時間：2023-03-01 16:36:28
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量子化學是將量子力學的原理應用到化學中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用于化學的各個分支以及生物、醫藥、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領域做一簡要介紹。
一、 在材料科學中的應用
（一）在建筑材料方面的應用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。
鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1 ，2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca 鈣礬石、含Ba 鈣礬石和含Sr 鈣礬石的Al -O鍵級基本一致，而含Sr 鈣礬石、含Ba 鈣礬石中的Sr，Ba 原子鍵級與Sr-O，Ba -O共價鍵級都分別大于含Ca 鈣礬石中的Ca 原子鍵級和Ca -O共價鍵級，由此認為，含Sr 、Ba 硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。
將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。
（二） 在金屬及合金材料方面的應用
過渡金屬(Fe 、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。
量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。
二、在能源研究中的應用
（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用
煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。
量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子， 如低級芳香烴作為碳/ 碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian 98 程序中的半經驗方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。 轉貼于
（二）在鋰離子電池研究中的應用
鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。
鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li + 離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago 等[8] 用半經驗分子軌道法以C32 H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li - C 和具有共價性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。
隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。
三、 在生物大分子體系研究中的應用
生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用，甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘， 進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。
綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便?？梢灶A言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。
參考文獻：
[1]程新. [ 學位論文] .武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院，1994
[2]程新，馮修吉.武漢工業大學學報，1995，17 (4) :12
[3]李北星，程新.建筑材料學報，1999，2(2):147
[4]閔新民，沈爾忠， 江元生等.化學學報，1990，48(10): 973
[5]程新，陳亞明.山東建材學院學報，1994，8(2):1
[6]閔新民.化學學報，1992，50(5):449
[7]王寶俊，張玉貴，秦育紅等.煤炭轉化，2003，26(1):1
[8]Ago H ，Nagata K， Yoshizaw A K， et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.，1997，70:1717
量子化學是將量子力學的原理應用到化學中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用于化學的各個分支以及生物、醫藥、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領域做一簡要介紹。
一、在材料科學中的應用
（一）在建筑材料方面的應用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。
鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。
將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。
（二）在金屬及合金材料方面的應用
過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。
量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。
二、在能源研究中的應用
（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用
煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。
量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。（二）在鋰離子電池研究中的應用
鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。
鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。
隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。
三、在生物大分子體系研究中的應用
生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。
綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便?？梢灶A言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。
參考文獻：
[1]程新.[學位論文].武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院,1994
[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料學報,1999,2(2):147
[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973
[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1
[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449
[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,2003,26(1):1
[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717
【關鍵詞】 結構化學 課程論文 創新思維
《結構化學》是理科院?；瘜W專業的一門重要基礎理論專業課。這門課程以嚴謹的數學邏輯推導為基礎，建立比較抽象的理論概念，學生一般感到難學難懂。因此，學生易缺乏學習的積極性，影響到教學效果。根據結構化學教學的特點，我們在教學中，設置課程論文作為激勵學生學習知識和評價教學效果的手段。對此， 我們在教學實踐中， 在掌握學生基本學習情況的基礎上，根據本課程的教學內容和教學特點，設置與教學目標和教學要求相適應的，注重理論研究和解釋實際實驗現象的課程論文題目，引導學生嘗試應用結構化學/量子化學的理論計算結果來解釋化學實驗，深入了解分子結構和理論性質，揭示其內在規律性。從而在應用理論的過程中加深對理論知識的認識，提高學生的學習積極性，取得較好的教學效果。
1 設置課程論文的重要性
與其他化學專業課程不同，《結構化學》的內容主要是抽象理論，缺乏合適的配套實驗對所學理論知識進行加深、拓寬和鞏固。該門課程的對象一般是大學三年級學生，具有相當的化學專業知識。設置課程論文可以讓學生在搜尋研究對象或者范圍時，對以前專業知識進行回顧和分析，思考大學一年級以來學習的知識是否存在可以采用結構化學理論解釋的地方，引發學生對化學知識、原理和現象進行思考，在自由選擇題目范圍的情況下，激發學生的學習和研究興趣。在指導學生進行課程論文研究時，注意講述一般科學研究的方法和步驟及科學工作者所應當具備的科學道德，全面提升學生的科學素養。在指導學生進行課程論文撰寫時，著重講授一般論文的寫作格式，培養學生的邏輯思維，提高學生的書面表達能力，形成一定論文寫作規范。這對于一般理工科學生尤其重要。設置的課程論文同時為四年級畢業論文研究階段所需要的邏輯思維和論文寫作打下基礎。
2 理論化學計算軟件的講授
讓學生進行課程論文研究，首先必須先教導學生使用理論化學的計算軟件，讓計算軟件成為學生進行課程論文研究的工具，所以教師本身需要對該類軟件非常熟悉，同時具備利用該類軟件進行科學研究的能力和經驗，這對教師的教學和科研能力有較高的要求。在眾多量子化學理論計算軟件中，HyperChem比較適合一般學生使用?？梢暬浖股願W的理論計算結果形象化、直觀化進行表達，讓學生好學易懂，同時操作簡單，適合用來作為課程論文研究的計算軟件。在實際教學中，我們只需要1學時就能教會學生有關HyperChem的基本操作和應用于簡單的理論計算。譚君［1］介紹了HyperChem軟件的一些使用操作和特點，這里不再重復敘述。
3 科學研究思維和步驟的指導
授之以魚不若授之以漁，所以我們在課堂上，教導學生一般的科學研究思維和步驟。課堂上以苯環上親電取代反應的定位規律作為計算例子，采用Hyperchem軟件計算各原子電荷并解釋定位規律的實驗現象。眾所周知，苯環上的取代基分為鄰對位定位基和間位定位基兩類。這里選擇了氨基和甲醛基分別作為鄰對位定位基和間位定位基兩類代表，通過計算其量子化學指數，討論其計算結果，從理論上解釋定位效應。
首先分析影響親電反應的因素。一般認為碳原子的電子云密度是主要因素，所以我們可以通過計算苯環上的碳原子電荷來解析親電反應規律。
在Hyperchem構造并以PM3分別計算氨基苯和苯甲醛，按display中的labels，選定charge項，在分子中顯示各碳原子的電荷分布。
電荷分布顯示氨基苯上鄰位和對位的C原子帶負電荷，分別為-0.191和-0.169，均大于間位C原子電荷（-0.05），所以對于氨基苯來說，親電基團會首先進攻鄰位和對位。而在苯甲醛的情況恰好相反，間位C原子電荷為最負，為-0.119。親電基團會首先進攻間位。根據上述計算結果和討論，應用原子電荷的規律變化很好地解釋了親電取代定位規則。
轉貼于 4 擬定結構化學計算題目
自由選擇題目范圍，可以激發學生的學習和研究興趣，教學中，我們設定以下方向（題目）：
① 藥物分子的結構與活性關系
通過對分子的結構計算，討論結構與活性關系，尋找分子活性中心和主要影響活性的因素。
② 化學反應原理與規律解釋
以理論方法計算和解釋常見化學反應的產物與規律，如丁二烯的加成反應。
③ 分子結構與性質
計算出分子的量化指數，尋找量化指數與分子性質的關系，如HOMO、LUMO與顏色的關系。
④ 光譜的移動
研究分子結構與光譜移動的關系，如分子中的鍵長的變化直接影響紅外吸收峰的移動。
⑤ 分子的結構/構型/構象
以理論方法研究分子的結構、具體構型和構象。
⑥ 分子間的相互作用
分子間的作用一般為氫鍵和范德華作用，與化合鍵作用相比，屬于弱作用，是生物大分子主要相互作用。
5 論文指導與創新思維模式的培育
創新思維的特征是求同與求異的統一、發散與收斂思維的統一、敏銳的直覺與理論思維的統一。課程論文布置下去以后，學生在對課題的思考會有許多新的問題和新的想法，我們要鼓勵學生在對新的問題進行創新思維。安排課程討論，將學生的想法在課堂上討論，尊重學生的新想法，引導學生將課堂學習的結構化學理論知識應用于課程論文研究中。
具有獨立思考判斷能力是學生創新思維模式的主要表現。傳統教師講、學生聽的缺乏互動的教學模式已表現出許多弊端，影響了學生獨立思考和動手的素質及其能力的形成。學生自己選題，成為培養學生獨立思考判斷能力跨出的第一步，也是重要的一步。獨立開展課程論文研究，進一步培養學生獨立思考判斷能力。因此，教學的重點應放在課程論文研究的過程上，而非結論。教會學生從抽象的數理推導中評選出適合個體所需的條件。同時，學生只有具備獨立的思考判斷能力和獲取知識的能力，才能在終身教育過程中面對日新月異的世界，不斷實現知識的更新［2］。
【參考文獻】
主管單位：中國科學院
主辦單位：中國科學院福建物質結構研究所
出版周期：月刊
出版地址：福建省福州市
語
種：雙語
開
本：大16開
國際刊號：0254-5861
國內刊號：35-1112/TQ
郵發代號：
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1982
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
SCI 科學引文索引(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
核心期刊：
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊榮譽：
中科雙效期刊
主管單位：中國科學技術協會
主辦單位：中國化學會
出版周期：雙月刊
出版地址：吉林省長春市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1000-9035
國內刊號：22-1662/O4
郵發代號：12-82
發行范圍：
創刊時間：1981
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
期刊榮譽：
Caj-cd規范獲獎期刊
（1）化學家對物質的認識和研究，從宏觀向微觀深入。20世紀以來，化學家已用實驗打開原子大門，深入地了解原子內部的情況，并且用量子理論探討原子內的電子排布、能量變化等。就是對復雜的化學反應來說，也可以測量反應機理，了解反應過渡態的情況以及分子、原子間能量的交換。
（2）從定性和半定量化向高度定量化深入。雖然近代化學也曾廣泛地使用各種定量化工具，但是還只能說停留在定性和半定量化水平。本世紀60年代后，電子計算機大規模地引進化學領域，用它來計算分子結構已取得巨大的成功。如今任何化學論文如無詳盡的定量數據就難以發表，發表了也難取得公認。而且如今化學實驗的精密度愈來愈高，幾乎所有儀器都是定量化的，有的還用電子計算機來控制。
（3）對物質的研究從靜態向動態伸展。近代化學對物質的研究基本上停留在靜態的水平或從靜態出發，推出一些動態情況。例如，從熱力學定律出發，通過狀態函數的變化，從始態及終態情況推斷反應變化中一些可能情況?，F代化學已擺脫這種間接研究推理，而采用直接的方法去了解或描述動態情況，特別是激光技術、同位素技術、微微秒技術、分子束技術在現代化學里的大規模應用?；瘜W家目前已能了解皮秒內微粒運動的情況，反應中化學鍵的斷裂以及能量交換等情況。特別值得一提的是有關動態薛定諤方程的研究，一旦成功它將會為動態研究開辟光輝前景。
（4）由描述向推理或設計深化。近代化學幾乎全憑經驗，主要通過實驗來了解和闡述物質。雖然也有一些理論如溶液理論、結構理論等可以指示研究方向，但總體來說近代化學基本上是描述性的。原來化學中四大學科（無機化學、有機化學、分析化學、物理化學）彼此存在很大獨立性。然而現代化學已打破傳統的界限，化學不僅自身各學科相互滲透，而且跟物理、生物、數學、醫學等學科相互交融和滲透。特別是近年量子化學的發展，已滲透到各學科，使化學擺脫歷史傳統，可以預先預測和推理，然后用實驗來驗證或合成。例如，當今許多高難度的合成工作都事先根據理論設計，然后決定合成路線。著名的維生素B12的合成工作就是一個典范，它標志著化學已從描述向設計飛躍。
（5）向研究分子群深入。近代化學對化學的研究通常只停留在一個或幾個分子間的作用。即所謂0級、1級、2級、3級反應，對多分子的反應是無能為力的。但是近代化學遠遠不能滿足實際需要了，特別是研究生物體內的化學反應，就要研究多個分子甚至一大群分子間的反應了。例如，一個活細胞內往往需要幾十種酶作催化劑，同時催化許多化學反應。因此研究分子群關系，已成為現代化學的一個特點。
中圖分類號：O641-4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0204-01
結構化學是用量子力學原理和現代物理方法，從微觀的角度來研究原子、分子和晶體微觀結構及其結構與性能之間關系的學科。結構化學是現代化學的一個重要分支，其基本理論和基本內容是無機化學、有機化學等基礎化學的重要理論基礎。所以，通過結構化學課程的學習，不僅要讓學生掌握結構化學的具體知識，而且還要讓學生深刻理解“結構決定物性”這一基本原理。
近幾年來，作者所在學校為貫徹“少而精、精而新”的原則，課程體系不斷調整，各類課程教學學時數不斷減少，在這種新形勢下如何提高結構化學課程的教學質量成為教學管理工作者和教師首要解決的問題。作者結合多年從事結構化學課程教學積累的經驗，重新優化了結構化學課程的課程體系和教學內容、在此基礎上對教學方法進行了改革，旨在要使學生不僅學會從微觀層次看問題，拓展思路，抓住問題本質，而且還要提升學生理論聯系實際的能力，以利于素質教育和人才培養，更好地順應社會需要。
1 優化課程內容體系
依據系統論對結構化學課程內容體系進行了進一步的優化、重組和精練。首先，刪除原教材中陳舊落后的知識內容，增加新知識的內容。將原有的內容體系向環境、生命、材料、能源等科學領域適當地擴展，實現與現代化學理論前沿的密切接軌。其次，建立新的知識系統，優化知識結構，將知識點按物質系統層次重新組織，將知識點組成知識鏈、構成知識網。通過整合、精簡、豐富、優化課程內容體系，實現對教學內容更深刻的理解，建立更完善的理論體系。
通過內容體系的優化，使教師和學生更加明確電子構型和幾何構型是結構化學的兩條主線；更加有利于結構化學量子理論和原子結構、化學鍵理論和分子結構、點陣理論和晶體結構三種理論和三類結構的講授；更加有利于學生打好量子化學基礎、對稱性原理基礎和結晶化學基礎三方面的基礎。
2 改革教學方式、方法
2.1 重視多媒體網絡教學
掌握結構化學知識和原理不能脫離實驗，借助于計算機技術，學生將能“走進”原子、分子和固體內部，探索微觀世界的奧妙。計算機技術對結構化學的重要作用之一，就是把真實的微觀世界中的抽象性在虛擬世界里具體化，顯著改進教學效果，這也是結構化學多媒體網絡教學的魅力。
在多媒體教學基礎上，我們進一步實施網絡教學，編寫出適合于現代遠程教育的網絡課件，使結構化學多媒體教學和網絡教學走向更為完美的境界。在教學模式上，進一步發揮學生為認知主體的作用，有利于學生自主安排學習時間和進度，能使學生得到最好的指導，及時獲得最新知識。與此同時，我們進行了結構化學的教學平臺建設，在教學平臺中開設精典試題庫、在線輔導答疑、仿真模擬實踐等項目，為實現數字化學習和自主、探索性學習創造條件。
2.2 設置課程論文撰寫環節
設置課程論文不僅可以讓學生在搜尋研究對象、研究范圍時，對以前的專業知識進行回顧和分析，還可以引發學生對化學知識、原理和現象進行思考。比如，我們設置的課程論文：三個著名實驗—— 黑體輻射、光電效應與波爾原子光譜的思考。通過該課程論文的撰寫可以讓學生知道，既要掌握好傳統知識，又要不為它所束縛，要從反?，F象中產生新思維，開創新領域。通過“晶體結構”這部分傳統內容的講解我們設置的課程論文：準晶和非晶態材料的發展與應用。該課程論文可以使學生接觸相關領域的最新知識，激發學生的學習熱情和研究興趣。
課程論文撰寫環節的設置還可為學生畢業論文研究階段所需要的邏輯思維和論文寫作打下基礎。當然，在指導學生進行課程論文研究時，不僅要講授一般論文的寫作格式，培養學生的邏輯思維，提高學生的書面表達能力，形成一般論文的寫作規范；還要注意講述一般科學研究的方法和步驟，科學工作者所應具備的科學道德，全面提升學生的科學素養。
2.3 成立科研興趣小組
為了鼓勵學生在結構護化學的學習過程中有一個思考與深化，接受與發展的時間流程。我們將有興趣的同學組織在一起，成立科研興趣小組，通過科學研究過程提高課堂教學的效果與質量。這種做法可以突破課堂教學時間和空間的束縛，讓學生提出問題并設立課題進行研究，或讓學生直接參與老師的科研課題（通常是將課題拆解成幾個子課題）研究。具體做法：一是讓學生就某一部分內容，通過查閱文獻，嘗試提出問題，老師確定具有可行性后，以學生科研項目的形式進行專門研究，教師適時給予專門性指導。二是將老師承擔的科研課題進行拆解，拆分成幾個相對獨立的子課題，針對學生的各自特長分派給學生，在整個研究過程中，課題組的老師全程參與指導。這樣的模式不僅有利于學生將課堂中學到的知識進行延伸并拓展，而且有利于激發學生的探索熱情和求知的欲望，培養學生的團結合作的素養，提升學生的思維能力和創造能力。
2.4 教師科研成果引入課堂
大量的研究結果表明，教師的科研和教師的教學效果之間呈現出顯著的相關性。作為一位高校教師，在開展教學活動中，完全依照傳統教學模式進行教學，無法將最新的知識和新技術傳授給學生，不利于培養學生的創新意識，也不利于學生實踐能力的提升。因此，教師要通過加強科研實踐，緊跟學科研究的最新動態，將科研成果引入教學課堂，才能在教學中很自然地、潛移默化地用科研所必需的實踐精神和創造精神去感染學生，才能使學生受到鼓舞、得到啟迪，才能使自己的課堂內容具有豐富性、代表性、創造性和啟發性。
3 結論
通過對課程內容體系的優化，使教師和學生更加明確了電子構型和幾何構型是結構化學的兩條主線；通過對教學方式方法的改革，拓展了學生的思路、提升了學生理論聯系實際的能力、提出問題和解決問題的能力，是培養出來的學生更加順應社會的需要。
參考文獻
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化學科學是研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各種不同尺度和不同復雜程度的聚集態的合成反應、分離和分析、結構形態、物理性能和生物活性及其規律和應用的科學。隨著新世紀腳步的不斷加快，作為物質科學組成之一的化學科學將愈來愈引起世界各國的關注?；瘜W中的前沿科學也將成為化學工作者關注的焦點。
從一定意義上講，科學論文的發表是科學成果被人們承認的唯一形式。一定頻次的引用反映了某篇論文重要性的程度，超高頻次的引用，?？烧J為其研究成果引發了科學研究的熱點或在科學研究中取得突破。因此，近期化學科研論文的引用情況也體現了化學學科前沿的科學研究成果，以及當前國際化學前沿的特點和變化趨勢和研究方向。據中科院文獻情報中心的報道，90年代的化學研究前沿領域有：
（1）富勒烯C60的研究導致發現了自然界一類新的物質――碳的另一種存在形式，并對宇宙內碳循環和經典芳香性的關系這一理論化學的關鍵問題有了全新的認識，開辟了新的化學研究領域。
（2）模擬程序和密度泛函理論的發展引起整個化學領域的革命，使量子化學成為成千上萬化學家手中的工具，可用以預測和闡明物質的化學性質。
（3）對不同管徑和纏繞角的單壁碳納米管的結構和導電性質的研究展示了單壁碳納米管在納米分子電子學領域的應用前景。
（4）人工合成新藥的發展：天然抗癌藥物的人工合成以及用以開發新藥的組合化學方法。
（5）組合化學新研究領域的發展打破了傳統藥物開發的模式，可同時合成和篩選大批生物活性物質，大大縮短了新藥開發的時間。組合化學技術還被廣泛應用于催化劑的篩選、手性化合物合成等材料科學領域。
（6）仿生聚合物是一種先進材料，它的人工合成向模仿機體功能的“目標”邁進了一步。
（7）分析化學在這一階段已不再僅僅是化學家手中的工具，它已發展為一門分析科學。它一方面為人們提供關于物質，特別是構成生命的基本物質的組成和結構甚至生命過程的信息；另一方面，在精密分析儀器本身的研制上不斷獲得進展。
（8）計算機技術的飛速發展使化學家的研究手段產生巨大變革。有關生物大分子（如蛋白質、核酸）多維結構圖像實現和精細結構表達的程序及軟件包的研究受到化學界的極大關注。
（9）有機反應、不對稱合成及催化是90年代以來的持續熱點。這是一個有工業應用前景和巨大市場潛力的、一直很活躍的研究領域。
在經歷了20世紀的空前繁榮發展后，進入21世紀，化學學科面臨著四大難題。第一，合成化學難題――化學反應理論；第二，功能結構化學難題――結構和性能的定量關系；第三，生命現象的化學機制――生命化學難題；第四，納米尺度難題。徐光憲院士等科學家認為21世紀是信息科學、合成化學和生命科學共同繁榮的世紀，化學的微觀方法和宏觀方法相互結合，相互滲透這一潮流將進一步向前發展，并提出了新世紀的化學科學包含了對下列八個層次的物質對象的研究：
（1）原子層次的化學：其中包括核化學、放射化學、同位素化學、sp區元素化學、d區元素化學、4p區元素化學、5f區元素化學、超5f區元素化學、單原子操縱和檢測化學等。
（2）分子層次的化學：現已合成的2000余萬種分子和化合物，通常分為無機、有機和高分子化合物。但近30余年來合成的眾多化合物，如金屬有機化合物、元素有機化合物、原子簇化合物、金屬酶、金屬硫蛋白、富勒烯、團簇、配位高分子等很難適應老的分類法。21世紀將研究分子的多元分類法，如按照分子片結合方式和生成的分子結構類型分類，可分為0維、1維、2維、3維分子等。
（3）分子片層次的化學：原子只有110余種，但分子數目已超過2000萬種，因此有必要在原子和分子之間引入一個“分子片”的新層次，在21世紀應該開展分子片化學的研究。
（4）超分子層次的化學：其中包括受體和給體的化學、鎖和鑰匙的化學、分子間的非共價作用力、范德華引力、各種不同類型的氫鍵、疏水-疏水基團相互作用、疏水-親水基團相互作用、親水-親水基團相互作用、分子的堆積組裝、位阻和各種空間效應等。
（5）宏觀聚集態化學：其中包括固體化學、晶體化學、非晶態化學、流體和溶液化學、等離子體化學、膠體化學和界面化學等。
（6）介觀聚集態化學：包括納米化學、微乳化學、溶膠-凝膠化學、軟物質化學、膠團-膠束化學和氣溶膠化學等。
（7）生物分子層次的化學：包括生物化學、分子生物學、化學生物學、酶化學、腦化學、神經化學、基團化學、生命調控化學、藥物化學、手性化學、環境化學、生命起源、認知化學和從生物分子到分子生物的飛躍等。
（8）復雜分子體系的化學。從以上分類可以看出，新世紀化學別值得關注的有化學信息學、分子片化學、超分子化學、生命化學、納米化學、理論化學和復雜分子體系的化學等。
隨著化學分支學科的重組及其它學科的交叉、融合和不斷滲透，21世紀初化學學科的前沿方向與優先領域有：綠色化學與環境化學中的基本化學問題、材料科學中的基本化學問題、合成化學、化學反應動態學、分子聚集體化學、理論化學、分析化學測試原理和檢測技術新方法建立、生命體系中的化學過程、能源中的基本化學問題、化學工程的發展與化學基礎等。
參考文獻：
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“人家不要了，我撿回來不是蠻好的”
一位體魄健康的長者，一輛破舊的單車，一副永遠在路上思考的模樣。這就是徐仲榆在路上給人的第一印象。
徐仲榆創業的“工棚”――湖南大學新型碳科學研究所也和他一樣質樸，不注重外表。研究所總共約有600平方米，主車間約百十平方米，里邊堆滿了自制的機床。在它的一角，用幾張桌子拼成簡易的多用途車間會議室，接洽談判、給學生授課、師生交流都在這里進行。西墻上一幅國畫《不老松》是一名工友之作，下邊有一塊大黑板，用來記載實驗數據。
徐仲榆的辦公室設在一個復式結構的“閣樓”上，沿主車間東墻南側一架窄窄的鐵梯拾梯而上便到了――中間幾張桌子拼一塊兒，旁邊不知是哪踅摸來的一個小書架，上下兩層都是書，相當簡陋。緊鄰主車間西墻北側，是一間狹長的閱覽室，幾張桌子湊到一塊就是一個大展臺，自北向南依次擺放著各種榮譽證書、優秀論文指導教師獎杯、博士生論文、碩士生論文、本科生論文、歷年科研鑒定、各類碳科學刊物、實驗材料等。再往里是幾間小房子，每間不過十幾平方米，多是實驗室。幾張老式電腦桌，每張中間立塊玻璃就是實驗臺。
實驗室里除去做實驗用的儀器設備外，里邊坐的、用的，都是些老掉牙的電器家具，包括舊空調、舊器具和那些雜七雜八的桌子、椅子、立柜……在徐仲榆眼里都是寶貝，他把它們從學校的各個角落撿來，修繕后再用，其中有百十個被丟棄的干燥器，差不多得值萬把塊錢，也被他搜羅來，都派上了用場。
“人家不要了，我撿回來不是蠻好的？”徐仲榆對研究所的設備頗為滿意。
“恢復搞業務，60歲起是我的第三個春天”
13年前，徐仲榆從湖南大學常務副校長的位子上下來時，已年屆六十。至此，從他做系主任算起，已經連續搞了10年行政。再往前，他教過物質結構及固體物性、量子力學、量子化學、物質結構、表面化學、復合材料等課程；再前，他教過英語、俄語、數學、物理、化學，做過載波、測量，搞過選礦理論與應用研究，并且取得了顯著成果。
“60歲，人家退休，我開始恢復搞業務?！?3年前，他說自己人生的第三個春天該是時候了。
徐仲榆的第一個春天是在剛解放時，那時他是一個非常激進的熱血青年，至今他還清晰地記得當時參加全上海200萬人街頭游行的壯觀場面。
徐仲榆的第二個春天就是粉碎“”以后全中國知識分子的春天。
徐仲榆的第三個春天，是從這“工棚”――湖南大學新型碳科學研究所開始的。
“工棚”的前身是金防（金屬腐蝕防腐）電鍍車間，由于年久失修，早已破爛不堪，徐仲榆卸任副校長之際，決定利用這地方開辦湖南大學新型碳材料研究所，瞄準世界碳材料領域開創自己的又一春，把耽誤的時間補回來。
徐仲榆躊躇滿志地找到“金防”管事的，用自己的經費換來了早已破爛的車間。接著，他又爭取到了創業的合法身份――湖南大學新型碳材料研究所。有了牌子，有了公章，在他來看，這就夠了。剩下的一切都要靠自己。
今天的徐仲榆回憶起往日從工棚起步的艱難，連用了三個排比，“這就是從一個荒草叢生的地方，從一個灰塵堆滿的地方，從一個狼籍到處的地方，變成了今天這樣。”
沒有開辦費，他從自己課題經費中拿，沒有幫手，他用自己課題經費雇了一個退休職工…… 天下無難事，只怕只有心。在徐仲榆等的努力下，研究所終于像模像樣地辦起來了。
從那時開始，湖南大學新型碳材料研究所和徐仲榆研究成果不斷涌現。其中，“高模量炭纖維連續長絲及新型纖維石墨化設備”獲1995年湖南科技進步一等獎；“ZGJ―100―26X真空感應燒結爐”獲1996年司法部科技進步一等獎；鋰離子二次電池用炭負極材料的性能指標已超過國家同類產品的性能。
“搞出了成績，外國人也會找你合作”
2004年4月13日，一位法國人下飛機，出機場，上高速，行色匆匆趕到徐仲榆的“工棚”――湖南大學新型碳科學研究所，他是來履行合約安裝調試設備的。
這是徐仲榆的最新動作。他剛剛搞了一個名叫高溫分析示范實驗室的法中聯合體，從法國引進了一套高溫熱分析儀。據他介紹，這種設備國外只有法國和德國兩個國家有，我們國家只有沈陽金屬研究所和湖南大學新型碳材料研究所各有1臺。
這套設備的到來，表明徐仲榆和湖南大學新型碳材料研究所的研究成果和權威地位進一步得到國際同行的認可。
早在2002年10月，徐仲榆就因其成就被在北京召開的Carbon’02國際碳素會議推選為大會名譽主席，并代表中國作了大會報告。這次會上，他一人帶去了5篇論文，讓與會者驚訝不已。
2003年10月，經過極為嚴格的推選程序，他獲得首屆中國碳素杰出成就獎。徐仲榆的研究成果，不僅受到同行的肯定，也引起了一位搞熱分析研究的法國專家的極大興趣。這位法國專家向法國Setaram公司總部匯報后，受總部指派多次往返于法中之間與徐仲榆洽談合作事宜，最終促成了高溫分析實驗室法中聯合體在湖南大學新型碳材料研究所的誕生。
法國人的這套設備也叫綜合熱分析儀，最高使用溫度只有2400度，比不上徐仲榆自己設計制造的最高使用溫度可達3000度的爐子。雖然如此，它的作用仍不可小視。比如在進行基礎理論研究時，通過一個熱天平，可以稱量出到達某個溫度時，試樣由于熱分解失去的重量。而這一點恰是徐仲榆原有設備的不足。這套設備，為研究所攻克碳纖維加熱中有關速度上的技術難點創造了條件。
徐仲榆是個談判高手。綜合熱分析儀從法方最初要價人民幣300萬，一路猛跌到93萬元，還外搭3個軟件、7種易消耗件，可以派人到法國去培訓，路費、學費全由法方負擔等，中方只需回報一個條件，就是以實驗室名義發表文章，給他們做招牌。
為官之道：領導就比群眾多1
徐仲榆常說：“我本赤條條來，還將赤條條去，留下幾個腳印，當回首往事的時候，腳印沒歪，就足已了?！?/p>
他55歲就任當副校長時，就職演說只一句話：“在位時想想下位的時候。”含義有兩層：第一，我本是老百姓，不要盛氣凌人；第二，上臺不為人，下臺必受窘。他這么說也這么做，在那個位子上為官5年，管科研、工廠、設計院、資產，所有財物進出都有明細帳，一分不貪，一分不欠；所有房子、課題經費都給別人；妻子是有色冶金設計院的高級工程師，有一段時間單位效益不好，他當時分管設計院，不說是校領導，就是單憑教授、博導，把妻子調過來也不能說是過分要求，可是他恪守“五子登科我不沾”這條戒律，堅持沒把妻子調過來。
徐仲榆想：“你要找我調愛人，我自己愛人沒調來；你要找我要房子，我自己沒有房子。這樣腰板才挺得直，說話才有底氣?！彼易》孔顚捑b時不過70來平方米。
“領導就比群眾多1，群眾是零；1減0等于1，但1非常重要，后邊帶的0越多，群眾越多，帶1個0是10，帶兩個0是100，帶3個0是1000……倒過來，你躲到后邊，那就成了0.1，0.01 ，0.001……”他這樣形象生動地總結為官之道。
在徐仲榆看來，為官為學同樣的道理?！肮づ铩崩铮鞗]有暖氣，夏天沒有冷氣，他全然不顧。從官位上下來這么多年，他遠離塵囂，遠離利祿，和學生們、工友們一起，一個猛子扎進“工棚”，寒來暑往，悉心鉆研。
“他們是我的一千只手，一萬只手”
徐仲榆的“工棚”還有個后花園。與“工棚”內不同，后花園是一派地道的田園風光，清新、恬靜，還有幾分幽香。園里有葡萄架和各種樹木，玉蘭樹、黃楊木、羅漢松、雪松、桃樹、枇杷樹、石榴樹、桂樹、柚子樹……樹旁有綠地、花卉、水池、甬道，置身其中，好不愜意。最顯眼的當屬南墻上的一塊碑刻《桃李園》，是他的工友之作。
徐仲榆的科研工作也有后花園――帶學生。帶的學生，既有本科生和碩士研究生，還有博士研究生。他帶他們一起做實驗，給他們講課，指導論文。他的閱覽室、柜子里，有很多學生的畢業論文。學生畢業后，他就是用自己的經費把他們的論文，包括他們的考卷、筆記，一一整理，裝訂成冊，然后編號、排序、歸檔。另外，在他這里還有各項科研成果鑒定材料、參加國際學術會議的材料，以及國內外有關的各種雜志等等。徐仲榆說，學生到了他這里，要讀書有書，要做實驗能做實驗，要查文獻有文獻，他就是要給學生們提供最好的環境。
“人是社會性的，有好影響也有壞影響?！毙熘儆苷J為，傳道授業解惑，首要的在于傳道。作為一個教育工作者，重要的是培養人，“我們不是為搞科研而搞科研，更重要的是通過科研培養一批人，使他們在科研中成長?！彼f他之所以要把學生論文擺在榮譽桌前邊，就是體現這個主導思想，他之所以有力量，就是因為“這批人已經是我的一千只手，一萬只手了”。
“有心人天不負。”現在，他培養的博士生在美國的有16個，都是在國家一級的實驗室。還有很多學生在國內教育、科研等部門以及碳素行業擔任要職。眼下他還帶著8名學生。
碩士研究生陳晗說：“徐仲榆導師讓我受益終身，做事認真，要求嚴格，不能有半點馬虎。有一次停電了，我卻忘記關閉電源，結果燒壞了爐子，他很嚴厲地批評了我，話不多，卻刻骨銘心?！?/p>
一影響大學生對化學課興趣不高的原因
1意識不到化學的重要性
化學在不斷地發展，物質在不斷地豐富，化學對社會生活發展的作用越來越大，同時背負的偏見和誤解也越來越沉重。食品中毒、環境污染等，被認為與化學緊密關聯，“毒害”、“污染”就逐漸成為了化學的代名詞。
同時，高校擴招和就業壓力增加令當代大學生變得十分“功利”。英語等級證、計算機證、各種專業資格證，學生會和社團的經歷，才是求職、考研或出國的“敲門磚”。他們關心的不再是科學素養，而是這門課程對找工作有無用處。錯不在學生，責任在社會，經濟騰飛了，物質豐富了，精神素養跟不上，某些人社會價值觀發生扭曲和變形，金錢成為衡量一切的標準。
2專業針對性不夠，教學與生產實踐脫鉤
大化教材包括三大結構（原子、分子、晶體），四大平衡（酸堿、沉淀、氧-還和配位）、和化學與環境等篇章。在30-40學時要講清楚這些內容絕非易事。對于材料、化工、采礦、地質、生物、環境、機械等非化類工科專業，不同專業都有其特點。因此針對不同專業，教學內容的設置也應有所側重和取舍。教師應充分了解學生的專業課設置以及化學知識在他們未來工作中的應用情況。
與高中相比，大學化學難度增加，論述更深入，理論性更強，如不與生產實際掛鉤，一味照本宣科會顯得枯燥死板。譬如，原子結構中薛定諤方程對電子運動狀態的描述，運用高等數學、物理學和量子化學的知識，學生感覺很抽象。如應用多媒體Flash能增強學生對微觀領域的理解能力。學時數的大幅削減也限制了課堂的延伸和拓展。如能結合化學相關領域最新進展、生活化學、生命現象或學生所學專業與化學結合的實例，能讓課堂鮮活有趣。
3授課形式單一，教學方法有待改進
高校擴招至今,大化課堂采用大班教學，人數150到200不等，課堂通常以教師講授為主，多媒體課件雖紅紅綠綠，熱熱鬧鬧，但若教師一貫“單口相聲”，課件一翻到底，課堂就會疲勞，出現學生瞌睡和玩手機現象，效率低，何談興趣。教師應盡量采取多元化的授課方式，激發學生的學習興趣，有效調動積極性；要求學生預習，適應信息大容量、快節奏課堂；創設情境和提示新舊知識之間聯系，幫助學生建構當前所學知識的意義；利用教學相長原則，加強學習效果反饋；充分挖掘課堂互動元素，創造“滿堂生輝”的效果。
二培養大學生對化學課程的興趣
1教師一定要有奉獻精神，熱愛教學
身為教師，先拷問自己，在教學上究竟付出了多少精力和心血？這是一個令人深思的問題。當大多數人都為科研項目和論文拼搏，還有誰愿意默默無聞的、不求名利鉆研教學方法，提高教學質量。當今職稱評審制度都與項目和論文掛鉤。試問，連教師都心不在焉，學生怎么會有學習興趣呢。
真正優秀的教師拒絕名韁利鎖的誘惑，渴望真誠的奉獻，以文化品味、智慧高度和人格深度來點燃學生們的熱情。真正優秀的教師必定具有廣闊眼界和卓越的學識。講起課來縱橫捭闔，左右逢源，旁征博引，妙趣橫生，使學生如同進入一個遼闊、純凈甚至可以嗅到芬芳的知識王國，令學生流連忘返[3]。教學的藝術不在于傳授本領，而在于激勵、喚醒、鼓舞，教師要努力調動一切積極因素使教學興趣盎然。
2積極宣傳化學的正面作用
為什么人們看到蘇丹紅、三聚氰胺、溫室效應、臭氧空洞等事件或現象的時候，都會認為是化學出了問題呢？那是因為人在認識上出現了短視現象，由于目光只盯在事情的表面上，從而犯了以偏概全的錯誤。事實上，破壞自然、污染環境不是科技本身的錯。其實，所有這些事件或現象的發生，確實與化學有著緊密地聯系，運用化學知識能幫助我們分析和解決其中的問題。這正說明了化學與社會生活有著緊密的聯系。環境遭污染、人類健康受損，正是由于欠缺化學知識和其他知識而引起的。
圍繞化學與社會、生活、環境等方面挖掘人文素材，開展化學人文教育，希望能扭轉當下人們對化學認識和理解，激發人們對化學的熱情，提升全社會的化學科學素養。讓學生通過接受歷史上優秀化學家故事的熏陶，激勵和啟發學生按照客觀事物的規律做事，尊重客觀事實，腳踏實地，堅持真理，堅持原則，處處都追求表現自然的本質和本性。
3改進教學方法,增強課堂趣味性
一是重視每一節課的導入。教育家于漪說:“要培養激發學生的學習興趣，首先應抓住導入課堂環節。一開課就把學生牢牢地吸引住，課的開始好比提琴家上弦，歌唱家定調，第一音定準了，就為演奏和歌唱奠定了基礎，上課也如此，第一錘就應敲在學生的心靈上，象磁鐵一樣把學生牢牢地吸引住”。恰如其分的導入，仿佛給學生架起一座通往新知識的橋梁，把學生分散的注意力一下子集中起來，引起學生的好奇心，激發學生的學習欲望和學習興趣，使之處于積極的學習狀態。要設計好一節課的導入，教師就必須深入理解和發掘教材，并從學生的實際出發，靈活多樣地設計導入。導入方法很多，需要在實踐中不斷學習和總結，譬如，以舊引新導入法、創設情境導入法、懸念設疑導入法和對比效果導入法[4]等。
二是精心設計課堂，讓其妙趣橫生。斯賓塞提出“快樂教育”的思想，認為學習如果能給學生帶來精神上的滿足和快樂，即使無人督促，也能自學不輟。盧梭說:“無論做任何游戲，只要我們能夠使他們相信那不過是一場游戲，他們就會毫無怨言，甚至還會笑嘻嘻地忍受其中的痛苦，然而不這樣做，他們也許就會痛得淚流滿面的[4]。
在教學過程中，應引“游戲”入課堂，設立“問題化學”、“化學探究”、“師生共同討論”、等活動，為學生形成積極主動的、多樣的學習方式進一步創造有利的條件。鼓勵學生在學習過程中，養成獨立思考、積極探索的習慣，激發學生對化學的興趣，注重啟發學生的化學思維?？删汀盎瘜W是否環境污染的罪魁禍首”舉行一場辯論賽；魔術揭秘“為什么湖水從頂部向底部結冰”；可就“化學與太陽能”、“化妝品與化學”、“釀酒與化學”多個專題讓感興趣的學生查找資料、分組報告和撰寫論文；也可借鑒“開心辭典”等的益智節目，把教學內容編成競賽題，學生搶答記分或當場評論表揚。通過競賽，使學生克服困難、取得成績，并給予獎勵，從而激起濃厚興趣。
三是加強教學與實踐的聯系。由毒奶粉事件提出“如何鑒定牛奶是否含有三聚氰胺”？由溫室氣體威脅北極熊的生存聯想“二氧化碳為什么會越來越多？它有什么用？怎么消除多余的二氧化碳”？由pH平衡聯系“胃中的抗酸劑”。與生活相關的化學令人興趣盎然：我們呼吸的空氣、保護臭氧層、未來的燃料：太陽能、食品的營養、婦女起居室中化學（化妝品、染發劑）等。
另外，區別對待不同的專業學生。針對化工和材料專業，可重點講解陶瓷、光電、納米材料、低溫、高溫超導體等；而針對生物專業，可著重闡述核磁共振成像、生命化學和基因工程，從蛀牙產生的原因、含氟牙膏的作用等。
總之，激發學習興趣的方法很多，需要整個社會大環境尊師重教，崇尚知識；需要廣大教師投入感情和精力，加強自身專業和人文素養，致力于教學改革和研究，精心設計課堂，使學生在游戲中增長知識；也需要同學們志存高遠，重視基礎，注重科學素養的提高。
參考文獻
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吳文璧：本科研究助她走進MIT
吳文璧同學是華盛頓大學的本科生，畢業后赴麻省理工學院攻讀化學博士并獲得全額獎學金。從大一起，她就在華盛頓大學化學系做研究。她熱愛研究，也從中獲益匪淺，因此希望更多的國際學生能夠了解這樣的機會并參與其中。
其實，在來美國之前，文璧對于本科生做研究這件事一無所知，也從來沒想過要做科學家。大一剛到美國時，她了解到本科生可以進入教授的實驗室做研究，于是抱著試一試的想法去溝通。談到一開始時遇到的困難，她說：
“（本科生做研究）這件事聽起來很酷，但我卻不知道如何下手，首先是不知道自己喜歡做怎樣的研究。從小到大我都是偏理科，所以至少文科的研究就排除在外了，可是理科的研究范圍太廣了，再加上華盛頓大學研究方面的資源豐富，幾乎每個教授都有自己的獨立實驗室，所以我挑花了眼。這也算是我做研究遇到的第一個難題――做什么。
于是我去見了學校里這方面的專家――Undergraduate Research Program adviser （本科生研究項目顧問）。他們給我展示了專門的數據庫，也告訴我可以直接找上課的教授。當時我正在上General Chemistry （通識化學）的honor series （榮譽課程），與一般的General Chemistry不同，這種課堂要小很多，當時課堂上只有四五十個人（一般課上有四五百人），這大大增加了教授可以認識我的機會。那個時候我們接觸到quantum chemistry （量子化學），提到了一種叫作quantum dot （量子點）的東西。教授展示給我們看如何靠改變粒子的大小來改變它的顏色。因為很喜歡這個教授的教學風格，我登錄了他實驗室的網站， 發現他有一部分研究就是關于這個quantum dot的。抱著好玩兒想試一試的想法，我決定試著進入這個教授的實驗室。首先，我要努力把這門課學好;其次，根據顧問給我的建議，要‘刷存在感’，要讓教授認識我，于是每個星期教授的office hour我一定會去跟他交流，沒問題也得想出問題來，問的問題還不能特別簡單，要讓教授覺得這是個值得思考的問題?！?/p>
后來，文璧給教授發郵件表示對實驗很感興趣，教授在回復郵件中要了她的簡歷和個人陳述，又邀請她面談，面談時問的第一個問題就是有沒有讀過他的論文。得到肯定的答復后，教授很開心，因為努力讀他的論文就說明這個學生是真的對他的研究感興趣。教授帶文璧參觀了實驗室，把她交給了一個研究生指導。于是在大一的春季學期，文璧就正式開始了以本科生身份做研究的日子。而進入實驗室之后，她很快發現有新的困難需要克服：
“我遇到的一個困難是如何fit in your lab （融入你所在的實驗室中）。身邊的人都是你的同事，而且基本都是PhD students （博士生）和Post-docs （博士后），如何和他們相處其實也算是一門學問。作為國際學生，文化差異本身就已是一個困難，而要和不同年齡層的人相處又是另外一個難點。我從中學到的是，不懂一定要問，問得越多說明你想學得越多，沒有人指望你可以自學所有的東西。另外就是要有最起碼的尊重。這一點看上去很簡單，做到真的很難。其實就是，答應別人的事情就要做到，說好的見面時間你要準時。驗室里人人都很忙，人家愿意教你，你應存有感恩之心。當然，這一點其實適用于所有人?！?/p>
在做研究的過程中，文璧發現做實驗和自己原來想的很不一樣――采集數據的時間大概只占不到20%，剩下的時間要么是在讀文獻，要么就是實驗失敗。實驗失敗是一個需要面對的大問題，而在實驗室待的時間越長，便越能體會到實驗失敗是一件最平常不過的事情。她常常一邊上課一邊做實驗，經常做到晚上十一二點，有時花了兩個星期做出來的東西，測試后發現根本不可行，就只能從頭再來。在這樣的情況下，她努力調整心態，告訴自己實驗失敗很平常，要冷靜下來分析哪里可能出了問題，從失敗的實驗中學習。
說到本科生做研究的好處，文璧認為實在太多。首先，這幫助她確定了以后的發展方向――申請攻讀化學博士。此外，她在實驗室找到了家一般的感覺，在一個關系很融洽的課題組里，大家互相關心、互相幫助，一起參加團隊活動，有時還一起出去玩。另外，做研究還給她帶來很多參加學術會議、做學術報告的機會，在學校、區域還有全國的會議上，她可以接觸到很多做類似研究的人，大家一起討論交流，這樣對自己的實驗也很有幫助。最后，做研究還幫她拿到了很多獎學金，減輕了學費的負擔……真的是好處多多。
Tina：獨立研究讓她學得更好、更快樂
Tina是我博士論文的研究對象之一，在我做論文課題的那個學期，她正在一位人類學教授的指導下做independent study （獨立研究）。獨立研究是由學生選擇自己感興趣的研究主題及指導老師，在得到老師的認可之后選修一定學分，制訂目標計劃，開展自己的課題研究。在這個過程中，學生要定期向指導老師匯報研究進展，接受老師的個性化指導，最后在期末交一份總報告并由指導老師給出最終成績。這是一種根據學生個人的興趣和目標有計劃、有指導地開展的個性化學習，需要學生有較強的主動性和探索精神。
Tina的獨立研究課題是有關環境治理的，這個課題結合了她的經濟學背景以及人類學課上的訓練。她的指導教授曾經給她上過人類學課程，Tina很佩服這位教授的博學和嚴謹的治學精神，想從他那里學到更多，于是在課后主動找教授說出了想要獨立做課題的想法。經過細致的溝通，教授在思考權衡之后同意Tina在他的指導下做這個與環境、經濟和人文相關的獨立研究，歷時一個學期，完成之后可獲得五個學分。
在那個學期里，Tina與教授每兩周見一次面討論她的課題。見面前幾天，Tina會把最近新寫好的文章內容發給教授，教授看完后通過郵件回復，提出建議或意見;見面時，他們會對那些需要修改、調整的地方進行討論，并討論文章下一步的進展;見面之后，Tina會把兩人取得共識的地方進行修改，并把修改版本發給教授，然后繼續寫新的部分。在這樣的模式下，他們兩人都很有效率，課題進行得也十分順利。
采訪時，Tina回顧說自己的文章修改過三次，從原來設想的20頁寫到了41頁。研究初期，她想寫空氣凈化口罩的制造，比較偏環境工程方面，但是在研究過程中她對人類學和經濟學方面的內容有了更多興趣，比如人口、死亡率、中國環境發展史、美國和英國環境發展史等。在和教授協商之后，她對研究內容做了一些調整。在最后的報告中，她引用了30多篇文獻，圓滿完成了這次獨立研究任務。其指導教授最后給出了滿分4.0的成績和很高的評價。
談到做獨立研究的收獲時，Tina說：
“首先是明白了真正的‘做學問’可以把自己喜歡的東西研究得很深、很透。本科的教學比較廣，但是這種independent study就像是研究生在選一個自己喜歡的領域，由面及點。我現在就比較著重于這個‘點’――經濟和環境的聯系，而且覺得我以后也會做這方面的工作，所以我覺得這個研究對我以后的工作有幫助。
第二個收獲是和教授的交流。我之前]有和一位美國教授進行過這樣深入的交流，但是（現在）覺得他特別關心我，生活、學習各個方面都為我出謀劃策。我覺得留學生在異國他鄉，交朋友是一方面，但還是應該有一個人生導師給出很深刻的意見。我的指導教授為我以后的發展方向提供建議，給予我跟他一起做研究的機會，還向他的朋友――比如西雅圖一位著名的翻譯家――引薦了我。
第三個方面的收獲是自信。最開始我覺得做獨立研究這個想法很不靠譜，我英語不太好，對相關的知識也不那么了解。雖然我有興趣，但是我能做好這個課題嗎？后來經過這一個學期的磨合、歷練，我把自己推到了一個沒有想到的高度……我對于最后交出的研究報告還是很滿意的?！?/p>
Jennifer：本科生做研究應知道的事
針對本科生做研究的話題，我采訪了華盛頓大學本科生研究項目中心的主任Jennifer Harris，請她介紹本科生做研究的好處、可能存在的誤區以及具體的實踐方法。
Jennifer說，在普通的課堂里，學生一般是知識的接受者，但是通過做研究，學生可以成為知識的共同創造者，這是更為高級的學習階段。在這個過程中，學生把課堂里學到的東西運用到真實的生活中，從而更加清楚他們想做什么、想就讀什么專業。同時，做研究也有助于他們增強解決問題的能力，訓練批判性思維，收獲個人的成長。對本科生來說，很多課都是大課，教授分給每個學生的精力有限，而通過做研究，比如在實驗室和教授、博士后、研究生、職工等一起工作，學生會更加有歸屬感和集體意識。這樣，偌大的校園便變小了，他們會得到關注他們成長的老師們的指導，在以后申請研究生或者找工作時更容易獲得好的推薦信和意見參考。
此外，Jennifer提到了本科生對于做研究存在認識誤區。一個誤區是認為只有理工科才有實驗。其實很多專業都有實驗項目，而且表現形式非常不一樣：也許是在醫院里觀察有自閉癥的孩子，也許是去小學統計學生的舉手發言情況，也許是評析藝術項目……不光是發生在實驗室里的才是實驗，各個學科、各個專業都可以有實驗，形式五花八門。第二個誤區是認為要掌握很多知識才能申請做研究。雖然有些實驗室的職位需要學生有一定的基礎知識，但更多的時候，學生的熱情和興趣才是最被看重的品質。如果你對某個實驗方向很感興趣，并且勤學好問、愿意動手、為人可靠，哪怕專業知識上稍有欠缺也是有可能被選中的。
那么，本科生如果有興趣做研究，應該怎樣行動呢？
Jennifer首先推薦大家到學校的本科生研究項目中心去拜訪詢問。那里有專門的、經過專業培訓的工作人員提供一對一的咨詢輔導，服務內容廣泛，包括怎樣搜索機會、撰寫聯系郵件、修改簡歷、準備面試等，他們能夠帶著學生一步一步通過申請流程，引薦學生獲取正確的資源。
