杨云霞 杨玉英 郭英娃

关键词：结构化学;线上教学;教学效果

2020年春季暴发的新冠肺炎疫情牵动了全国人民的心，在教育部“停课不停教，停课不停学”的号召下，于2020年2月2日组织了22个免费线上课程平台，开放了2.4万余门在线课程，其中包含1291门国家级精品课程和401 门国家虚拟仿真实验[1]。在2021年的金秋，疫情也蔓延到了兰州，为了不影响高校的正常教学活动，借助网络教学优势，实施线上教学，成为高校教学的首要途径。

线上课堂教学是一种重要的远程授课方式，在现代教育领域中占有一席之地。作为常规情况下的全日制高校，线上课堂是线下课堂的有益补充[2]，但线上课堂并不能完全替代线下课堂，这与线上课堂本身的局限性有关，如：学生容易走神、教师不能及时掌握学生情况、师生缺乏有效互动等。但在特定的需求及突发事件下，线上教学具有得天独厚的优势[3]，比如：学习空间自由、学习方式更受学生欢迎等，这是线下教学无法比拟的。由此可见，作为一个合格的高校教师，除了需要不断打磨自己的线下课堂之外，也需要能熟练进行线上课堂教学活动，并通过线上线下教学活动的结合与实践，更加深入理解所授课程的教学内容与教学目标。

“结构化学”是化学类专业高年级学生重要的专业必修课程[4]，也是一门令学生“头痛”的理论课程，这样一门专业性很强的理论课程线下教学本就不易，如何在线上教学活动中实现课程目标，进而培养学生的核心素养是非常具有挑战性的问题。针对“结构化学”的课程特点，线上教学改革主要解决的问题应该是寻找合适的教学方法和手段，进一步完善、优化教学内容，加强课程思政元素与专业知识的融合，改进教学评价方式，提高学生的学习主动性和学习兴趣，从而提升课程的教学质量。笔者提出以下实际可行的想法和做法对“结构化学”线上课堂教学进行相应探索，以期获得良好的线上教学效果。

一、完善、优化教学内容

“结构化学”课程从原子、分子水平来解释物质世界[2]，旨在加深学生对微观结构的认识，采用微观世界的量子力学原理对物质结构进行研究，学习起来具有较大难度。该课程在以教材为主体进行学习的同时，首先需要制作简洁精美的多媒体课件以吸引学生的注意力，并注重在授课过程中不断发掘与生活相关的实例进行类比学习，使学生可以参考宏观世界的已有认知来对比认识微观世界的物质运动规律。例如：在学习“能量量子化”这个基础概念时，可以首先采用“跳台阶”的例子来形象说明微观世界的“能量不连续”概念，然后讲述古代笑话“吃烧饼”，有一人腹饥，食一烧饼未饱，又食一烧饼仍未饱，直至食第七个烧饼才得以饱腹，此人后悔言道：“早知食第七饼可饱，为何食前六？”引导学生思考在这个笑话中所蕴含的宏观世界“能量连续”与微观世界“能量不连续”的区别。这个笑话之所以被称之为笑话，是因为我们每个人都知道宏观世界中的能量是连续的，若无前六个烧饼做基础，不可能只吃第七个烧饼就足以饱腹。但是，如果我们学习了微观世界的“能量量子化”概念，就会发现这个笑话有可能成为现实，如果我们是身处微观世界的粒子，那么就有可能不吃前六个烧饼，直接“跃迁”到第七个烧饼的状态从而达到“饱腹”状态。通过这些具体生活实例，学生在首次接触“能量量子化”抽象概念时就会有更加具体形象的认识，并且可在轻松愉悦的氛围中进行学习，从而学有所得、学有所用。此外，授课教师应不断在教学中引入最新研究成果以激发学生的学习兴趣，拓宽学生视野，培养学生的科研兴趣。如：在讲授“光电效应”追溯光的本质时，一方面可以引导学生自主閱读相应课外读物，了解“波动说”和“粒子说”的百年风云，另一方面在讲述光的波粒二象性后展示2018年的诺贝尔物理学奖“关于光的奇迹故事”，说明光此时已经被科学家们制作成为精准的工具进行使用，并说明光作为一个古老的研究课题仍然展现着勃勃生机，从而培养学生的科研兴趣。

由于量子力学与我们所熟悉的描述宏观世界物质规律的经典物理学完全不同，所以需要授课教师在大量引入生活实例进行类比学习之外，更加强调创新性精神及批判性继承的重要性。如：在量子力学基础的学习过程中，“黑体辐射”实验作为一个著名的无法使用经典物理学进行解释的实验实例，其解释结果可谓是“离经叛道”，而这种“冒天下之大不韪”的只对科学实验事实忠实的态度，应对学生予以引导和强调，这充分体现了我们对物质世界运动规律的尊重，说明物质世界运动规律不以人的意志为转移，我们需要不断自我革新，进行批判性地继承，方能不断靠近物质世界的真相。由于该课程描述的是物质世界的基本规律，学生在学习这些基本规律过程中可以充分体会到我们所生活的世界充满了各种美，如：对称之美、科学规律之美、逻辑思维之美等，可以充分激发学生对科学之美的追求，激发学生对生活和世界的热爱之情，这对学生建立正确的人生观、价值观、世界观都大有裨益。如：在学习对称性基本规律时，学生可以看到物质世界肉眼所见的对称之美，可以体会文学对称之美、美术对称之美、音乐对称之美、物理规律对称之美，在教师引导下理解什么才是真正的科学之美。并在此基础上进一步探讨对称性破缺等生命起源问题，从而引导学生思考自己的人生观、世界观和价值观问题。

笔者认为在以相应的教学课件进行在线讲解的同时，一定要多讲生活实例进行类比，多讲最新的研究成果，充分调动学生的学习兴趣，培养学生的思维能力，并在这一过程中注重引导学生形成正确的三观。此外，向学生推荐学习该课程的各种网络课程资源（如中国大学慕课、智慧树等）作为本课程的有益补充，作为学生的课外学习资料。

二、优化教学方法

“结构化学”课程的重点是讲述电子结构和空间结构，学生学习时有一定困难，需采用多样的教学方法进行教学活动，如：问题导向法[5]、任务驱动法[6]、主体参与式研讨法[7]、思维导图[8]、翻转课堂[9]等。多种方式促使学生主动进行学习，积极鼓励学生对部分章节内容进行自主学习，教师在这一过程中只充当“引导者”“帮助者”的角色，摒弃“讲授者”的角色，从而达到使学生主动进行学习并将这一学习过程内化为自身能力。如：“结构化学”中的第一章为“量子力学基础”，在该章内容中主要学习量子力学史、量子力学重要公式和一维无限深势阱模型，在以往的教学过程中，教师往往只是照本宣科，简单说明量子力学史后直接进入数学公式的讲授、推导等过程，现在我们可以在进行绪论讲解后，将量子力学史这一部分学习交由学生，进行分组合作，在课后查阅文献资料进行总结，然后在线上课堂中以小专题PPT讲解、角色扮演、海报展览等丰富多样的方式将自己的学习结果展现出来，最后环节由教师进行点评并强调重点。经过这样的自主学习后，学生会以更为愉快的心情进行后面涉及诸多公式、方程的理论学习。

此外，该课程要求用模型、多媒体技术等方式将抽象的函数曲线、物质空间结构具体形象地呈现出来，因此授课教师可在线上教学活动中引导学生使用Origin、GaussianView、Chemoffice 等专业软件，在课堂上引导性展示，学生通过各种在线方式（如腾讯会议、微信、QQ 等）对上课过程中所布置的课程小专题进行分组讨论，并形成结论，以PPT 或其他形式在线上予以展示，从而增强学生的交流合作能力。例如：在讲授“原子结构”章节“波函数图形”时，要求学生课后自行学习使用Origin 软件绘制氢原子的1s 和2s 原子轨道波函数和电子云图形，并首先在自己小组内进行展示，然后选择个别图例在课堂上进行演示，从而加深学生对波函数图形的理解。此外，鼓励学生以多种形式绘制波函数图形，在进行组内讨论后，有一小组的同学分别采用Py?thon 程序和Matlab 程序成功绘制了该函数图形，并扩展绘制了相应的电子云黑点图，在课堂上进行了程序演示（图1）。在这一教学活动过程中，学生的学习主动性充分得以体现，在图形展示过程中学生具有良好的体验感，教学内容得以具象化，更重要的是，这种良好的体验感将促使学生对这一课程更有兴趣并进入良性的学习循环。

此外，在该课程的教学活动中，积极鼓励学生进行章节思维导图的绘制，对优秀的思维导图在线上进行展示，由师生共同点评，从而使学生对课程框架有较好的把握（图2）。

三、改进教学评价体系

“结构化学”课程过程评价占比为50%，形式多样，包括期中考试笔试成绩、出勤、课后作业、小论文写作、小专题分组讲解、思维导图制作、模型制作等。通过思维导图可使学生建立系统的理论框架，通过专题分组讲解可使学生培养自主探究的思维方式，并懂得团队合作的重要性，通过小论文写作锻炼学生分析问题、解决问题的能力，通過模型制作可锻炼学生的动手动脑能力及解决问题的能力等。需要注意的是，线上课堂缺乏笔试环节，可在疫情结束后进行笔试综合测试，并在学期末设计电子调查问卷对学生线上学习情况进行调研，从而为后续线上课程提供参考依据。

在“结构化学”线上课程的具体实施过程中，我们尽可能地激发学生的探究兴趣和学习动力，培养学生的创新思维，让学生线上“不分心”，并布置多种形式的课后作业，让学生线下“忙起来”，在这一过程中利用线上小组合作学习模式提高学生的团队意识和解决问题的能力。教师要花功夫花时间，提供多元化的线上课程资源，通过具体的线上线下教学活动促使学生学习专业知识，并在这一过程中培养学生的能力。在教学活动中将立德树人根本任务与专业知识有机融合，从而有效地培养学生的专业能力和社会责任感。