張燕輝

(閩南師范大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院,福建 漳州 363000)

《結(jié)構(gòu)化學(xué)》課程是物理化學(xué)和化學(xué)物理的重要組成部分，是化學(xué)類專業(yè)的基礎(chǔ)課。結(jié)構(gòu)化學(xué)主要涉及到三種理論(量子理論、化學(xué)鍵理論和點(diǎn)陣?yán)碚?和三種結(jié)構(gòu)(原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu))，為化學(xué)專業(yè)學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)[1]?！督Y(jié)構(gòu)化學(xué)》課程中的很多知識點(diǎn)在《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》、《無機(jī)化學(xué)》和《有機(jī)化學(xué)》課程中均有涉及到，《結(jié)構(gòu)化學(xué)》課程在這些課程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步推進(jìn)，從原理上解釋“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)事實(shí)[2]。

講授《結(jié)構(gòu)化學(xué)》課程已有五年，發(fā)現(xiàn)對《結(jié)構(gòu)化學(xué)》課程教學(xué)反思較少。教學(xué)反思是教學(xué)環(huán)節(jié)必不可少的部分，只有通過教學(xué)反思，才能對教學(xué)實(shí)踐再認(rèn)識，并且進(jìn)一步再思考、總結(jié)教學(xué)過程中的經(jīng)驗(yàn)與不足，從而提高教學(xué)水平[3-5]。在此，以缺電子多中心鍵為例，闡述如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和課程實(shí)施，并且對教學(xué)進(jìn)行反思，對老師和學(xué)生提要求，期待各方面往好的方向發(fā)展。希望各高校重視大學(xué)課堂教學(xué)，推進(jìn)本科教育四個(gè)回歸。

1 缺電子多中心鍵教學(xué)的實(shí)踐

對于一堂課的講授，通常分為五個(gè)部分，首先課程內(nèi)容導(dǎo)入，接著課程內(nèi)容講解和引申，最后課程內(nèi)容總結(jié)和推廣。

1.1 課程內(nèi)容導(dǎo)入

以廈門大學(xué)編寫的第三版《結(jié)構(gòu)化學(xué)》為教材，在講授第六章多原子分子結(jié)構(gòu)(二)的第1節(jié)缺電子多中心鍵時(shí)，已講授完第五章多原子分子結(jié)構(gòu)(一)的內(nèi)容。因此，在課程內(nèi)容導(dǎo)入時(shí)，可引用第五章的內(nèi)容：離域π鍵存在于價(jià)電子數(shù)多的原子形成的分子中，這樣的原子之間除了形成σ鍵，還有多余的電子可形成離域π鍵。價(jià)電子多則可能形成離域π鍵，然而，價(jià)電子缺乏也會(huì)形成離域π鍵嗎？或是形成其它的化學(xué)鍵？

采用問題式導(dǎo)入方式[6]，提出兩個(gè)問題：(1) 什么條件下會(huì)形成缺電子多中心鍵？(2) 缺電子多中心鍵與離域π鍵有哪些異同點(diǎn)？接著，從課程講解方面，再提出三個(gè)問題，引導(dǎo)學(xué)生從解決問題中獲得知識，并尋找答案。(1) 二硼烷B2H6結(jié)構(gòu)，是乙烷式還是橋式，通過哪些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證哪些性質(zhì)可以說明B2H6的結(jié)構(gòu)？(2) 硼烷化合物中主要存在哪些類型的化學(xué)鍵？(3) 分析五硼烷B5H9的成鍵情況？

筆者認(rèn)為大學(xué)的課程最好是學(xué)生先預(yù)習(xí)，帶著問題進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)，不然知識點(diǎn)有淺有深，課堂上很容易跟不上導(dǎo)致聽不懂課。其中，教師最重要的功能是答疑和解惑。

1.2 課程內(nèi)容講解和引申

硼氫化合物統(tǒng)稱為硼烷，早在1910—1930年，就已經(jīng)合成出了B2H6、B4H10等硼烷。后來發(fā)現(xiàn)硼烷可作高能燃料，于是促進(jìn)了人們對硼烷的研究。1950年之后，硼烷化學(xué)發(fā)展迅速，相繼合成出硼烷負(fù)離子、碳硼烷、夾心金屬硼烷等，新的硼烷衍生物不斷被發(fā)現(xiàn)。

其中，最簡單的硼烷是二硼烷，其分子式是B2H6，讓同學(xué)們想想B2H6的結(jié)構(gòu)，想必很多同學(xué)會(huì)想到B2H6類似乙烷C2H6的結(jié)構(gòu)。但認(rèn)真思考，發(fā)現(xiàn)乙烷中的碳最外層有4個(gè)電子，而硼只有3個(gè)電子，所以肯定不能形成4個(gè)B-H鍵。另外，從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)：(1) B2H6分子是逆磁性，表明分子中無單電子；(2) 由核磁共振氫譜表明，B2H6中有兩種氫原子，且比例為2∶1；(3) 由X射線晶體衍射表明，2個(gè)B與4個(gè)H共面。這些證據(jù)說明了B2H6與C2H6的結(jié)構(gòu)是不同的，可能形成了新的鍵型。

接著，有人提出了B2H6的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是橋式結(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)模型如圖1所示?，F(xiàn)對B2H6成鍵情況普遍接受的觀點(diǎn)是：B2H6中的B以sp3雜化參與成鍵，每個(gè)B原子與兩個(gè)H原子形成普通的B-H鍵，剩余的兩個(gè)雜化軌道各以一個(gè)電子與另一個(gè)同樣的B原子、兩個(gè)H原子形成兩個(gè)三中心鍵，即缺電子原子的特殊共價(jià)鍵——三中心雙電子鍵[7]。因此，B2H6的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是橋式結(jié)構(gòu)，存在兩種類型的化學(xué)鍵：正常的共價(jià)單鍵B-H和三中心雙電子橋鍵(氫橋鍵)。

(a)

(b)

除二硼烷B2H6外，還有許多種類型的硼烷，如B4H10、B5H9等。四硼烷B4H10的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀，有6個(gè)B-H鍵和4個(gè)三中心雙電子氫橋鍵。五硼烷B5H9的結(jié)構(gòu)是巢型，其模型圖如圖2所示，5個(gè)B原子形成四方錐骨架，每個(gè)B原子形成1個(gè)B-H鍵，四方錐底的4個(gè)B兩兩與氫形成三中心雙電子氫橋鍵，錐底每個(gè)B原子還有1個(gè)價(jià)電子，錐頂B原子還有2個(gè)價(jià)電子，形成一個(gè)五中心的六電子鍵——四方錐骨架，成鍵情況如表1所示[8]。

表1 B5H9的成鍵情況

1.3 課程內(nèi)容總結(jié)和推廣

硼烷中含有的三種類型的化學(xué)鍵：(1) 正常的共價(jià)單鍵，如B-H、B-B；(2) 三中心雙電子橋鍵，如氫橋鍵；(3) 3個(gè)及以上的B原子可以形成的多中心鍵，如五中心六電子硼鍵。

另外，也存在其他缺電子中心鍵：(1)硼族，B、Al、Ga、In、Tl均可和甲基形成三甲基化合物M(CH3)3，氣態(tài)時(shí)以單體存在，固相中Al(CH3)3以二聚體Al2(CH3)6形式存在，In(CH3)3、Tl(CH3)3以多聚體形式存在；(2) 堿金屬、堿土金屬，如(LiCH3)4、MgAl2(CH3)8，其隱氫模型圖如圖2所示。

(a)

(b)

(c)

還有硼烷的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，BnHn+m分子中，Lipscomb提出用4個(gè)數(shù)值來表示硼烷分子中除n個(gè)B-H鍵以外的其它類型的化學(xué)鍵。其中，s表示3c-2e B-H-B鍵的數(shù)目，t表示3c-2e B-B-B鍵的數(shù)目，y表示2c-2e B-B鍵的數(shù)目，x表示2c-2e BH2(切向)鍵的數(shù)目。因此，不同的BnHn+m分子，styx四個(gè)數(shù)值是不同的，從而來表示硼烷分子的異構(gòu)現(xiàn)象。

2 缺電子多中心鍵教學(xué)的反思

從現(xiàn)在大學(xué)生學(xué)習(xí)的氛圍來看，大學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望較高中時(shí)期已經(jīng)大大減弱。此外，針對概念多、涉及課程多且電子難懂、空間難學(xué)的結(jié)構(gòu)化學(xué)課程，要讓學(xué)生上課期間都集中精力聽課，確實(shí)是一個(gè)很難的問題。因此，教師在上課過程中的表現(xiàn)顯得格外重要，教師在上課過程中應(yīng)做到重點(diǎn)突出、詳略得當(dāng)，讓大學(xué)的課堂不再過于沉悶、無趣。針對缺電子多中心鍵這節(jié)課的內(nèi)容教學(xué)，筆者談?wù)劷虒W(xué)反思。

2.1 備課要充分，注重教材的前后聯(lián)系

教材的編寫是有依據(jù)的，教學(xué)過程中不能把一堂課孤立起來。在第五章多原子分子結(jié)構(gòu)(一)中，已經(jīng)學(xué)習(xí)過了常見分子化學(xué)鍵，教師一定要引導(dǎo)學(xué)生，對常見分子化學(xué)鍵和缺電子多中心鍵的區(qū)別和聯(lián)系進(jìn)行分析。比如，在講解缺電子多中心鍵課程前，可以讓同學(xué)們畫出C2H6分子結(jié)構(gòu)，再讓同學(xué)們畫出B2H6分子結(jié)構(gòu)，由于類比和思維定式，很多同學(xué)都會(huì)將B2H6結(jié)構(gòu)畫成和C2H6結(jié)構(gòu)一樣；接著，可以讓同學(xué)們分別算出碳和硼的電子數(shù)，同學(xué)們就會(huì)意識到錯(cuò)誤所在，此時(shí)再引入缺電子中心鍵的知識點(diǎn)。通過新課導(dǎo)入中的對比，促使同學(xué)們明白為什么學(xué)習(xí)了常見分子化學(xué)鍵又要學(xué)習(xí)缺電子多中心鍵。另外，不僅課程導(dǎo)入要精心設(shè)計(jì)，課堂的整個(gè)教學(xué)過程也要把握好時(shí)間和教學(xué)方法。

上課過程中要注意同學(xué)們的狀態(tài)，根據(jù)同學(xué)們上課時(shí)的狀態(tài)調(diào)整教學(xué)方法和課程進(jìn)度。如果同學(xué)們上課時(shí)都聽得不是很懂，有很多疑問和困惑，可以讓同學(xué)們在課堂上將問題提出來，任課老師耐心答疑解惑，不要一味地趕課程進(jìn)度。講完課之后，如果同學(xué)們還有不懂的知識點(diǎn)，要安排課后答疑，解答同學(xué)們的疑問。再者，現(xiàn)在大學(xué)生自控能力還是很弱，注意力不集中并且容易受外界干擾，所以課堂或課后布置習(xí)題練習(xí)是必不可少的，這也是對教學(xué)負(fù)責(zé)任的行為。此外，教師自身一定要對教材融會(huì)貫通，課前多遍閱讀教材，以自己的語言再現(xiàn)教材內(nèi)容，千萬不能照本宣科，不然課堂會(huì)死氣沉沉。教師的知識水平和教學(xué)能力，影響著教學(xué)質(zhì)量，以及學(xué)生的發(fā)展。

2.2 注重豐富學(xué)生學(xué)識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性

素質(zhì)教育是一直以來推廣的教學(xué)模式，進(jìn)入大學(xué)后，在一定程度上已經(jīng)擺脫了應(yīng)試教育，所以大學(xué)的課程是最容易實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的。大學(xué)的學(xué)習(xí)就是為了豐富學(xué)識，真正地學(xué)到知識。在大學(xué)的課堂上，教師除了用語言表達(dá)教材上的知識點(diǎn)外，應(yīng)該多舉例，多聯(lián)系實(shí)際，重點(diǎn)讓學(xué)生理解如何去解決問題，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的求知欲；而不是盲目追求趕緊將課本內(nèi)容講給學(xué)生聽，那樣只會(huì)讓學(xué)生被動(dòng)地去學(xué)習(xí)[9]。比如，在講解缺電子中心鍵時(shí)，要讓同學(xué)們知道，B2H6分子結(jié)構(gòu)不是憑空想象出來的，而是通過磁性、核磁共振、電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)所得，所以不能死記硬背分子結(jié)構(gòu)，而是要全面地理解和掌握知識點(diǎn)。

另外，在教學(xué)過程中，教學(xué)方式要靈活多樣，教學(xué)內(nèi)容要豐富有趣，否則學(xué)生易走神。再者，大學(xué)的課堂氣氛要輕松些，教師講解的內(nèi)容不要只局限于課本，有講到科學(xué)家時(shí)，可以講講科學(xué)家們的生平事跡，融入愛國主義、責(zé)任與擔(dān)當(dāng)?shù)人颊兀@樣不僅能增長學(xué)生見識，還能引起同學(xué)們的注意。此外，老師上課時(shí)要比較有激情，這樣同學(xué)們的積極主動(dòng)性才比較容易被調(diào)動(dòng)，課堂上適當(dāng)?shù)奶釂?，也?huì)讓同學(xué)們注意力更集中。

2.3 引導(dǎo)學(xué)生改變傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力

隨著社會(huì)的發(fā)展，并不是只需要將課本上的知識點(diǎn)學(xué)好就可以，更應(yīng)該懂得如何解決實(shí)際問題。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，影響著學(xué)生的自學(xué)能力，還有學(xué)生個(gè)體之間也有差異，有些學(xué)生課堂上很難聽懂，而有些學(xué)生很快就能掌握相應(yīng)知識點(diǎn)。因此，目前大班教學(xué)要做到對學(xué)生因材施教有一定難度，同時(shí)大學(xué)生已經(jīng)完全可以自主獨(dú)立地學(xué)習(xí)，要引導(dǎo)學(xué)生改變以前的學(xué)習(xí)方式。在課堂上有留下疑問的同學(xué)，多引導(dǎo)他們在課后獨(dú)立思考鉆研，掌握課程知識。師范生對結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)要求不高，但一個(gè)班級有些同學(xué)要考相關(guān)學(xué)科的研究生，那么部分內(nèi)容就要進(jìn)行自學(xué)，老師要幫助同學(xué)們建立自學(xué)的學(xué)習(xí)方式。在交流合作學(xué)習(xí)這一層面上，還可以把班上學(xué)生分成幾個(gè)學(xué)習(xí)小組，分組討論進(jìn)行交流。把個(gè)體學(xué)習(xí)與大組討論交流結(jié)合起來，促進(jìn)了學(xué)習(xí)方法的改革，不同程度地提高了學(xué)生的自學(xué)能力。

在培養(yǎng)自學(xué)能力時(shí)，要求學(xué)生做好學(xué)習(xí)計(jì)劃表，對于一門課程的學(xué)習(xí)，可以以一學(xué)期為計(jì)劃，課程開課前要做好預(yù)習(xí)，勤做筆記，將不理解的知識點(diǎn)標(biāo)注出來，和同齡人交流學(xué)習(xí)上的問題，學(xué)會(huì)互相探討問題；老師上課過程中，帶著問題聽課，并且課上講到的內(nèi)容如何進(jìn)行適當(dāng)拓展；老師講完課之后要及時(shí)復(fù)習(xí)，鞏固知識點(diǎn)。如果是一門沒有老師現(xiàn)場講課的課程，需要網(wǎng)上、圖書館找資料，和同齡人探討等，解答在預(yù)習(xí)過程中遺留下來的問題。

2.4 教學(xué)與科研互動(dòng)，培養(yǎng)全面發(fā)展的人才

人才是現(xiàn)代社會(huì)競爭與發(fā)展的重要生產(chǎn)力，是推動(dòng)國家與社會(huì)發(fā)展的中堅(jiān)力量，然而人才的培養(yǎng)并不是一朝一夕就能成功的，它是一項(xiàng)巨大的工程，需要耗費(fèi)一定的經(jīng)濟(jì)來支持人才的培養(yǎng)。高校是專門培養(yǎng)專業(yè)人才的地方，關(guān)于人才培養(yǎng)方式的選取更是要慎之又慎。其中，教學(xué)與科研相結(jié)合是培養(yǎng)全面發(fā)展型人才的重要基礎(chǔ)。若只注重加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)知識能力的培養(yǎng)，學(xué)生就會(huì)與現(xiàn)實(shí)社會(huì)脫節(jié)，不能很好的融入社會(huì)為國家發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

一方面，隨著社會(huì)技術(shù)的發(fā)展，科研的占比也越來越大，采取教學(xué)與科研結(jié)合的方式，可以彌補(bǔ)教學(xué)上不能動(dòng)手實(shí)踐操作的部分，對課堂內(nèi)容有一定的拓展與補(bǔ)充作用，還可以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考與動(dòng)手操作的能力。另一方面，在互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)展的背景下，教學(xué)內(nèi)容對科研儲(chǔ)備奠定理論基礎(chǔ)的作用?？茖W(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力，知識基礎(chǔ)在科學(xué)研究的過程中是必不可少的，否則科學(xué)研究就無法進(jìn)行下去[10]。因此，通過教學(xué)與科研結(jié)合才可能培養(yǎng)出既具有專業(yè)知識基礎(chǔ)又具有創(chuàng)新能力的全方面人才。

比如，講授缺電子多中心鍵時(shí)，要結(jié)合科研前沿，讓同學(xué)們知道通過哪些儀器可以表征出材料的結(jié)構(gòu)，這些材料有哪些性質(zhì)，理解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的事實(shí)。同時(shí)，也要結(jié)合實(shí)驗(yàn)演示和實(shí)驗(yàn)操作，讓同學(xué)們知道分子的結(jié)構(gòu)是怎么樣的，原子是如何成鍵形成分子。對于分子、原子，不能總是空對空在那邊講課，而是讓同學(xué)們接近微觀結(jié)構(gòu)，懂得微觀狀態(tài)。

3 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，信息技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，課堂上老師講授的內(nèi)容，在網(wǎng)絡(luò)上基本都找得到，科技變革下的教師角色需要轉(zhuǎn)型，上課不能只念課本，而是要有意識地引導(dǎo)學(xué)生，促使學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的態(tài)度，從“要你學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，并培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力。再者，教師這個(gè)職業(yè)不會(huì)消失，線上課程也不能完全代替線下課程，因?yàn)榫€下課程站著的老師是有溫度的，有喜怒哀樂，學(xué)生更能從老師的表情中感受到溫暖。教師職業(yè)是神圣的，但現(xiàn)在也暴露出存在一些問題，對教師要加強(qiáng)師德考核。

同時(shí)，每門課程始終貫徹思政目標(biāo)，將專業(yè)課和思想道德培養(yǎng)有效結(jié)合，在學(xué)生學(xué)習(xí)知識的時(shí)候，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，明白辯證思維，知道責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，從而培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的大學(xué)生。