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量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、 在材料科学中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1 ，2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca 钙矾石、含Ba 钙矾石和含Sr 钙矾石的Al -O键级基本一致，而含Sr 钙矾石、含Ba 钙矾石中的Sr，Ba 原子键级与Sr-O，Ba -O共价键级都分别大于含Ca 钙矾石中的Ca 原子键级和Ca -O共价键级，由此认为，含Sr 、Ba 硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二） 在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe 、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子， 如低级芳香烃作为碳/ 碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian 98 程序中的半经验方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。 转贴于
（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li + 离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago 等[8] 用半经验分子轨道法以C32 H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li - C 和具有共价性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、 在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘， 进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新. [ 学位论文] .武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院，1994
[2]程新，冯修吉.武汉工业大学学报，1995，17 (4) :12
[3]李北星，程新.建筑材料学报，1999，2(2):147
[4]闵新民，沈尔忠， 江元生等.化学学报，1990，48(10): 973
[5]程新，陈亚明.山东建材学院学报，1994，8(2):1
[6]闵新民.化学学报，1992，50(5):449
[7]王宝俊，张玉贵，秦育红等.煤炭转化，2003，26(1):1
[8]Ago H ，Nagata K， Yoshizaw A K， et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.，1997，70:1717
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、在材料科学中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二）在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994
[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12
[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147
[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973
[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1
[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449
[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1
[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717
【关键词】 结构化学 课程论文 创新思维
《结构化学》是理科院校化学专业的一门重要基础理论专业课。这门课程以严谨的数学逻辑推导为基础，建立比较抽象的理论概念，学生一般感到难学难懂。因此，学生易缺乏学习的积极性，影响到教学效果。根据结构化学教学的特点，我们在教学中，设置课程论文作为激励学生学习知识和评价教学效果的手段。对此， 我们在教学实践中， 在掌握学生基本学习情况的基础上，根据本课程的教学内容和教学特点，设置与教学目标和教学要求相适应的，注重理论研究和解释实际实验现象的课程论文题目，引导学生尝试应用结构化学/量子化学的理论计算结果来解释化学实验，深入了解分子结构和理论性质，揭示其内在规律性。从而在应用理论的过程中加深对理论知识的认识，提高学生的学习积极性，取得较好的教学效果。
1 设置课程论文的重要性
与其他化学专业课程不同，《结构化学》的内容主要是抽象理论，缺乏合适的配套实验对所学理论知识进行加深、拓宽和巩固。该门课程的对象一般是大学三年级学生，具有相当的化学专业知识。设置课程论文可以让学生在搜寻研究对象或者范围时，对以前专业知识进行回顾和分析，思考大学一年级以来学习的知识是否存在可以采用结构化学理论解释的地方，引发学生对化学知识、原理和现象进行思考，在自由选择题目范围的情况下，激发学生的学习和研究兴趣。在指导学生进行课程论文研究时，注意讲述一般科学研究的方法和步骤及科学工作者所应当具备的科学道德，全面提升学生的科学素养。在指导学生进行课程论文撰写时，着重讲授一般论文的写作格式，培养学生的逻辑思维，提高学生的书面表达能力，形成一定论文写作规范。这对于一般理工科学生尤其重要。设置的课程论文同时为四年级毕业论文研究阶段所需要的逻辑思维和论文写作打下基础。
2 理论化学计算软件的讲授
让学生进行课程论文研究，首先必须先教导学生使用理论化学的计算软件，让计算软件成为学生进行课程论文研究的工具，所以教师本身需要对该类软件非常熟悉，同时具备利用该类软件进行科学研究的能力和经验，这对教师的教学和科研能力有较高的要求。在众多量子化学理论计算软件中，HyperChem比较适合一般学生使用。可视化软件使深奥的理论计算结果形象化、直观化进行表达，让学生好学易懂，同时操作简单，适合用来作为课程论文研究的计算软件。在实际教学中，我们只需要1学时就能教会学生有关HyperChem的基本操作和应用于简单的理论计算。谭君［1］介绍了HyperChem软件的一些使用操作和特点，这里不再重复叙述。
3 科学研究思维和步骤的指导
授之以鱼不若授之以渔，所以我们在课堂上，教导学生一般的科学研究思维和步骤。课堂上以苯环上亲电取代反应的定位规律作为计算例子，采用Hyperchem软件计算各原子电荷并解释定位规律的实验现象。众所周知，苯环上的取代基分为邻对位定位基和间位定位基两类。这里选择了氨基和甲醛基分别作为邻对位定位基和间位定位基两类代表，通过计算其量子化学指数，讨论其计算结果，从理论上解释定位效应。
首先分析影响亲电反应的因素。一般认为碳原子的电子云密度是主要因素，所以我们可以通过计算苯环上的碳原子电荷来解析亲电反应规律。
在Hyperchem构造并以PM3分别计算氨基苯和苯甲醛，按display中的labels，选定charge项，在分子中显示各碳原子的电荷分布。
电荷分布显示氨基苯上邻位和对位的C原子带负电荷，分别为-0.191和-0.169，均大于间位C原子电荷（-0.05），所以对于氨基苯来说，亲电基团会首先进攻邻位和对位。而在苯甲醛的情况恰好相反，间位C原子电荷为最负，为-0.119。亲电基团会首先进攻间位。根据上述计算结果和讨论，应用原子电荷的规律变化很好地解释了亲电取代定位规则。
转贴于 4 拟定结构化学计算题目
自由选择题目范围，可以激发学生的学习和研究兴趣，教学中，我们设定以下方向（题目）：
① 药物分子的结构与活性关系
通过对分子的结构计算，讨论结构与活性关系，寻找分子活性中心和主要影响活性的因素。
② 化学反应原理与规律解释
以理论方法计算和解释常见化学反应的产物与规律，如丁二烯的加成反应。
③ 分子结构与性质
计算出分子的量化指数，寻找量化指数与分子性质的关系，如HOMO、LUMO与颜色的关系。
④ 光谱的移动
研究分子结构与光谱移动的关系，如分子中的键长的变化直接影响红外吸收峰的移动。
⑤ 分子的结构/构型/构象
以理论方法研究分子的结构、具体构型和构象。
⑥ 分子间的相互作用
分子间的作用一般为氢键和范德华作用，与化合键作用相比，属于弱作用，是生物大分子主要相互作用。
5 论文指导与创新思维模式的培育
创新思维的特征是求同与求异的统一、发散与收敛思维的统一、敏锐的直觉与理论思维的统一。课程论文布置下去以后，学生在对课题的思考会有许多新的问题和新的想法，我们要鼓励学生在对新的问题进行创新思维。安排课程讨论，将学生的想法在课堂上讨论，尊重学生的新想法，引导学生将课堂学习的结构化学理论知识应用于课程论文研究中。
具有独立思考判断能力是学生创新思维模式的主要表现。传统教师讲、学生听的缺乏互动的教学模式已表现出许多弊端，影响了学生独立思考和动手的素质及其能力的形成。学生自己选题，成为培养学生独立思考判断能力跨出的第一步，也是重要的一步。独立开展课程论文研究，进一步培养学生独立思考判断能力。因此，教学的重点应放在课程论文研究的过程上，而非结论。教会学生从抽象的数理推导中评选出适合个体所需的条件。同时，学生只有具备独立的思考判断能力和获取知识的能力，才能在终身教育过程中面对日新月异的世界，不断实现知识的更新［2］。
【参考文献】
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院福建物质结构研究所
出版周期：月刊
出版地址：福建省福州市
语
种：双语
开
本：大16开
国际刊号：0254-5861
国内刊号：35-1112/TQ
邮发代号：
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1982
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
SCI 科学引文索引(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(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)
期刊荣誉：
中科双效期刊
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国化学会
出版周期：双月刊
出版地址：吉林省长春市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1000-9035
国内刊号：22-1662/O4
邮发代号：12-82
发行范围：
创刊时间：1981
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
期刊荣誉：
Caj-cd规范获奖期刊
（1）化学家对物质的认识和研究，从宏观向微观深入。20世纪以来，化学家已用实验打开原子大门，深入地了解原子内部的情况，并且用量子理论探讨原子内的电子排布、能量变化等。就是对复杂的化学反应来说，也可以测量反应机理，了解反应过渡态的情况以及分子、原子间能量的交换。
（2）从定性和半定量化向高度定量化深入。虽然近代化学也曾广泛地使用各种定量化工具，但是还只能说停留在定性和半定量化水平。本世纪60年代后，电子计算机大规模地引进化学领域，用它来计算分子结构已取得巨大的成功。如今任何化学论文如无详尽的定量数据就难以发表，发表了也难取得公认。而且如今化学实验的精密度愈来愈高，几乎所有仪器都是定量化的，有的还用电子计算机来控制。
（3）对物质的研究从静态向动态伸展。近代化学对物质的研究基本上停留在静态的水平或从静态出发，推出一些动态情况。例如，从热力学定律出发，通过状态函数的变化，从始态及终态情况推断反应变化中一些可能情况。现代化学已摆脱这种间接研究推理，而采用直接的方法去了解或描述动态情况，特别是激光技术、同位素技术、微微秒技术、分子束技术在现代化学里的大规模应用。化学家目前已能了解皮秒内微粒运动的情况，反应中化学键的断裂以及能量交换等情况。特别值得一提的是有关动态薛定谔方程的研究，一旦成功它将会为动态研究开辟光辉前景。
（4）由描述向推理或设计深化。近代化学几乎全凭经验，主要通过实验来了解和阐述物质。虽然也有一些理论如溶液理论、结构理论等可以指示研究方向，但总体来说近代化学基本上是描述性的。原来化学中四大学科（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学）彼此存在很大独立性。然而现代化学已打破传统的界限，化学不仅自身各学科相互渗透，而且跟物理、生物、数学、医学等学科相互交融和渗透。特别是近年量子化学的发展，已渗透到各学科，使化学摆脱历史传统，可以预先预测和推理，然后用实验来验证或合成。例如，当今许多高难度的合成工作都事先根据理论设计，然后决定合成路线。著名的维生素B12的合成工作就是一个典范，它标志着化学已从描述向设计飞跃。
（5）向研究分子群深入。近代化学对化学的研究通常只停留在一个或几个分子间的作用。即所谓0级、1级、2级、3级反应，对多分子的反应是无能为力的。但是近代化学远远不能满足实际需要了，特别是研究生物体内的化学反应，就要研究多个分子甚至一大群分子间的反应了。例如，一个活细胞内往往需要几十种酶作催化剂，同时催化许多化学反应。因此研究分子群关系，已成为现代化学的一个特点。
中图分类号：O641-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0204-01
结构化学是用量子力学原理和现代物理方法，从微观的角度来研究原子、分子和晶体微观结构及其结构与性能之间关系的学科。结构化学是现代化学的一个重要分支，其基本理论和基本内容是无机化学、有机化学等基础化学的重要理论基础。所以，通过结构化学课程的学习，不仅要让学生掌握结构化学的具体知识，而且还要让学生深刻理解“结构决定物性”这一基本原理。
近几年来，作者所在学校为贯彻“少而精、精而新”的原则，课程体系不断调整，各类课程教学学时数不断减少，在这种新形势下如何提高结构化学课程的教学质量成为教学管理工作者和教师首要解决的问题。作者结合多年从事结构化学课程教学积累的经验，重新优化了结构化学课程的课程体系和教学内容、在此基础上对教学方法进行了改革，旨在要使学生不仅学会从微观层次看问题，拓展思路，抓住问题本质，而且还要提升学生理论联系实际的能力，以利于素质教育和人才培养，更好地顺应社会需要。
1 优化课程内容体系
依据系统论对结构化学课程内容体系进行了进一步的优化、重组和精练。首先，删除原教材中陈旧落后的知识内容，增加新知识的内容。将原有的内容体系向环境、生命、材料、能源等科学领域适当地扩展，实现与现代化学理论前沿的密切接轨。其次，建立新的知识系统，优化知识结构，将知识点按物质系统层次重新组织，将知识点组成知识链、构成知识网。通过整合、精简、丰富、优化课程内容体系，实现对教学内容更深刻的理解，建立更完善的理论体系。
通过内容体系的优化，使教师和学生更加明确电子构型和几何构型是结构化学的两条主线；更加有利于结构化学量子理论和原子结构、化学键理论和分子结构、点阵理论和晶体结构三种理论和三类结构的讲授；更加有利于学生打好量子化学基础、对称性原理基础和结晶化学基础三方面的基础。
2 改革教学方式、方法
2.1 重视多媒体网络教学
掌握结构化学知识和原理不能脱离实验，借助于计算机技术，学生将能“走进”原子、分子和固体内部，探索微观世界的奥妙。计算机技术对结构化学的重要作用之一，就是把真实的微观世界中的抽象性在虚拟世界里具体化，显著改进教学效果，这也是结构化学多媒体网络教学的魅力。
在多媒体教学基础上，我们进一步实施网络教学，编写出适合于现代远程教育的网络课件，使结构化学多媒体教学和网络教学走向更为完美的境界。在教学模式上，进一步发挥学生为认知主体的作用，有利于学生自主安排学习时间和进度，能使学生得到最好的指导，及时获得最新知识。与此同时，我们进行了结构化学的教学平台建设，在教学平台中开设精典试题库、在线辅导答疑、仿真模拟实践等项目，为实现数字化学习和自主、探索性学习创造条件。
2.2 设置课程论文撰写环节
设置课程论文不仅可以让学生在搜寻研究对象、研究范围时，对以前的专业知识进行回顾和分析，还可以引发学生对化学知识、原理和现象进行思考。比如，我们设置的课程论文：三个著名实验—— 黑体辐射、光电效应与波尔原子光谱的思考。通过该课程论文的撰写可以让学生知道，既要掌握好传统知识，又要不为它所束缚，要从反常现象中产生新思维，开创新领域。通过“晶体结构”这部分传统内容的讲解我们设置的课程论文：准晶和非晶态材料的发展与应用。该课程论文可以使学生接触相关领域的最新知识，激发学生的学习热情和研究兴趣。
课程论文撰写环节的设置还可为学生毕业论文研究阶段所需要的逻辑思维和论文写作打下基础。当然，在指导学生进行课程论文研究时，不仅要讲授一般论文的写作格式，培养学生的逻辑思维，提高学生的书面表达能力，形成一般论文的写作规范；还要注意讲述一般科学研究的方法和步骤，科学工作者所应具备的科学道德，全面提升学生的科学素养。
2.3 成立科研兴趣小组
为了鼓励学生在结构护化学的学习过程中有一个思考与深化，接受与发展的时间流程。我们将有兴趣的同学组织在一起，成立科研兴趣小组，通过科学研究过程提高课堂教学的效果与质量。这种做法可以突破课堂教学时间和空间的束缚，让学生提出问题并设立课题进行研究，或让学生直接参与老师的科研课题（通常是将课题拆解成几个子课题）研究。具体做法：一是让学生就某一部分内容，通过查阅文献，尝试提出问题，老师确定具有可行性后，以学生科研项目的形式进行专门研究，教师适时给予专门性指导。二是将老师承担的科研课题进行拆解，拆分成几个相对独立的子课题，针对学生的各自特长分派给学生，在整个研究过程中，课题组的老师全程参与指导。这样的模式不仅有利于学生将课堂中学到的知识进行延伸并拓展，而且有利于激发学生的探索热情和求知的欲望，培养学生的团结合作的素养，提升学生的思维能力和创造能力。
2.4 教师科研成果引入课堂
大量的研究结果表明，教师的科研和教师的教学效果之间呈现出显著的相关性。作为一位高校教师，在开展教学活动中，完全依照传统教学模式进行教学，无法将最新的知识和新技术传授给学生，不利于培养学生的创新意识，也不利于学生实践能力的提升。因此，教师要通过加强科研实践，紧跟学科研究的最新动态，将科研成果引入教学课堂，才能在教学中很自然地、潜移默化地用科研所必需的实践精神和创造精神去感染学生，才能使学生受到鼓舞、得到启迪，才能使自己的课堂内容具有丰富性、代表性、创造性和启发性。
3 结论
通过对课程内容体系的优化，使教师和学生更加明确了电子构型和几何构型是结构化学的两条主线；通过对教学方式方法的改革，拓展了学生的思路、提升了学生理论联系实际的能力、提出问题和解决问题的能力，是培养出来的学生更加顺应社会的需要。
参考文献
[1] 徐志广.结构化学教学中设置课程论文初探[J].数理医药学杂志，2007，20（3）：424-425.
化学科学是研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成反应、分离和分析、结构形态、物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。随着新世纪脚步的不断加快，作为物质科学组成之一的化学科学将愈来愈引起世界各国的关注。化学中的前沿科学也将成为化学工作者关注的焦点。
从一定意义上讲，科学论文的发表是科学成果被人们承认的唯一形式。一定频次的引用反映了某篇论文重要性的程度，超高频次的引用，常可认为其研究成果引发了科学研究的热点或在科学研究中取得突破。因此，近期化学科研论文的引用情况也体现了化学学科前沿的科学研究成果，以及当前国际化学前沿的特点和变化趋势和研究方向。据中科院文献情报中心的报道，90年代的化学研究前沿领域有：
（1）富勒烯C60的研究导致发现了自然界一类新的物质――碳的另一种存在形式，并对宇宙内碳循环和经典芳香性的关系这一理论化学的关键问题有了全新的认识，开辟了新的化学研究领域。
（2）模拟程序和密度泛函理论的发展引起整个化学领域的革命，使量子化学成为成千上万化学家手中的工具，可用以预测和阐明物质的化学性质。
（3）对不同管径和缠绕角的单壁碳纳米管的结构和导电性质的研究展示了单壁碳纳米管在纳米分子电子学领域的应用前景。
（4）人工合成新药的发展：天然抗癌药物的人工合成以及用以开发新药的组合化学方法。
（5）组合化学新研究领域的发展打破了传统药物开发的模式，可同时合成和筛选大批生物活性物质，大大缩短了新药开发的时间。组合化学技术还被广泛应用于催化剂的筛选、手性化合物合成等材料科学领域。
（6）仿生聚合物是一种先进材料，它的人工合成向模仿机体功能的“目标”迈进了一步。
（7）分析化学在这一阶段已不再仅仅是化学家手中的工具，它已发展为一门分析科学。它一方面为人们提供关于物质，特别是构成生命的基本物质的组成和结构甚至生命过程的信息；另一方面，在精密分析仪器本身的研制上不断获得进展。
（8）计算机技术的飞速发展使化学家的研究手段产生巨大变革。有关生物大分子（如蛋白质、核酸）多维结构图像实现和精细结构表达的程序及软件包的研究受到化学界的极大关注。
（9）有机反应、不对称合成及催化是90年代以来的持续热点。这是一个有工业应用前景和巨大市场潜力的、一直很活跃的研究领域。
在经历了20世纪的空前繁荣发展后，进入21世纪，化学学科面临着四大难题。第一，合成化学难题――化学反应理论；第二，功能结构化学难题――结构和性能的定量关系；第三，生命现象的化学机制――生命化学难题；第四，纳米尺度难题。徐光宪院士等科学家认为21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪，化学的微观方法和宏观方法相互结合，相互渗透这一潮流将进一步向前发展，并提出了新世纪的化学科学包含了对下列八个层次的物质对象的研究：
（1）原子层次的化学：其中包括核化学、放射化学、同位素化学、sp区元素化学、d区元素化学、4p区元素化学、5f区元素化学、超5f区元素化学、单原子操纵和检测化学等。
（2）分子层次的化学：现已合成的2000余万种分子和化合物，通常分为无机、有机和高分子化合物。但近30余年来合成的众多化合物，如金属有机化合物、元素有机化合物、原子簇化合物、金属酶、金属硫蛋白、富勒烯、团簇、配位高分子等很难适应老的分类法。21世纪将研究分子的多元分类法，如按照分子片结合方式和生成的分子结构类型分类，可分为0维、1维、2维、3维分子等。
（3）分子片层次的化学：原子只有110余种，但分子数目已超过2000万种，因此有必要在原子和分子之间引入一个“分子片”的新层次，在21世纪应该开展分子片化学的研究。
（4）超分子层次的化学：其中包括受体和给体的化学、锁和钥匙的化学、分子间的非共价作用力、范德华引力、各种不同类型的氢键、疏水-疏水基团相互作用、疏水-亲水基团相互作用、亲水-亲水基团相互作用、分子的堆积组装、位阻和各种空间效应等。
（5）宏观聚集态化学：其中包括固体化学、晶体化学、非晶态化学、流体和溶液化学、等离子体化学、胶体化学和界面化学等。
（6）介观聚集态化学：包括纳米化学、微乳化学、溶胶-凝胶化学、软物质化学、胶团-胶束化学和气溶胶化学等。
（7）生物分子层次的化学：包括生物化学、分子生物学、化学生物学、酶化学、脑化学、神经化学、基团化学、生命调控化学、药物化学、手性化学、环境化学、生命起源、认知化学和从生物分子到分子生物的飞跃等。
（8）复杂分子体系的化学。从以上分类可以看出，新世纪化学别值得关注的有化学信息学、分子片化学、超分子化学、生命化学、纳米化学、理论化学和复杂分子体系的化学等。
随着化学分支学科的重组及其它学科的交叉、融合和不断渗透，21世纪初化学学科的前沿方向与优先领域有：绿色化学与环境化学中的基本化学问题、材料科学中的基本化学问题、合成化学、化学反应动态学、分子聚集体化学、理论化学、分析化学测试原理和检测技术新方法建立、生命体系中的化学过程、能源中的基本化学问题、化学工程的发展与化学基础等。
参考文献：
[1]刘春万.研讨我国理论化学跨入新千年发展的一次盛会[J].化学进展，2000， 36（2）： 230-232.
“人家不要了，我捡回来不是蛮好的”
一位体魄健康的长者，一辆破旧的单车，一副永远在路上思考的模样。这就是徐仲榆在路上给人的第一印象。
徐仲榆创业的“工棚”――湖南大学新型碳科学研究所也和他一样质朴，不注重外表。研究所总共约有600平方米，主车间约百十平方米，里边堆满了自制的机床。在它的一角，用几张桌子拼成简易的多用途车间会议室，接洽谈判、给学生授课、师生交流都在这里进行。西墙上一幅国画《不老松》是一名工友之作，下边有一块大黑板，用来记载实验数据。
徐仲榆的办公室设在一个复式结构的“阁楼”上，沿主车间东墙南侧一架窄窄的铁梯拾梯而上便到了――中间几张桌子拼一块儿，旁边不知是哪踅摸来的一个小书架，上下两层都是书，相当简陋。紧邻主车间西墙北侧，是一间狭长的阅览室，几张桌子凑到一块就是一个大展台，自北向南依次摆放着各种荣誉证书、优秀论文指导教师奖杯、博士生论文、硕士生论文、本科生论文、历年科研鉴定、各类碳科学刊物、实验材料等。再往里是几间小房子，每间不过十几平方米，多是实验室。几张老式电脑桌，每张中间立块玻璃就是实验台。
实验室里除去做实验用的仪器设备外，里边坐的、用的，都是些老掉牙的电器家具，包括旧空调、旧器具和那些杂七杂八的桌子、椅子、立柜……在徐仲榆眼里都是宝贝，他把它们从学校的各个角落捡来，修缮后再用，其中有百十个被丢弃的干燥器，差不多得值万把块钱，也被他搜罗来，都派上了用场。
“人家不要了，我捡回来不是蛮好的？”徐仲榆对研究所的设备颇为满意。
“恢复搞业务，60岁起是我的第三个春天”
13年前，徐仲榆从湖南大学常务副校长的位子上下来时，已年届六十。至此，从他做系主任算起，已经连续搞了10年行政。再往前，他教过物质结构及固体物性、量子力学、量子化学、物质结构、表面化学、复合材料等课程；再前，他教过英语、俄语、数学、物理、化学，做过载波、测量，搞过选矿理论与应用研究，并且取得了显著成果。
“60岁，人家退休，我开始恢复搞业务。”13年前，他说自己人生的第三个春天该是时候了。
徐仲榆的第一个春天是在刚解放时，那时他是一个非常激进的热血青年，至今他还清晰地记得当时参加全上海200万人街头游行的壮观场面。
徐仲榆的第二个春天就是粉碎“”以后全中国知识分子的春天。
徐仲榆的第三个春天，是从这“工棚”――湖南大学新型碳科学研究所开始的。
“工棚”的前身是金防（金属腐蚀防腐）电镀车间，由于年久失修，早已破烂不堪，徐仲榆卸任副校长之际，决定利用这地方开办湖南大学新型碳材料研究所，瞄准世界碳材料领域开创自己的又一春，把耽误的时间补回来。
徐仲榆踌躇满志地找到“金防”管事的，用自己的经费换来了早已破烂的车间。接着，他又争取到了创业的合法身份――湖南大学新型碳材料研究所。有了牌子，有了公章，在他来看，这就够了。剩下的一切都要靠自己。
今天的徐仲榆回忆起往日从工棚起步的艰难，连用了三个排比，“这就是从一个荒草丛生的地方，从一个灰尘堆满的地方，从一个狼籍到处的地方，变成了今天这样。”
没有开办费，他从自己课题经费中拿，没有帮手，他用自己课题经费雇了一个退休职工…… 天下无难事，只怕只有心。在徐仲榆等的努力下，研究所终于像模像样地办起来了。
从那时开始，湖南大学新型碳材料研究所和徐仲榆研究成果不断涌现。其中，“高模量炭纤维连续长丝及新型纤维石墨化设备”获1995年湖南科技进步一等奖；“ZGJ―100―26X真空感应烧结炉”获1996年司法部科技进步一等奖；锂离子二次电池用炭负极材料的性能指标已超过国家同类产品的性能。
“搞出了成绩，外国人也会找你合作”
2004年4月13日，一位法国人下飞机，出机场，上高速，行色匆匆赶到徐仲榆的“工棚”――湖南大学新型碳科学研究所，他是来履行合约安装调试设备的。
这是徐仲榆的最新动作。他刚刚搞了一个名叫高温分析示范实验室的法中联合体，从法国引进了一套高温热分析仪。据他介绍，这种设备国外只有法国和德国两个国家有，我们国家只有沈阳金属研究所和湖南大学新型碳材料研究所各有1台。
这套设备的到来，表明徐仲榆和湖南大学新型碳材料研究所的研究成果和权威地位进一步得到国际同行的认可。
早在2002年10月，徐仲榆就因其成就被在北京召开的Carbon’02国际碳素会议推选为大会名誉主席，并代表中国作了大会报告。这次会上，他一人带去了5篇论文，让与会者惊讶不已。
2003年10月，经过极为严格的推选程序，他获得首届中国碳素杰出成就奖。徐仲榆的研究成果，不仅受到同行的肯定，也引起了一位搞热分析研究的法国专家的极大兴趣。这位法国专家向法国Setaram公司总部汇报后，受总部指派多次往返于法中之间与徐仲榆洽谈合作事宜，最终促成了高温分析实验室法中联合体在湖南大学新型碳材料研究所的诞生。
法国人的这套设备也叫综合热分析仪，最高使用温度只有2400度，比不上徐仲榆自己设计制造的最高使用温度可达3000度的炉子。虽然如此，它的作用仍不可小视。比如在进行基础理论研究时，通过一个热天平，可以称量出到达某个温度时，试样由于热分解失去的重量。而这一点恰是徐仲榆原有设备的不足。这套设备，为研究所攻克碳纤维加热中有关速度上的技术难点创造了条件。
徐仲榆是个谈判高手。综合热分析仪从法方最初要价人民币300万，一路猛跌到93万元，还外搭3个软件、7种易消耗件，可以派人到法国去培训，路费、学费全由法方负担等，中方只需回报一个条件，就是以实验室名义发表文章，给他们做招牌。
为官之道：领导就比群众多1
徐仲榆常说：“我本赤条条来，还将赤条条去，留下几个脚印，当回首往事的时候，脚印没歪，就足已了。”
他55岁就任当副校长时，就职演说只一句话：“在位时想想下位的时候。”含义有两层：第一，我本是老百姓，不要盛气凌人；第二，上台不为人，下台必受窘。他这么说也这么做，在那个位子上为官5年，管科研、工厂、设计院、资产，所有财物进出都有明细帐，一分不贪，一分不欠；所有房子、课题经费都给别人；妻子是有色冶金设计院的高级工程师，有一段时间单位效益不好，他当时分管设计院，不说是校领导，就是单凭教授、博导，把妻子调过来也不能说是过分要求，可是他恪守“五子登科我不沾”这条戒律，坚持没把妻子调过来。
徐仲榆想：“你要找我调爱人，我自己爱人没调来；你要找我要房子，我自己没有房子。这样腰板才挺得直，说话才有底气。”他家住房最宽绰时不过70来平方米。
“领导就比群众多1，群众是零；1减0等于1，但1非常重要，后边带的0越多，群众越多，带1个0是10，带两个0是100，带3个0是1000……倒过来，你躲到后边，那就成了0.1，0.01 ，0.001……”他这样形象生动地总结为官之道。
在徐仲榆看来，为官为学同样的道理。“工棚”里，冬天没有暖气，夏天没有冷气，他全然不顾。从官位上下来这么多年，他远离尘嚣，远离利禄，和学生们、工友们一起，一个猛子扎进“工棚”，寒来暑往，悉心钻研。
“他们是我的一千只手，一万只手”
徐仲榆的“工棚”还有个后花园。与“工棚”内不同，后花园是一派地道的田园风光，清新、恬静，还有几分幽香。园里有葡萄架和各种树木，玉兰树、黄杨木、罗汉松、雪松、桃树、枇杷树、石榴树、桂树、柚子树……树旁有绿地、花卉、水池、甬道，置身其中，好不惬意。最显眼的当属南墙上的一块碑刻《桃李园》，是他的工友之作。
徐仲榆的科研工作也有后花园――带学生。带的学生，既有本科生和硕士研究生，还有博士研究生。他带他们一起做实验，给他们讲课，指导论文。他的阅览室、柜子里，有很多学生的毕业论文。学生毕业后，他就是用自己的经费把他们的论文，包括他们的考卷、笔记，一一整理，装订成册，然后编号、排序、归档。另外，在他这里还有各项科研成果鉴定材料、参加国际学术会议的材料，以及国内外有关的各种杂志等等。徐仲榆说，学生到了他这里，要读书有书，要做实验能做实验，要查文献有文献，他就是要给学生们提供最好的环境。
“人是社会性的，有好影响也有坏影响。”徐仲榆认为，传道授业解惑，首要的在于传道。作为一个教育工作者，重要的是培养人，“我们不是为搞科研而搞科研，更重要的是通过科研培养一批人，使他们在科研中成长。”他说他之所以要把学生论文摆在荣誉桌前边，就是体现这个主导思想，他之所以有力量，就是因为“这批人已经是我的一千只手，一万只手了”。
“有心人天不负。”现在，他培养的博士生在美国的有16个，都是在国家一级的实验室。还有很多学生在国内教育、科研等部门以及碳素行业担任要职。眼下他还带着8名学生。
硕士研究生陈晗说：“徐仲榆导师让我受益终身，做事认真，要求严格，不能有半点马虎。有一次停电了，我却忘记关闭电源，结果烧坏了炉子，他很严厉地批评了我，话不多，却刻骨铭心。”
一影响大学生对化学课兴趣不高的原因
1意识不到化学的重要性
化学在不断地发展，物质在不断地丰富，化学对社会生活发展的作用越来越大，同时背负的偏见和误解也越来越沉重。食品中毒、环境污染等，被认为与化学紧密关联，“毒害”、“污染”就逐渐成为了化学的代名词。
同时，高校扩招和就业压力增加令当代大学生变得十分“功利”。英语等级证、计算机证、各种专业资格证，学生会和社团的经历，才是求职、考研或出国的“敲门砖”。他们关心的不再是科学素养，而是这门课程对找工作有无用处。错不在学生，责任在社会，经济腾飞了，物质丰富了，精神素养跟不上，某些人社会价值观发生扭曲和变形，金钱成为衡量一切的标准。
2专业针对性不够，教学与生产实践脱钩
大化教材包括三大结构（原子、分子、晶体），四大平衡（酸碱、沉淀、氧-还和配位）、和化学与环境等篇章。在30-40学时要讲清楚这些内容绝非易事。对于材料、化工、采矿、地质、生物、环境、机械等非化类工科专业，不同专业都有其特点。因此针对不同专业，教学内容的设置也应有所侧重和取舍。教师应充分了解学生的专业课设置以及化学知识在他们未来工作中的应用情况。
与高中相比，大学化学难度增加，论述更深入，理论性更强，如不与生产实际挂钩，一味照本宣科会显得枯燥死板。譬如，原子结构中薛定谔方程对电子运动状态的描述，运用高等数学、物理学和量子化学的知识，学生感觉很抽象。如应用多媒体Flash能增强学生对微观领域的理解能力。学时数的大幅削减也限制了课堂的延伸和拓展。如能结合化学相关领域最新进展、生活化学、生命现象或学生所学专业与化学结合的实例，能让课堂鲜活有趣。
3授课形式单一，教学方法有待改进
高校扩招至今,大化课堂采用大班教学，人数150到200不等，课堂通常以教师讲授为主，多媒体课件虽红红绿绿，热热闹闹，但若教师一贯“单口相声”，课件一翻到底，课堂就会疲劳，出现学生瞌睡和玩手机现象，效率低，何谈兴趣。教师应尽量采取多元化的授课方式，激发学生的学习兴趣，有效调动积极性；要求学生预习，适应信息大容量、快节奏课堂；创设情境和提示新旧知识之间联系，帮助学生建构当前所学知识的意义；利用教学相长原则，加强学习效果反馈；充分挖掘课堂互动元素，创造“满堂生辉”的效果。
二培养大学生对化学课程的兴趣
1教师一定要有奉献精神，热爱教学
身为教师，先拷问自己，在教学上究竟付出了多少精力和心血？这是一个令人深思的问题。当大多数人都为科研项目和论文拼搏，还有谁愿意默默无闻的、不求名利钻研教学方法，提高教学质量。当今职称评审制度都与项目和论文挂钩。试问，连教师都心不在焉，学生怎么会有学习兴趣呢。
真正优秀的教师拒绝名缰利锁的诱惑，渴望真诚的奉献，以文化品味、智慧高度和人格深度来点燃学生们的热情。真正优秀的教师必定具有广阔眼界和卓越的学识。讲起课来纵横捭阖，左右逢源，旁征博引，妙趣横生，使学生如同进入一个辽阔、纯净甚至可以嗅到芬芳的知识王国，令学生流连忘返[3]。教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞，教师要努力调动一切积极因素使教学兴趣盎然。
2积极宣传化学的正面作用
为什么人们看到苏丹红、三聚氰胺、温室效应、臭氧空洞等事件或现象的时候，都会认为是化学出了问题呢？那是因为人在认识上出现了短视现象，由于目光只盯在事情的表面上，从而犯了以偏概全的错误。事实上，破坏自然、污染环境不是科技本身的错。其实，所有这些事件或现象的发生，确实与化学有着紧密地联系，运用化学知识能帮助我们分析和解决其中的问题。这正说明了化学与社会生活有着紧密的联系。环境遭污染、人类健康受损，正是由于欠缺化学知识和其他知识而引起的。
围绕化学与社会、生活、环境等方面挖掘人文素材，开展化学人文教育，希望能扭转当下人们对化学认识和理解，激发人们对化学的热情，提升全社会的化学科学素养。让学生通过接受历史上优秀化学家故事的熏陶，激励和启发学生按照客观事物的规律做事，尊重客观事实，脚踏实地，坚持真理，坚持原则，处处都追求表现自然的本质和本性。
3改进教学方法,增强课堂趣味性
一是重视每一节课的导入。教育家于漪说:“要培养激发学生的学习兴趣，首先应抓住导入课堂环节。一开课就把学生牢牢地吸引住，课的开始好比提琴家上弦，歌唱家定调，第一音定准了，就为演奏和歌唱奠定了基础，上课也如此，第一锤就应敲在学生的心灵上，象磁铁一样把学生牢牢地吸引住”。恰如其分的导入，仿佛给学生架起一座通往新知识的桥梁，把学生分散的注意力一下子集中起来，引起学生的好奇心，激发学生的学习欲望和学习兴趣，使之处于积极的学习状态。要设计好一节课的导入，教师就必须深入理解和发掘教材，并从学生的实际出发，灵活多样地设计导入。导入方法很多，需要在实践中不断学习和总结，譬如，以旧引新导入法、创设情境导入法、悬念设疑导入法和对比效果导入法[4]等。
二是精心设计课堂，让其妙趣横生。斯宾塞提出“快乐教育”的思想，认为学习如果能给学生带来精神上的满足和快乐，即使无人督促，也能自学不辍。卢梭说:“无论做任何游戏，只要我们能够使他们相信那不过是一场游戏，他们就会毫无怨言，甚至还会笑嘻嘻地忍受其中的痛苦，然而不这样做，他们也许就会痛得泪流满面的[4]。
在教学过程中，应引“游戏”入课堂，设立“问题化学”、“化学探究”、“师生共同讨论”、等活动，为学生形成积极主动的、多样的学习方式进一步创造有利的条件。鼓励学生在学习过程中，养成独立思考、积极探索的习惯，激发学生对化学的兴趣，注重启发学生的化学思维。可就“化学是否环境污染的罪魁祸首”举行一场辩论赛；魔术揭秘“为什么湖水从顶部向底部结冰”；可就“化学与太阳能”、“化妆品与化学”、“酿酒与化学”多个专题让感兴趣的学生查找资料、分组报告和撰写论文；也可借鉴“开心辞典”等的益智节目，把教学内容编成竞赛题，学生抢答记分或当场评论表扬。通过竞赛，使学生克服困难、取得成绩，并给予奖励，从而激起浓厚兴趣。
三是加强教学与实践的联系。由毒奶粉事件提出“如何鉴定牛奶是否含有三聚氰胺”？由温室气体威胁北极熊的生存联想“二氧化碳为什么会越来越多？它有什么用？怎么消除多余的二氧化碳”？由pH平衡联系“胃中的抗酸剂”。与生活相关的化学令人兴趣盎然：我们呼吸的空气、保护臭氧层、未来的燃料：太阳能、食品的营养、妇女起居室中化学（化妆品、染发剂）等。
另外，区别对待不同的专业学生。针对化工和材料专业，可重点讲解陶瓷、光电、纳米材料、低温、高温超导体等；而针对生物专业，可着重阐述核磁共振成像、生命化学和基因工程，从蛀牙产生的原因、含氟牙膏的作用等。
总之，激发学习兴趣的方法很多，需要整个社会大环境尊师重教，崇尚知识；需要广大教师投入感情和精力，加强自身专业和人文素养，致力于教学改革和研究，精心设计课堂，使学生在游戏中增长知识；也需要同学们志存高远，重视基础，注重科学素养的提高。
参考文献
[1]马晓明,瞿洪明,杨林.国内外大学化学课程设置分析与比较———兼谈高校化学教学改革与创新[J].河南科技学院学报,2011,8:56-59.
吴文璧：本科研究助她走进MIT
吴文璧同学是华盛顿大学的本科生，毕业后赴麻省理工学院攻读化学博士并获得全额奖学金。从大一起，她就在华盛顿大学化学系做研究。她热爱研究，也从中获益匪浅，因此希望更多的国际学生能够了解这样的机会并参与其中。
其实，在来美国之前，文璧对于本科生做研究这件事一无所知，也从来没想过要做科学家。大一刚到美国时，她了解到本科生可以进入教授的实验室做研究，于是抱着试一试的想法去沟通。谈到一开始时遇到的困难，她说：
“（本科生做研究）这件事听起来很酷，但我却不知道如何下手，首先是不知道自己喜欢做怎样的研究。从小到大我都是偏理科，所以至少文科的研究就排除在外了，可是理科的研究范围太广了，再加上华盛顿大学研究方面的资源丰富，几乎每个教授都有自己的独立实验室，所以我挑花了眼。这也算是我做研究遇到的第一个难题――做什么。
于是我去见了学校里这方面的专家――Undergraduate Research Program adviser （本科生研究项目顾问）。他们给我展示了专门的数据库，也告诉我可以直接找上课的教授。当时我正在上General Chemistry （通识化学）的honor series （荣誉课程），与一般的General Chemistry不同，这种课堂要小很多，当时课堂上只有四五十个人（一般课上有四五百人），这大大增加了教授可以认识我的机会。那个时候我们接触到quantum chemistry （量子化学），提到了一种叫作quantum dot （量子点）的东西。教授展示给我们看如何靠改变粒子的大小来改变它的颜色。因为很喜欢这个教授的教学风格，我登录了他实验室的网站， 发现他有一部分研究就是关于这个quantum dot的。抱着好玩儿想试一试的想法，我决定试着进入这个教授的实验室。首先，我要努力把这门课学好;其次，根据顾问给我的建议，要‘刷存在感’，要让教授认识我，于是每个星期教授的office hour我一定会去跟他交流，没问题也得想出问题来，问的问题还不能特别简单，要让教授觉得这是个值得思考的问题。”
后来，文璧给教授发邮件表示对实验很感兴趣，教授在回复邮件中要了她的简历和个人陈述，又邀请她面谈，面谈时问的第一个问题就是有没有读过他的论文。得到肯定的答复后，教授很开心，因为努力读他的论文就说明这个学生是真的对他的研究感兴趣。教授带文璧参观了实验室，把她交给了一个研究生指导。于是在大一的春季学期，文璧就正式开始了以本科生身份做研究的日子。而进入实验室之后，她很快发现有新的困难需要克服：
“我遇到的一个困难是如何fit in your lab （融入你所在的实验室中）。身边的人都是你的同事，而且基本都是PhD students （博士生）和Post-docs （博士后），如何和他们相处其实也算是一门学问。作为国际学生，文化差异本身就已是一个困难，而要和不同年龄层的人相处又是另外一个难点。我从中学到的是，不懂一定要问，问得越多说明你想学得越多，没有人指望你可以自学所有的东西。另外就是要有最起码的尊重。这一点看上去很简单，做到真的很难。其实就是，答应别人的事情就要做到，说好的见面时间你要准时。验室里人人都很忙，人家愿意教你，你应存有感恩之心。当然，这一点其实适用于所有人。”
在做研究的过程中，文璧发现做实验和自己原来想的很不一样――采集数据的时间大概只占不到20%，剩下的时间要么是在读文献，要么就是实验失败。实验失败是一个需要面对的大问题，而在实验室待的时间越长，便越能体会到实验失败是一件最平常不过的事情。她常常一边上课一边做实验，经常做到晚上十一二点，有时花了两个星期做出来的东西，测试后发现根本不可行，就只能从头再来。在这样的情况下，她努力调整心态，告诉自己实验失败很平常，要冷静下来分析哪里可能出了问题，从失败的实验中学习。
说到本科生做研究的好处，文璧认为实在太多。首先，这帮助她确定了以后的发展方向――申请攻读化学博士。此外，她在实验室找到了家一般的感觉，在一个关系很融洽的课题组里，大家互相关心、互相帮助，一起参加团队活动，有时还一起出去玩。另外，做研究还给她带来很多参加学术会议、做学术报告的机会，在学校、区域还有全国的会议上，她可以接触到很多做类似研究的人，大家一起讨论交流，这样对自己的实验也很有帮助。最后，做研究还帮她拿到了很多奖学金，减轻了学费的负担……真的是好处多多。
Tina：独立研究让她学得更好、更快乐
Tina是我博士论文的研究对象之一，在我做论文课题的那个学期，她正在一位人类学教授的指导下做independent study （独立研究）。独立研究是由学生选择自己感兴趣的研究主题及指导老师，在得到老师的认可之后选修一定学分，制订目标计划，开展自己的课题研究。在这个过程中，学生要定期向指导老师汇报研究进展，接受老师的个性化指导，最后在期末交一份总报告并由指导老师给出最终成绩。这是一种根据学生个人的兴趣和目标有计划、有指导地开展的个性化学习，需要学生有较强的主动性和探索精神。
Tina的独立研究课题是有关环境治理的，这个课题结合了她的经济学背景以及人类学课上的训练。她的指导教授曾经给她上过人类学课程，Tina很佩服这位教授的博学和严谨的治学精神，想从他那里学到更多，于是在课后主动找教授说出了想要独立做课题的想法。经过细致的沟通，教授在思考权衡之后同意Tina在他的指导下做这个与环境、经济和人文相关的独立研究，历时一个学期，完成之后可获得五个学分。
在那个学期里，Tina与教授每两周见一次面讨论她的课题。见面前几天，Tina会把最近新写好的文章内容发给教授，教授看完后通过邮件回复，提出建议或意见;见面时，他们会对那些需要修改、调整的地方进行讨论，并讨论文章下一步的进展;见面之后，Tina会把两人取得共识的地方进行修改，并把修改版本发给教授，然后继续写新的部分。在这样的模式下，他们两人都很有效率，课题进行得也十分顺利。
采访时，Tina回顾说自己的文章修改过三次，从原来设想的20页写到了41页。研究初期，她想写空气净化口罩的制造，比较偏环境工程方面，但是在研究过程中她对人类学和经济学方面的内容有了更多兴趣，比如人口、死亡率、中国环境发展史、美国和英国环境发展史等。在和教授协商之后，她对研究内容做了一些调整。在最后的报告中，她引用了30多篇文献，圆满完成了这次独立研究任务。其指导教授最后给出了满分4.0的成绩和很高的评价。
谈到做独立研究的收获时，Tina说：
“首先是明白了真正的‘做学问’可以把自己喜欢的东西研究得很深、很透。本科的教学比较广，但是这种independent study就像是研究生在选一个自己喜欢的领域，由面及点。我现在就比较着重于这个‘点’――经济和环境的联系，而且觉得我以后也会做这方面的工作，所以我觉得这个研究对我以后的工作有帮助。
第二个收获是和教授的交流。我之前]有和一位美国教授进行过这样深入的交流，但是（现在）觉得他特别关心我，生活、学习各个方面都为我出谋划策。我觉得留学生在异国他乡，交朋友是一方面，但还是应该有一个人生导师给出很深刻的意见。我的指导教授为我以后的发展方向提供建议，给予我跟他一起做研究的机会，还向他的朋友――比如西雅图一位著名的翻译家――引荐了我。
第三个方面的收获是自信。最开始我觉得做独立研究这个想法很不靠谱，我英语不太好，对相关的知识也不那么了解。虽然我有兴趣，但是我能做好这个课题吗？后来经过这一个学期的磨合、历练，我把自己推到了一个没有想到的高度……我对于最后交出的研究报告还是很满意的。”
Jennifer：本科生做研究应知道的事
针对本科生做研究的话题，我采访了华盛顿大学本科生研究项目中心的主任Jennifer Harris，请她介绍本科生做研究的好处、可能存在的误区以及具体的实践方法。
Jennifer说，在普通的课堂里，学生一般是知识的接受者，但是通过做研究，学生可以成为知识的共同创造者，这是更为高级的学习阶段。在这个过程中，学生把课堂里学到的东西运用到真实的生活中，从而更加清楚他们想做什么、想就读什么专业。同时，做研究也有助于他们增强解决问题的能力，训练批判性思维，收获个人的成长。对本科生来说，很多课都是大课，教授分给每个学生的精力有限，而通过做研究，比如在实验室和教授、博士后、研究生、职工等一起工作，学生会更加有归属感和集体意识。这样，偌大的校园便变小了，他们会得到关注他们成长的老师们的指导，在以后申请研究生或者找工作时更容易获得好的推荐信和意见参考。
此外，Jennifer提到了本科生对于做研究存在认识误区。一个误区是认为只有理工科才有实验。其实很多专业都有实验项目，而且表现形式非常不一样：也许是在医院里观察有自闭症的孩子，也许是去小学统计学生的举手发言情况，也许是评析艺术项目……不光是发生在实验室里的才是实验，各个学科、各个专业都可以有实验，形式五花八门。第二个误区是认为要掌握很多知识才能申请做研究。虽然有些实验室的职位需要学生有一定的基础知识，但更多的时候，学生的热情和兴趣才是最被看重的品质。如果你对某个实验方向很感兴趣，并且勤学好问、愿意动手、为人可靠，哪怕专业知识上稍有欠缺也是有可能被选中的。
那么，本科生如果有兴趣做研究，应该怎样行动呢？
Jennifer首先推荐大家到学校的本科生研究项目中心去拜访询问。那里有专门的、经过专业培训的工作人员提供一对一的咨询辅导，服务内容广泛，包括怎样搜索机会、撰写联系邮件、修改简历、准备面试等，他们能够带着学生一步一步通过申请流程，引荐学生获取正确的资源。
