摘" 要：結(jié)構(gòu)化學是一門研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系及化學反應(yīng)規(guī)律的基礎(chǔ)理論課程，該課程最大的特點是內(nèi)容理論性強，同時對邏輯思維能力和空間想象力有一定的要求。這就導致大多數(shù)學生存在畏難和抵觸心理，并且傳統(tǒng)的教學方式容易使學生覺得課程枯燥乏味。而基于OBE理念，對分課堂教學模式可以極大地促進學生課外學習的主動性，有效彌補高校課堂教學中師生互動少的缺陷，使教與學真正成為雙向互動的過程，同時注重學生情感態(tài)度、價值觀與思維能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化學；OBE理念；對分課堂；教學改革

文章編號：1671-489X（2025）03-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.03.0

0" 引言

結(jié)構(gòu)化學是一門研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系及化學反應(yīng)規(guī)律的基礎(chǔ)理論課程，是化學師范專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要應(yīng)用量子化學基本原理，在微觀水平研究物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)與其宏觀性質(zhì)的關(guān)系。學生學習后，可以從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本原理出發(fā)，掌握原子、分子的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與它們性質(zhì)之間的聯(lián)系，提高分析和解決問題的能力。該課程開設(shè)在大學三年級，學生已修習基礎(chǔ)化學課程及其相關(guān)實驗。同時，該課程須用到多重積分、二階微分方程的求解等高等數(shù)學知識，以及較多的物理模型，良好的數(shù)理基礎(chǔ)是學習本課程的必備條件。由于內(nèi)容理論性強、邏輯性強，大多數(shù)學生存在畏難和抵觸心理，結(jié)構(gòu)化學成為一門“學生難學，教師難教”的課程。

如何將深奧的理論直觀地介紹給學生，讓學生理解原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)理論？如何充分調(diào)動學生的積極性，讓學生主動參與教學過程，發(fā)揮主觀能動性，從而實現(xiàn)課程教學目標？在明確教學目標的前提下，教師可以更新教學內(nèi)容設(shè)計，以學生為中心，組織對分式課堂教學；靈活運用各種教學手段，讓課堂“活”起來；構(gòu)建基于成果導向教育（OBE，Outcome-based education）理念的對分課堂教學模式，促進學生認知由低階向高階發(fā)展。

1" 基于OBE理念的對分課堂教學模式

1981年，Spady等提出OBE理念，多年來的教育實踐檢驗證明，該理念在培養(yǎng)工程技術(shù)人才方面具有明顯優(yōu)勢。因此，該理念逐漸被高校和企業(yè)所接受，在許多國家的教育改革中發(fā)揮著重要作用。要保證OBE理念有效融入教學過程，需要選擇合理的教學模式應(yīng)用到實際的課堂教學中[1]。

2013年10月，復旦大學心理學系張學新教授提出對分課堂教學模式：對分是指將課堂時間分為兩部分，一部分是教師講授（Presentation）時間，另一部分是學生討論（Discussion）時間；在這兩部分之間引入心理內(nèi)化環(huán)節(jié)（Assimilation），因此，對分課堂教學模式也稱為PAD教學模式[2-6]。它由五個環(huán)節(jié)組成：教師集中授課進行精講、學生吸收講授的內(nèi)容后獨立自主學習并完成作業(yè)、學生有準備地參與小組討論和全班交流。典型的對分課堂如圖1所示，具體的時間可根據(jù)當時教學情況靈活分配。在對分課堂中可以讓學生的中心地位得到充分體現(xiàn)，這也符合OBE中以學生為中心的理念。因此，基于OBE理念的對分課堂可以最大限度地構(gòu)建相關(guān)課程的高效課堂。

結(jié)構(gòu)化學課程最主要的特點是內(nèi)容理論性強，同時需要邏輯思維能力和空間想象力，這使得大多數(shù)學生一直有畏難和抵觸心理，并且傳統(tǒng)的教學模式使學生感到枯燥乏味。而對分課堂教學模式可以提高學生學習的主動性，在不增加教師教學工作量的同時增強師生的互動。基于OBE理念的對分課堂教學模式，根據(jù)畢業(yè)要求反向設(shè)計課程目標，教師在結(jié)構(gòu)化學教學實踐中根據(jù)不同的培養(yǎng)目標會設(shè)置不同的教學情境，對每一章節(jié)制定全新的學習計劃和相應(yīng)的考核方案[7-8]。如在講授對稱性這一章節(jié)時，以自然界中存在對稱性元素的物體為例，讓學生去尋找對稱元素，激發(fā)學生的學習興趣，使學生對對稱性產(chǎn)生全新且深刻的認識。同時，帶領(lǐng)學生采用量化程序構(gòu)建分子結(jié)構(gòu)，并在3D空間內(nèi)找尋對稱元素，提高學生的研究能力與思維能力。此外，還會對所有對稱元素做總結(jié)歸納，進行點群識別?；贠BE理念的對分課堂教學模式教學設(shè)計思路如圖2所示。

2" 教學模式改進

根據(jù)學生的情況和基礎(chǔ)化學的知識結(jié)構(gòu)與難易度，對具備條件的內(nèi)容采用對分課堂進行教學，以“學生為中心，把學習權(quán)利還給學生”為理念設(shè)計課堂[9-10]。選取學生較容易掌握的知識點或現(xiàn)實的案例讓其自學，主要是以案例練習的形式，讓學生有目的性、有針對性地去自學。設(shè)計的練習，既要包含自學的重難點，也要包含在有限的課堂時間內(nèi)需要基本掌握的內(nèi)容。通過相互討論、教師提問的方式，有效激發(fā)學生討論的熱情。此外，課后還需要布置部分思考題，促使學生及時消化、吸收課上內(nèi)容。教師則通過批改課后作業(yè)，及時了解學生對本節(jié)課內(nèi)容的掌握程度。實施過程主要基于OBE理念，從積極構(gòu)建邏輯主線、采取多種教學方法和積極嘗試對分課堂三個方面進行闡述。

2.1" 積極構(gòu)建邏輯主線

選擇一條邏輯主線去講授課程內(nèi)容，即在學生掌握第一章量子力學基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，再去拓展到原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)，如圖3所示。原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)章節(jié)，從單電子原子與類氫離子結(jié)構(gòu)開始，逐漸拓展到多電子原子結(jié)構(gòu)與原子光譜，進而過渡到分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的學習。分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)這章主要介紹雙原子分子的分子軌道理論和π共軛體系的休克爾分子軌道理論。此外，針對一些特殊的體系，可以采用實驗手段去讓學生認識結(jié)構(gòu)化學與化學實驗的緊密聯(lián)系。

如在講授分子對稱性一節(jié)時，結(jié)合“理論預(yù)測雙氧水二面角”實驗進行講解，以掌握Gaussian和GaussView的使用為實驗?zāi)康?，?nèi)容包括從分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)建以及輸入文件的編輯和修改，到量子化學計算常用的計算泛函與基組。最后，學生將計算任務(wù)提交到服務(wù)器上，計算并測量雙氧水中氫氧和氧氧之間的鍵長、氫氧氧（H-O-O）的鍵角以及四個原子的二面角，其中穿插學習原子結(jié)構(gòu)性質(zhì)與分子對稱性的相關(guān)知識，在手動操作過程中加深對理論知識的理解。

2.2" 采取多種教學方法

課堂教學中采取多種教學方法，如故事教學法（結(jié)構(gòu)化學的發(fā)展史）、案例教學法（光電效應(yīng)）、前沿講座教學（應(yīng)用量子化學）、軟件操作教學以及模型教學（分子對稱性）、探究式與討論式教學、互動交流式教學等。根據(jù)不同的教學目的，教師選取對應(yīng)的教學方法進行學習和交流等活動，課程內(nèi)容、內(nèi)涵、思想、技能和創(chuàng)新力等方面要有高度。除教學理論知識外，要注重培養(yǎng)學生會調(diào)查、會閱讀、會思考、會分析的基本能力，以及學生的家國情懷、世界眼光——面對未知變局時，會解決新問題；面對未知世界時，有自信與韌性。從“有溫度、有深度、有廣度”的目標出發(fā)，實現(xiàn)“教學—育人—面向未來”的蛻變。

如在上課的同時，筆者將自己的研究方向與學生分享，介紹高斯程序的基本內(nèi)容與量子化學相關(guān)應(yīng)用，以及碩士學習以來在反應(yīng)機理以及有機共軛分子非線性光學性質(zhì)方面的理論研究成果，包括非線性光學在離子檢測方面的應(yīng)用、分子構(gòu)型與非線性光學和熱活化延遲熒光的性質(zhì)關(guān)系，以及分子堆積對非線性光學的影響等方面的工作，并與學生分享學習、科研和工作中的心得體會與寶貴經(jīng)驗，鼓勵學生多思考、多討論，將會有意想不到的收獲。

2.3" 積極嘗試對分課堂

以“學生為中心，把學習權(quán)利還給學生”為理念設(shè)計課堂，核心就是將整個課堂時間一分為二，教師與學生各一半。整個過程中，教師的責任在精講留白，學生則需要在一段時間內(nèi)自主完成學習內(nèi)容并消化吸收。利用網(wǎng)絡(luò)平臺提前向?qū)W生發(fā)布學習內(nèi)容，鼓勵學生課后根據(jù)自己的學習進度把控學習，完成自主學習后返回課堂進行討論。如圖4所示，在分子對稱性這一節(jié)教學過程中將班級學生分成若干小組，每組選出一位學生匯報本組的亮點與幫點，有針對性地對其他組的疑點進行解答，這明顯會增強學生的課堂參與度；鼓勵學生將Gaussian 09軟件應(yīng)用到分子對稱性的學習中，借助GaussView 5.0軟件的視頻功能、Multiwfn軟件的文件類型轉(zhuǎn)換功能和VMD軟件將分子對稱元素展現(xiàn)出來。這些軟件的使用可以讓學生對分子點群有較為清晰的認識。

3" 對分課堂教學模式實施過程中的重點與" "難點

3.1" 對分課堂教學模式的重點在講授環(huán)節(jié)，需要做

到精講留白

在講授過程中，教師按照教學大綱對重點和難點進行講解，但并不是所有內(nèi)容都要強調(diào)，而是有所取舍地開展講授。例如，教師在講授分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一章時，構(gòu)建H2+的薛定諤方程，寫出該體系的哈密頓算符，通過變分法求解該方程，總結(jié)共價鍵的本質(zhì)：電子離域化所產(chǎn)生的電子橋效應(yīng)，使得位于核間區(qū)域的電子同時吸引兩核，在一定程度上屏蔽了兩核間的排斥力，從而將兩核約束在一起；同時，分子成鍵過程中所產(chǎn)生的電子云收縮效應(yīng)使得體系的平均動能有所升高，但平均勢能顯著降低，從而使得體系的總能量降低，形成穩(wěn)定的分子。而研究H2的體系時，學生可參照H2+去有效構(gòu)建H2的薛定諤方程，求解并總結(jié)雙原子分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。也就是說，課前，學生只需要對將要學習的內(nèi)容有所了解就可以，不需要完全理解明白，這樣可以給預(yù)習留有空間。

3.2" 對分課堂教學模式的難點在于科學合理地制定章節(jié)的教學目標

3.2.1" 結(jié)構(gòu)化學本身的復雜性

這門學科涵蓋了眾多抽象的概念、高深的理論和復雜的數(shù)學模型，如何在對分課堂中準確把握教學的深度和廣度，確保教學目標既不過于簡單導致學生無法深入理解，又不過于艱深使學生望而卻步，是一個巨大的挑戰(zhàn)。

3.2.2" 學生個體差異的考量

不同學生在數(shù)學基礎(chǔ)、物理知識儲備以及邏輯思維能力上存在較大差異，在制定教學目標時需要平衡不同層次學生的需求，既要滿足基礎(chǔ)較好學生的求知欲，又要照顧基礎(chǔ)薄弱學生的接受能力，使得教學目標具有廣泛的適應(yīng)性。

3.2.3" 對分課堂時間分配的難題

對分課堂要求將課堂時間分為教師講授、學生討論和內(nèi)化吸收等環(huán)節(jié)，在制定教學目標時需要精確規(guī)劃每個環(huán)節(jié)所需達成的目標，以保證在有限的時間內(nèi)完成重要知識點的傳授，并給予學生充分的討論和思考空間，避免出現(xiàn)時間分配不合理而導致教學目標無法完全實現(xiàn)的情況。

3.2.4" 實踐與理論結(jié)合的難度

結(jié)構(gòu)化學不僅有理論知識，還需要通過實驗和實例來加深理解。但在制定教學目標時，如何在對分課堂中有效地將理論教學與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，讓學生在課堂上就能較好地掌握理論知識并應(yīng)用于解決實際問題，是一個需要攻克的難點。

3.2.5" 評價與反饋機制的建立

要明確通過怎樣的評價方式才能準確衡量學生是否達成既定的教學目標，以及如何及時獲取有效的反饋來調(diào)整和改進教學目標，這也是棘手的問題。

4" 基于OBE理念的對分課堂教學模式特色

4.1" 學術(shù)思想

除了讓學生學習基本的結(jié)構(gòu)化學知識之外，對分課堂還培養(yǎng)學生的情感態(tài)度和價值觀。在對分課堂上，學生擁有自由發(fā)揮與探索的空間，可以通過小組之間的合作，培養(yǎng)對知識價值的判斷能力和認知能力，變得更加善于學習。

4.2" 教學與學習方法

對分課堂中，教師作為課堂的主導者和組織者，創(chuàng)設(shè)情境，對授課內(nèi)容從簡到繁、從易到難循序漸進地進行講解；學生作為學習主要行為的發(fā)動者，通過觀察教師并模仿學習教師的思維與行為方式進行知識學習。整個過程，教師中心和學生中心處于一種平衡狀態(tài)，與OBE理念相符合。

4.3" 強化學生的中心地位，創(chuàng)新教學模式

對分課堂中，學生自主運用所學知識解決問題，獲得成就感，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新地解決問題，以成功促成功，形成學習的良性循環(huán)。

5" 結(jié)束語

綜上所述，基于OBE理念的對分課堂教學模式可以顯著提升結(jié)構(gòu)化學的教學效率和質(zhì)量。在這樣的課堂上，教師主要負責介紹每節(jié)課的基本框架與基本概念，重點講授結(jié)構(gòu)化學的重難點；學生能掌握每部分的基本內(nèi)容，使得課后學習難度大大降低。課后，學生根據(jù)自己的節(jié)奏反復內(nèi)化吸收課上的知識點，完成知識積累后再回到課堂進行討論。學生需要提前準備好、預(yù)習好，增強學習主動性，以提高課堂學習質(zhì)量、形成課堂學習氛圍。通過本門課程的學習，學生能形成在化學一級學科視角下進行知識統(tǒng)整的能力，能理解和掌握化學微觀世界的量子化學基本原理和模型化方法，培養(yǎng)抽象思維能力。

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*項目來源：內(nèi)蒙古自治區(qū)教育科學研究“十四五”規(guī)劃課題“基于OBE理念的對分課堂教學模式下《結(jié)構(gòu)化學》課程的初步探索”（項目編號：NGJGH2023157）；內(nèi)蒙古民族大學博士科研啟動基金“非線性光學開關(guān)作為有效的離子檢測器的理論研究”（項目編號：BS566）；內(nèi)蒙古民族大學教育研究課題“‘對分課堂’教學模式在《結(jié)構(gòu)化學》課程中的應(yīng)用研究”（項目編號：QN2023001）；內(nèi)蒙古民族大學示范中心教學改革項目“基于Gaussian 09和VMD軟件聯(lián)合對《分子對稱性》實驗教學模式創(chuàng)新研究”（項目編號：SFZXJG202407）。

作者簡介：葉近婷，通信作者，博士，講師；梁吉業(yè)，中級教師；宋亞嬌，博士，講師。