傅惠 周欣明

摘? 要 在工科院校創(chuàng)新性教育改革中，如何提高教學效率，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和能力，已成為結構化學教改的核心課題。利用創(chuàng)新教學方法，改革教學大綱，提高學生的求知欲;利用

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”提高學生的創(chuàng)新性;利用多媒體教學為學生示范創(chuàng)新;以及通過參與科研提高學生的創(chuàng)新性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。結果表明，創(chuàng)新性教育探索使學生的創(chuàng)新思維和能力得到很大提高。

關鍵詞 結構化學;工科院校;創(chuàng)新性教育;互聯(lián)網(wǎng)+教育;多媒體教學

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）04-0082-03

1 前言

結構化學是高等工科院校化工專業(yè)的一門基礎課程，它是利用量子力學原理和現(xiàn)代物理化學實驗方法，從微觀的角度來研究原子、分子和晶體的微觀結構及其結構與性能之間關系的科學[1-3]。通過該課程的學習，學生不僅有利于完善化學專業(yè)知識結構，而且可以培養(yǎng)探索宏觀世界、微觀世界及其相互聯(lián)系的思維能力。資料表明[4]，反映高等化工領域最新研究成果的期刊如《高等化工學報》中約30%的論文涉及分子結構。由此可見，21世紀的化工人才若沒有掌握一定的結構化學知識，則很難適應學科發(fā)展的需求。

化學是一門實驗性的學科，但是結構化學中的微觀結構狀態(tài)很難在宏觀的實驗中觀察出來，所以學生要有一定的空間想象能力。結構化學與數(shù)學和物理有知識交叉，需要嚴密的邏輯思維。此外，工科院校碩士研究生考試科目中不含結構化學，造成學生在學習上缺乏興趣和動力。對此，筆者認為采用先進的教育理念和創(chuàng)新的教學方法來培育學生，可以激發(fā)學生的學習與研究興趣，提高學生的學習積極性和創(chuàng)新能力，促進結構化學課程的教學。

2 開展創(chuàng)新性教育的重要性

創(chuàng)新性教育是根據(jù)創(chuàng)新的原理，以培養(yǎng)學生具有一定創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為主要目標的教育活動，重在引導學生牢固、系統(tǒng)地掌握學科知識的基礎，發(fā)展他們的創(chuàng)造力。培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和能力的結果是實現(xiàn)知識的增值，從而增加信息量;或者是在方法上的突破，對已有知識進行新的分解與組合，實現(xiàn)信息的新的功能結構量的增加。

培養(yǎng)創(chuàng)新型學生，發(fā)揮主導作用的是教師。教師必須具有嶄新的、現(xiàn)代的、科學的創(chuàng)新性教育的理念，這是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的重要前提。教師自覺地掌握新的創(chuàng)新性教育理念，可以幫助學生審時度勢、學會創(chuàng)新，促進學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

3 激發(fā)學生的求知欲

啟發(fā)學生對科學的求知欲望和提高對結構化學的興趣，對學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著重要的作用，也是不可缺少的環(huán)節(jié)。筆者認為，第一節(jié)課結合課程內(nèi)容對學生進行結構化學發(fā)展史和前沿科學知識的展望是十分重要的。如介紹微粒的波粒二象性時，可以引入發(fā)現(xiàn)者德布羅意的故事：

德布羅意的博士論文想法大膽，將代表粒子性的動量與代表波動性的振動頻率聯(lián)系起來。當時他的導師曾認為這個學生的想法無法理解，隨即將德布羅意的論文發(fā)給了愛因斯坦審閱。愛因斯坦給予很高的評價。1927年，德布羅意論文中的假設被電子衍射實驗證實。1929年，德布羅意憑此獲得諾貝爾獎，當時他只有37歲。目前，德布羅意假設已經(jīng)成為研究微觀粒子的理論基礎。

此外，可以介紹一些科學前沿和新的成果，如石墨烯應用、量子通信中提到的量子糾纏、手性藥物、C60和納米材料、分子篩和離子液體等。這些研究都與結構化學課程有著密切聯(lián)系，可以告訴學生今后將會以小課題形式與大家討論，這樣可以大大激發(fā)學生求知和創(chuàng)新的欲望。

4 創(chuàng)新性教學方法

教學內(nèi)容與時俱進? 對于工科院校的結構化學課程來說，其教學目標應該是符合時代發(fā)展，并對化工、材料等眾多工程專業(yè)技術人員有創(chuàng)新性的培養(yǎng)。目前，國內(nèi)大多數(shù)結構化學教材難度偏大，側重于量子力學公式的求解，這易使數(shù)理基礎一般的學生產(chǎn)生畏難的情緒。要提高結構化學教學的趣味性，增強教學效果，達到相應的教學目的，重視結論和應用。授課教師不需要整節(jié)課講述相關方程的解法，只需要簡單地提及解的思路和與之相關的數(shù)理知識，對于方程的數(shù)學解法點到為止。

如一維勢箱中粒子的薛定諤方程求解，授課教師只需要簡單地給出該方程的邊界條件，然后直接講解方程的解。需要強調(diào)的是在課堂上應給出創(chuàng)新應用的關鍵詞，如有機共軛分子、共軛分子的紅外光譜、紅移效應、隧道效應、核衰變和原子能發(fā)電，讓學生通過網(wǎng)絡，找出它們的聯(lián)系。不少學生會發(fā)現(xiàn)，一維勢箱可以半定量解釋有機共軛分子的紅外光譜，如果共軛分子增加，紅外光譜波長就會變長（紅移）;當勢箱高度不是無限高，電子就會外逸，產(chǎn)生“隧道效應”，隧道效應的應用就是核衰變，衰變產(chǎn)生的能量就能用來原子能發(fā)電。這不僅使學生掌握了理論，還提高了學習的積極性，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。

利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”提高學生的創(chuàng)新性? “互聯(lián)網(wǎng)+教育”是隨著當今科學技術的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)科技與教育領域相結合的一種新的教育形式，憑借大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)等技術優(yōu)勢來進行教學。當前的大學生幾乎每人都有智能手機和筆記本電腦，這為運用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學方式提供了重要工具。

目前，學生已經(jīng)十分熟練掌握了信息的搜集、傳遞和貯存，以及手機和電腦之間文件、圖像和視頻的傳遞，也十分熟悉QQ和微信的各種操作，以及群和子群的建立與完善，這為開展培養(yǎng)大學生創(chuàng)新思維的教育提供了堅實的基礎。常有人貶低國人在地鐵車廂里只知道玩手機，其實這是一種對學習的認識誤區(qū)，當今玩手機未必不是學習，而且許多地方比讀書還要高明。

舉一個具體例子，人們出行到某一目的地，就可以在百度地圖上找到到達目的地的幾種途徑，百度地圖軟件還會提示這幾種途徑的實時道路擁堵情況、有幾個紅綠燈等路況信息，以及到達目的地的大約時間。這就是“互聯(lián)網(wǎng)+交通”的美妙和優(yōu)勢，是從任何一本書和地圖上都讀不到的。如果將這個例子予以推廣，從一個結構化學知識點的認知，到一項尖端科技產(chǎn)品的攻克，何嘗不是人們到達理想的目的地？問題是如何尋找到達目的地的途徑以及如何選擇途徑和可行性，這就需要人們發(fā)揮創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力去尋找和探索。

為了實施這一教育模式，首先將全班學生組成一個群，定名為“某某結構化學群”，由班長擔任群主;并按小組成立子群，由小組長擔任子群主。將結構化學中的各種專題內(nèi)容和討論知識要點以及使用的軟件都上傳到群里，讓學生利用互聯(lián)網(wǎng)的功能進行研究和探索，這樣可以大大提高學生學習的積極性和創(chuàng)造性。同時可以為學生提供Chemoffice、Gaussian、AIM 2000等科研軟件。掌握這些軟件肯定要超過教學大綱的學時要求，但對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維來說，還是應讓學生按照自己的能力各取所需，總比他們毫無目的地尋找路徑要好。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，可以在每一章節(jié)都布置些專題[5]，讓學生利用互聯(lián)網(wǎng)來尋找答案，通過在群里與同學和老師的互動達到滿意的結果。根據(jù)課程安排設計的結構化學每章的討論專題如表1所示。

利用多媒體教學為學生創(chuàng)新作示范? 多媒體教學可以聚文字、圖片、聲音、影片等于一體，促進教學質(zhì)量和教學效率得到全面提升。教師可以根據(jù)需要，運用多媒體的功能組合，以生動、形象、清晰的畫面向?qū)W生展示分子結構等微觀模型。多媒體教學資料可以從教學研究單位訂購，或者從網(wǎng)絡上免費下載。但是考慮到工科結構化學學時設置的差異，資料部分容易脫節(jié)或者不連貫。引導學生自己制作相關多媒體課件，利于學生創(chuàng)新性思維的提高。

此外，由于原子、分子及晶體的電子結構或幾何結構為微觀結構，無法通過肉眼進行直接觀察，并且微觀結構難以用于宏觀結構進行科學描述，因此，學生很難用抽象思維對微觀結構有一個準確無誤的刻畫?？梢栽诮虒W中引入Gaussview等軟件，對微觀結構進行可視化，實現(xiàn)抽象的內(nèi)容形象化，從而提高學生的創(chuàng)新和科研能力[6]。

通過科研促進學生創(chuàng)新性發(fā)展? 作為一位高校教師，不對新知識、新技術進行傳授，是對學生創(chuàng)新性培養(yǎng)不負責的表現(xiàn)。教師應緊跟學科研究的最新動態(tài)，將科研成果引入教學課堂，才能使自己的課堂內(nèi)容具有豐富性、代表性、創(chuàng)造性和啟發(fā)性。此外，結構化學的教學對象是大三的學生，他們已經(jīng)具有相當?shù)幕瘜W化工專業(yè)知識，引導學生參與科研，可以為其后期的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)提供基礎。

如講到“離子化合物的結構”時，會提到由于離子鍵鍵能比較大，一般離子化合物像NaCl、MgSO4等在室溫條件下都是固體，但對于一些如銨類、咪唑類或者吡咯類的化合物為陽離子和其他陰離子組成旳離子化合物，其鍵能就沒有那么大。這些離子化合物在室溫條件下就是離子液體，其廣泛應用于化學合成的溶劑、催化劑和電化學的溶劑。可以深入引導：乙二胺為陽離子和醋酸根為陰離子的離子液體，為什么稱它為質(zhì)子化的離子液體？這是因為這種離子液體的形成是通過質(zhì)子（氫離子）的轉移而得到的?？梢越ㄗh學生通過計算軟件模擬從反應物經(jīng)過過渡態(tài)得到產(chǎn)物（離子液體）的過程。教師參與互動討論，讓學生明白這種離子液體具有一定蒸汽壓的原因。這部分工作后期經(jīng)過畢業(yè)設計，學生的深入研究得到完善并發(fā)表[7]，不僅提高了學生的創(chuàng)新思維和能力，也使學生認識到與科技前沿接軌并不是十分困難的事情。

5 結語

總之，開展創(chuàng)新性教育探索是高等教育適應社會經(jīng)濟發(fā)展的一種必然需求，然而學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不是一朝一夕就可以取得明顯成效的，它是一個系統(tǒng)工程。改革結構化學教學模式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，是這個系統(tǒng)工程的一個部分，其目的不僅是要讓學生掌握結構化學這門課程的基本理論，更重要的是在學習中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維方式和綜合運用跨學科知識的創(chuàng)新能力。雖然在教學改革中還存在許多問題，但正在努力改進，盡力使這種新的教學模式在培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神過程中發(fā)揮其應有的作用。

參考文獻

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