量子化学课堂中引入案例教学的实践

山西师范大学化学与材料科学学院 赵国政 苑 芳

一、案例教学在量子化学教学中的必要性

量子化学是从1927 年Heitler 和London 研究氢分子结构开始的，是将量子力学原理与化学相结合形成的一门理论学科，是高等院校化学专业为研究生开设的一门专业基础课程，其任务是使学生利用量子力学的基本原理和方法掌握微观粒子运动的基本规律，探索物质的结构及其与性能之间的关系。量子化学课程内容涉及面广，公式、概念烦琐且抽象，研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能，分子与分子之间的相互作用，分子与分子之间的相互反应等问题。学生不仅需要扎实的物理和数学基础，还要有一定的空间构建能力。量子化学与其他化学课程显著的不同之处使不少学生在学习这门课程之前就产生畏难心理，学习热情和求知欲望不高，授课教师的教学目的也难以达到。因此，教师“如何教”和学生“如何学”都面临着巨大挑战。

近四十年来，得益于计算技术进步提供的有力支持，量子化学得到迅速的发展。量子化学已渗透无机化学、有机化学、分析化学、高分子化学、电化学、界面化学等领域，使它们的研究深入微观层次。同时，新化合物的合成和结构测定，为量子化学提出了新的课题。量子化学已成为现代化学工作者必备的基础知识之一。量子化学教学中采用案例教学，一方面，可提升学生决策能力；另一方面，能使学生真实地感受组织管理实践。在教学中教师给出的每个教学案例都会给学生一定的信息，留下一连串的疑问，这些疑问均没有标准参考答案，学生需要深入思考与探索。学生在“案例”情境中居于主体地位，通过对案例中的问题进行思考、讨论，提出具体措施。案例教学重视的不是得出正确答案，而是整个思考过程，旨在培养学生的发散思维。

二、量子化学课程案例教学的实施

由于学生大多对量子化学存在很大的抵触心理，所以教师授课时不能像其他化学课程一样直奔主题，在这门课程刚开始时就要尽最大努力调动学生学习的积极性。这就要求教师在开展这门课之前搜集量子化学的相关资料，在第一节课主要讲述量子化学的发展史，使学生清楚地认识量子化学的发展历程，树立积极正确的学习观。运用案例等教学手段引导学生学习在量子化学领域做出杰出贡献的科学家的崇尚科学、坚持不懈的精神。其次，量子化学课程中重要的公设也要求学生必须掌握，对于初学者而言，理解这些量子化学基本公设是以后深入学习量子化学的前提。最后，还要讲好量子化学的应用范围，使学生知道量子化学相比于实验具有哪些优势，具体可以解决哪些问题，使学生对量子化学的实用性有一个清楚的认知，避免学生学习时感到迷茫。

（一）搜集案例

教师在课下搜集并筛选出适合学生且生动有趣的案例，便于学生课上讨论，此处笔者提供的案例是“狄拉克、海森堡、薛定谔等人在量子化学基本公设基础上创建量子化学体系”。案例教学是一种追求互动的教学过程，在课前教师必须做好充分的准备，认真阅读相关背景资料。所以教师应在课前一两天把案例材料发给学生，让学生提前熟悉，如此就不会占用课堂时间。

（二）创设问题情境

课上讨论之前，教师可设置几个举一反三的问题，让学生带着问题去讨论，有助于学生思维的发散，以从不同角度、不同方面分析问题、讨论问题。本次讨论，笔者设置了以下几个问题供学生讨论。

（1）量子化学基本公设是可以直接被证明的吗？与几何学中的公理有什么区别和联系？

（2）狄拉克、海森堡、薛定谔等人在构建量子化学体系时经历了怎样的过程？从中我们可以得到什么启示？

（3）和本科时结构化学中提到的量子化学内容有何相同或不同之处？

（三）课堂讨论

组织学生分组就设置的问题进行讨论，这是整个教学过程的关键步骤。在这个过程中教师并不是什么都不用做，而是要密切注意学生讨论的情况，时刻关注学生讨论的内容和主题，防止学生的讨论跑题。同时，在学生讨论出现分歧时，教师不要急于插手，过早扮演裁判的角色，甚至发表自己的观点，应该让学生在整个讨论过程中充分发挥主体地位，有试错的过程，最终达到师生之间以及学生之间彼此互相启发、加深学习印象的效果。

（四）相互交流

每组派出代表进行发言，各组之间可以相互借鉴，让学生的观点相互“碰撞”。教师要积极发现学生观点的独特性，找出学生观点的“亮点”，及时给予表扬，如此更利于培养学生的创新思维。另外，教师需要从学生的发言中准确把握学生讨论的切入点以及不同学生在相同和不同问题上的侧重点，方便接下来的调整和安排。及时引导学生发言，让学生在能发表自己观点的同时，尽可能少出错误。而且，教师更需要衔接各个不同的知识点，将各知识点相互关联，彼此交融，形成知识网，利于学生融会贯通，以加深对知识点的掌握与理解，也为后面问题的解决、讲解新内容打好基础、做好铺垫。

（五）教师讲解

经过以上四个步骤，部分学生的问题或者错误已经在“课堂讨论”和“相互交流”环节得到一定程度的解决。此时教师也比较容易掌握学生出现问题的根本原因，针对上面四个环节中没有解决的个别问题，教师可以一一做出解答。解答的过程也需要有学生自主思考的时间，不能过于直白，要让学生通过思考、倾听、思考，有茅塞顿开的成就感和幸福感，这样学生学习起来也更有动力，学生学习的积极性也会越来越高。随着量子化学内容的推进，学生会更主动地去探索问题、挖掘问题，从而积极地寻找解决问题的答案。

（六）综合评价

教师要对整个过程进行综合评价，包括学生讨论的过程和结果、组内的协作能力，照顾出错同学的情绪，适当地表扬鼓励。梳理每个阶段的优缺点，让学生了解自己的长处和不足。让案例教学不是为了案例而案例，不只是为了教学而进行，更是为了学生通过案例学习的经历，在案例教学中积累学习经验。总之，综合评价是基于过程评价指标，建立过程评价体系去进行的，评价最终的报告形式可选择纸质版或电子版形式。

注意事项如下。

第一，不能为了案例而案例。任何教学方法使用的最终目的都是为了帮助学生学习，可以说，教是为了不教，授人以鱼不如授人以渔，案例教学也是为了教给学生学习的能力。“教学有法，教无定法，贵在得法”，所以，案例教学要把控好教学重点和重心，不能过于强调案例，不能为了案例而案例。

第二，态度决定一切。教师的态度非常重要，直接影响学生的学习，教师态度和蔼可亲，学生更容易获得动力，才会以积极的态度促进自己自主学习，所以上面的各个环节中，教师需要多鼓励、多表扬，有助于学生自信心的建立。

第三，及时反思。每次课后教师和学生都需要反思自己的课堂表现，尤其是教师需要对本次授课过程进行反思，只有不断思考和改进，才能让案例教学更加完善，更加促进教学。

综上所述，案例教学是近年来较为突出的教学改革方向，被广泛应用于各学科领域的人才培养。选择合适的案例，通过教师的引导和组织，让学生真正地参与案例教学过程。学生只有真正地从课堂的“客体”转变为“主体”，课堂教学才能由传统的“以教为主”转变为“以学为主”。针对案例教学中的搜集案例、创设问题情境、课堂讨论、相互交流、教师讲解、综合评价等环节，运用案例教学新的教学理念与新的教育教学方法，推动量子化学课程改革纵深发展。教学实践表明，问题案例不仅可以帮助学生理解知识点，还可以锻炼学生的分析能力，加深学生之间的了解。学生通过讨论可以与自己的知识体系联系起来，这对学习量子化学是非常有利的。