结构化学教学方法的实践与探索

来源:用户上传      作者: 秦德志 张 丽

　　摘要: 结构化学是化学中一门知识较抽象、理论性较强的专业基础课程,学生在知识的接受和理解上存在一定的困难。本文作者针对结构化学教学上的难题,对结构化学教学过程中的教学模式、教学内容和方法进行了探讨,并总结实践教学经验,对课程的教学改革提出了一些建议。
　　关键词: 结构化学教学方法实践
　　
　　结构化学是大学本科化学专业的一门基础课程,是物理化学的重要分支,是主要研究物质结构(包括原子结构、分子结构和晶体结构)和结构与性质关系的一门学科[1,2]。通过该课程的学习,学生可以完善大学化学知识结构体系,更加深刻地理解宏观世界与微观世界的关系,并培养独立思考的能力。
　　结构化学课程有其特点,比如与其它学科(数学、物理等)的交叉比较多,知识比较抽象。这就要求学生在结构化学的学习过程中必须有严密的逻辑思维,同时还必须具备数学、物理学等基础知识。化学是一门实验性的学科,但是结构化学中的微观结构状态很难在宏观的实验中观察出来,所以学生还要有一定的空间想象能力。此外,很多学生对结构化学的学习内容没有充分认识,认为只要学好传统的无机、有机、分析和物理化学就可以应付以后工作中的问题或硕士研究生考试,因此在学习上缺乏动力和兴趣,甚至部分学生认为结构化学内容过于晦涩难懂因而放弃了该课程的学习,造成知识结构的缺陷。因此,结构化学不仅对教师自身的素质有较高的要求,而且对教师的教学方法提出了新的挑战。笔者结合自己在结构化学教学中的实践,提出几点建议。
　　
　　一、明确公式的物理意义,简化数学推导过程
　　
　　教师在教学中要抓住首要问题,结构化学教学的首要任务就是理解理论公式的物理意义及其在化学中的应用。结构化学中的公式推导用到的数学知识比较多,包括微积分、线性代数等。化学专业的学生普遍数理基础比较薄弱,教师在公式推导的过程中应注意尽量简化公式推导过程,做到让学生理解即可,而不应强求其掌握。教师要充分利用“黑箱”学习方法原理,可以把数学知识封装在“黑箱”内,而把重点放在从“黑箱”中出来的产品上,即公式的物理意义上去。比如在氢原子的定态薛定谔方程求解的过程中,教师要简化求解的数学过程,重视对求解的讨论,让学生理解氢原子轨道的本质。
　　
　　二、改进教学方法,激发学生学习兴趣
　　
　　在传统教学中,教师的“讲”与学生的“听”是一种单向不可逆的关系,很多时候学生是在被动地接受知识,加上学生数理基础知识的缺失,很容易造成学生对学习的抵触情绪,课堂教学效果就会大打折扣。教师如果改进教学方法,使学生参与到教学过程中去,由单向变为双向,由不可逆到可逆,使教学产生互动的效果,就可以高效省时地完成教学目标,培养学生的主动性,又有利于把所教的知识内化为学生的素质。这就需要教师在教学中加入新的“元素”。例如兰州大学李炳瑞老师在讲述分子对称性的时候引入了自然界的对称和文学中的对称作为比喻[3],特别是诗词中的回文结构,极大地激发了学生的兴趣,也加深了学生对知识的理解。另外,在教学过程中教师还要注意增加一些教材中没有的学科前沿研究动态和热点,课后布置小的研究课题让学生分组讨论并撰写论文,培养学生独立研究问题的能力。
　　
　　三、理论结合实践,重视实验教学
　　
　　化学是一门实验性的学科,传统化学中的理论基本是人们对实验现象进行总结而得来的,四大化学都有专门的实验课程。而结构化学中的理论大多来自量子力学,理论性比较强,知识比较抽象,与传统的化学实验联系比较少,这就对学生知识的理解造成了一定的困难。针对这个问题,教师可以把实验教学引入到结构化学教学中,使其不再是纯粹的理论,做到理论与实践相结合。教师适当地安排一些实验,可以提高学生的学习兴趣,加深学生对理论的理解,进而提高教学质量。比如利用磁天平计算配合物的磁化率,在X射线衍射仪上测定晶体的结构,用光电子能谱技术测定电子的能量,等等。
　　
　　四、注重现代教育技术的应用
　　
　　传统课堂教学多采用板书的方法,结构化学的知识抽象,公式推导涉及的数学过程比较多,板书方法就略显不足。教师采用现代教育技术中的多媒体教学就可以使这些知识更加生动、形象、逼真地呈现在学生面前,比如在讲述分子点群结构的知识时,教师可以用计算机软件(Flash、3D Max等)绘制三维立体的原子、分子结构,并可以模拟分子的各种对称操作。这与传统的二维平面分子图相比有了很大的改进,便抽象的知识变得形象化,更加便于理解。教师可以简单介绍一些常用的化学绘图、计算软件,扩展学生的视野,并锻炼他们的动手能力。例如Chemoffice软件可以建立各种分子的二维、三维图形,HyperChemical软件能够计算分子的前线分子轨道,等等。
　　在条件允许的情况下,教师可以把网络作为一个平台引入到结构化学的教学过程中来。通过互联网的共享,教师和学生可以查找到更多的教学资源,例如精品课程、名师视频等。在讲解晶体结构的过程中,教师可以在多媒体课件中插入一些链接,连接到世界上一些大的晶体数据库。多媒体平台的引入,不但拓宽了学生的知识面,而且大大提高了使教学效果。
　　
　　五、科研与教学相结合
　　
　　在结构化学教学过程中,教师要处理好科研与教学的关系,两者并重。在教学实践中教师还要体现出学以致用、科研与教学相互促进的指导思想。这一思想也对教师提出了新的要求,教师不但要具备扎实的理论知识,而且要进行与结构化学有关的科学研究活动。这样教师就可以把一些学科的新知识、新思想包含在讲课的内容中。例如讲述共轭有机化合物的吸收光谱的移动时,因为这种现象本质上是一种量子效应,笔者向学生介绍了在当前科学研究中比较热门的纳米研究领域和纳米粒子都具有这样的量子限域效应,以此来说明宏观现象与微观状态之间的关系。这样,学生在学习课本知识的同时,也能了解到所学的知识与科学研究的联系,觉得学有所用,就更能激发其学习热情。另外,教师把科研渗透在教学中也可以为将来部分学生走上科学研究的道路奠定基础。
　　
　　六、结语
　　
　　结构化学是一门难度比较大的专业课程,涉及的知识抽象、理论复杂。因此在教学过程中,教师应充分发挥主观能动性,改进教学模式、教学内容和方法,将晦涩难懂的知识变得生动、活泼,使学生更加容易接受,从而提高结构化学的教学效果。
　　
　　参考文献:
　　[1]潘道皑,赵成大,郑载兴.物质结构.北京:高等教育出版社,1982.
　　[2]周公度,段连运.结构化学基础.北京:北京大学出版社, 2002.
　　[3]李炳瑞. 结构化学.北京:高等教育出版社,2004.
　　致谢:课题受平顶山学院高层次人才基金项目(2008008)和教研项目(2009-JY38)资助。

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