開展“第二課堂”促進(jìn)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論教學(xué)*

李園園，王　麗

(河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南　開封　475004)

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開展“第二課堂”促進(jìn)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論教學(xué)*

李園園，王麗

(河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南開封475004)

結(jié)構(gòu)化學(xué)是為化學(xué)及其相關(guān)專業(yè)本科生開設(shè)的一門課程，是基礎(chǔ)化學(xué)課程的重要組成部分。由于結(jié)構(gòu)化學(xué)概念抽象，理論性強(qiáng)，給教師講授和學(xué)生理解帶來了很大難度。通過開展“第二課堂”，將抽象、枯燥的理論知識(shí)轉(zhuǎn)換為可視的圖形，可以較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的想象思維，加深學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論的理解，從而促進(jìn)相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

結(jié)構(gòu)化學(xué)；第二課堂；理論化

結(jié)構(gòu)化學(xué)是在原子、分子水平上，逐步深入到電子層次，研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及其宏觀性質(zhì)的科學(xué)[1]。本課程是為化學(xué)及其相關(guān)專業(yè)本科生開設(shè)的一門基礎(chǔ)課程，其目的是使學(xué)生利用結(jié)構(gòu)化學(xué)的基本原理和方法，來掌握微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，并了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系[2]，進(jìn)一步加深對(duì)前修課程的理解，并可為之后的學(xué)習(xí)打下良好的理論基礎(chǔ)。因此，結(jié)構(gòu)化學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，但是由于其理論性過強(qiáng)，概念抽象難以理解，學(xué)生通常稱其為“天書”[3]。如何讓學(xué)生理解這本“天書”，是當(dāng)前結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中急需解決的問題。

1　“天書”——結(jié)構(gòu)化學(xué)的過于理論化問題

目前，大學(xué)階段的基礎(chǔ)化學(xué)課程包括無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、配位化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等。針對(duì)以上課程，我們對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了簡單的調(diào)查。結(jié)果表明，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為結(jié)構(gòu)化學(xué)是最難學(xué)習(xí)的課程，一個(gè)原因是其課堂內(nèi)容過于理論化，概念抽象，公式繁多，并且有大量的數(shù)學(xué)知識(shí)穿插其間，學(xué)習(xí)難度大，因而導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生了畏難情緒，學(xué)習(xí)熱情不高。另外一個(gè)原因是結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究對(duì)象是“看不見、摸不著”的微觀粒子，學(xué)生無法獲得直接的感官認(rèn)知，這也在一定程度上增加了學(xué)習(xí)難度。

為了解決上述問題，結(jié)構(gòu)化學(xué)教育者也做過了一些嘗試。例如，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。刪減了離子化合物的結(jié)構(gòu)化學(xué)、次級(jí)鍵及超分子結(jié)構(gòu)化學(xué)等較難理解的部分，主要講授一些基礎(chǔ)理論，如量子化學(xué)基本假設(shè)、一維勢(shì)箱模型、單原子和多原子的Schr?dinger方程、價(jià)鍵理論、配位場理論等內(nèi)容。在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，主要講授結(jié)構(gòu)化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，不僅降低了學(xué)習(xí)難度，并且更有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握；再者，隨著計(jì)算機(jī)的普及，多媒體技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到課堂教學(xué)中。目前，大多數(shù)教師都選擇在課堂上采用多媒體教學(xué)。不同于傳統(tǒng)的黑板粉筆模式，多媒體教學(xué)利用各種先進(jìn)手段，生動(dòng)形象地展示了如分子軌道、晶胞、點(diǎn)群等抽象的概念。多媒體教學(xué)不僅幫助教師克服了單一講解抽象概念的困難，同時(shí)也給學(xué)生帶來了直觀的感受，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了對(duì)知識(shí)的理解。雖然以上這些措施對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)改革起到了一定的作用[4]，但對(duì)于難以解決的“過于理論化”問題，效果并不是十分明顯。經(jīng)過長期的努力探索，我們結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)組采用了一種新的教學(xué)模式，即在理論教學(xué)以外，開設(shè)“第二課堂”。下面介紹一下關(guān)于我們開展“第二課堂”的情況。

2　第二課堂的開展

“第二課堂”主要是利用一些專業(yè)軟件(如Gaussview、Origin等)，把學(xué)生學(xué)到的結(jié)構(gòu)化學(xué)理論知識(shí)加以運(yùn)用，讓學(xué)生體會(huì)到結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)不僅是紙上談兵，也可以解決實(shí)際問題。下面列舉三個(gè)我們開展的“第二課堂”實(shí)例。

圖的成鍵軌道和反鍵軌道Fig. bonding orbital and antibonding orbital

例二，用結(jié)構(gòu)化學(xué)理論方法計(jì)算反應(yīng)焓變。目的是使學(xué)生了解結(jié)構(gòu)化學(xué)理論方法的基本原理，掌握用Gaussian程序來計(jì)算反應(yīng)焓變的方法。求解反應(yīng)焓變的過程，也是進(jìn)一步理解定態(tài)Schr?dinger方程求解思路的過程。該實(shí)例不僅幫助學(xué)生深入理解多電子體系Schr?dinger方程的求解過程，了解結(jié)構(gòu)化學(xué)的另一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，而且可以將理論計(jì)算的反應(yīng)焓變與實(shí)驗(yàn)值相對(duì)比。反應(yīng)焓變的實(shí)驗(yàn)值是通過產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓之和減去反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓之和得到的。通過理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比，不僅加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)化學(xué)與前修課程的聯(lián)系，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到理論計(jì)算的可信性，而且為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)增加了一條解決問題的途徑。

例三，用Gaussview軟件演示多原子分子的振動(dòng)方式。以H2O分子為例，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)化學(xué)中的點(diǎn)群知識(shí)，得出H2O分子有三個(gè)振動(dòng)方式，即兩個(gè)A1對(duì)稱性和一個(gè)B2對(duì)稱性，然后用Gaussview軟件，演示H2O分子的振動(dòng)情況，使學(xué)生從直觀上感受到分子是如何振動(dòng)的，是對(duì)稱伸縮振動(dòng)還是彎曲振動(dòng)等。利用專業(yè)軟件，使化學(xué)現(xiàn)象變靜為動(dòng)，變抽象為形象，給化學(xué)課堂帶來了豐富多彩的授課方法，同時(shí)促進(jìn)了學(xué)生想象思維和發(fā)散思維的發(fā)展。這樣把抽象概念和和直觀形象結(jié)合起來，更有利于加深對(duì)抽象概念的理解。在第二課堂中，也可以讓基礎(chǔ)較好的學(xué)生參與到教師的科研活動(dòng)中，承擔(dān)一部分力所能及的科研課題，鍛煉學(xué)生的科研能力，激發(fā)他們的科研熱情。與此同時(shí)可以通過學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，促使教師發(fā)現(xiàn)自己教學(xué)和科研工作中存在的問題，真正實(shí)現(xiàn)了教學(xué)、科研互相促進(jìn)的局面。

3　結(jié)　語

結(jié)構(gòu)化學(xué)是化學(xué)課程體系中較為年輕的課程，隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，在結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算化學(xué)受到了廣泛關(guān)注，也標(biāo)志著“化學(xué)不再是純實(shí)驗(yàn)學(xué)科”的新時(shí)代來到了。計(jì)算化學(xué)是目前化學(xué)學(xué)科中最活躍的研究領(lǐng)域之一，從事該方面研究的人員不斷增多。結(jié)構(gòu)化學(xué)教師應(yīng)該調(diào)整結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，推陳出新，引導(dǎo)學(xué)生積極有效的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論，并掌握簡單的計(jì)算方法。我們結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)組在總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行長期摸索后，開展了“第二課堂”的教學(xué)模式。通過開展“第二課堂”，結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)改革取得了一定的效果。首先，“第二課堂”的學(xué)習(xí)使學(xué)生克服了對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的畏難心理，感覺到結(jié)構(gòu)化學(xué)不僅有公式和數(shù)據(jù)，也有圖形和應(yīng)用。同時(shí)還拓展了學(xué)生的想象思維，加深學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論的理解。其次，通過開展“第二課堂”，將結(jié)構(gòu)化學(xué)理論與實(shí)例有機(jī)地結(jié)合起來，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。不僅把學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成學(xué)生認(rèn)識(shí)和解決實(shí)際問題的能力，更重要的是提升了學(xué)生的創(chuàng)造力和自身素養(yǎng)，也為部分學(xué)生進(jìn)一步攻讀結(jié)構(gòu)化學(xué)等相關(guān)專業(yè)的研究生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來，我們計(jì)劃增加“第二課堂”的學(xué)時(shí)，并逐步將其發(fā)展成為一門獨(dú)立的結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)踐課。

[1]周公度,段連運(yùn).結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ).4版[M].北京:北京大學(xué)出版社,2007.

[2]劉靖疆.基礎(chǔ)量子化學(xué)與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3]莊志萍,陳玉鋒,左明輝.結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)改革的探討與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué),2012,27(2):31-33.

[4]陳榮.增進(jìn)多媒體教學(xué)模式下師生互動(dòng)的策略[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào),2010,12(S2):189-191.

[5]苗體方.基礎(chǔ)量子化學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐和改革[J].考試周刊, 2012(53):14.

Carry Out “Second Classroom” to Promote Structural Chemistry Teaching*

LIYuan-yuan,WANGLi

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University, Henan Kaifeng 475004, China)

Structural Chemistry is a course for undergraduate students majoring in chemistry and related majors. It is an important part of basic chemistry course. However, it is also one of the most difficult courses for teaching and understanding because of the abstract concepts and elusive theories. The abstract and baldness theories are transferred into the visual figures in the second classroom. Our ultimate goals are to stimulate students’ interests, expand their thinking, and deepen the understanding about the contents.

Structural Chemistry; second classroom; theorization

河南大學(xué)研究生學(xué)位課程建設(shè)項(xiàng)目(No: Y1514016)。

李園園(1992-)，女，碩士生，主要從事量子化學(xué)計(jì)算研究。

王麗(1978-)，女，副教授，主要從事量子化學(xué)計(jì)算研究。

G420

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1001-9677(2016)08-0196-02