓寬視野，敢于、勤于思考。

(3)精心設(shè)置主題，進(jìn)行小組內(nèi)討論

學(xué)生拿到所要討論的主題后，首先要查閱大量的文獻(xiàn)資料，針對(duì)主題做出一個(gè)概括，通過(guò)表述、傾聽(tīng)、交流，逐步對(duì)所要討論的主題有一個(gè)深刻的理解，針對(duì)交流中存在的問(wèn)題再查閱資料，總結(jié)思考。一個(gè)好的主題能夠很好的帶動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新。如在講到配位化合物的分支——金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)時(shí)，設(shè)置主題讓學(xué)生根據(jù)MOFs材料中孔的特征討論該材料的應(yīng)用領(lǐng)域及前景。通過(guò)查閱文獻(xiàn)，學(xué)生首先對(duì)MOFs材料的定義、設(shè)計(jì)合成、孔徑形狀、尺寸控制、影響合成及孔徑大小的因素等有一定的了解；由于MOFs材料多孔性的特點(diǎn)使其具有良好的氣體吸附、催化等性能。通過(guò)課堂的交流、討論，會(huì)更加清楚而深刻的意識(shí)到多孔MOFs作為非傳統(tǒng)材料在催化、氣體吸附分離等方面的優(yōu)點(diǎn)，由此展望該材料可能在哪些領(lǐng)域有所應(yīng)用。學(xué)生對(duì)MOFs材料從合成、結(jié)構(gòu)、性能到應(yīng)用已經(jīng)有了比較完整的認(rèn)識(shí)。科學(xué)研究永無(wú)止境，啟發(fā)學(xué)生思考如何進(jìn)一步發(fā)揮MOFs材料的優(yōu)勢(shì)？激發(fā)學(xué)生饒有興趣地去查閱文獻(xiàn)，得知由于MOFs材料中含有功能性有機(jī)分子，容易與多孔碳、石墨烯、高聚物等多種材料復(fù)合，從而制備出性能優(yōu)異的新型多功能復(fù)合材料。通過(guò)諸多該類主題的討論，學(xué)生在其未來(lái)的實(shí)驗(yàn)研究中，遇到瓶頸時(shí)就不會(huì)畏懼困難、停滯不前，而是積極想辦法打開(kāi)思路，尋求解決問(wèn)題的辦法。

(4)教師的積極引導(dǎo)與評(píng)價(jià)

發(fā)散思維訓(xùn)練離不開(kāi)老師的指導(dǎo)，這就對(duì)老師提出了較高的要求，即在每個(gè)問(wèn)題或主題的討論中，任課老師首先要查閱大量文獻(xiàn)，熟悉該領(lǐng)域的研究概況與最新進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，教師要循循誘導(dǎo)學(xué)生匯總知識(shí)、提出問(wèn)題，即讓學(xué)生通過(guò)查閱資料了解相關(guān)的研究概況，從大量的文獻(xiàn)資料中總結(jié)出當(dāng)前該領(lǐng)域存在的亟待解決的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生大膽的提出自己的想法，并對(duì)其提出的想法加以指正。這樣的練習(xí)積極培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓很多研究生在開(kāi)展一個(gè)新課題之前不再感覺(jué)無(wú)從下手。

3 結(jié) 語(yǔ)

碩士研究生通常象征具有對(duì)其專注、所研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)的獨(dú)立的思考能力。本文結(jié)合授課對(duì)象及高等結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的特點(diǎn)，在深入淺出的趣味性授課中充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極主動(dòng)性，重點(diǎn)關(guān)注了學(xué)生發(fā)散思維的訓(xùn)練。通過(guò)該授課模式的實(shí)施，學(xué)生的主觀能動(dòng)性增強(qiáng)，發(fā)散思維能力也會(huì)有所提高，但這種能力的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，不可能在短期內(nèi)取得立桿見(jiàn)影的效果，還需要有計(jì)劃、有目的的長(zhǎng)期堅(jiān)持才能提高學(xué)生的發(fā)散思維能力和創(chuàng)新能力。