楊云霞 楊玉英 郭英娃

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化學(xué);線上教學(xué);教學(xué)效果

2020年春季暴發(fā)的新冠肺炎疫情牽動(dòng)了全國(guó)人民的心，在教育部“停課不停教，停課不停學(xué)”的號(hào)召下，于2020年2月2日組織了22個(gè)免費(fèi)線上課程平臺(tái)，開放了2.4萬余門在線課程，其中包含1291門國(guó)家級(jí)精品課程和401 門國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[1]。在2021年的金秋，疫情也蔓延到了蘭州，為了不影響高校的正常教學(xué)活動(dòng)，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢(shì)，實(shí)施線上教學(xué)，成為高校教學(xué)的首要途徑。

線上課堂教學(xué)是一種重要的遠(yuǎn)程授課方式，在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中占有一席之地。作為常規(guī)情況下的全日制高校，線上課堂是線下課堂的有益補(bǔ)充[2]，但線上課堂并不能完全替代線下課堂，這與線上課堂本身的局限性有關(guān)，如：學(xué)生容易走神、教師不能及時(shí)掌握學(xué)生情況、師生缺乏有效互動(dòng)等。但在特定的需求及突發(fā)事件下，線上教學(xué)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)[3]，比如：學(xué)習(xí)空間自由、學(xué)習(xí)方式更受學(xué)生歡迎等，這是線下教學(xué)無法比擬的。由此可見，作為一個(gè)合格的高校教師，除了需要不斷打磨自己的線下課堂之外，也需要能熟練進(jìn)行線上課堂教學(xué)活動(dòng)，并通過線上線下教學(xué)活動(dòng)的結(jié)合與實(shí)踐，更加深入理解所授課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)。

“結(jié)構(gòu)化學(xué)”是化學(xué)類專業(yè)高年級(jí)學(xué)生重要的專業(yè)必修課程[4]，也是一門令學(xué)生“頭痛”的理論課程，這樣一門專業(yè)性很強(qiáng)的理論課程線下教學(xué)本就不易，如何在線上教學(xué)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)是非常具有挑戰(zhàn)性的問題。針對(duì)“結(jié)構(gòu)化學(xué)”的課程特點(diǎn)，線上教學(xué)改革主要解決的問題應(yīng)該是尋找合適的教學(xué)方法和手段，進(jìn)一步完善、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)課程思政元素與專業(yè)知識(shí)的融合，改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，從而提升課程的教學(xué)質(zhì)量。筆者提出以下實(shí)際可行的想法和做法對(duì)“結(jié)構(gòu)化學(xué)”線上課堂教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)探索，以期獲得良好的線上教學(xué)效果。

一、完善、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程從原子、分子水平來解釋物質(zhì)世界[2]，旨在加深學(xué)生對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，采用微觀世界的量子力學(xué)原理對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，學(xué)習(xí)起來具有較大難度。該課程在以教材為主體進(jìn)行學(xué)習(xí)的同時(shí)，首先需要制作簡(jiǎn)潔精美的多媒體課件以吸引學(xué)生的注意力，并注重在授課過程中不斷發(fā)掘與生活相關(guān)的實(shí)例進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以參考宏觀世界的已有認(rèn)知來對(duì)比認(rèn)識(shí)微觀世界的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。例如：在學(xué)習(xí)“能量量子化”這個(gè)基礎(chǔ)概念時(shí)，可以首先采用“跳臺(tái)階”的例子來形象說明微觀世界的“能量不連續(xù)”概念，然后講述古代笑話“吃燒餅”，有一人腹饑，食一燒餅未飽，又食一燒餅仍未飽，直至食第七個(gè)燒餅才得以飽腹，此人后悔言道：“早知食第七餅可飽，為何食前六？”引導(dǎo)學(xué)生思考在這個(gè)笑話中所蘊(yùn)含的宏觀世界“能量連續(xù)”與微觀世界“能量不連續(xù)”的區(qū)別。這個(gè)笑話之所以被稱之為笑話，是因?yàn)槲覀兠總€(gè)人都知道宏觀世界中的能量是連續(xù)的，若無前六個(gè)燒餅做基礎(chǔ)，不可能只吃第七個(gè)燒餅就足以飽腹。但是，如果我們學(xué)習(xí)了微觀世界的“能量量子化”概念，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)笑話有可能成為現(xiàn)實(shí)，如果我們是身處微觀世界的粒子，那么就有可能不吃前六個(gè)燒餅，直接“躍遷”到第七個(gè)燒餅的狀態(tài)從而達(dá)到“飽腹”狀態(tài)。通過這些具體生活實(shí)例，學(xué)生在首次接觸“能量量子化”抽象概念時(shí)就會(huì)有更加具體形象的認(rèn)識(shí)，并且可在輕松愉悅的氛圍中進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而學(xué)有所得、學(xué)有所用。此外，授課教師應(yīng)不斷在教學(xué)中引入最新研究成果以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。如：在講授“光電效應(yīng)”追溯光的本質(zhì)時(shí)，一方面可以引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀相應(yīng)課外讀物，了解“波動(dòng)說”和“粒子說”的百年風(fēng)云，另一方面在講述光的波粒二象性后展示2018年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)“關(guān)于光的奇跡故事”，說明光此時(shí)已經(jīng)被科學(xué)家們制作成為精準(zhǔn)的工具進(jìn)行使用，并說明光作為一個(gè)古老的研究課題仍然展現(xiàn)著勃勃生機(jī)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。

由于量子力學(xué)與我們所熟悉的描述宏觀世界物質(zhì)規(guī)律的經(jīng)典物理學(xué)完全不同，所以需要授課教師在大量引入生活實(shí)例進(jìn)行類比學(xué)習(xí)之外，更加強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新性精神及批判性繼承的重要性。如：在量子力學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)過程中，“黑體輻射”實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)著名的無法使用經(jīng)典物理學(xué)進(jìn)行解釋的實(shí)驗(yàn)實(shí)例，其解釋結(jié)果可謂是“離經(jīng)叛道”，而這種“冒天下之大不韙”的只對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)忠實(shí)的態(tài)度，應(yīng)對(duì)學(xué)生予以引導(dǎo)和強(qiáng)調(diào)，這充分體現(xiàn)了我們對(duì)物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的尊重，說明物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，我們需要不斷自我革新，進(jìn)行批判性地繼承，方能不斷靠近物質(zhì)世界的真相。由于該課程描述的是物質(zhì)世界的基本規(guī)律，學(xué)生在學(xué)習(xí)這些基本規(guī)律過程中可以充分體會(huì)到我們所生活的世界充滿了各種美，如：對(duì)稱之美、科學(xué)規(guī)律之美、邏輯思維之美等，可以充分激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)之美的追求，激發(fā)學(xué)生對(duì)生活和世界的熱愛之情，這對(duì)學(xué)生建立正確的人生觀、價(jià)值觀、世界觀都大有裨益。如：在學(xué)習(xí)對(duì)稱性基本規(guī)律時(shí)，學(xué)生可以看到物質(zhì)世界肉眼所見的對(duì)稱之美，可以體會(huì)文學(xué)對(duì)稱之美、美術(shù)對(duì)稱之美、音樂對(duì)稱之美、物理規(guī)律對(duì)稱之美，在教師引導(dǎo)下理解什么才是真正的科學(xué)之美。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討對(duì)稱性破缺等生命起源問題，從而引導(dǎo)學(xué)生思考自己的人生觀、世界觀和價(jià)值觀問題。

筆者認(rèn)為在以相應(yīng)的教學(xué)課件進(jìn)行在線講解的同時(shí)，一定要多講生活實(shí)例進(jìn)行類比，多講最新的研究成果，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，并在這一過程中注重引導(dǎo)學(xué)生形成正確的三觀。此外，向?qū)W生推薦學(xué)習(xí)該課程的各種網(wǎng)絡(luò)課程資源（如中國(guó)大學(xué)慕課、智慧樹等）作為本課程的有益補(bǔ)充，作為學(xué)生的課外學(xué)習(xí)資料。

二、優(yōu)化教學(xué)方法

“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程的重點(diǎn)是講述電子結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)有一定困難，需采用多樣的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，如：?jiǎn)栴}導(dǎo)向法[5]、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法[6]、主體參與式研討法[7]、思維導(dǎo)圖[8]、翻轉(zhuǎn)課堂[9]等。多種方式促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，積極鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)部分章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師在這一過程中只充當(dāng)“引導(dǎo)者”“幫助者”的角色，摒棄“講授者”的角色，從而達(dá)到使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)并將這一學(xué)習(xí)過程內(nèi)化為自身能力。如：“結(jié)構(gòu)化學(xué)”中的第一章為“量子力學(xué)基礎(chǔ)”，在該章內(nèi)容中主要學(xué)習(xí)量子力學(xué)史、量子力學(xué)重要公式和一維無限深勢(shì)阱模型，在以往的教學(xué)過程中，教師往往只是照本宣科，簡(jiǎn)單說明量子力學(xué)史后直接進(jìn)入數(shù)學(xué)公式的講授、推導(dǎo)等過程，現(xiàn)在我們可以在進(jìn)行緒論講解后，將量子力學(xué)史這一部分學(xué)習(xí)交由學(xué)生，進(jìn)行分組合作，在課后查閱文獻(xiàn)資料進(jìn)行總結(jié)，然后在線上課堂中以小專題PPT講解、角色扮演、海報(bào)展覽等豐富多樣的方式將自己的學(xué)習(xí)結(jié)果展現(xiàn)出來，最后環(huán)節(jié)由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)。經(jīng)過這樣的自主學(xué)習(xí)后，學(xué)生會(huì)以更為愉快的心情進(jìn)行后面涉及諸多公式、方程的理論學(xué)習(xí)。

此外，該課程要求用模型、多媒體技術(shù)等方式將抽象的函數(shù)曲線、物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)具體形象地呈現(xiàn)出來，因此授課教師可在線上教學(xué)活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生使用Origin、GaussianView、Chemoffice 等專業(yè)軟件，在課堂上引導(dǎo)性展示，學(xué)生通過各種在線方式（如騰訊會(huì)議、微信、QQ 等）對(duì)上課過程中所布置的課程小專題進(jìn)行分組討論，并形成結(jié)論，以PPT 或其他形式在線上予以展示，從而增強(qiáng)學(xué)生的交流合作能力。例如：在講授“原子結(jié)構(gòu)”章節(jié)“波函數(shù)圖形”時(shí)，要求學(xué)生課后自行學(xué)習(xí)使用Origin 軟件繪制氫原子的1s 和2s 原子軌道波函數(shù)和電子云圖形，并首先在自己小組內(nèi)進(jìn)行展示，然后選擇個(gè)別圖例在課堂上進(jìn)行演示，從而加深學(xué)生對(duì)波函數(shù)圖形的理解。此外，鼓勵(lì)學(xué)生以多種形式繪制波函數(shù)圖形，在進(jìn)行組內(nèi)討論后，有一小組的同學(xué)分別采用Py?thon 程序和Matlab 程序成功繪制了該函數(shù)圖形，并擴(kuò)展繪制了相應(yīng)的電子云黑點(diǎn)圖，在課堂上進(jìn)行了程序演示（圖1）。在這一教學(xué)活動(dòng)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性充分得以體現(xiàn)，在圖形展示過程中學(xué)生具有良好的體驗(yàn)感，教學(xué)內(nèi)容得以具象化，更重要的是，這種良好的體驗(yàn)感將促使學(xué)生對(duì)這一課程更有興趣并進(jìn)入良性的學(xué)習(xí)循環(huán)。

此外，在該課程的教學(xué)活動(dòng)中，積極鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行章節(jié)思維導(dǎo)圖的繪制，對(duì)優(yōu)秀的思維導(dǎo)圖在線上進(jìn)行展示，由師生共同點(diǎn)評(píng)，從而使學(xué)生對(duì)課程框架有較好的把握（圖2）。

三、改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系

“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程過程評(píng)價(jià)占比為50%，形式多樣，包括期中考試筆試成績(jī)、出勤、課后作業(yè)、小論文寫作、小專題分組講解、思維導(dǎo)圖制作、模型制作等。通過思維導(dǎo)圖可使學(xué)生建立系統(tǒng)的理論框架，通過專題分組講解可使學(xué)生培養(yǎng)自主探究的思維方式，并懂得團(tuán)隊(duì)合作的重要性，通過小論文寫作鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，通過模型制作可鍛煉學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力及解決問題的能力等。需要注意的是，線上課堂缺乏筆試環(huán)節(jié)，可在疫情結(jié)束后進(jìn)行筆試綜合測(cè)試，并在學(xué)期末設(shè)計(jì)電子調(diào)查問卷對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況進(jìn)行調(diào)研，從而為后續(xù)線上課程提供參考依據(jù)。

在“結(jié)構(gòu)化學(xué)”線上課程的具體實(shí)施過程中，我們盡可能地激發(fā)學(xué)生的探究興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生線上“不分心”，并布置多種形式的課后作業(yè)，讓學(xué)生線下“忙起來”，在這一過程中利用線上小組合作學(xué)習(xí)模式提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和解決問題的能力。教師要花功夫花時(shí)間，提供多元化的線上課程資源，通過具體的線上線下教學(xué)活動(dòng)促使學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，并在這一過程中培養(yǎng)學(xué)生的能力。在教學(xué)活動(dòng)中將立德樹人根本任務(wù)與專業(yè)知識(shí)有機(jī)融合，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和社會(huì)責(zé)任感。