论文部分内容阅读
摘要：当前高等学校教学改革的核心之一就是改革教学模式，培养创新人才。在结构化学教学改革中如何提高教学效率，培养学生的创新精神已成为结构化学教改的核心课题。本文阐述了在教学中如何结合结构化学教材，运用学科发展史、多媒体辅助教学和学科前沿知识来启迪学生的创新意识，培养学生的创新精神。
关键词：结构化学；创新精神；高等教育；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）18-0161-02
自主创新是民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，一个国家或者民族只有自主创新才能在未来的国际经济、科技竞争中获得主动权。2006年初，我国在《国家中长期科技发展规划纲要》提出，要把人才培养和使用作为评价规划实施效果的一个重要指标，我国的科技发展不仅要关注出成果，更要出创新型人才。中共中央政治局常委李长春在2011年“中国自主创新”年会批示中指出：新闻媒体要把提高自主创新能力的宣传摆在更加突出的位置，大力弘扬创新精神、培育创新文化、营造创新环境，在全社会形成有利于创新激情竞相迸发、创新成果不断涌现的良好氛围，为加快建设创新型国家提供强大动力。由此可见，我国社会经济的快速发展对创新型人才的需求十分迫切，这就要求我们在高等教育中要结合经济技术发展需要，加强对大学生创新能力的培养。社会发展对创新人才的迫切需求，促使高等学校教育者为适应这种需要而进行教育教学研究和改革，[1]近年来高等教育在培养大学生创新能力方面进行了有益探索，积累了宝贵经验。[2]本文结合本人多年来在结构化学教学教改的经验，探讨在结构化学的教学中如何培养大学生创新精神，为创新型人才的培养提供参考。
一、进行学科发展史教育，培养学生创新精神
结构化学是一门以量子力学为基础的化学课程。量子力学与相对论和DNA双螺旋结构的发现并称为20世纪最重要的三大科学发现，而量子力学在其中又占有特殊的位置，它打开了人类认识原子世界的大门。19世纪末，量子力学提出之前，经典物理学大厦宣告建立，它是这样的接近完美而自洽。以至于美著名科学家迈克尔逊曾宣称：“尽管谁也不会轻率断言，未来物理科学再也不会提出什么使人惊奇的东西来，未来物理学的真理将在小数点后第六位寻找。”1900年，年轻的物理学家、量子力学的奠基人普朗克经过大量的推导和研究，大胆地脱离了经典物理学的轨道提出了能量子假说，认为谐振子的能量具有不连续性。而在此之前，经典物理学的权威牛顿，在其牛顿力学中提出一切运动着的物体的能量都是连续变化的。虽然普朗克的量子理论与实验结果符合，但是在很长的一段时间内不为人们理解和重视。直到1905年，爱因斯坦敏锐地认识到了普朗克的量子论的重要性，从普朗克的能量量子假说得到启示，总结了当时许多实验事实，用科学推广的方法提出了光子学说，此后，经过激烈的争论和一批科学家共同努力下，量子力学才最终产生。量子力学的建立和发展过程，所体现出的自然科学家们观察事物的敏锐性和丰富的想象力，以及不畏权威，敢于大胆突破旧的理论束缚，敢于联想、勇于创新的优秀的创造性才能与素质，无疑有助于培养学生不受传统观念和权威思想的束缚，敢于坚持己见，大胆突破旧的理论束缚，敢于大胆设想，富于想象的习惯以及学习科学家们勇于创新的精神，使学生的意志品质等诸方面得到锻炼。
二、运用多媒体辅助教学，培养学生创新精神
结构化学是一门研究物质微观体系的课程，包含了许多重要的化学知识和规律。结构化学课程的核心思想是从微观的角度出发来研究物质微观结构与宏观性能之间的关系，其中涉及到许多抽象的物理模型的建立和复杂的微积分等数学知识的应用，要求学生要有扎实的数学、物理基础知识，还要有严密的逻辑思维能力和良好的空间想象能力。刚开始接触结构化学这门课程的学生，从高年级的同学那里听说结构化学这门课理论性强抽象难懂不好学，学习结构化学没有用处，解决不了实际问题，对这门课产生了一种畏难和抵触心理，从而放弃对物理化学课程的学习，严重影响了教学质量和教学效果。多媒体教学可以将抽象的文字描述转化为形象的图像、声音、动画等，改变传统教学模式，提高教学的可视性和学生的学习兴趣，从而提高教学效果。结构化学中许多抽象的内容，如分子结构、原子轨道线性组合、晶体结构及分子对称元素和对称操作等目前能够用于教学的模型极其有限，用传统的方法讲授，即使用球棍模型也比较难以直观讲解，学生不但感觉难理解而且不易在头脑中建立相应的模型和概念。我们利用Flash、Authorware等辅助软件制作原子、分子等的结构和变化机理的动态图片和三维立体变化模型，使化学反应过程具体生动，形象地展现了原子结合成分子的过程，提高学生的注意力和想象力，增强了他们的空间思维。在过氧化氢H2O2的分子对称元素和对称操作教学中，学生的大脑中首先要有H2O2分子的立体构象，才能找出它的对称元素进行对称操作。但是，即使描述简单的H2O2分子的立体构象都是比较困难的。如果使用Chemoffice软件的Chem3D显示H2O2的立体构象，则非常简单容易，省时省力，并易于学生理解。由于图像清晰直观，而且可以对H2O2的立体构象作任意角度的旋转，学生很容易建立H2O2分子的立体构象，找出它的对称元素进行对称操作，学生易于理解，达到很好的教学效果。多媒体技术的发展和应用于结构化学的教学，将抽象晦涩难懂的物理模型通过各种软件转化为立体的图像、声音、动画等，使它形象化具体化，易于学生的理解，进而再运用函数、微分、行列式等数学工具和变量分离等数学方法加以处理，弄清原子结构与性质的关系，拓宽学生想象思维力和加深对知识的理解。学生在学习过程中培养出丰富的空间想象力，也会逐渐形成缜密的逻辑思维方式和严密的数学推导方式等创新人才所必备的基本素养。可见，多媒体教学手段在结构化学中的应用，有助于培养学生的创新精神。
三、把学科前沿知识引入课堂，培养学生创新精神 利用课堂教学培养学生的创新精神的关键的一点是要使学生的被动学习转为主动探索，充分地激发学生的学习兴趣，从而调动学生了解问题、探索问题和解决问题的积极性、主动性，提高课堂学习效率。随着越来越先进的现代分析检测技术和合成技术的发展，越来越多的新物质被合成出来，通过调控这些新物质结构而获得新的性能是目前各学科领域研究的热点。基于此，在绪论课及后续章节中适当地介绍一些现代科技成果及结构化学在其中的重要作用以激发学生学习兴趣和求知欲，从而培养学生的创新精神就非常有必要。在当前材料学的前沿领域，如配位化学、纳米材料等的研究中，通过合理设计和控制合成具有特定结构的功能材料是当前材料学研究的热点。在配合物的研究中，可通过合理设计有机配体和选择金属离子来调控配合物的结构，控制合成具有气体贮存和分离、离子交换、太阳能转换、电致发光材料等特定功能的晶体材料。其中金属配合物在电致发光器件上的应用使有机电致发光的效率得到巨大的突破，使发光金属配合物在配位化学和材料化学领域占有非常重要的地位。过渡金属配合物发光性能与有机配体和中心金属原子的类型有着密切的关系，金属配合物有机配体上取代基的位置和种类、配体共轭体系的大小、共平面性及其刚性、有机配体的几何结构及中心金属离子的改变等都会影响金属配合物发光性能，即配合物结构上的微小改变都会影响金属配合物发光性能。将这种前沿领域中重要的研究成果引入到教学中，不仅丰富完善了教材关于物质结构、性质和功能之间关系内容，吸引学生参与到课堂讨论中，使学生更加容易理解，也开拓了学生的视野，激发了学生学习的兴趣和求知欲。同时，这些研究中所展现的创新性的研究思路，方案和采用的实验手段，无疑有助于学生创新精神的培养。
总之，创新教育是高等教育发展适应社会经济发展需求的一种必然要求，然而学生创新精神的培养不是一朝一夕就可以取得明显成效的，它是一个系统过程，改革结构化学的教学模式，培养学生的创新精神，是这个系统工程的一个部分。通过改革结构化学教学，不仅要让学生掌握结构化学这门课程的基本理论，更重要的是在学习中培养学生的科学思维方式和新综合运用跨学科知识的能力。虽然在教改中还存在许多问题，但我们正在努力改进，尽力使这种新的教学模式在培养大学生创新精神中发挥其应有的作用。
参考文献：
[1]袁广林.大学何以培养创新人才：批判性思维的视角[J].高校教育管理，2012，（6）：50-54.
[2]张西良，李伯全，潘海彬.创新学分制与大学生创新型人才培养体系[J].高校教育管理，2013，（7）：95-98.
基金项目：2012年广西高等教育教学改革工程项目（2012JGA194）；2012年玉林师范学院高等教育教学改革工程项目（12YJJG27）
作者简介：罗旭健，玉林师范学院化学与材料学院教师，主讲物理化学和结构化学，主持和参与多项省级及校级教改课题。
关键词：结构化学；创新精神；高等教育；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）18-0161-02
自主创新是民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，一个国家或者民族只有自主创新才能在未来的国际经济、科技竞争中获得主动权。2006年初，我国在《国家中长期科技发展规划纲要》提出，要把人才培养和使用作为评价规划实施效果的一个重要指标，我国的科技发展不仅要关注出成果，更要出创新型人才。中共中央政治局常委李长春在2011年“中国自主创新”年会批示中指出：新闻媒体要把提高自主创新能力的宣传摆在更加突出的位置，大力弘扬创新精神、培育创新文化、营造创新环境，在全社会形成有利于创新激情竞相迸发、创新成果不断涌现的良好氛围，为加快建设创新型国家提供强大动力。由此可见，我国社会经济的快速发展对创新型人才的需求十分迫切，这就要求我们在高等教育中要结合经济技术发展需要，加强对大学生创新能力的培养。社会发展对创新人才的迫切需求，促使高等学校教育者为适应这种需要而进行教育教学研究和改革，[1]近年来高等教育在培养大学生创新能力方面进行了有益探索，积累了宝贵经验。[2]本文结合本人多年来在结构化学教学教改的经验，探讨在结构化学的教学中如何培养大学生创新精神，为创新型人才的培养提供参考。
一、进行学科发展史教育，培养学生创新精神
结构化学是一门以量子力学为基础的化学课程。量子力学与相对论和DNA双螺旋结构的发现并称为20世纪最重要的三大科学发现，而量子力学在其中又占有特殊的位置，它打开了人类认识原子世界的大门。19世纪末，量子力学提出之前，经典物理学大厦宣告建立，它是这样的接近完美而自洽。以至于美著名科学家迈克尔逊曾宣称：“尽管谁也不会轻率断言，未来物理科学再也不会提出什么使人惊奇的东西来，未来物理学的真理将在小数点后第六位寻找。”1900年，年轻的物理学家、量子力学的奠基人普朗克经过大量的推导和研究，大胆地脱离了经典物理学的轨道提出了能量子假说，认为谐振子的能量具有不连续性。而在此之前，经典物理学的权威牛顿，在其牛顿力学中提出一切运动着的物体的能量都是连续变化的。虽然普朗克的量子理论与实验结果符合，但是在很长的一段时间内不为人们理解和重视。直到1905年，爱因斯坦敏锐地认识到了普朗克的量子论的重要性，从普朗克的能量量子假说得到启示，总结了当时许多实验事实，用科学推广的方法提出了光子学说，此后，经过激烈的争论和一批科学家共同努力下，量子力学才最终产生。量子力学的建立和发展过程，所体现出的自然科学家们观察事物的敏锐性和丰富的想象力，以及不畏权威，敢于大胆突破旧的理论束缚，敢于联想、勇于创新的优秀的创造性才能与素质，无疑有助于培养学生不受传统观念和权威思想的束缚，敢于坚持己见，大胆突破旧的理论束缚，敢于大胆设想，富于想象的习惯以及学习科学家们勇于创新的精神，使学生的意志品质等诸方面得到锻炼。
二、运用多媒体辅助教学，培养学生创新精神
结构化学是一门研究物质微观体系的课程，包含了许多重要的化学知识和规律。结构化学课程的核心思想是从微观的角度出发来研究物质微观结构与宏观性能之间的关系，其中涉及到许多抽象的物理模型的建立和复杂的微积分等数学知识的应用，要求学生要有扎实的数学、物理基础知识，还要有严密的逻辑思维能力和良好的空间想象能力。刚开始接触结构化学这门课程的学生，从高年级的同学那里听说结构化学这门课理论性强抽象难懂不好学，学习结构化学没有用处，解决不了实际问题，对这门课产生了一种畏难和抵触心理，从而放弃对物理化学课程的学习，严重影响了教学质量和教学效果。多媒体教学可以将抽象的文字描述转化为形象的图像、声音、动画等，改变传统教学模式，提高教学的可视性和学生的学习兴趣，从而提高教学效果。结构化学中许多抽象的内容，如分子结构、原子轨道线性组合、晶体结构及分子对称元素和对称操作等目前能够用于教学的模型极其有限，用传统的方法讲授，即使用球棍模型也比较难以直观讲解，学生不但感觉难理解而且不易在头脑中建立相应的模型和概念。我们利用Flash、Authorware等辅助软件制作原子、分子等的结构和变化机理的动态图片和三维立体变化模型，使化学反应过程具体生动，形象地展现了原子结合成分子的过程，提高学生的注意力和想象力，增强了他们的空间思维。在过氧化氢H2O2的分子对称元素和对称操作教学中，学生的大脑中首先要有H2O2分子的立体构象，才能找出它的对称元素进行对称操作。但是，即使描述简单的H2O2分子的立体构象都是比较困难的。如果使用Chemoffice软件的Chem3D显示H2O2的立体构象，则非常简单容易，省时省力，并易于学生理解。由于图像清晰直观，而且可以对H2O2的立体构象作任意角度的旋转，学生很容易建立H2O2分子的立体构象，找出它的对称元素进行对称操作，学生易于理解，达到很好的教学效果。多媒体技术的发展和应用于结构化学的教学，将抽象晦涩难懂的物理模型通过各种软件转化为立体的图像、声音、动画等，使它形象化具体化，易于学生的理解，进而再运用函数、微分、行列式等数学工具和变量分离等数学方法加以处理，弄清原子结构与性质的关系，拓宽学生想象思维力和加深对知识的理解。学生在学习过程中培养出丰富的空间想象力，也会逐渐形成缜密的逻辑思维方式和严密的数学推导方式等创新人才所必备的基本素养。可见，多媒体教学手段在结构化学中的应用，有助于培养学生的创新精神。
三、把学科前沿知识引入课堂，培养学生创新精神 利用课堂教学培养学生的创新精神的关键的一点是要使学生的被动学习转为主动探索，充分地激发学生的学习兴趣，从而调动学生了解问题、探索问题和解决问题的积极性、主动性，提高课堂学习效率。随着越来越先进的现代分析检测技术和合成技术的发展，越来越多的新物质被合成出来，通过调控这些新物质结构而获得新的性能是目前各学科领域研究的热点。基于此，在绪论课及后续章节中适当地介绍一些现代科技成果及结构化学在其中的重要作用以激发学生学习兴趣和求知欲，从而培养学生的创新精神就非常有必要。在当前材料学的前沿领域，如配位化学、纳米材料等的研究中，通过合理设计和控制合成具有特定结构的功能材料是当前材料学研究的热点。在配合物的研究中，可通过合理设计有机配体和选择金属离子来调控配合物的结构，控制合成具有气体贮存和分离、离子交换、太阳能转换、电致发光材料等特定功能的晶体材料。其中金属配合物在电致发光器件上的应用使有机电致发光的效率得到巨大的突破，使发光金属配合物在配位化学和材料化学领域占有非常重要的地位。过渡金属配合物发光性能与有机配体和中心金属原子的类型有着密切的关系，金属配合物有机配体上取代基的位置和种类、配体共轭体系的大小、共平面性及其刚性、有机配体的几何结构及中心金属离子的改变等都会影响金属配合物发光性能，即配合物结构上的微小改变都会影响金属配合物发光性能。将这种前沿领域中重要的研究成果引入到教学中，不仅丰富完善了教材关于物质结构、性质和功能之间关系内容，吸引学生参与到课堂讨论中，使学生更加容易理解，也开拓了学生的视野，激发了学生学习的兴趣和求知欲。同时，这些研究中所展现的创新性的研究思路，方案和采用的实验手段，无疑有助于学生创新精神的培养。
总之，创新教育是高等教育发展适应社会经济发展需求的一种必然要求，然而学生创新精神的培养不是一朝一夕就可以取得明显成效的，它是一个系统过程，改革结构化学的教学模式，培养学生的创新精神，是这个系统工程的一个部分。通过改革结构化学教学，不仅要让学生掌握结构化学这门课程的基本理论，更重要的是在学习中培养学生的科学思维方式和新综合运用跨学科知识的能力。虽然在教改中还存在许多问题，但我们正在努力改进，尽力使这种新的教学模式在培养大学生创新精神中发挥其应有的作用。
参考文献：
[1]袁广林.大学何以培养创新人才：批判性思维的视角[J].高校教育管理，2012，（6）：50-54.
[2]张西良，李伯全，潘海彬.创新学分制与大学生创新型人才培养体系[J].高校教育管理，2013，（7）：95-98.
基金项目：2012年广西高等教育教学改革工程项目（2012JGA194）；2012年玉林师范学院高等教育教学改革工程项目（12YJJG27）
作者简介：罗旭健，玉林师范学院化学与材料学院教师，主讲物理化学和结构化学，主持和参与多项省级及校级教改课题。