以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程模式改革*

任 穎，張婷婷

(山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041004)

結(jié)構(gòu)化學(xué)是從量子力學(xué)的基本原理出發(fā)，討論原子、分子及晶體結(jié)構(gòu)以及它們和性質(zhì)間的關(guān)系，同時(shí)也是其它化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)[1-2]。結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的一門必修實(shí)驗(yàn)課，它可以幫助學(xué)生理解微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法及物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、歸納的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)化學(xué)基本理論知識(shí)解決實(shí)際化學(xué)問題的能力，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新綜合能力的學(xué)科目標(biāo)[3-5]。

1 結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐現(xiàn)狀

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)多是模型實(shí)驗(yàn)，通過分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的模型搭建幫助學(xué)生理解分子和晶體的空間構(gòu)型，而設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)卻沒有，使得學(xué)生的認(rèn)識(shí)與理解局限于課本中的基礎(chǔ)內(nèi)容，不能把知識(shí)進(jìn)行拓展和應(yīng)用。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新性

結(jié)構(gòu)化學(xué)涉及復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，大量的抽象概念，要求學(xué)生學(xué)會(huì)抽象思維，能夠恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用類比、模擬及其它科學(xué)方法，因此學(xué)生往往感到難學(xué)難懂。結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)能夠有效的提高大學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解及邏輯思維和空間想象力。但在教學(xué)的過程中，教師通常會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行詳細(xì)講解和操作，然后學(xué)生操作，最后總結(jié)整理撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種被動(dòng)的授課方式成為結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的主要教學(xué)模式。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式單一

在結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一方面，相當(dāng)一部分都是固定的模型實(shí)驗(yàn)，教師講解后學(xué)生只是觀察模型完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；另一方面，在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通常也是根據(jù)老師講解的實(shí)驗(yàn)步驟完成操作，沒有積極的進(jìn)行思考。當(dāng)對(duì)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)和拓展時(shí)，不知如何開展，甚至得出失敗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)也不知道如何解決問題。這種教學(xué)方式很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和興趣，忽略學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，抑制學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

1.4 實(shí)驗(yàn)考核方式陳舊

以往的實(shí)驗(yàn)成績主要是依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)定。從學(xué)生反饋回來的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫往往令人失望，尤其是模型實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告“千篇一律”。在實(shí)驗(yàn)過程中間由于學(xué)生人數(shù)較多，教師不可能對(duì)每一位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)都有較客觀的記錄。所以，這種考核方式不僅難以評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生的綜合能力，而且還會(huì)影響學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的興趣。

此外，結(jié)構(gòu)化學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等普遍陳舊，缺乏現(xiàn)代化教學(xué)手段等等，都使結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革迫在眉睫。多年來，國內(nèi)外的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者對(duì)大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)存在的問題進(jìn)行了深入的思考和探究。綜上所述，如何有效的對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程模式進(jìn)行教學(xué)改革，將結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高到一個(gè)新水平，能夠真正實(shí)現(xiàn)以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和綜合能力的學(xué)科目標(biāo)。

2 結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革舉措

本文按照山西師范大學(xué)人才培養(yǎng)模式改革的基本要求，結(jié)合我校結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，開展以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向的《結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程模式改革。具體將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程改革：

1)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容改革

在教學(xué)中，以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向?qū)虒W(xué)內(nèi)容和課程體系做出更新和調(diào)整。通過結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的改革，使學(xué)生能從物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(性能)相互關(guān)系的基本規(guī)律出發(fā)，增強(qiáng)并加深對(duì)化學(xué)現(xiàn)象與化學(xué)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，從而在更高層次上分析和解決問題。

①開設(shè)相關(guān)理論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。該類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，可以幫助學(xué)生加深對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論知識(shí)的理解，能夠把理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐及現(xiàn)代科技方法的應(yīng)用相結(jié)合。因此，在原有傳統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)增設(shè)驗(yàn)證有利于學(xué)生理解課程內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)。例如X-射線粉末衍射法測(cè)定金屬晶體結(jié)構(gòu)、磁化率-古埃磁天平法測(cè)定絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)和分子偶極矩的測(cè)定等。

②開設(shè)計(jì)算、模擬實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在計(jì)算化學(xué)已成為化學(xué)家的有力工具。在本課程中，我們利用Gaussian和GaussView等計(jì)算化學(xué)軟件和可視軟件，幫助學(xué)生加強(qiáng)基本概念和基本理論的理解。同時(shí)，在本課程組講授結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)老師的科研方向多是理論化學(xué)計(jì)算，因此可以發(fā)揮科研優(yōu)勢(shì)，開展計(jì)算、模擬實(shí)驗(yàn)。例如，共軛分子的HMO法處理、H3CO → H2COH反應(yīng)勢(shì)能面的模擬等。

③開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)側(cè)重于學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和深化，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)側(cè)重于提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力，綜合實(shí)驗(yàn)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，解決各種問題的能力。結(jié)構(gòu)化學(xué)是連接其它基礎(chǔ)化學(xué)和高等化學(xué)的紐帶，開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以幫助提高學(xué)生聯(lián)結(jié)其它學(xué)科的能力，使整個(gè)大學(xué)化學(xué)學(xué)科的知識(shí)融會(huì)貫通，進(jìn)而有利于提升學(xué)生的創(chuàng)新和綜合能力。

④增設(shè)研究型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?？蒲信c教學(xué)應(yīng)是相輔相成的，借助磁性分子與磁信息材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研平臺(tái)，發(fā)揮其科研背景優(yōu)勢(shì)，把科研成果與實(shí)際教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生能夠了解當(dāng)前化學(xué)科技的前沿發(fā)展，拓寬學(xué)生視野、活躍學(xué)習(xí)氛圍。積極鼓勵(lì)大學(xué)生加入到老師指導(dǎo)研究生的科研實(shí)驗(yàn)中來，充分體現(xiàn)科研與教學(xué)相結(jié)合的特點(diǎn)。同時(shí)，可以有效推動(dòng)創(chuàng)新性人才實(shí)踐教學(xué)改革，提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

當(dāng)下，結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)必須采取新的教學(xué)方法，以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向，構(gòu)建多方位的教學(xué)平臺(tái)，否則無法滿足教學(xué)需要。

①建設(shè)立體化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。目前，高等學(xué)校教學(xué)改革的大趨勢(shì)是利用互聯(lián)網(wǎng)科技進(jìn)行教學(xué)改革，尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正快速與教育教學(xué)的相結(jié)合，對(duì)高校教學(xué)改革的實(shí)施發(fā)揮著重要的作用[6]。因此需要建設(shè)和不斷完善結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，探索線上線下混合教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教育資源共享，方便學(xué)生和一些用戶通過網(wǎng)絡(luò)使用相關(guān)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。

②全面采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，把微課、慕課等引入結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。面對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代，結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和任何教育教學(xué)工作一樣，需要調(diào)整思維方式，貼近實(shí)際，創(chuàng)新引領(lǐng)。把“微課”、“慕課”新型教學(xué)模式引入結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題可以反復(fù)播放、學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)[7]。便于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真思考和總結(jié)規(guī)律，并形成自己的觀點(diǎn)應(yīng)用實(shí)踐。通過網(wǎng)絡(luò)和老師探討的問題可以共享給其他學(xué)生，便于其他學(xué)生隨時(shí)查看學(xué)習(xí)。同時(shí)，這種新型教學(xué)模式，讓教學(xué)過程直觀、新穎，符合當(dāng)代學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維模式

③依托科研平臺(tái)，開發(fā)教學(xué)軟件。依托磁性分子與磁信息材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合本教研組教師的科研方向，利用本教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)教研組編寫出Simple Viewer軟件、Atomic Orbital軟件和Crystal View軟件，并把它們共享到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。Simple Viewer可以顯示分子三維結(jié)構(gòu)，特別是可以顯示分子中的對(duì)稱元素、識(shí)別分子的對(duì)稱性，使本課程中有關(guān)分子對(duì)稱性的教學(xué)既方便又直觀；Atomic Orbital和Crystal View可以把原子軌道和晶體模型以三維圖像的方式表現(xiàn)。這樣使學(xué)生模型實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、空間得到擴(kuò)展，加強(qiáng)模型實(shí)習(xí)的效果。

3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革

要以學(xué)生為主體，以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向要讓學(xué)生全程進(jìn)入到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前，基于已經(jīng)學(xué)過的相關(guān)理論知識(shí)，首先可以在結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和模擬，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題查找文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，與教師討論其可行性，接著由學(xué)生實(shí)施合理的實(shí)驗(yàn)方案，最后完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。這樣學(xué)生由“聽眾”變成“主角”，以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向，尋求利用理論知識(shí)全面思考、分析、解決化學(xué)中各種問題的能力。

4)實(shí)驗(yàn)考核方法改革

為了能夠精準(zhǔn)地體現(xiàn)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)并解決問題的能力，改變實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定結(jié)構(gòu)，將實(shí)驗(yàn)成績改為由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告或小論文幾方面構(gòu)成。在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況和效果進(jìn)行考核，結(jié)合預(yù)習(xí)報(bào)告，評(píng)定預(yù)習(xí)成績；在實(shí)驗(yàn)實(shí)施環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)具體的實(shí)施過程中進(jìn)行評(píng)定；在實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié)，結(jié)合檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和結(jié)果處理的正確性等給出數(shù)據(jù)處理分?jǐn)?shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)思考回答或小結(jié)反思等綜合給出實(shí)驗(yàn)報(bào)告分?jǐn)?shù)。

3 結(jié)語

通過以知識(shí)應(yīng)用為導(dǎo)向?qū)?shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)考核方法四個(gè)方面著手，對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程模式進(jìn)行改革和實(shí)踐;通過優(yōu)化課程內(nèi)容、構(gòu)建多方位教學(xué)平臺(tái)、提升學(xué)生主體地位和實(shí)行實(shí)驗(yàn)考核多元化，提高結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，全面培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、分析問題和解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力。