山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 趙國(guó)政 苑 芳

一、案例教學(xué)在量子化學(xué)教學(xué)中的必要性

量子化學(xué)是從1927 年Heitler 和London 研究氫分子結(jié)構(gòu)開始的，是將量子力學(xué)原理與化學(xué)相結(jié)合形成的一門理論學(xué)科，是高等院校化學(xué)專業(yè)為研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其任務(wù)是使學(xué)生利用量子力學(xué)的基本原理和方法掌握微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，探索物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其與性能之間的關(guān)系。量子化學(xué)課程內(nèi)容涉及面廣，公式、概念煩瑣且抽象，研究范圍包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定分子的結(jié)構(gòu)、性能，分子與分子之間的相互作用，分子與分子之間的相互反應(yīng)等問(wèn)題。學(xué)生不僅需要扎實(shí)的物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，還要有一定的空間構(gòu)建能力。量子化學(xué)與其他化學(xué)課程顯著的不同之處使不少學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程之前就產(chǎn)生畏難心理，學(xué)習(xí)熱情和求知欲望不高，授課教師的教學(xué)目的也難以達(dá)到。因此，教師“如何教”和學(xué)生“如何學(xué)”都面臨著巨大挑戰(zhàn)。

近四十年來(lái)，得益于計(jì)算技術(shù)進(jìn)步提供的有力支持，量子化學(xué)得到迅速的發(fā)展。量子化學(xué)已滲透無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、高分子化學(xué)、電化學(xué)、界面化學(xué)等領(lǐng)域，使它們的研究深入微觀層次。同時(shí)，新化合物的合成和結(jié)構(gòu)測(cè)定，為量子化學(xué)提出了新的課題。量子化學(xué)已成為現(xiàn)代化學(xué)工作者必備的基礎(chǔ)知識(shí)之一。量子化學(xué)教學(xué)中采用案例教學(xué)，一方面，可提升學(xué)生決策能力；另一方面，能使學(xué)生真實(shí)地感受組織管理實(shí)踐。在教學(xué)中教師給出的每個(gè)教學(xué)案例都會(huì)給學(xué)生一定的信息，留下一連串的疑問(wèn)，這些疑問(wèn)均沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)參考答案，學(xué)生需要深入思考與探索。學(xué)生在“案例”情境中居于主體地位，通過(guò)對(duì)案例中的問(wèn)題進(jìn)行思考、討論，提出具體措施。案例教學(xué)重視的不是得出正確答案，而是整個(gè)思考過(guò)程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

二、量子化學(xué)課程案例教學(xué)的實(shí)施

由于學(xué)生大多對(duì)量子化學(xué)存在很大的抵觸心理，所以教師授課時(shí)不能像其他化學(xué)課程一樣直奔主題，在這門課程剛開始時(shí)就要盡最大努力調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。這就要求教師在開展這門課之前搜集量子化學(xué)的相關(guān)資料，在第一節(jié)課主要講述量子化學(xué)的發(fā)展史，使學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)量子化學(xué)的發(fā)展歷程，樹立積極正確的學(xué)習(xí)觀。運(yùn)用案例等教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)在量子化學(xué)領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家的崇尚科學(xué)、堅(jiān)持不懈的精神。其次，量子化學(xué)課程中重要的公設(shè)也要求學(xué)生必須掌握，對(duì)于初學(xué)者而言，理解這些量子化學(xué)基本公設(shè)是以后深入學(xué)習(xí)量子化學(xué)的前提。最后，還要講好量子化學(xué)的應(yīng)用范圍，使學(xué)生知道量子化學(xué)相比于實(shí)驗(yàn)具有哪些優(yōu)勢(shì)，具體可以解決哪些問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)量子化學(xué)的實(shí)用性有一個(gè)清楚的認(rèn)知，避免學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)感到迷茫。

（一）搜集案例

教師在課下搜集并篩選出適合學(xué)生且生動(dòng)有趣的案例，便于學(xué)生課上討論，此處筆者提供的案例是“狄拉克、海森堡、薛定諤等人在量子化學(xué)基本公設(shè)基礎(chǔ)上創(chuàng)建量子化學(xué)體系”。案例教學(xué)是一種追求互動(dòng)的教學(xué)過(guò)程，在課前教師必須做好充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真閱讀相關(guān)背景資料。所以教師應(yīng)在課前一兩天把案例材料發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生提前熟悉，如此就不會(huì)占用課堂時(shí)間。

（二）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

課上討論之前，教師可設(shè)置幾個(gè)舉一反三的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去討論，有助于學(xué)生思維的發(fā)散，以從不同角度、不同方面分析問(wèn)題、討論問(wèn)題。本次討論，筆者設(shè)置了以下幾個(gè)問(wèn)題供學(xué)生討論。

（1）量子化學(xué)基本公設(shè)是可以直接被證明的嗎？與幾何學(xué)中的公理有什么區(qū)別和聯(lián)系？

（2）狄拉克、海森堡、薛定諤等人在構(gòu)建量子化學(xué)體系時(shí)經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程？從中我們可以得到什么啟示？

（3）和本科時(shí)結(jié)構(gòu)化學(xué)中提到的量子化學(xué)內(nèi)容有何相同或不同之處？

（三）課堂討論

組織學(xué)生分組就設(shè)置的問(wèn)題進(jìn)行討論，這是整個(gè)教學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵步驟。在這個(gè)過(guò)程中教師并不是什么都不用做，而是要密切注意學(xué)生討論的情況，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生討論的內(nèi)容和主題，防止學(xué)生的討論跑題。同時(shí)，在學(xué)生討論出現(xiàn)分歧時(shí)，教師不要急于插手，過(guò)早扮演裁判的角色，甚至發(fā)表自己的觀點(diǎn)，應(yīng)該讓學(xué)生在整個(gè)討論過(guò)程中充分發(fā)揮主體地位，有試錯(cuò)的過(guò)程，最終達(dá)到師生之間以及學(xué)生之間彼此互相啟發(fā)、加深學(xué)習(xí)印象的效果。

（四）相互交流

每組派出代表進(jìn)行發(fā)言，各組之間可以相互借鑒，讓學(xué)生的觀點(diǎn)相互“碰撞”。教師要積極發(fā)現(xiàn)學(xué)生觀點(diǎn)的獨(dú)特性，找出學(xué)生觀點(diǎn)的“亮點(diǎn)”，及時(shí)給予表?yè)P(yáng)，如此更利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。另外，教師需要從學(xué)生的發(fā)言中準(zhǔn)確把握學(xué)生討論的切入點(diǎn)以及不同學(xué)生在相同和不同問(wèn)題上的側(cè)重點(diǎn)，方便接下來(lái)的調(diào)整和安排。及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)言，讓學(xué)生在能發(fā)表自己觀點(diǎn)的同時(shí)，盡可能少出錯(cuò)誤。而且，教師更需要銜接各個(gè)不同的知識(shí)點(diǎn)，將各知識(shí)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)，彼此交融，形成知識(shí)網(wǎng)，利于學(xué)生融會(huì)貫通，以加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握與理解，也為后面問(wèn)題的解決、講解新內(nèi)容打好基礎(chǔ)、做好鋪墊。

（五）教師講解

經(jīng)過(guò)以上四個(gè)步驟，部分學(xué)生的問(wèn)題或者錯(cuò)誤已經(jīng)在“課堂討論”和“相互交流”環(huán)節(jié)得到一定程度的解決。此時(shí)教師也比較容易掌握學(xué)生出現(xiàn)問(wèn)題的根本原因，針對(duì)上面四個(gè)環(huán)節(jié)中沒(méi)有解決的個(gè)別問(wèn)題，教師可以一一做出解答。解答的過(guò)程也需要有學(xué)生自主思考的時(shí)間，不能過(guò)于直白，要讓學(xué)生通過(guò)思考、傾聽、思考，有茅塞頓開的成就感和幸福感，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)也更有動(dòng)力，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也會(huì)越來(lái)越高。隨著量子化學(xué)內(nèi)容的推進(jìn)，學(xué)生會(huì)更主動(dòng)地去探索問(wèn)題、挖掘問(wèn)題，從而積極地尋找解決問(wèn)題的答案。

（六）綜合評(píng)價(jià)

教師要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，包括學(xué)生討論的過(guò)程和結(jié)果、組內(nèi)的協(xié)作能力，照顧出錯(cuò)同學(xué)的情緒，適當(dāng)?shù)乇頁(yè)P(yáng)鼓勵(lì)。梳理每個(gè)階段的優(yōu)缺點(diǎn)，讓學(xué)生了解自己的長(zhǎng)處和不足。讓案例教學(xué)不是為了案例而案例，不只是為了教學(xué)而進(jìn)行，更是為了學(xué)生通過(guò)案例學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，在案例教學(xué)中積累學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。總之，綜合評(píng)價(jià)是基于過(guò)程評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立過(guò)程評(píng)價(jià)體系去進(jìn)行的，評(píng)價(jià)最終的報(bào)告形式可選擇紙質(zhì)版或電子版形式。

注意事項(xiàng)如下。

第一，不能為了案例而案例。任何教學(xué)方法使用的最終目的都是為了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，可以說(shuō)，教是為了不教，授人以魚不如授人以漁，案例教學(xué)也是為了教給學(xué)生學(xué)習(xí)的能力?！敖虒W(xué)有法，教無(wú)定法，貴在得法”，所以，案例教學(xué)要把控好教學(xué)重點(diǎn)和重心，不能過(guò)于強(qiáng)調(diào)案例，不能為了案例而案例。

第二，態(tài)度決定一切。教師的態(tài)度非常重要，直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)，教師態(tài)度和藹可親，學(xué)生更容易獲得動(dòng)力，才會(huì)以積極的態(tài)度促進(jìn)自己自主學(xué)習(xí)，所以上面的各個(gè)環(huán)節(jié)中，教師需要多鼓勵(lì)、多表?yè)P(yáng)，有助于學(xué)生自信心的建立。

第三，及時(shí)反思。每次課后教師和學(xué)生都需要反思自己的課堂表現(xiàn)，尤其是教師需要對(duì)本次授課過(guò)程進(jìn)行反思，只有不斷思考和改進(jìn)，才能讓案例教學(xué)更加完善，更加促進(jìn)教學(xué)。

綜上所述，案例教學(xué)是近年來(lái)較為突出的教學(xué)改革方向，被廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域的人才培養(yǎng)。選擇合適的案例，通過(guò)教師的引導(dǎo)和組織，讓學(xué)生真正地參與案例教學(xué)過(guò)程。學(xué)生只有真正地從課堂的“客體”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸黧w”，課堂教學(xué)才能由傳統(tǒng)的“以教為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)為主”。針對(duì)案例教學(xué)中的搜集案例、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、課堂討論、相互交流、教師講解、綜合評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，運(yùn)用案例教學(xué)新的教學(xué)理念與新的教育教學(xué)方法，推動(dòng)量子化學(xué)課程改革縱深發(fā)展。教學(xué)實(shí)踐表明，問(wèn)題案例不僅可以幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)，還可以鍛煉學(xué)生的分析能力，加深學(xué)生之間的了解。學(xué)生通過(guò)討論可以與自己的知識(shí)體系聯(lián)系起來(lái)，這對(duì)學(xué)習(xí)量子化學(xué)是非常有利的。