《物质结构》研究生课程教学改革探索与实践

李延伟 姚金环 杨建文 利明 张哲

摘要：本文针对《物质结构》研究生课程教学中存在的实际问题，提出了相应的教学改革思路，主要从教学理念、教学方法和考核方式等方面对《物质结构》研究生课程教学改革进行了探讨，阐述了作者几年来从事物质结构教学改革的探索实践和体会。

关键词：物质结构；研究生；教学改革；教学质量

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）15-0125-02

为了进一步优化研究生知识结构、提高研究生综合素质，我校而开设了《物质结构》研究生课程。该课程内容的两大核心内容——电子结构和空间结构及材料特性，是化学、化工、材料等相关学科学生在更深层次理解物质结构与物性本质的阶梯，对培养研究生从微观层次上分析问题、拓展思路、抓住问题的本质，提高理论联系实际能力和创新能力，顺应社会需求起着重要的作用[1]。由于《物质结构》课是从微观结构研究原子、分子和晶体的结构及其与性能的关系，与宏观世界对物质的认识有很大差异，这使学生普遍感到这门课程概念抽象难懂、内容复杂甚至混乱，学习兴趣不足；另一方面因学生往往缺乏对微观系统的感性认识，空间想象能力有限，这导致教师感到难教[2]。针对《物质结构》课程特点和教学中存在的问题，介绍了本教研组在《物质结构》研究生课程教学改革探索与实践中获得的经验，并提出了一些建议。

一、阐明《物质结构》课程的地位和学习必要性

课程的实用性是学生认真学习的动力，而兴趣则是最好的老师。因此作为授课教师，首先要向学生阐明学习《物质结构》课程的必要性和重要性，进而培养学生的学习情趣，激发学生的求知欲。作为当今现代化标志的半导体材料、激光材料、超导材料、纳米材料的发现与发展，都遵循“结构决定性质、性能反映结构”的相互关系。结构化学课的目标就是让研究生在掌握结构化学的具体知识的基础上能够学会从微观层次看问题，拓展思路，善于抓住问题本质，深刻理解并运用“结构决定物性”这一基本原理开展深入的科研探索与实践。可见学习物质结构，无论对学生未来从事教学和还是科研工作都有重要的意义。科研中新材料的合成与表征等都是以结构化学知识为基础的，如果没有扎实的结构化学知识，很难从本质上理解材料的结构特点和物理化学性能。因此《物质结构》课程可为研究生深入开展科研实践提供坚实的理论基础。我们近几年的教学实践证明，提高学生对《物质结构》课程的认识，明确学习这门课程的必要性和重要性，突出课程内容的实用性是很有必要的，这对消除学生学习结构化学理论“无用”的观念、培养学生学习兴趣、激发学生求知欲和学习信心是非常有效的。

二、革新教学理念和教学方法，培养学生的科学思维和学习主动性

在传统教学中，任课教师往往习惯于把书本上现成的知识和结论单向灌输给学生，致使课堂氛围枯燥、乏味，学生只能被动地听讲，习惯于被动地接受知识。这种教学模式非常不利于促进学生自主性和研究性学习能力的提高和个性发展，更不利于学生科学思维能力和创新意识的培养。针对上述问题，我们教学组授课教师坚持“以学生为主体，融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的教学理念，强调问题式教学、启发式教学、案例式教学、分组研讨式教学等多种教学方法的综合运用，重视学科发展史的作用，按“问题设置→分析引导→应用案例→思维拓展→知识点小结”五步程序进行教学，突出学生的中心地位，调动学生积极思考，培养学生的科学思维能力；在教学过程中注重融入本学科发展的最新动向，保证教学内容的前沿性；根据授课教师在科研过程中的心得体会，引导学生如何发现问题、分析问题、解决问题，启发学生的思维，使其在独立思考的基础上进行探索学习，从而逐渐掌握科学的认知方法，建立科学的认知结构；积极探索课堂教学与学生研究课题相结合的教学方法，要求学生将课程所学知识与自己的科研实践相结合，培养学生运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，充分体现课程学习的实用性；通过第二课堂拓展研究性教学，主讲教师根据每章中核心内容让学生查阅相关的文献资料，对教材内容进行拓展和深化，培养研究生的科技检索能力、阅读文献能力和归纳总结能力。

三、充分利用现代教育技术，突破课程教学难点

利用多媒体辅助教学，可在有限的教学时间内提供更丰富的信息量[3]。本教学组自2003年开展《物质结构》多媒体课件的制作，至今该课件已试用5年，受到学生的好评。我们制作了150余幅图片、100多个3D分子模型和晶体模型，目前多媒体课件还在不断地丰富、完善和改进。该课件充分利用图片、动画、视频等手段，把抽象的理论变成具体的形象，突破教学难点。在教学课件开发过程中，我们充分利用先进的数据处理和化学绘图软件（Origin、Matlab、Chemistry3D）制作分子结构和原子/分子轨道图立体图；在授课过程中，我们注重结合科研实例，采用计算模拟软件进行虚拟实验来深入认识和理解结构化学中的抽象概念、理论及其实际应用。例如，采用Gaussian/GaussView量子化学计算软件开展有机小分子几何结构、电子结構和光谱计算模拟实验，帮助学生学习和理解自洽场运算原理、原子轨道、分子轨道、分子极性、静电势、分子振动等相关知识[4]；利用Materials studio软件开展周期性体系的结构建模和电子结构模拟实验，深化学生对晶体的点阵结构和对称性的认识，加深学生对倒空间、布里渊区、能带结构、态密度、键级、轨道杂化等抽象概念的认识和理解。实践证明，在理论教学过程中充分利用这些现代教育技术，能有效地激发学生的学习兴趣，强化教学效果，培养学生的抽象思维能力和理论联系实际的能力。

四、改革考核方法，激发学生学习的自主性

传统的理论课程考核成绩主要以期末闭卷考试成绩为主，考核方式单一，往往导致学生过分依赖课堂笔记和复习提纲进行考前突击备考，养成死记硬背、懒于思考、应付考试的不良习惯，严重影响了教学质量和教学效果。为了进一步激发学生的学习动力，强化教学效果，我们在2005年设计了综合评定学生成绩的方法，采用平时成绩（占40%）与期末考试成绩（占60%）相结合的办法考核学生的成绩。平时成绩包括出勤情况（占10分）、课堂提问与讨论发言情况（占10分）、课后作业（占10分）和第二课堂专题完成情况（占10分）。实践证明，这种平时成绩考核方式有利于引导学生端正学习态度、注重学习过程、养成持之以恒的良好学习惯。期末闭卷考试只考核各章中的重点知识，着重考核学生对所学知识的理解、掌握程度和活学活用能力，而不是死记硬背课本中的知识点。考核方式改革后学生的出勤率、自主学习能力、成绩分布和对课程知识的理解深度都有明显改善。

以上是我们进行《物质结构》研究生课程教学改革探索与实践的经验和建议，该课程在2004年被列为桂林理工大学研究生优质课程立项建设项目。我们深知教学改革不是一蹴而就、一劳永逸的事情，作为教师，我们需要在教学中不断反思、探索和总结，善于发现教学中存在的问题并针对这些问题进行积极的教学改革探索与实践，发现教学规律，较好地完成教书育人的光荣使命。

参考文献：

[1]徐光宪.编著《物质结构》教材的一些体会[J].大学化学，1989，4（6）：15-17.

[2]周公度.深入钻研启迪思维——谈谈我对结构化学教学的体会[J].中国大学教学，1987，（02）：10-12.

[3]刘翔，陈清明，周融，等.多媒体辅助教学的实践与体会[J].教育教学论坛，2016，（38）：136-137.

[4]李延伟，姚金环，杨建文，等.量子化学计算软件在物质结构教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012，（5）：8-9.