李曉艷，張懷玉，孟令鵬，曾艷麗

河北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，石家莊 050024

化學(xué)是在原子、分子及分子以上層次研究物質(zhì)及其變化過(guò)程的基礎(chǔ)科學(xué)，是一門(mén)理論與實(shí)驗(yàn)并重、富有創(chuàng)造性的中心學(xué)科。按照化學(xué)類(lèi)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)系統(tǒng)、扎實(shí)地掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能。原子/分子/晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、物質(zhì)的構(gòu)效關(guān)系與性質(zhì)變化規(guī)律是化學(xué)理論教學(xué)的基本內(nèi)容，這些理論是結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的主要教學(xué)內(nèi)容[1]。隨著量子化學(xué)理論方法、計(jì)算化學(xué)軟件以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)工作者在傳統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn)性研究模式的基礎(chǔ)上更加注重通過(guò)模擬、設(shè)計(jì)和控制合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)功能的優(yōu)化和調(diào)控[1]。計(jì)算化學(xué)逐漸和實(shí)驗(yàn)化學(xué)、理論化學(xué)一起，成為化學(xué)科學(xué)的三個(gè)支柱。

計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)以結(jié)構(gòu)化學(xué)為基礎(chǔ)，分子模擬為工具，通過(guò)“實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、理論”協(xié)同作用解決各種核心化學(xué)問(wèn)題。本門(mén)課程將分子的某些微觀信息以三維圖像的方式表現(xiàn)，在分子和原子水平上利用量子化學(xué)計(jì)算手段模擬和分析分子的立體構(gòu)象、獲取分子相關(guān)性質(zhì)的信息，使抽象概念變得直觀、易于理解。通過(guò)計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，可以讓本科生掌握一些計(jì)算化學(xué)的理論知識(shí)和計(jì)算化學(xué)的實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)讓學(xué)生學(xué)會(huì)用化學(xué)理論來(lái)解釋化學(xué)事實(shí)，在應(yīng)用理論的過(guò)程中加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，國(guó)內(nèi)多所高校均開(kāi)設(shè)了計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程[2-6]。多年來(lái)，河北師范大學(xué)計(jì)算量子化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在計(jì)算量子化學(xué)方法和應(yīng)用、電子密度拓?fù)浞治龅确矫骈_(kāi)展研究工作，取得了一些頗具影響的成果。研究領(lǐng)域涉及分子間相互作用、原子簇的催化機(jī)理、化學(xué)反應(yīng)機(jī)制和途徑、固體吸附和儲(chǔ)氫材料、大氣中瞬變物種的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、新型化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)等眾多方面。近年來(lái)，依托科研團(tuán)隊(duì)的研究特色和優(yōu)勢(shì)，我們將科研成果和教學(xué)研究相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一些可以借助于計(jì)算機(jī)完成的、不受實(shí)驗(yàn)條件限制的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)。編寫(xiě)了《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材[7]和《化學(xué)實(shí)驗(yàn)》[8]教材中的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分，在《大學(xué)化學(xué)》雜志上發(fā)表與計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的教學(xué)論文6篇[9-13]，更新了計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助軟件HMO程序，使之適合本科生的教學(xué)。河北師范大學(xué)自2016年開(kāi)設(shè)了計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，讓本科生接受系統(tǒng)的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，掌握運(yùn)用量子化學(xué)程序和軟件解決化學(xué)問(wèn)題的能力，并且能夠利用計(jì)算化學(xué)方法開(kāi)展初步的科學(xué)研究。

2020年初突如其來(lái)的新冠疫情不僅給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了巨大的影響，也對(duì)高等院校的教學(xué)提出了更高的要求。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式中的教師與學(xué)生為主客對(duì)立的關(guān)系，在授課中很難培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，不能滿(mǎn)足不同層次學(xué)生的個(gè)性化需求。而線(xiàn)上模式作為一種全新教學(xué)方式，若完全網(wǎng)上在線(xiàn)學(xué)習(xí)則缺乏教師的主導(dǎo)與監(jiān)管，影響教學(xué)效果。在預(yù)防新冠疫情常態(tài)化的大背景下，線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)或成為一種必然趨勢(shì)，這種新的教學(xué)模式通過(guò)兩種教學(xué)形式的有機(jī)結(jié)合，既能使教師起到引導(dǎo)和監(jiān)控教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)作用，也能幫助學(xué)生重新找到自己課堂學(xué)習(xí)的主體地位，提升自身的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，目前已成為教學(xué)研究和實(shí)踐的新型教學(xué)形態(tài)[13,14]。本文結(jié)合河北師范大學(xué)計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革實(shí)踐，提出了幾點(diǎn)行之有效的線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)策略，以期為同類(lèi)高校的教學(xué)改革提供一些參考。

1 課程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照化學(xué)類(lèi)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，本門(mén)課的教學(xué)目的是讓本科生接受系統(tǒng)的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，掌握Gaussian[15]、GView[16]、Chemwindow[17]等基本量子化學(xué)軟件的使用方法，并培養(yǎng)其運(yùn)用量子化學(xué)程序和軟件解決化學(xué)問(wèn)題的能力，能夠利用學(xué)到的計(jì)算軟件和理論化學(xué)方法，開(kāi)展初步的科學(xué)研究，解決一些基礎(chǔ)的無(wú)機(jī)、有機(jī)化學(xué)中的科學(xué)問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研思想，提高他們的科研興趣。

本校的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要利用量子化學(xué)計(jì)算軟件Gaussian、HMO、圖形界面軟件GView、Chemwindow和電子密度拓?fù)浞治龀绦駻IM2000[18]進(jìn)行。Gaussian是目前量子化學(xué)計(jì)算程序中簡(jiǎn)單易學(xué)、應(yīng)用最廣泛的量化程序；GView程序用來(lái)搭建分子初始結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)備Gaussian程序的輸入文件及分析和顯示Gaussian的計(jì)算結(jié)果；經(jīng)本團(tuán)隊(duì)改進(jìn)后的HMO程序可以更方便、直觀地研究共軛體系的性質(zhì)、給出π軌道圖形和各項(xiàng)物理參數(shù)，幫助學(xué)生理解結(jié)構(gòu)化學(xué)課程中學(xué)過(guò)的休克爾分子軌道理論。AIM2000程序是基于電子密度拓?fù)浞治龅摹胺肿又械脑印崩碚摚脕?lái)分析分子中的成鍵情況、明確化學(xué)鍵的性質(zhì)和強(qiáng)度。

我們的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容按照注重基礎(chǔ)、緊密結(jié)合理論教學(xué)、緊跟科學(xué)前沿的原則，基于本課程組前期系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)論文[9-13]，設(shè)計(jì)了6個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和2個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，授課學(xué)時(shí)32，詳見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用量子化學(xué)計(jì)算方法來(lái)研究化學(xué)問(wèn)題，建立正確的輸入文件、正確的提取輸出文件中的計(jì)算結(jié)果是關(guān)鍵。因此，課程首先安排了“應(yīng)用Chemwindow 6.0分析分子的對(duì)稱(chēng)性”實(shí)驗(yàn)，利用Chemwindow 6.0的Symapps模塊判斷分子所屬的點(diǎn)群。該實(shí)驗(yàn)?zāi)苣軌驇椭鷮W(xué)生強(qiáng)化分子點(diǎn)群的判據(jù)，使其能夠借助Chemwindow 6.0和GView程序判斷分子所屬點(diǎn)群，并深入理解分子對(duì)稱(chēng)性對(duì)分子性質(zhì)的影響，從而保證后期實(shí)驗(yàn)分子的對(duì)稱(chēng)性。通過(guò)“分子結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建及優(yōu)化計(jì)算”實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生利用Gview程序來(lái)創(chuàng)建合理的初始結(jié)構(gòu)，并采用Gaussian程序進(jìn)行構(gòu)型優(yōu)化，得到體系的穩(wěn)定構(gòu)型。正確的構(gòu)型是性質(zhì)研究的基礎(chǔ)和保證，也是計(jì)算研究的起點(diǎn)。因此該部分的教學(xué)除了教授給學(xué)生基本的操作和搭建不同類(lèi)型分子的技巧外，還給學(xué)生充分的實(shí)踐訓(xùn)練機(jī)會(huì)。在熟練掌握分子對(duì)稱(chēng)性和構(gòu)型優(yōu)化技巧的前提下，通過(guò)“乙烷分子的旋轉(zhuǎn)勢(shì)壘”“多原子分子的振動(dòng)光譜和振動(dòng)模式分析”“有機(jī)共軛分子的HMO處理”和“典型異構(gòu)化反應(yīng)的理論研究”掌握Gaussian程序中構(gòu)型優(yōu)化、能量計(jì)算、頻率分析、軌道分析、過(guò)渡態(tài)搜索等功能；通過(guò)“雙原子分子及陽(yáng)離子、陰離子共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)比較”[8,9]和“乙硼烷和N2O4分子的結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵討論”[10,11]兩個(gè)實(shí)驗(yàn)掌握AIM2000程序分析化學(xué)鍵性質(zhì)的方法和判據(jù)。

同時(shí)，在計(jì)算化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，重視基本概念和基礎(chǔ)理論的教學(xué)。讓學(xué)生了解量子化學(xué)從頭算、密度泛函理論和微擾理論等理論方法的原理及常用基組，明確自旋多重度、開(kāi)殼層、閉殼層、單點(diǎn)能計(jì)算、電荷密度、鍵鞍點(diǎn)等基本概念。掌握這些基本原理和概念，是正確選取計(jì)算方案的基礎(chǔ)，也是計(jì)算結(jié)果正確的根本保證。

2 教學(xué)資源整合與平臺(tái)建設(shè)

針對(duì)以上教學(xué)內(nèi)容，考慮到基本概念是正確設(shè)置計(jì)算方案的基礎(chǔ)，我們對(duì)原來(lái)線(xiàn)下授課所用PPT進(jìn)行了改進(jìn)。原來(lái)線(xiàn)下授課的PPT主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)步驟，詳細(xì)的操作和注意事項(xiàng)要通過(guò)教師上機(jī)演示+板書(shū)與教授相結(jié)合的形式完成。而線(xiàn)上教學(xué)學(xué)生的注意力都在屏幕上，而且不同的學(xué)生其學(xué)習(xí)能力和接受能力也有差別，因此我們對(duì)原來(lái)的教學(xué)課件進(jìn)行了改進(jìn)，增加了相關(guān)程序?qū)嶋H操作的截屏、輸入文件的格式具體要求及常見(jiàn)錯(cuò)誤、輸出文件的重要信息截屏等內(nèi)容，方便學(xué)生在自學(xué)或上課過(guò)程中使用。

制作了計(jì)算化學(xué)簡(jiǎn)介講座、Gview程序使用說(shuō)明、Gaussian程序使用說(shuō)明和AIM2000程序說(shuō)明，幫助學(xué)生理解計(jì)算化學(xué)研究的基本概念和程序的使用。錄制了各個(gè)具體實(shí)驗(yàn)的教學(xué)視頻，并且針對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑸閷W(xué)生準(zhǔn)備了相關(guān)的科研文獻(xiàn)，作為課前預(yù)習(xí)資料，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研興趣。每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置了不同程度的思考題，啟發(fā)學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的同時(shí)，深入思考，從更深層次理解結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)課所學(xué)的內(nèi)容。依托超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，搭建了講座、程序使用說(shuō)明、教學(xué)視頻、課前預(yù)習(xí)材料和課后思考題等教學(xué)模塊，構(gòu)建了計(jì)算化學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程(https://mooc1-1.chaoxing.com/course/218937413.html)。

3 線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)策略設(shè)計(jì)

教學(xué)采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)與線(xiàn)上教學(xué)混合教學(xué)模式進(jìn)行(圖1)。線(xiàn)上教學(xué)主要采用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)和釘釘直播相結(jié)合的方式進(jìn)行。超星學(xué)習(xí)通具有強(qiáng)大的輔助教學(xué)功能，方便進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)。釘釘直播可以師生互動(dòng)、監(jiān)管效果，并且其回放功能便于學(xué)生重復(fù)觀看，加深印象。

圖1 線(xiàn)上線(xiàn)下相結(jié)合的教學(xué)模式

課前教師發(fā)布導(dǎo)向式的預(yù)習(xí)方案，把本次實(shí)驗(yàn)所需要的背景材料、基本操作和探究式問(wèn)題發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去預(yù)習(xí)。課堂教學(xué)教師主要講解本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵性概念、重點(diǎn)、難點(diǎn)和常見(jiàn)問(wèn)題，不再講解具體的實(shí)驗(yàn)步驟。同時(shí)采用提問(wèn)和引導(dǎo)的方式，開(kāi)展教學(xué)互動(dòng)，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，同時(shí)也可以引導(dǎo)學(xué)生深入思考，提高教學(xué)效果。

雖然各個(gè)實(shí)驗(yàn)都有詳細(xì)的內(nèi)容講解，但在課堂上學(xué)生實(shí)際操作程序時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，比如輸入文件的格式、分子構(gòu)型搭建偏離真實(shí)體系較多造成結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤或程序不收斂，關(guān)鍵詞書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤等造成計(jì)算失敗等問(wèn)題。授課教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生查看輸出文件的出錯(cuò)信息，按照錯(cuò)誤提示，結(jié)合程序手冊(cè)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱解決問(wèn)題的方法，同時(shí)結(jié)合自己的研究體系進(jìn)行修正，從而培養(yǎng)學(xué)生解決常見(jiàn)計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，逐漸提升其科研能力。在課堂上，學(xué)生自由組成小組，一般4-5人。遇到問(wèn)題，先在小組內(nèi)討論，解決不了的，再與教師討論，從而提高學(xué)習(xí)效率。主講教師和輔導(dǎo)教師通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手把手指導(dǎo)的方式，解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄中的問(wèn)題。同時(shí)在小組討論的過(guò)程中予以指導(dǎo)，明確學(xué)生在討論過(guò)程中存在的問(wèn)題，使學(xué)生快速提升計(jì)算能力，積累計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生擴(kuò)展學(xué)習(xí)思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，除了書(shū)寫(xiě)正常的實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，通過(guò)設(shè)置課后思考題的方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反思和經(jīng)驗(yàn)積累。所有的學(xué)習(xí)任務(wù)均在超星學(xué)習(xí)通上提交，方便監(jiān)管、督促學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，也為后期的過(guò)程化考核準(zhǔn)備資料。

另外，為了滿(mǎn)足不同程度學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，對(duì)“多原子分子的振動(dòng)光譜和振動(dòng)模式分析”“有機(jī)共軛分子的HMO處理”和“典型異構(gòu)化反應(yīng)的理論研究”三個(gè)實(shí)驗(yàn)我們提供了不同的研究體系供學(xué)生選擇，也允許學(xué)生根據(jù)自己的興趣自主選擇研究體系和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)，從而提高學(xué)生的科研興趣和科研能力，取得了良好的教學(xué)效果。

本門(mén)課的課程采用過(guò)程化考核方式，考核內(nèi)容包括線(xiàn)上學(xué)習(xí)記錄、上機(jī)操作水平、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及期末考試四個(gè)環(huán)節(jié)。上機(jī)操作水平根據(jù)學(xué)生上課的實(shí)際表現(xiàn)由任課教師認(rèn)定。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不僅關(guān)注計(jì)算結(jié)果的正確與否，還關(guān)注數(shù)據(jù)表達(dá)是否清晰，包括數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)是否合理，圖形是否美觀等；學(xué)生在描述數(shù)據(jù)時(shí)使用的語(yǔ)言是否規(guī)范、科學(xué)；分析和討論問(wèn)題時(shí)是否條理清晰、科學(xué)合理；實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容是否完整等。期末考試一般安排綜合性實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提供一個(gè)計(jì)算化學(xué)問(wèn)題，由學(xué)生自己考慮從哪些方面進(jìn)行并完成上機(jī)操作和研究報(bào)告。超星學(xué)習(xí)通為過(guò)程化考核提供了有力的平臺(tái)，在日常授課過(guò)程中教師可以通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)設(shè)置任務(wù)點(diǎn)：包括課堂簽到、視頻學(xué)習(xí)、開(kāi)展主題討論和分組任務(wù)等，學(xué)習(xí)通平臺(tái)會(huì)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的任務(wù)點(diǎn)完成情況。同時(shí)，學(xué)生平時(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試試卷也可以通過(guò)平臺(tái)學(xué)習(xí)通提交，任課教師通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)評(píng)閱實(shí)習(xí)報(bào)告和期末試卷。學(xué)習(xí)通的成績(jī)統(tǒng)計(jì)模塊可以自主設(shè)置不同活動(dòng)所占的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)考核成績(jī)的直接導(dǎo)出，方便教師使用。

4 線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)實(shí)例——以“乙硼烷和N2O4分子的結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵討論”為例

“乙硼烷和N2O4分子的結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵討論”是一個(gè)基于本課題組教學(xué)論文[10,11]設(shè)計(jì)的綜合性的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)涉及到的計(jì)算過(guò)程包括：構(gòu)型優(yōu)化、單點(diǎn)計(jì)算、軌道分析和電子密度拓?fù)浞治龅冗^(guò)程。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，我們會(huì)向?qū)W生發(fā)布該實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)要求：復(fù)習(xí)Gaussian程序執(zhí)行構(gòu)型優(yōu)化、單點(diǎn)計(jì)算、軌道分析和生成電子密度拓?fù)湮募姆椒ǎ殚喴遗鹜楹退难趸肿拥臉?gòu)型，參照無(wú)機(jī)化學(xué)教材學(xué)習(xí)和分析這兩種分子的化學(xué)鍵類(lèi)型。給出問(wèn)題：如何證明B2H6中存在雙電子橋式三中心鍵？為什么平面N2O4分子中有離域π鍵的存在，N-N鍵長(zhǎng)反而比普通的N-N單鍵要長(zhǎng)？同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生，鍵級(jí)和鍵鞍點(diǎn)處的拓?fù)渲笜?biāo)是衡量化學(xué)鍵強(qiáng)弱和性質(zhì)的物理量。鍵鞍點(diǎn)處的電荷密度越小，鍵級(jí)越小，化學(xué)鍵越弱。所以要明確B2H6中橋鍵結(jié)構(gòu)的存在需要得到該分子的分子圖，討論N2O4中的N-N鍵長(zhǎng)可以通過(guò)計(jì)算Wiberg鍵級(jí)、分子軌道以及N-N鍵鍵鞍點(diǎn)處的電荷密度、拉普拉斯量、動(dòng)能密度和勢(shì)能密度等參量來(lái)解釋。鍵級(jí)需要對(duì)分子進(jìn)行自然鍵軌道分析，拓?fù)湫再|(zhì)需要對(duì)研究分子進(jìn)行電子密度拓?fù)浞治觥?/p>

在課堂實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)注意觀察學(xué)生如何搭建分子結(jié)構(gòu)、生成Gaussian的輸入文件，指導(dǎo)有困難的學(xué)生搭建B2H6的橋式結(jié)構(gòu)；觀察學(xué)生在搭建模型過(guò)程中是否注意了分子的對(duì)稱(chēng)性，解決學(xué)生在計(jì)算過(guò)程中遇到的具體問(wèn)題。讓學(xué)生分組討論B2H6中B原子采取哪種型式的雜化？B2H6中存在幾類(lèi)B-H鍵、性質(zhì)如何？并分析B-H-B橋鍵的形成過(guò)程。分析N2O4中的π軌道個(gè)數(shù)和構(gòu)成，分析N-N鍵的性質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生采用AIM2000程序繪出圖2中B2H6的分子圖和N2O4分子中兩個(gè)N原子間的電荷密度分布，從而理解上述提出的問(wèn)題。

圖2 B2H6和N2O4分子的結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅復(fù)習(xí)和掌握了實(shí)驗(yàn)技能，還通過(guò)自己的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證、鞏固和加深了對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)基本理論和概念的理解，學(xué)會(huì)正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，增強(qiáng)了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，此實(shí)驗(yàn)使得課堂氣氛活躍、學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提升、有利于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的科學(xué)思維習(xí)慣，為培養(yǎng)合格的人才打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，取得良好的教學(xué)效果。

5 教學(xué)效果

自2016年課程開(kāi)設(shè)以來(lái)，每年均有80人以上，總數(shù)超過(guò)500名本科生學(xué)習(xí)了計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。從教學(xué)效果來(lái)看，學(xué)生普遍掌握了Gaussian和GView等程序的使用，能夠自行開(kāi)展一些初步的計(jì)算化學(xué)研究工作。我們也鼓勵(lì)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，繼續(xù)與教師進(jìn)行計(jì)算類(lèi)的科研交流，歡迎他們加入教師的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)和專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)。近五年來(lái)，在本教學(xué)團(tuán)隊(duì)共40名同學(xué)參與完成省/校級(jí)大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)10項(xiàng)、19名非師范生完成專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)、超過(guò)150名同學(xué)完成本科畢業(yè)論文。據(jù)統(tǒng)計(jì)，理論化學(xué)方向本科畢業(yè)論文和專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)獲得優(yōu)秀的同學(xué)有90%以上均是學(xué)習(xí)過(guò)本門(mén)課程的。部分表現(xiàn)優(yōu)秀學(xué)生的研究工作在SCI收錄期刊或國(guó)內(nèi)核心期刊發(fā)表。每年有5-10位同學(xué)考取量子化學(xué)方向的碩士研究生，在國(guó)內(nèi)重點(diǎn)高校或本校進(jìn)行深造。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明學(xué)生們通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，掌握了計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和計(jì)算化學(xué)的基本理論，提高學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)了學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感；也說(shuō)明我校的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程取得良好的教學(xué)效果，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是本課程組依托于自己的科研工作特色和教學(xué)實(shí)踐，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)類(lèi)課程。在預(yù)防新冠疫情常態(tài)化的大背景下，線(xiàn)上線(xiàn)下混合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一種行之有效的方法。本文對(duì)傳統(tǒng)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)與超星學(xué)習(xí)通、釘釘直播相結(jié)合的混合式教學(xué)模式進(jìn)行了介紹。我們的教學(xué)實(shí)踐表明，此模式取得了較好的授課效果，不僅實(shí)現(xiàn)了從“教師講授為主”向“學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主”的模式轉(zhuǎn)變，而且培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維能力，從而提高了學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)化學(xué)的原理和方法來(lái)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感，也為高校教學(xué)改革提供了一些參考。在后期的教學(xué)中，我們還會(huì)依托自己的科研工作，努力提升和改善計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容和教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)科研和教學(xué)相長(zhǎng)，科研反哺教學(xué)。同時(shí)利用好在線(xiàn)課程，不斷探索提高教學(xué)質(zhì)量的途徑和方法。