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(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力，已成為結(jié)構(gòu)化學(xué)教改的核心課題。利用創(chuàng)新教學(xué)方法，改革教學(xué)大綱，提高學(xué)生的求知欲;利用

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

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)化學(xué);工科院校;創(chuàng)新性教育;互聯(lián)網(wǎng)+教育;多媒體教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）04-0082-03

1 前言

結(jié)構(gòu)化學(xué)是高等工科院?；?zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)課程，它是利用量子力學(xué)原理和現(xiàn)代物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，從微觀的角度來(lái)研究原子、分子和晶體的微觀結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的科學(xué)[1-3]。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅有利于完善化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)，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(lǐng)域最新研究成果的期刊如《高等化工學(xué)報(bào)》中約30%的論文涉及分子結(jié)構(gòu)。由此可見(jiàn)，21世紀(jì)的化工人才若沒(méi)有掌握一定的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)，則很難適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的需求。

化學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性的學(xué)科，但是結(jié)構(gòu)化學(xué)中的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)很難在宏觀的實(shí)驗(yàn)中觀察出來(lái)，所以學(xué)生要有一定的空間想象能力。結(jié)構(gòu)化學(xué)與數(shù)學(xué)和物理有知識(shí)交叉，需要嚴(yán)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(jié)構(gòu)化學(xué)，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)上缺乏興趣和動(dòng)力。對(duì)此，筆者認(rèn)為采用先進(jìn)的教育理念和創(chuàng)新的教學(xué)方法來(lái)培育學(xué)生，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)與研究興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，促進(jìn)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的教學(xué)。

2 開(kāi)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(xué)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(biāo)的教育活動(dòng)，重在引導(dǎo)學(xué)生牢固、系統(tǒng)地掌握學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)，發(fā)展他們的創(chuàng)造力。培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和能力的結(jié)果是實(shí)現(xiàn)知識(shí)的增值，從而增加信息量;或者是在方法上的突破，對(duì)已有知識(shí)進(jìn)行新的分解與組合，實(shí)現(xiàn)信息的新的功能結(jié)構(gòu)量的增加。

培養(yǎng)創(chuàng)新型學(xué)生，發(fā)揮主導(dǎo)作用的是教師。教師必須具有嶄新的、現(xiàn)代的、科學(xué)的創(chuàng)新性教育的理念，這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的重要前提。教師自覺(jué)地掌握新的創(chuàng)新性教育理念，可以幫助學(xué)生審時(shí)度勢(shì)、學(xué)會(huì)創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

3 激發(fā)學(xué)生的求知欲

啟發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的求知欲望和提高對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的興趣，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)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(rèn)為，第一節(jié)課結(jié)合課程內(nèi)容對(duì)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展史和前沿科學(xué)知識(shí)的展望是十分重要的。如介紹微粒的波粒二象性時(shí)，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(dòng)量與代表波動(dòng)性的振動(dòng)頻率聯(lián)系起來(lái)。當(dāng)時(shí)他的導(dǎo)師曾認(rèn)為這個(gè)學(xué)生的想法無(wú)法理解，隨即將德布羅意的論文發(fā)給了愛(ài)因斯坦審閱。愛(ài)因斯坦給予很高的評(píng)價(jià)。1927年，德布羅意論文中的假設(shè)被電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1929年，德布羅意憑此獲得諾貝爾獎(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)。

此外，可以介紹一些科學(xué)前沿和新的成果，如石墨烯應(yīng)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(jié)構(gòu)化學(xué)課程有著密切聯(lián)系，可以告訴學(xué)生今后將會(huì)以小課題形式與大家討論，這樣可以大大激發(fā)學(xué)生求知和創(chuàng)新的欲望。

4 創(chuàng)新性教學(xué)方法

教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)? 對(duì)于工科院校的結(jié)構(gòu)化學(xué)課程來(lái)說(shuō)，其教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該是符合時(shí)代發(fā)展，并對(duì)化工、材料等眾多工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員有創(chuàng)新性的培養(yǎng)。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)結(jié)構(gòu)化學(xué)教材難度偏大，側(cè)重于量子力學(xué)公式的求解，這易使數(shù)理基礎(chǔ)一般的學(xué)生產(chǎn)生畏難的情緒。要提高結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的趣味性，增強(qiáng)教學(xué)效果，達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目的，重視結(jié)論和應(yīng)用。授課教師不需要整節(jié)課講述相關(guān)方程的解法，只需要簡(jiǎn)單地提及解的思路和與之相關(guān)的數(shù)理知識(shí)，對(duì)于方程的數(shù)學(xué)解法點(diǎn)到為止。

如一維勢(shì)箱中粒子的薛定諤方程求解，授課教師只需要簡(jiǎn)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(qiáng)調(diào)的是在課堂上應(yīng)給出創(chuàng)新應(yīng)用的關(guān)鍵詞，如有機(jī)共軛分子、共軛分子的紅外光譜、紅移效應(yīng)、隧道效應(yīng)、核衰變和原子能發(fā)電，讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，找出它們的聯(lián)系。不少學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，一維勢(shì)箱可以半定量解釋有機(jī)共軛分子的紅外光譜，如果共軛分子增加，紅外光譜波長(zhǎng)就會(huì)變長(zhǎng)（紅移）;當(dāng)勢(shì)箱高度不是無(wú)限高，電子就會(huì)外逸，產(chǎn)生“隧道效應(yīng)”，隧道效應(yīng)的應(yīng)用就是核衰變，衰變產(chǎn)生的能量就能用來(lái)原子能發(fā)電。這不僅使學(xué)生掌握了理論，還提高了學(xué)習(xí)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(xué)生的創(chuàng)新性? “互聯(lián)網(wǎng)+教育”是隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)科技與教育領(lǐng)域相結(jié)合的一種新的教育形式，憑借大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)行教學(xué)。當(dāng)前的大學(xué)生幾乎每人都有智能手機(jī)和筆記本電腦，這為運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學(xué)方式提供了重要工具。

目前，學(xué)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(jī)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(kāi)展培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維的教育提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。常有人貶低國(guó)人在地鐵車(chē)廂里只知道玩手機(jī)，其實(shí)這是一種對(duì)學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，當(dāng)今玩手機(jī)未必不是學(xué)習(xí)，而且許多地方比讀書(shū)還要高明。

舉一個(gè)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(dá)目的地的幾種途徑，百度地圖軟件還會(huì)提示這幾種途徑的實(shí)時(shí)道路擁堵情況、有幾個(gè)紅綠燈等路況信息，以及到達(dá)目的地的大約時(shí)間。這就是“互聯(lián)網(wǎng)+交通”的美妙和優(yōu)勢(shì)，是從任何一本書(shū)和地圖上都讀不到的。如果將這個(gè)例子予以推廣，從一個(gè)結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知，到一項(xiàng)尖端科技產(chǎn)品的攻克，何嘗不是人們到達(dá)理想的目的地？問(wèn)題是如何尋找到達(dá)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(shí)施這一教育模式，首先將全班學(xué)生組成一個(gè)群，定名為“某某結(jié)構(gòu)化學(xué)群”，由班長(zhǎng)擔(dān)任群主;并按小組成立子群，由小組長(zhǎng)擔(dān)任子群主。將結(jié)構(gòu)化學(xué)中的各種專(zhuān)題內(nèi)容和討論知識(shí)要點(diǎn)以及使用的軟件都上傳到群里，讓學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)的功能進(jìn)行研究和探索，這樣可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。同時(shí)可以為學(xué)生提供Chemoffice、Gaussian、AIM 2000等科研軟件。掌握這些軟件肯定要超過(guò)教學(xué)大綱的學(xué)時(shí)要求，但對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維來(lái)說(shuō)，還是應(yīng)讓學(xué)生按照自己的能力各取所需，總比他們毫無(wú)目的地尋找路徑要好。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，可以在每一章節(jié)都布置些專(zhuān)題[5]，讓學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)來(lái)尋找答案，通過(guò)在群里與同學(xué)和老師的互動(dòng)達(dá)到滿(mǎn)意的結(jié)果。根據(jù)課程安排設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化學(xué)每章的討論專(zhuān)題如表1所示。

利用多媒體教學(xué)為學(xué)生創(chuàng)新作示范? 多媒體教學(xué)可以聚文字、圖片、聲音、影片等于一體，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率得到全面提升。教師可以根據(jù)需要，運(yùn)用多媒體的功能組合，以生動(dòng)、形象、清晰的畫(huà)面向?qū)W生展示分子結(jié)構(gòu)等微觀模型。多媒體教學(xué)資料可以從教學(xué)研究單位訂購(gòu)，或者從網(wǎng)絡(luò)上免費(fèi)下載。但是考慮到工科結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)時(shí)設(shè)置的差異，資料部分容易脫節(jié)或者不連貫。引導(dǎo)學(xué)生自己制作相關(guān)多媒體課件，利于學(xué)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(jié)構(gòu)或幾何結(jié)構(gòu)為微觀結(jié)構(gòu)，無(wú)法通過(guò)肉眼進(jìn)行直接觀察，并且微觀結(jié)構(gòu)難以用于宏觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)描述，因此，學(xué)生很難用抽象思維對(duì)微觀結(jié)構(gòu)有一個(gè)準(zhǔn)確無(wú)誤的刻畫(huà)?？梢栽诮虒W(xué)中引入Gaussview等軟件，對(duì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化，實(shí)現(xiàn)抽象的內(nèi)容形象化，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新和科研能力[6]。

通過(guò)科研促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新性發(fā)展? 作為一位高校教師，不對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)進(jìn)行傳授，是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新性培養(yǎng)不負(fù)責(zé)的表現(xiàn)。教師應(yīng)緊跟學(xué)科研究的最新動(dòng)態(tài)，將科研成果引入教學(xué)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(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)對(duì)象是大三的學(xué)生，他們已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)化工專(zhuān)業(yè)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生參與科研，可以為其后期的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)提供基礎(chǔ)。

如講到“離子化合物的結(jié)構(gòu)”時(shí)，會(huì)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(duì)于一些如銨類(lèi)、咪唑類(lèi)或者吡咯類(lèi)的化合物為陽(yáng)離子和其他陰離子組成旳離子化合物，其鍵能就沒(méi)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(yīng)用于化學(xué)合成的溶劑、催化劑和電化學(xué)的溶劑?？梢陨钊胍龑?dǎo)：乙二胺為陽(yáng)離子和醋酸根為陰離子的離子液體，為什么稱(chēng)它為質(zhì)子化的離子液體？這是因?yàn)檫@種離子液體的形成是通過(guò)質(zhì)子（氫離子）的轉(zhuǎn)移而得到的?？梢越ㄗh學(xué)生通過(guò)計(jì)算軟件模擬從反應(yīng)物經(jīng)過(guò)過(guò)渡態(tài)得到產(chǎn)物（離子液體）的過(guò)程。教師參與互動(dòng)討論，讓學(xué)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(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生的深入研究得到完善并發(fā)表[7]，不僅提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力，也使學(xué)生認(rèn)識(shí)到與科技前沿接軌并不是十分困難的事情。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，開(kāi)展創(chuàng)新性教育探索是高等教育適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一種必然需求，然而學(xué)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(gè)系統(tǒng)工程。改革結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，是這個(gè)系統(tǒng)工程的一個(gè)部分，其目的不僅是要讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)課程的基本理論，更重要的是在學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維方式和綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)的創(chuàng)新能力。雖然在教學(xué)改革中還存在許多問(wèn)題，但正在努力改進(jìn)，盡力使這種新的教學(xué)模式在培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神過(guò)程中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]楊照地，李東平.工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下探索結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)新理念[J].高教學(xué)刊，2017（11）：52-54.

[2]萬(wàn)堅(jiān).回歸教育本源、以生發(fā)展為本、索行教學(xué)之道：結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué)，2017，32（4）：11-16.

[3]侯華，王寶山.角色扮演與劇本教案在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2016，37（16）：9-12.

[4]居學(xué)海.工科結(jié)構(gòu)化學(xué)選修課教學(xué)改革與實(shí)踐[M]//第九屆全國(guó)大學(xué)化學(xué)教學(xué)研討會(huì)論文集.2008（8）：198-199.

[5]馬娟，高慶宇.小專(zhuān)題式教學(xué)法在結(jié)構(gòu)化學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].化學(xué)教育，2016，37（22）：15-18.

[6]徐彩霞，黃志平，任麗君，等.探討如何提高結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的趣味性[J].化工高等教育，2016（2）：98-101.

[7]SUN X， CAO B， ZHOU X， et al. Theoretical and expe-rimental studies on proton transfer in acetate-basedprotic ionic liquids[J].Journal of Molecular Liquids，2016，221：254-261.