一、 引言
结构化学是在量子力学原理基础上研究电子（尤其是价电子）、核、原子和分子层次上探究电子结构和分子结构如何决定“性质”的一门交叉学科，是现代化学的重要组成部分。结构化学是“四大化学”的理论基础，诸如：无机化学中量子数和Pauli能级图决定元素周期表和周期律；有机化学中杂化轨道理论决定分子的空间构型，分子轨道决定环化反应的产物结构；物理化学中电子、振动、转动和平动态按照量子统计热力学决定宏观热力学函数及它们之间的关联；分析化学中核磁、紫外、红外所遵循的结构化学特征（量子化特征）。此外，现代化学前沿学科都是建立在结构化学和量子化学基础之上，譬如：《现代分子光化学》（吴骊珠等编译）探究光能对化合物激发，探讨能量的诸多演化路径的微观基本规律，并总结光化学反应的基本原理和发现“新应用”。“形而上学谓之道，形而下学谓之器”，“化学之器”体现在五彩斑斓、纷繁复杂且收获巨丰的现代化学众多交叉学科和领域；然“化学之道”则在于结构化学。新生代化学人应具备坚实的结构化学基础知识，并形成惯性的结构化学思维─微观结构决定宏观性质。
在经典力学/牛顿力学的深远影响下，学生初次接触量子力学建立的世界观和哲学观会形成严重的矛盾/冲突。因此，波尔曾言：Those who are not shocked when they first come across quantum theory cannot possibly have understood it。这是结构化学难学原因之一。再者，结构化学不仅有诸多数学推导、物理学模型及推论，更重要的是如何影响现代化学图像，这是结构化学难学的另一原因。此外，为了简便且形象的描述“人为”的化学概念（如化学键等），在较复杂的结构化学推演做了些“近似处理”得出的概念，因而学生熟知的“人为的”且“近似的”化学概念就存在一定的“局限性”。最后，对轨道、对称性、点群、晶格等大量看不见、摸不着的知识点高度抽象，需要开动抽象思维辅以恰当模型演示及虚拟仿真上机模拟实验。因此，上述四大特征决定了结构化学是“最难”的化学专业课之一，甚至是“最难”的专业课。
如何学好结构化学是一个系统工程，须竭力攻克上述四大难点。作为结构化学教师，同时也是结构化学的簇拥者、学习者、体验者，必然也带有一定程度的主观特征和偏好。年轻且活力四射的学生们聚结了更为广泛且活跃的思维，在教学过程中的“双向交流”和“反复学+习”促成共同的持续的学习之路。通过对第一章第一节“微观粒子的运动特征”的讲解，引发学生对“奇妙的微观世界”产生浓厚的兴趣，才能激发师生共同不断独立思考和相互探讨。这也是攻克另外三大难点的起点。
二、 教学实践─建立量子化的世界观和哲学观
倘若经典力学是完全普适的，且“大爆炸”理论是正确的（假定我们拥有无穷的计算力），从宇宙的起点开始，后续宇宙的演化必然遵循牛顿力学---任意时间下的宇宙状态都是经典力学推演的必然结果，包括地球的形成和凋亡、人类的出现和灭亡，每个人的过去现在和未来都是必然决定。以至于开尔文曾说：There is nothing new to be discovered in physics now. All that remains is more and more precise measurement。“决定论”的消极世界观和哲学观的正确性在于“若经典力学是完全普适的”，而量子力学和相对论则是破译“决定论”正确与否的关键。
二十世纪初，物理学的两朵乌云─黑体辐射和光电效应都指向至关重要一点：微观世界存在某种“类谐振子”，且能量以最小基本单元的倍数不连续存在─“能量量子化”或“量子化”。爱因斯坦提出的“光量子”统一了光的本质既是“粒子”又是“波”：
。德布罗意在此基础上提出微观粒子（电子、质子、中子、核、原子和分子）都具有“波粒二象性”。换一个角度思考，曾经认为的微观粒子（粒子属性）是不完备的，正如苏轼在《题西林壁》所言：横看成岭侧成峰，远近高低各不同，不识庐山真面目，只缘身在此山中。我们的视角有局限性，而全面的上帝视角则需要人类在认知和实践中持续更新，包括“波粒二象性”本身。例如：子弹能完全命中靶子（10-35m的波长已超越“弦理论”的极限空间尺度10-32m，当然是可以忽略不计的）；但一个所谓“电子子弹”因波动性决定不能命中相应的“靶子”（10-10m的波长在原子尺度范围内，波动性表象超越自身空间尺度而绝对不能被忽略）。详见下图左一：
如何恰当的认识“波粒二象性”？当具有“波粒二象性的”粒子在自由传播过程中表现出垂直与传播方向的平面内表现出“波动性”，即：未发生任何相互作用时，它的波动性类似与“幽灵”或“帕金森抖动综合征”类似（只是比喻，实际不能观察具体抖动轨迹）；一旦发生相互作用，即：被观察，则塌陷至粒子属性（拓展内容：量子延迟实验）。
“波粒二象性”导致微观粒子就有可量化的波长，必然结果是“测不准原理”，即：测量的位置误差
和动量误差
的积的下限是普朗克常数
（
）；类似还有
。“测不准原理”推演子弹和“电子子弹”的结论与“波粒二象性”结论一致：宏观物体的波动性可以忽略不计，但微观体系的波动性表现尤为突出（详见上图左二）。
“一念天堂，一念地狱”，当人类大脑做出一个选择时，微观角度是神经元之间的电信号和分子信号传递所决定的，而电信号本身是具有“波粒二象性”并遵循“测不准原理”。或者说：牛顿力学在描述微观粒子时行不通，“决定论”的基本出发点─经典力学，出现了坍塌。换而言之：主观意识能够改变未来命运，积极的世界观能够改变我们自己的命运，甚至能改变世界的发展轨迹（如：爱因斯坦的相对论引发“曼哈顿计划”并在一定程度上改变了二战结束时间和潜在影响的人类命运。
科学是建立在定量描述基础上的，如何定量描述“波粒二象性”？故事从德布罗意的博士论文被薛定谔评审，在奥地利雪山上一盏昏暗的油灯下，薛定谔方程横空出世。天才型选手─薛定谔，他的成就是偶然中的必然，倘若他没有波动性研究基础，倘若他不执迷科学本质规律，倘若他沉迷于“玩手机”类似的事，那么会有“赵定谔”或“钱定谔”…方程，但谁知道会迟到多久？一年、十年、还是几十年？
上述教学案例以“量子力学”发展史展开，将结构化学中教学内容切实的串联成世界观和哲学观的转变。忽略复杂推演，用简单的定量计算结果展现微观世界和宏观世界的差异，并将微观世界奇妙的波动性或波粒二象性在初学者心中埋下“创新”的种子。对大部分数理基础不是特别强的同学而言，推演公式过程的重要性要小于它们推演出的结论及其背后投射的物理图像更重要；对少数数理基础好且热爱微观世界的同学，推荐课外阅读书籍《科学之路》和《量子物理史话》。
