結(jié)構(gòu)化學(xué)互動(dòng)式教學(xué)方式探索

韓秀萍+王芙香+潘勤鶴

摘要：分析了結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題，探討了教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)手段的改革，探索了以教師講授在前，學(xué)生總結(jié)、剖析、競(jìng)答、實(shí)踐在后的教學(xué)模式。把學(xué)科前沿引入課堂，讓學(xué)生進(jìn)一步理解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)”的實(shí)質(zhì)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化學(xué);多媒體教學(xué);互動(dòng)式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）22-0123-02

結(jié)構(gòu)化學(xué)是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，從微觀角度探索原子、分子和晶體的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系的一門(mén)科學(xué)。作為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，要求學(xué)生要有扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)知識(shí)、縝密的邏輯思維和良好的空間想象力[1]。在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中，應(yīng)以講解結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)為主，對(duì)于復(fù)雜數(shù)學(xué)推導(dǎo)、抽象物理概念只做演示和簡(jiǎn)單介紹[2]。通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅要掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)的基本知識(shí)，而且能深刻理解“物質(zhì)性質(zhì)反應(yīng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)”。

針對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中現(xiàn)存的問(wèn)題，結(jié)合幾年來(lái)結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)方法的改革與探索，也從中得到了一些啟示和經(jīng)驗(yàn)。

一、結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)現(xiàn)在存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的調(diào)查和比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)中還存在一些問(wèn)題。

1.學(xué)習(xí)難度大。由于結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究對(duì)象是以難以理解的微觀體系為基礎(chǔ)，多數(shù)學(xué)生感覺(jué)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論深?yuàn)W、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，宏觀理論與微觀結(jié)構(gòu)難以聯(lián)系，學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難。

2.學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。有相當(dāng)一部分的學(xué)生存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，剛開(kāi)始接觸結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)課程的學(xué)生，聽(tīng)高年級(jí)的同學(xué)說(shuō)結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)了沒(méi)什么用，與實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系較少，工作中基本用不到。再加上這門(mén)課理論性較強(qiáng)、要學(xué)好需要花更多的時(shí)間，需要運(yùn)用更多相關(guān)知識(shí)，因此對(duì)這門(mén)課產(chǎn)生了一種畏難和抵觸心理，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

3.學(xué)習(xí)積極性不高。傳統(tǒng)的單純講授、灌輸式的教學(xué)方法，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)已經(jīng)不適用了。學(xué)生獨(dú)立思考并解決問(wèn)題的能力需在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)一步提高。

二、結(jié)構(gòu)化學(xué)的改革措施

1.注重將講授內(nèi)容與實(shí)際典型事例、經(jīng)典故事結(jié)合。通過(guò)講解一些與本課程教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的生動(dòng)事例，提高學(xué)生興趣，增強(qiáng)學(xué)生的記憶。如探討微粒的波粒二象性時(shí)，可以講述偉大科學(xué)家德布羅意的故事。德布羅意在大學(xué)時(shí)學(xué)的是歷史專業(yè)，后來(lái)對(duì)物理產(chǎn)生了興趣。在攻讀物理學(xué)博士學(xué)位期間，他想法大膽，將代表粒子性的物理量動(dòng)量p與代表波動(dòng)性的物理量λ聯(lián)系起來(lái)。他的導(dǎo)師曾認(rèn)為這個(gè)學(xué)生的想法很荒誕，但物理思想展現(xiàn)得很完美動(dòng)人，隨即將德布羅意的論文發(fā)給了愛(ài)因斯坦審閱。愛(ài)因斯坦高度評(píng)價(jià)了德布羅意的論文。1927年德布羅意論文中的假設(shè)被實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí);1929年德布羅意憑此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)他只有37歲。目前德布羅意假設(shè)已經(jīng)成為研究微觀粒子的理論基礎(chǔ)。

2.充分利用多媒體教學(xué)課件及輔助軟件。多媒體教學(xué)已經(jīng)成為目前高校應(yīng)用廣泛的教學(xué)手段，它可以將語(yǔ)音、圖象、視聽(tīng)有機(jī)結(jié)合于一體，使教學(xué)過(guò)程更為立體，使難以理解的抽象內(nèi)容更為形象動(dòng)感，大大刺激了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了科學(xué)靈感，從而增強(qiáng)了教學(xué)效果。結(jié)構(gòu)化學(xué)中需要很多教學(xué)模型來(lái)講解如分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、原子軌道線性組合及分子對(duì)稱和對(duì)稱操作等抽象的內(nèi)容，能夠用于教學(xué)的靜態(tài)模型是有限的，所以對(duì)這些知識(shí)比較難以直觀講解。

Flash、3Dmax、Material studio等輔助軟件能夠用來(lái)制作三維立體模型圖和動(dòng)態(tài)變化過(guò)程演示圖。教師利用這些軟件制作生動(dòng)的教學(xué)模型和變化過(guò)程，使抽象的三維空間變得直觀，易于理解，同時(shí)也能增強(qiáng)學(xué)生的空間思維能力[4]。同時(shí)也讓學(xué)生了解這些軟件的使用，能夠自己制作結(jié)構(gòu)化學(xué)中的立體結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。如乙烷C2H6的分子的立體構(gòu)象在二維空間中是難以描述的。如果使用Material studio軟件顯示C2H6的立體構(gòu)象，則圖像清晰直觀，一目了然，而且可以對(duì)C2H6的立體構(gòu)象作任意角度的旋轉(zhuǎn)，然后找出它的對(duì)稱元素進(jìn)行對(duì)稱操作[5]。

學(xué)生親手搭建球棍模型也是較為重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，在構(gòu)建模型的過(guò)程中可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)立體結(jié)構(gòu)的空間排列的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生的空間感、想象力。在教學(xué)中，親手搭建靜態(tài)模型與利用軟件制作動(dòng)態(tài)模型相結(jié)合，使學(xué)生對(duì)空間結(jié)構(gòu)的理解和掌握更為全面和形象，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)出豐富的空間想象力[6]。

3.安排一定課時(shí)讓學(xué)生參與討論、競(jìng)答。教師在每章理論部分講授完畢后，安排兩節(jié)課以學(xué)生為主體進(jìn)行討論、競(jìng)答。如將同學(xué)以6人/組的形式分組，針對(duì)本章所學(xué)的內(nèi)容每個(gè)小組同學(xué)進(jìn)行總結(jié)，其他小組同學(xué)可以進(jìn)行補(bǔ)充;然后各組同學(xué)互相出題競(jìng)答。對(duì)提出問(wèn)題和回答問(wèn)題表現(xiàn)好的同學(xué)給予本組團(tuán)體及個(gè)人平時(shí)成績(jī)加分的獎(jiǎng)勵(lì)，還可以設(shè)置一些小獎(jiǎng)品以鼓勵(lì)學(xué)生的積極性。在討論、競(jìng)答的過(guò)程中老師對(duì)學(xué)生的答案給予確認(rèn)、糾正、拓展、條理化。通過(guò)這種生動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)模式，有效地鞏固了老師講授的知識(shí)，使知識(shí)進(jìn)一步條理化。學(xué)生對(duì)知識(shí)的印象深刻了，學(xué)習(xí)興趣也濃厚了，也增進(jìn)了師生之間的交流，教師從交流中也了解到了教學(xué)的效果，在教學(xué)過(guò)程中可以進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，以達(dá)到最佳的效果[7]。

4.將學(xué)科科研動(dòng)態(tài)引入教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，而物質(zhì)的性質(zhì)又反映了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。將化學(xué)學(xué)科的科研前沿領(lǐng)域出現(xiàn)的新物質(zhì)結(jié)構(gòu)及新性能引入到課堂教學(xué)中，既將課本的理論知識(shí)與新物質(zhì)結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，使課本知識(shí)得以應(yīng)用和升華，又讓學(xué)生了解了學(xué)科前沿，增加了學(xué)習(xí)興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

當(dāng)今新材料的研究發(fā)展迅速，新結(jié)構(gòu)材料不斷涌現(xiàn)。在課堂上引入最新科研成果，不僅能引起學(xué)生興趣，更能將學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)與實(shí)際相聯(lián)系，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

如金屬-有機(jī)框架材料（MOFs），是近十年來(lái)發(fā)展迅速的一種配位聚合物，是過(guò)渡金屬離子與有機(jī)配體通過(guò)自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶體多空材料，具有三維的孔結(jié)構(gòu)，一般以金屬離子為連接點(diǎn)，有機(jī)配位體支撐構(gòu)成空間3D延伸，是一類重要的新型多孔材料，廣泛應(yīng)用于物質(zhì)分離、儲(chǔ)能和催化。如手性MOFs對(duì)不對(duì)稱合成反應(yīng)有良好的催化性能[9];類沸石咪唑酯骨架化合物（ZIFs）具有突出的熒光性質(zhì)，可用于制備各式的熒光傳感器[10]。MOFs多樣的空間結(jié)構(gòu)解析需要用到結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識(shí)，各種不同結(jié)構(gòu)的MOFs表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，又充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性能的本質(zhì)。

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