化学教学质量反思与提升

化学是以量子力学理论为基础，从微观的角度认识和研究微观粒子的运动规律，以电子因素和空间因素两条主线阐明化学物质的结构、性能和应用的一个化学分支学科［1－2］。该课程主要是从元素的电子结构入手，不仅帮助学生从微观结构上深刻理解四大基础化学课程的基本知识和内容，还可以使学生从原子、分子和晶体层面上掌握微观物质运动的基本规律。随着现代科学的迅猛发展，各学科之间不断交叉、渗透，结构化学课程成为化学、化工、材料等相关专业的一门重要的必修基础课。该门课程以微观体系为研究对象，课程内容理论性强、概念抽象、公式推导复杂，学生不但要具备十分扎实的化学、数学、物理专业相关知识，还要具备较强的逻辑推理和空间想象能力。因此，结构化学在化学本科教育中处于一个相对尴尬的地位，历届学生在学习结构化学课程的时候普遍存在畏惧和抵触的心理，严重地影响了教学效果和教学质量。文章作者结合自身的教学实际，根据课程的学科特点，认为应该在教学方法和手段、教学模式、考核方式等方面加大改革和创新的力度。更新教学方法和手段、探索与教学目标相适应的教学模式、改革传统的考核方式，从而有效提高结构化学课程的教学质量。

1求新求变，更新教学方法和手段

1．1坚持科研教学相结合，以科研促进教学质量提高。教学和科研是高等学校发展的永恒主题，推动教学与科研的共同发展，促进两者的协调统一，是实现可持续发展的内在要求，也是提高办学水平的有效途径。对于任意一门课程，若实现科研与教学的有机结合可以从两方面着手。第一个方面是任课教师必须亲身参加与所教课程相关的科研实践。研究表明，无论教师职称相同或者不同，较高的学术水平更有助于教师提升教学质量［3］。如果教师本身不从事相关科学研究，对学科概念和知识缺乏深刻的认识，就无法将知识完整的呈现给学生。从事结构化学课程教学的教师要提升教学质量，首先要提升教师的学术水平，也就是教师要亲身参与与结构化学课程相关的科研实践之中。教师通过科研实践不但对学科内容理解进一步加深，而且还可以将最新的研究动态及科研成果引入课堂教学，使课堂更具丰富性、前瞻性、启发性。第二个方面是通过举办学术讲座、科研活动吸收学生亲身参与到与课程相关的科研课题之中，从而实现科研成果融入教材、进入课堂。学生们对结构化学课程畏之如虎的原因之一就是课程内容太过于抽象，无法与传统的化学实验相结合起来。与应用化学专业其他课程不同，其他课程基本都有与之匹配的系列实验来帮助学生对课程内容的理解。而结构化学课程国内很少学校开展相关的系列实验，这样造成了理论知识与实践操作的脱节，大大降低课程教学质量。在结构化学课程缺少配套实验的情况下，为了增强学生对课程内容的理解，任课教师除了在授课期间充分利用相关软件进行操作演示之外，在课外更要充分利用大学生科技节、科研讲座等活动将学生吸收到科研中来。学生参与到科研之中，通过亲手实践是增强对课程知识理解的有效途径之一。此外，在学生互相交流过程中，还可以培养和挖掘优秀人才。1．2巧用计算机视图软件，助力学生空间思维的发展。如何将抽象的概念直观地展现在学生面前是结构化学课程授课教师面临的一项严苛的挑战，亦是教师提高授课质量和教学效果的关键所在。众所周知，人的大脑对图形的敏感程度要远大于对文字的敏感程度，也就是说，将文字知识转化为图形更加有助于人们对事物的理解。传统的板书教学只能使学生对概念有一个文字上的认知，很难实现学生由文字到图像的升华。要实现学生在空间思维模式下对概念的理解，教师必须借助一些辅助的教学工具。我们知道，在学生学习立体化学过程中，球棍模型是一种不可或缺的教具。然而这种传统的教学模型的教学效果是有限的、单一的，它很难表示更加抽象、复杂的空间结构。因此，这就要求教师必须采用全新的教学辅助工具来帮助学生对结构化学知识的理解。随着计算机技术的蓬勃发展，计算机的应用已经渗透到各个学科领域中。计算化学就是上世纪八十年代量子化学与计算机技术相结合的产物，伴随着计算化学产生的一系列专业化学软件，为解决上述难题提供了方便。计算化学软件与多媒体技术相结合，有机利用文字、图像、声音、动画等处理技术，真正实现了教材知识由静态到动态、由平面到立体的转变，为学生提供了一个直观、形象的教学环境［4－5］。例如，在讲解分子对称性和对称操作时，可以利用Gaussianview、Chem3D、MaterialsStudio等软件，通过课堂现场演示操作或者例题提问，增强学生对对称元素、对称操作及点群的理解;还可以借助flash、3DMAX等计算机视图软件将分子或晶体结构设计为三维立体模型，通过移动、旋转展示其对称性及空间构型。在讲解原子轨道、分子极性过程中，可以利用Gaussianview或MaterialsStudio等软件，先搭建简单分子结构模型，然后用软件进行分模块任务计算，在输出文件中进行相应的原子轨道、极性分析。在其他章节教学过程中我们也可以利用计算化学软件和多媒体软件相结合的方式对教材知识进行讲解，这样不仅可以降低课程难度，同时也增加了课程的趣味性。在实际教学中我们发现，接触过计算化学软件或者视图软件的同学明显比其他同学表现出更好的理解能力。不仅如此，在本科教学中引入计算化学知识，可以对学生未来攻读研究生及从事计算化学相关工作打下一个良好的基础。1．3忽略数学推导，注重结论与应用。让学生对结构化学产生畏惧和抗拒的原因有三点:第一点是较深的理论基础;第二点是十分抽象的概念;第三点是复杂的公式推导。结构化学中的很多量子力学公式在推导求解过程中都涉及到较为复杂的微积分、线性代数等数学知识，由于本科生普遍数学能力较为薄弱，因此在面对复杂的公式时候显得无从下手，从而逐渐产生厌学的情绪。量子力学公式的推导及求解过程固然会加深学生对公式的理解，但对于本科生而言毕竟难度太大，如果教师将教学重点侧重于此的话，不但占用大量的教学时间还有可能使学生思路混乱，无法理清课程的重难点。因此，教师在教学过程中，一定要进行宏观把握与控制，对于公式的推导点到为止，只需简单地告诉学生公式求解中涉及的数理以及思路。一定要让学生明白数理推导只是解决问题的基础，重点是领会知识的架构、每一个符号所代表的的物理意义以及最终结论的实际应用。这样的教学方法，不仅教学重点鲜明、节约教学时间，更有助于培养学生从宏观上分析及解决问题的能力。目前，国内部分高校在结构化学课程教学过程中仍存在重视量子力学公式的求解而轻视结论应用的现象，有鉴于此，教师在教学过程中应当根据学生的专业方向和知识能力水平适当作取舍［6］。

2与时俱进，创新教学模式

2．1启发式教学，提升学生获得感。启发式教学就是教师在教学过程中依据客观规律以及学生的认知情况，引导学生积极主动的获取知识的一种教学方法，其基本精神是充分调动学生学习内在动机，引导学生学习过程，使他们独立思考，掌握知识，提高分析、理解和解决问题的能力。基于结构化学课程内容的特点，在结构化学教学过程中运用启发式教学非常重要。在教学活动中，教师可以以基础的量子化学知识为引导，运用点拨疏通式、示范启发式、对比启发式方法引导学生学会分析问题和解决问题。以讲解判定原子轨道能否有效组成分子轨道依据的最大重叠原则为例，先不要直接讲复杂轨道间的杂化，而是先从最简单的s－p轨道间杂化开始讲。讲之前先给学生讲授位相的概念以及对称性操作的概念，然后做简单的s－p轨道杂化的最大重叠原则，让学生以此为基础去研究更加复杂轨道杂化的情况，这样学生就能自主的学习及掌握不同轨道间杂化时的最大重叠原则。再比如，讲解分子光谱性质的时候，教师可以提问学生分子产生光谱的内在原因是什么，引发学生思考。通过对比不同分子产生的光谱，可以得出分析分子的对称性便能知道哪些谱线是可测的，哪些是不可测的规律。我们无需对分子进行详细计算，仅通过分子对称性的分析就可以得到很多重要的结果。2．2数字化教学，拓展学生视野。数字化教学的加入有助于改变现行课堂教学的缺憾，丰富学校资源，创设宽松、融洽的学习氛围，活跃课堂气氛，启发学生思维，使学生在积极参与、充分交流中体验到学习和成功的愉悦。随着互联网的不断发展，国内外高校都十分关注数字化教学。数字化教学不但可以使课堂变为数字化的，我们可以把结构化学教学课件、主讲教师的授课录像和练习题及解答等各种资源上传到校园网络教学平台，让学生的课余时间也变为移动课堂。首先，在课堂教学过程中使用数字化教学模式可以使枯燥的课本文字知识、简单抽象的二维图转变为形象具体的三维立体图像、甚至动画演示。比如在讲解分子对称性及对称操作时，教材中的例子只给简单分子的平面结构简图，这种平面结构很难使学生掌握对称性知识;对于空间结构复杂的分子，学生更难找到全部的对称元素。所以我们可以利用计算化学软件以及视图软件将二维结构转变为立体的、动画的、可操作的三维结构，给学生演示时可以依次在找到对称元素后进行标记。这样，同学们就像是在玩电子游戏一样完成整个学习过程。这样的方式，不仅活跃了课题气氛，还能使课本知识变得更加生动。其次，通过数字化技术将主讲教师的教学内容以及优秀教学资源分享到校园网络平台上，不但可以对教学课时进行补充，学生还能就课上没能理解的内容进行复习和提高，加深对所学内容的理解掌握。不但如此，教师还可以讲一些学科发展前沿内容及动态分享到校园网络平台，组织学生进行探讨，这样可以激发学生的学习兴趣和从事化学科研工作的热情。2．3开放式教学，提高学生学习主动性。学习是学习者主动构建的内部心理表征过程，教师的角色是思想的“催化剂”与“助产士”，教师不应把主要精力局限于所教的内容上，而应注意学习者的心态变化。学生学习的过程是一个思考、接受、深化、再思考、提高的过程。因此，教师教学时不应仅仅注重讲解教材内容，更应当注意将教材内容与实际生活、实验结果、科学前沿相结合起来。这样的授课方式不仅避免了将学生的思维禁锢在教材内容之中，更有助于帮助学生进行思维的发散，对教材内容进行再思考。从狭义上讲开放式教学就是课堂内容不仅可以来源于教材，也可以来源于生活实践;师生间的关系不再是教师的教与学生的学，而是根据教材内容的个性化处理。要实现开放式教学，需要做到以下两点:一是提高授课时间、地域、内容的开放性;二是改变授课方式的开放性。所谓提高授课时间、地域、内容的开放性，就是可以将课外的知识引入的课堂之中，也可以将课堂内容在课外进行训练。比如，随着科学技术的不断发展，越来越多的新物质被合成出来、新概念被提出来。教师授课时可以将这些知识引入到课堂上，通过这种开放式教学方法，激发学生的求知欲，让他们主动去发现、去探索，提高他们收集和处理信息能力的同时，还培养了他们的学习能力、创造能力和团队合作能力。此外，教师还可以就前沿科研成果鼓励学生利用课后时间以小组的形式进行讨论。教师在这过程中给予适当指导，学生通过查阅相关资料文献找出其中所依据的结构化学知识，最终以论文形式上交研究成果。在我国现行教育体制下，教育者主宰教育过程，受教育者无学习的主动性可言。受教育者缺乏积极性、主动性、能动性，也就缺乏创造，缺少大师级人才，这也是教育体制的必然。改变授课方式的开放性，就是将学生以往的被动式学习改为主动式学习。教师在授课过程中可以更多的采用讨论、启发、演示、课堂翻转的授课方法，不要为问题而问题，要从创造性教学培养问题意识、科学精神和构建创新素质的宗旨出发，注意问题的层次性;不能只限于“呈现型”问题，要注重“发现型”问题与“创造性”问题。

3改革考核机制，综合评价学生

在大力倡导素质教育的今天，不仅照本宣科的授课方式不能满足时代的需要，传统的以期末考试成绩作为学生最终成绩的方式也不能激发和提高学生的主动性、创造性。因此，要提高结构化学的教学质量必须将结构化学的考核方式改革为更为科学、合理的多元化考核方式。改革后的考核方式可以采用平时成绩和期末考试相结合的考核方式，平时成绩占50%，期末考试成绩占50%。平时成绩包括考勤(占10%)、习题作业(占10%)、课题表现(占15%)、论文(占15%)。学生良好的课堂出勤率是学好一门课的基础和保障，是教师正常开展课堂教学的前提。通过习题作业既可以实现学生对课堂内容的消化与吸收，又可以帮助教师发现学生的薄弱之处。课堂提问既可以帮助教师认识到学生的学习状态，又可以活跃课堂气氛、激励学生主动学习与积极思考。论文则更多引导学生进行主动式学习，通过查阅文献与讨论提高他们获取知识，分析问题和解决问题的能力。期末考试降低偏重记忆型题目的比重，增加一些具有启发性、讨论性的应用型题目。进一步激发学生学以致用，用所学的结构化学理论知识解决实际问题的能力。

4结语

在大力倡导素质教育的今天，传统的教育体制已成为我国转变成教育强国的“绊脚石”，创新教育理念与方式是高等教育适应时展的必然要求。结构化学是化学专业必修的一门理论性较强的课程，本文作者倡导的一系列结构化学课程的教学改革，目的不仅让学生更容易的掌握课程内容，更重要的是培养他们主动学习的学习习惯。

参考文献

［1］周公度，段连运．结构化学基础［M］．4版．北京:北京大学出版社，2008．

［2］施建成．结构化学教学质量提升初探［J］．广东化工，2010，37(7):172－173．

［3］王祖山，范静慧．高校职能、微观机制与行为选择［J］．江西教育科研，2007(7):20－21．

［4］李步通．视图软件在结构化学教学中的应用［J］．广东化工，2014，41(9):251－252．

［5］张雁红，刘红霞．结构化学教学质量提升的探索与实践［J］．内蒙古师范大学学报:教育科学版，2013，26(1):132－134．

［6］徐彩霞，黄志平，任丽君，等．探讨如何提高结构化学教学的趣味性［J］．化工高等教育，2016(2):98－101．

作者:刘 川 宋常春 汪徐春 单位:安徽科技学院