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怎樣提高地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)論文
結(jié)構(gòu)化學(xué)是高等學(xué)�；瘜W(xué)化工等相關(guān)本科專業(yè)一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，是化學(xué)類本科專業(yè)5大基礎(chǔ)課程之一。結(jié)構(gòu)化學(xué)是為高年級的本科生開設(shè)，是建立在學(xué)生學(xué)習(xí)了其他四門化學(xué)基礎(chǔ)課程(即無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué))的基礎(chǔ)之上。通過結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)使學(xué)生初步建立微觀結(jié)構(gòu)概念，加深對先前學(xué)習(xí)四門基礎(chǔ)課程的認識和理解，能夠從原子—分子水平上認識到物質(zhì)分子構(gòu)型與組成的相互關(guān)系以及結(jié)構(gòu)和各種運動的相互影響，能夠進一步理解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀性能的相互關(guān)系。
對于地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)遇到的問題主要有如下三個方面：
(1)結(jié)構(gòu)化學(xué)的內(nèi)容涉及到較多的高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理知識，而地方本科院校學(xué)生在高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等方面知識比較差，在學(xué)習(xí)中總處于一種被動和畏難的狀態(tài)。
(2)地方本科院校學(xué)生生源素質(zhì)相對較差，缺乏嚴密的邏輯思維能力和較好的想象空間能力，而這些能力確確是學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)所必需的。
(3)學(xué)生對學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)不夠重視，存在誤區(qū)，大多數(shù)學(xué)生認為學(xué)好其他四大基礎(chǔ)課程(即無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué))就能掌握大學(xué)化學(xué)知識，能夠適應(yīng)今后涉及到化學(xué)化工等相關(guān)領(lǐng)域的工作或碩士研究生考試，所以，學(xué)習(xí)缺乏動力和興趣。
本文針對地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中遇到的困難，從如下三個方面介紹自己在提高地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的教改探索中的經(jīng)驗。
1消除學(xué)生對結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)“無用論”誤區(qū)及畏難的心理
學(xué)生對結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)是否感興趣及今后是否具有持續(xù)學(xué)習(xí)動力，作為教師對上好第一堂結(jié)構(gòu)化學(xué)課是很重要的一環(huán)。通過第一堂課的教學(xué)使學(xué)生了解結(jié)構(gòu)化學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，認識到結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性，消除學(xué)生對結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)“無用論”及畏難的心理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心，將起到極其重要的作用。
結(jié)構(gòu)化學(xué)對高年級的學(xué)生來說，應(yīng)該已不是很陌生的一門學(xué)科，他們在無機化學(xué)、有機化學(xué)就初步學(xué)習(xí)過原子結(jié)構(gòu)和波函數(shù)，化學(xué)價鍵理論和分子對稱性，但之前學(xué)習(xí)的相關(guān)知識都比較淺顯和相對較為零散，深度不夠，理論性不強，沒有形成系統(tǒng)的、完整的結(jié)構(gòu)化學(xué)理論知識。從無機化學(xué)、有機化學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生對結(jié)構(gòu)化學(xué)已有初步的認識，已初步意識到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其性能，性能反映結(jié)構(gòu)這相互關(guān)系。我們可以通過先前學(xué)習(xí)過的無機化學(xué)、有機化學(xué)等課程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論與物質(zhì)性質(zhì)關(guān)系的學(xué)習(xí)，逐步拓展講明結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容及其重要性。對高年級的結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)，是較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，是以量子理論、化學(xué)鍵理論和點陣理論為基礎(chǔ)，從微觀的角度研究原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)的運動規(guī)律及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系;從電子結(jié)構(gòu)(描述電子運動狀態(tài)的波函數(shù)和電子的基態(tài)排布或能帶結(jié)構(gòu))和空間結(jié)構(gòu)(分子和晶體在空間的排布)兩個方面闡明化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用。通過先前學(xué)習(xí)的無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)等涉及到結(jié)構(gòu)化學(xué)相關(guān)的理論，使學(xué)生明確結(jié)構(gòu)是化學(xué)各學(xué)科的理論基礎(chǔ)，已滲透到現(xiàn)代化學(xué)的各個領(lǐng)域，為化學(xué)各學(xué)科提供理論指導(dǎo)，在化學(xué)類本科專業(yè)5大基礎(chǔ)課程占有重要的地位。如在無機化學(xué)中，要理解元素的性質(zhì)、分子性質(zhì)分別要用到原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識，要理解配位化合物的性質(zhì)要用到配位化合物的價鍵理論和晶體場理論;如有機化學(xué)中運用雜化軌道理論和分子軌道理論說明有機化合物的結(jié)構(gòu)，前線軌道理論解釋化學(xué)反應(yīng)機理等;如儀器分析中紅外光譜中的簡正振動、紫外光譜中的電子躍遷等，都離不開結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識。
關(guān)于學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)的方法，首先學(xué)會正確處理“結(jié)構(gòu)—數(shù)學(xué)”關(guān)系。在結(jié)構(gòu)化學(xué)中常涉及許多數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的內(nèi)容，對地方本科院校的學(xué)生，高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，碰到繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)時，往往產(chǎn)生畏懼心理。對數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)處理時，要使學(xué)生明白數(shù)學(xué)只是手段和方法，目的使得到結(jié)論以及結(jié)論的物理意義，了解來源。我們不是要去死記硬背這些公式，而是要學(xué)會這些數(shù)理公式的推導(dǎo)的基本思路，理解這些定理、公式和方法。其次，對于典型的分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，借助實物模型和計算機三維模型，通過多看多思考尋找特點和規(guī)律，提高空間結(jié)構(gòu)的想象能力。最后，學(xué)會用電子結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)這兩方面闡明化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用，把握“結(jié)構(gòu)決定性能，性能反映結(jié)構(gòu)”的原則。
2由簡單到復(fù)雜、由淺入深循序漸進地進行啟發(fā)式教學(xué)
結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門邏輯性很強的學(xué)科，作為教師應(yīng)熟讀教材內(nèi)容，把握好教材內(nèi)容的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)以及一個概念或一個新的理論發(fā)展過程。對學(xué)生講授新課內(nèi)容時，不能一下子進入比較深奧的理論學(xué)習(xí)，這學(xué)生一下子很難接受，同時也產(chǎn)生畏懼和厭學(xué)的心理，覺得結(jié)構(gòu)化學(xué)一些基本的概念和原理像是從天上掉下來一樣。
因此，在教學(xué)內(nèi)容安排上，盡可能做到由簡到繁，由淺入深次序進行，應(yīng)力求符合作為一個初學(xué)者的認識過程。以原子結(jié)構(gòu)為例，人們對原子結(jié)構(gòu)的認識由Rutherford提出的“行星繞太陽”的原子結(jié)構(gòu)模型，到Bohr原子結(jié)構(gòu)模型，再到用量子力學(xué)的原理和方法處理的原子結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了一個由簡單到復(fù)雜，由淺入深的過程，從而逐漸接近對原子結(jié)構(gòu)的正確的認識。在教學(xué)上我們可以對原子結(jié)構(gòu)的認識分為低、中、高等三個層次，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生從一個初學(xué)者的認識過程，逐步揭開原子結(jié)構(gòu)真正的面紗。低層次認識，Rutherford提出的“行星繞太陽”的原子結(jié)構(gòu)模型，在這模型結(jié)構(gòu)中，不能解釋當(dāng)時物理實驗得出氫原子光譜經(jīng)驗公式，此模型有很大缺陷。中層次的認識，Bohr在綜合Planck的量子、Einstein的光子學(xué)說和Rutherford的原子結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，提出了Bohr原子結(jié)構(gòu)模型，成功解釋了氫原子光譜;但因為當(dāng)時舊量子理論并沒有意識到原子、電子等實物微觀粒子的波粒二象性，Bohr原子結(jié)構(gòu)模型沒有涉及微觀粒子的波動性，不能正確表達原子的結(jié)構(gòu)，因而應(yīng)用到多電子原子時，即使有兩個電子的氦原子，也無法解釋其光譜現(xiàn)象，此模型有缺點。高層次的認識，用量子力學(xué)的原理和方法處理的原子結(jié)構(gòu)，先從簡單的單電子原子的結(jié)構(gòu)入手，再由處理單電子結(jié)構(gòu)發(fā)展起來的思想處理多電子原子的結(jié)構(gòu)。
用量子力學(xué)處理原子結(jié)構(gòu)問題時，首先確定微觀體系的勢能函數(shù)和能量算符，寫出薛定諤方程，然后利用高等數(shù)學(xué)知識求解薛定諤方程，等到滿足標準化條件的合理解，從而得到描述原子中電子運動狀態(tài)的量子數(shù)、能量和波函數(shù)以及描述多電子原子運動狀態(tài)的原子量子數(shù)，從而成功解釋原子光譜現(xiàn)象。
3注重對量子化學(xué)科學(xué)家及其思想方法的介紹
學(xué)習(xí)一門學(xué)科的知識要善于從這門學(xué)科的歷史尋找借鑒，因為任何一門學(xué)科都有其發(fā)生和發(fā)展的一個過程，這樣就不容易把這門學(xué)科知識當(dāng)成是“終極真理”而死記硬背其公式、定理。地方本科院校學(xué)生素質(zhì)相對較差，邏輯思維能力和想象空間能力都比較欠缺。而20世紀創(chuàng)建量子力學(xué)的都是一批極富有創(chuàng)新才華的青年科學(xué)家。我們通過向地方本科院校學(xué)生介紹這些偉大科學(xué)家的科學(xué)生涯和思維方法，不僅有助于理解量子力學(xué)的基本概念，而且能啟迪其思維，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。如介紹普朗克及其量子論的提出，普朗克研究黑體輻射現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)維恩公式適用于短波，而瑞利公式適用于長波。為了能得到一個合理解釋各個波段黑體輻射現(xiàn)象，他綜合維恩公式和瑞利公式，毫無根據(jù)引入一個指數(shù)因子，拼湊了一個新的公式。這新的公式雖然與實驗結(jié)果吻合，但它沒有理論依據(jù)，并沒有得到廣泛的認可，被當(dāng)時科學(xué)家認為是“純粹是一些不相關(guān)的量的偶然結(jié)合”，“杜撰出來的大雜燴”。但普朗克面對這些質(zhì)疑，以“必須不惜一切代價，找到合理解釋”的決心和無比的毅力建立了又推翻了一個又一個理論模式。在一次又一次失敗之后，他發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)理論中能量連續(xù)變化的概念和他的公式是格格不入的，也推導(dǎo)正確公式的障礙。于是他果斷地拋棄傳統(tǒng)的能量均分原理，大膽提出了具有革命性的完全背離經(jīng)典理論的量子假設(shè)。從而得到涵蓋了維恩公式和瑞利公式的更有普遍性的普朗克公式。普朗克量子假設(shè)的提出，從揭開量子力學(xué)的序幕，標志著量子理論的誕生。通過對普朗克及其量子論的提出的介紹，將能使學(xué)生學(xué)習(xí)和了解到綜合研究法，普朗克就是綜合了維恩、瑞利和他自己的正確研究成果，從而得到新的觀念，推動了物理學(xué)的革命;同時，也激勵學(xué)生在理論不能說明事實時，要敢于沖破舊觀念和傳統(tǒng)理論的束縛，大膽提出新的理論，不能生搬硬套舊理論。
4結(jié)語
對地方本科院校學(xué)生的結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)，首先要學(xué)生認識到結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性，明確結(jié)構(gòu)化學(xué)課程內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)興趣，掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的方法，克服畏難心理。其次是作為教師應(yīng)熟讀教材內(nèi)容，把握好教材內(nèi)容的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)以及一個概念或一個新的理論發(fā)展過程;在教學(xué)上，盡量做到由簡到復(fù)雜，由淺入深次序進行，應(yīng)力求符合作為一個初學(xué)者的認識過程。最后，注重對量子化學(xué)科學(xué)家及其思想方法的介紹，啟迪學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
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