结构化学课程教学初探

王　彦　陈友存

摘要结构化学是一门理论性较强的化学专业课程，学生普遍觉得该课程的内容难以理解和掌握。本文通过总结和反思实际教学工作，提出了在课程教学过程中应遵循的原则以及教学改进方法。

关键词结构化学教学方法原则规律

结构化学是从微观的角度认识化学规律的学科，是以电子因素和空间因素两条主线阐明化学物质的结构、性能和应用的一个化学分支学科。作为一门数理要求较高的化学类专业课程，结构化学涉及面广，需要高等数学以及多门化学专业课程的内容作为支撑，同时其内容抽象，具有极强理论性、实验性和应用性，要求学生具有较强的空间思维能力。由于课程难度大，学生容易产生排斥情绪。针对这种情况，笔者结合自己从事结构化学课程教学的经验，就该课程教学中应遵循的原则和教学改进法作一探讨。

一、课程教学应遵循的原则

(一)理论推导应以基本思路为引导

结构化学课程中有着大量的理论推导，其过程中微分、积分和微分方程等数学知识出现频繁，而化学类学生数学基础相对薄弱，在高等数学方面接受的训练明显不足，在接触到这些知识点的时候普遍觉得不易理解和掌握，进而对课程产生排斥心理。为解决这样的问题，教师在授课过程中应对重要的数学推导过程，以文字的形式总结出推导过程的“基本思路”，明确处理问题的条理性。在处理化学问题的过程中，坚持以“基本思路”作引导，逐步进行，能够深入浅出地说明问题。如讲解“一维势箱”前，可以先将量子力学处理微观体系的基本思路加以介绍，即根据量子力学假设建立体系模型一寻找体系哈密顿算符一应用数学方法解方程一讨论方程解的实际物理意义，并在具体处理势箱体系的过程中按照这一思路逐步讲解，帮助学生在繁杂晦涩的数学推导中理解和掌握问题的实质精髓。而当学生掌握“基本思路”后，在学习过程中遇到类似的问题，就可用类比的思路方法处理问题，问题的结论也就更容易得出了。

(二)抽象的微观运动应实现形象化

结构化学是一门研究微观粒子运动特性的学科，其内容和学生先前课程中接触的宏观领域的运动有着本质的区别，即“波粒二象性”。对于微观体系的运动，结构化学中有着自己的“统计解释”。由于这种本质上的差别，导致结构化学中的很多结论非常的抽象，不易理解。针对这样的问题，应该将抽象的结构化学知识点和相关学科中的知识点二者结合起来，利用类比的方法，将抽象变为形象，启发学生的思路，帮助学生掌握微观现象，认识微观规律。例如，“电子的定态薛定谔方程”可以和“经典波动中的驻波方程”相类比。此外，“电子云的空间分布”、“波函数”等均可以采用类比的方法加以讲解比较，提高教学效果。

(三)理论结果的物理意义应予以阐明

在结构化学的课程中，很多体系的结论都是通过数学方法得到的。而这样的结论在课程中更重要的是向学生阐释所对应的化学上的意义。教学中应避免在对问题的物理意义还没有理解之时就盲目地进行繁琐的数学推导。应明确教学中的主次关系，以理解物理意义、解释实验事实为指导，数学是工具而不是目的。在课堂上可以加强调动学生们对数学结论所对应的物理意义的讨论，充分发挥理论的指导作用，达到理想的教学效果。例如，“一维势箱中的粒子”，通过数学方法求得体系的能量和波函数表达式之后，还应该及时地对其物理意义进行探讨。通过数学结果指出一维势箱中所得出一些与宏观体系不同的量子效应，如“能量量子化”、“零点能”、“平均位置”、“平均动量”等，通过对这些物理意义的深入讨论，能使学生充分认识到这些简单公式的重要性，加深学生对知识点的理解和课程的掌握，加强学生对微觀体系与宏观体系间差别的认知。

二、教学中应注意的改进之处

(一)改进教学方法，活跃学生思想

良好的教学方法是教学质量保证的重要一环。以往的教学模式中，老师在有限的课堂时间内将书本知识“填鸭式”地宣读给学生，由于时间的有限和方法的不当，学生往往对突然而来的大量知识产生抵触厌学的情绪，课堂教学效果大打折扣。要改进教学方法，首先，课程教学应紧抓大纲，采取提纲铺路的办法，编制一定的预习提纲，将课程中的重点难点提前告知学生，布置课堂预习作业，帮助学生在课前了解课程中需要注意的一些问题。有了这样的自主预习，学生在课堂上有限的时间里就可以有针对性地听讲和学习。此外，课后还应鼓励学生和老师就存在的问题进行交流和讨论，通过课前预习、课后讨论的教学方法，教师可以更好地最大限度地调动学生的主观能动性，提高课堂教学的效果。其次。课程教学中应充分利用多媒体等辅助教学方法。多媒体将声像有机的结合在一起，提高了教学的可视性，能很好地刺激学生的兴趣，活跃课堂气氛，具有传统的板书教学所不可比拟的强大优势。如课程中原子轨道的图像、对称性等内容，直观讲解效果很差，学生难以理解；当采用多媒体软件如flash、3DMAX等软件进行制作，模拟原子、分子等，可以将抽象的化学反应过程形象化，提高学生学习的注意力，达到增强教学效果的目的。同时，利用Power Point制作的课件进行教学也省去了繁冗的板书和过多的枯燥讲解，可以在有限的课时中传授和讲解更多的知识，极大地提高教学的效率。

(二)以科研促进教学，注重研究教学，反映学科变化

现代科学发展势头迅猛，而教材内容具有相对的稳定性，更新周期都比较长。因此，教学中教师应注重改变，对于讲稿应不断改进，紧抓当前相关研究热点，充实课程内容。这就要求当今的高校教师不能满足于单纯的教学工作，还应该通过科学研究来提升自身的知识水平，在科研中紧抓学科前沿，并不断地将新的科研动态、知识引入课堂，丰富课堂内容。例如，相对论效应在化学中的运用、簇合物结构化学、超分子结构化学、晶体结构化学以及元素结构化学等新知识，都可以有选择性地充实到课程中来。这些新知识的引入不仅可以使得课程能够及时地反映当前学科热点，极大地激发学生的学习兴趣，调动其主观能动性，也可以为学生后续课程的打下一定的基础。另外，在进行科研的同时，教师也可以在教学中设置与教学目标和要求相适应的课程论文，引导学生加入到自身科研中，从事有兴趣的研究活动，尝试应用结构化学，量子化学的理论去解释化学现象，从而在应用理论的过程中加深对理论知识的认识，提高学生的学习积极性，取得较好的教学效果。

理论化学家Hoffmann R，曾说过：“化学理论的最重要作用是提供一种思维体制，以总结更新知识”。结构化学作为一门难度较大的专业课程，教学中也应注重为学生的学习培训提供一种值得借鉴的思维体制。因此，教师在教学中应考虑到课程的特殊性，发挥主观能动性，运用得当的教法将深奥晦涩的知识点转变成易于接受的结论，提高学生的学习积极性，加强课程的互动，培养学生的科学性思维，养成其学习知识、利用知识的能力。只有这样，课程才能真正地为学生所接受，为他们的未来提供知识的积淀。

(责编黎原)