“翻轉(zhuǎn)課堂”背景下木材加工化學(xué)課堂教學(xué)方法探討

陳玉竹 肖輝

【摘要】傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)課教學(xué)過(guò)程中教師向?qū)W生單向“知識(shí)輸入”容易直接造成學(xué)生視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)疲勞，學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下。而以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體、以課程知識(shí)為主線的“翻轉(zhuǎn)課堂”形式更有利于實(shí)現(xiàn)前置課程知識(shí)點(diǎn)遷移、課程新知識(shí)的融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，構(gòu)建專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系。

【關(guān)鍵詞】工科;翻轉(zhuǎn)課堂;知識(shí)遷移;知識(shí)體系構(gòu)建

木材加工化學(xué)是四川農(nóng)業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)在第六學(xué)期開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)必修課，授課對(duì)象是大三本科生，課堂授課30學(xué)時(shí)，重點(diǎn)講授木、竹等木質(zhì)材料的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大素（簡(jiǎn)稱三大素），抽提物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)分離方法、化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)機(jī)理，改性處理方法及表征，現(xiàn)代木質(zhì)材料物理化學(xué)利用的發(fā)展趨勢(shì)等。

前期已完成有機(jī)化學(xué)、木材學(xué)等基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，要求在基本掌握有機(jī)化學(xué)的反應(yīng)原理和木竹材基本組成及物理化學(xué)特性的基礎(chǔ)上開(kāi)展本門(mén)課程的學(xué)習(xí)。

一、課程分析

該課程的前置課程有有機(jī)化學(xué)、木材學(xué)等基礎(chǔ)課，同時(shí)本門(mén)課程是后期人造板工藝學(xué)、木質(zhì)復(fù)合材料的基礎(chǔ)，它以有機(jī)化學(xué)為基礎(chǔ)，同時(shí)也是基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的深化和提高，并且要求學(xué)生具有較扎實(shí)的基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的知識(shí)功底。該課程在課程內(nèi)容上具有學(xué)科交叉滲透多、信息量大、理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，因?yàn)樯婕澳静幕瘜W(xué)加工領(lǐng)域，同時(shí)具有內(nèi)容抽象、緊跟前沿、創(chuàng)新性強(qiáng)等特點(diǎn)。

二、課堂教學(xué)現(xiàn)狀分析

在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，教師采用講授法，在教學(xué)過(guò)程中比較注重教學(xué)形式、知識(shí)傳授、重點(diǎn)深入、被動(dòng)接受和孤立運(yùn)用等;學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程注重輕思維啟示、輕思想內(nèi)涵、輕縱橫聯(lián)系、輕主動(dòng)思考、輕實(shí)踐操作、輕靈活遷移等[1]。在實(shí)際的課堂教學(xué)中，學(xué)生習(xí)慣傳統(tǒng)的教師講授知識(shí)點(diǎn)的被動(dòng)式學(xué)習(xí)方法，但本門(mén)課程涉及很多化學(xué)官能團(tuán)及反應(yīng)特性，在課程開(kāi)設(shè)之初學(xué)生剛開(kāi)始較有新鮮感，但新鮮感一過(guò)普遍感到該課程知識(shí)點(diǎn)多，化學(xué)反應(yīng)枯燥難學(xué);盡管已完成前置課程的學(xué)習(xí)，但不能很好地完成知識(shí)遷移，從而出現(xiàn)較多被動(dòng)式、應(yīng)付式、敷衍式學(xué)習(xí)方式，使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，影響學(xué)習(xí)積極性。尤其是個(gè)別文科生，理科知識(shí)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)更為吃力。

三、課程教學(xué)探索

通過(guò)對(duì)課程特點(diǎn)的思考，筆者從教學(xué)內(nèi)容、授課方式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式、創(chuàng)新能力等方面進(jìn)行了改進(jìn)，最終形成教師架構(gòu)主線、學(xué)生充實(shí)內(nèi)容、同步理論知識(shí)與前沿科技的教學(xué)方法。

（一）教師搭建知識(shí)框架，引導(dǎo)學(xué)生完成課程內(nèi)知識(shí)點(diǎn)遷移

由于本門(mén)課程基本內(nèi)容為木質(zhì)材料的化學(xué)特性，但涉及木材加工、化學(xué)利用、新型木質(zhì)材料制備及性能評(píng)價(jià)的方方面面，內(nèi)容繁雜，因此在課程內(nèi)容設(shè)置時(shí)會(huì)將高分子基本特性、三大素、抽提物的化學(xué)組成和化學(xué)特性作為主線，貫穿在木材化學(xué)利用、人造板生產(chǎn)工藝、制漿造紙、木質(zhì)材料改性利用、尺寸穩(wěn)定性處理、生物質(zhì)能源利用六大板塊中。

在授課過(guò)程中，對(duì)于重要知識(shí)點(diǎn)教師需要采用反復(fù)提問(wèn)和課堂討論形式加強(qiáng)學(xué)生的理解和識(shí)記。例如前期理論教學(xué)完成“纖維素的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的兩相結(jié)構(gòu)”特征的學(xué)習(xí)后，在后期講授“木材防腐、阻燃”化學(xué)改性機(jī)理內(nèi)容時(shí)就可進(jìn)行“木材材質(zhì)、改性處理?xiàng)l件、改性效果評(píng)價(jià)的相關(guān)關(guān)系”的課堂討論。教師通過(guò)對(duì)課堂討論進(jìn)行引導(dǎo)、點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，可有效幫助學(xué)生進(jìn)一步理解纖維素兩相結(jié)構(gòu)，從而完成課程內(nèi)知識(shí)遷移。

因此，在教師搭建知識(shí)框架、架構(gòu)主線的基礎(chǔ)上，學(xué)生“被引導(dǎo)”完成課程內(nèi)知識(shí)點(diǎn)遷移，更有利于學(xué)習(xí)和掌握自主構(gòu)建課程內(nèi)容的相同要素，以及從零碎知識(shí)點(diǎn)到運(yùn)用能力轉(zhuǎn)化的方法，最終優(yōu)化學(xué)習(xí)效果[2]。

（二）學(xué)生主動(dòng)承擔(dān)，積極完成不同間課程知識(shí)點(diǎn)遷移

工科課程的學(xué)習(xí)不同于純理科課程的知識(shí)推導(dǎo)，也不同于文科課程的知識(shí)點(diǎn)識(shí)記，工科課程的有趣之處在于工科課程有明確的知識(shí)指向性，能有效實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用的相統(tǒng)一，因此重視實(shí)踐能力、強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用是工科教育的重中之重[3-4]。

本門(mén)課程中大量存在化學(xué)反應(yīng)概念，這些概念和涉及的知識(shí)點(diǎn)存在顯著相關(guān)性。這些概念和知識(shí)點(diǎn)在教師備課時(shí)被單獨(dú)羅列出來(lái)，會(huì)在課程第一次課以“隨堂知識(shí)點(diǎn)”的形式進(jìn)行公布，要求學(xué)生自行選擇并制作5-10分鐘的PPT上臺(tái)進(jìn)行講授，最終納入學(xué)生平時(shí)成績(jī)。

從課程內(nèi)容安排來(lái)看，不能刻意回避單一知識(shí)點(diǎn)和新內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，但又不能占用課堂大量時(shí)間來(lái)拓展和講解，“點(diǎn)到為止”就是一個(gè)不錯(cuò)的方法。從課堂效果來(lái)看，同學(xué)們根據(jù)自己的基礎(chǔ)和興趣進(jìn)行選題大大緩解了對(duì)單純知識(shí)點(diǎn)的排斥反應(yīng)。一方面，學(xué)生經(jīng)過(guò)查閱資料、制作PPT、試講（正式上臺(tái)講課前先給老師試講并進(jìn)行修改）、正式上臺(tái)講授，更能深刻地理解和掌握該知識(shí)點(diǎn);另一方面，學(xué)生用同齡人活潑的語(yǔ)言方式對(duì)同學(xué)們講授知識(shí)點(diǎn)，能夠使同學(xué)們的接受程度更高，注意力更集中，積極性提高。例如在講解什么是“共軛效應(yīng)”時(shí)，有學(xué)生利用戀愛(ài)時(shí)兩個(gè)人相互牽制、相互影響的原理來(lái)解釋共軛體系鍵長(zhǎng)平均化趨勢(shì)的道理，輕松的氛圍更容易讓大家記住枯燥的知識(shí)點(diǎn)，彌補(bǔ)了課堂上教師單一語(yǔ)言的不足。

（三）學(xué)生自行組隊(duì)，積極完成前沿知識(shí)和實(shí)用技能拓展

工科專(zhuān)業(yè)教育重視實(shí)踐能力，強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。因此，教師準(zhǔn)確把握本學(xué)科的基本理論問(wèn)題和專(zhuān)業(yè)的最新前沿動(dòng)態(tài)是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重中之重。

木材加工化學(xué)開(kāi)課之初，教師以“自主選題”的方式公布題目，這些題目以木質(zhì)材料三大素的化學(xué)特性為基礎(chǔ)，結(jié)合木質(zhì)材料改性方法、功能化處理和前沿科研成果，內(nèi)容涉及面較廣，如“我們身邊的納米纖維素”“木材超疏水”“金屬木”“透明木頭”“竹材保青”等，這些題目里不乏專(zhuān)業(yè)老師的科研項(xiàng)目。同學(xué)們根據(jù)自己的興趣、結(jié)合導(dǎo)師的科研項(xiàng)目進(jìn)行了選擇。

實(shí)例：2016年5月4日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)的華人科學(xué)家胡良兵團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials期刊上發(fā)表了一篇題為Highly Anisotropic， Highly Transparent Wood Composites（高各向異性、高透明度的木質(zhì)復(fù)合材料）的論文，論文中以化學(xué)方式處理掉木質(zhì)素，保留纖維素和半纖維素，并用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行浸漬處理，得到了高透明度的木材，簡(jiǎn)稱為“透明木頭”。有三位女生自行組合選擇了這個(gè)題目，其中一個(gè)女生的本科導(dǎo)師也在從事透明木頭的研究。該小組從分析現(xiàn)實(shí)生活中物體透明的現(xiàn)象和原理入手，引出胡良兵團(tuán)隊(duì)制備“透明木頭”的實(shí)例，并在閱讀英文文獻(xiàn)后向同學(xué)們展示了該團(tuán)隊(duì)的制備工藝，同時(shí)結(jié)合前期課程中關(guān)于去木質(zhì)素的化學(xué)處理方法介紹了“透明木頭”的制備原理，最后結(jié)合自己所在導(dǎo)師組對(duì)“透明木頭”工藝的改進(jìn)，圓滿地結(jié)束了本次的自主選題內(nèi)容講解。

本次自主選題既有同學(xué)們對(duì)生活中常見(jiàn)現(xiàn)象的思考，也結(jié)合了課堂所學(xué)對(duì)木材科學(xué)研究領(lǐng)域前沿科研成果的剖析，更有結(jié)合自己的親身科研體驗(yàn)進(jìn)行的講解，經(jīng)過(guò)幾次的試講和反復(fù)修改，最終課堂效果相當(dāng)好，同學(xué)們反響也非常好，對(duì)正準(zhǔn)備考本專(zhuān)業(yè)研究生的學(xué)生產(chǎn)生了非常積極的影響。通過(guò)這次講課，主講的學(xué)生進(jìn)一步鍛煉了查閱和閱讀文獻(xiàn)的能力，提高了自學(xué)能力和分析文獻(xiàn)的能力;對(duì)于“聽(tīng)眾”而言，課堂內(nèi)容更豐富有趣，同時(shí)從PPT上看到的圖片更直接、更簡(jiǎn)潔地拓寬了眼界。

四、關(guān)于“翻轉(zhuǎn)課堂”更多的總結(jié)和思考

工科課堂的“翻轉(zhuǎn)課堂”應(yīng)該是研究性學(xué)習(xí)的一種積極有效的形式，使教學(xué)中心從教師向?qū)W生轉(zhuǎn)變，教師從“知識(shí)權(quán)威”轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)過(guò)程的“平等參與者”，學(xué)生從知識(shí)的“接受者”變?yōu)橹鲃?dòng)的“加工者”。而整個(gè)環(huán)節(jié)最難的在于教師如何突破傳統(tǒng)觀念的束縛，由“知識(shí)傳授者”變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的“設(shè)計(jì)者”“組織者”“引導(dǎo)者”。以本門(mén)課為例，課堂上呈現(xiàn)的歡聲笑語(yǔ)的效果背后，是教師和學(xué)生在課前對(duì)“翻轉(zhuǎn)課堂”內(nèi)容一次次地進(jìn)行篩選，對(duì)知識(shí)點(diǎn)一遍遍地進(jìn)行串聯(lián)和重組，對(duì)講授形式進(jìn)行很多次的精心設(shè)計(jì)，對(duì)PPT的版式、配色和動(dòng)畫(huà)進(jìn)行無(wú)數(shù)次的“微整容”。只有經(jīng)過(guò)這樣無(wú)數(shù)次的“彩排和演練”，“學(xué)生聽(tīng)眾”才能在“輕松、有趣”的氛圍中更快更高效地把握本學(xué)科的基本理論問(wèn)題和最新發(fā)展動(dòng)態(tài);對(duì)“學(xué)生表演者”來(lái)說(shuō)，在和教師近距離“一對(duì)一”的相互交流中，既完成了對(duì)知識(shí)的理解學(xué)習(xí)和“技藝”切磋，又能進(jìn)一步鍛煉自身的表達(dá)能力和演講能力，培養(yǎng)自信。

總的來(lái)說(shuō)，“翻轉(zhuǎn)課堂”表面上是學(xué)生上臺(tái)講內(nèi)容和PPT的呈現(xiàn)，背后卻是教師的“有所為”和“有所不為”。“有所不為”就是不讓學(xué)生簡(jiǎn)單成為教師講解課程內(nèi)容的替代者，簡(jiǎn)單重復(fù)課堂知識(shí)，而是尊重學(xué)生的思想，讓他們積極參與其中，讓他們體驗(yàn)選擇知識(shí)、組織課堂和分享自己所學(xué)的快樂(lè)。“有所為”就是教師需要站在一定高度把握知識(shí)點(diǎn)的輕重緩急和擴(kuò)展界限，以及對(duì)學(xué)生講授質(zhì)量的把控。

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