非化學(xué)專業(yè)大學(xué)化學(xué)課程體系化教學(xué)改革探索

王大偉，包河彬，肖 楚，廖梓珺，劉妹靜

（中國(guó)人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院基礎(chǔ)部，重慶 401331）

化學(xué)與能源、環(huán)境、材料、信息技術(shù)、生命科學(xué)等關(guān)鍵科學(xué)均密切相關(guān)，近年一直肆虐不休的新冠疫情更讓大眾認(rèn)識(shí)到化學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科的重要性。因而，在大學(xué)生中開展化學(xué)素質(zhì)教育成為培養(yǎng)新世紀(jì)綜合型人才的必然要求，在高校中對(duì)非化學(xué)專業(yè)開設(shè)“大學(xué)化學(xué)”公共基礎(chǔ)課也已成為普遍共識(shí)[1]。

我院“大學(xué)化學(xué)”課程是面向全體本科二年級(jí)學(xué)生的公共必修課程。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，一方面由于“大學(xué)化學(xué)”課程課時(shí)較少，但教學(xué)大綱要求的課程覆蓋內(nèi)容較多，造成老師在傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中被迫加快進(jìn)度，既嚴(yán)重影響教學(xué)效果，又容易使基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，挫傷學(xué)習(xí)積極性；另一方面，由于不同專業(yè)生源彼此差異較大，化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備水平參差不齊，學(xué)生在傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中難以找到學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)，使得學(xué)習(xí)目的不清，主動(dòng)學(xué)習(xí)意愿不強(qiáng)，課程學(xué)習(xí)對(duì)核心素養(yǎng)的提升作用不明顯。為此，采取貼近專業(yè)背景需求、線下教學(xué)與線上自學(xué)互補(bǔ)、講授與研討融合等方式，進(jìn)一步提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與度，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法等方面對(duì)“大學(xué)化學(xué)”課程教學(xué)進(jìn)行了體系化改革探索。

1 貼近專業(yè)需求設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

對(duì)于非化學(xué)專業(yè)的本科生來說，“大學(xué)化學(xué)”課程的教學(xué)目標(biāo)主要是培養(yǎng)其正確的科學(xué)觀、社會(huì)觀、價(jià)值觀，使學(xué)生在接受“大學(xué)化學(xué)”課程教育后從中學(xué)化學(xué)水平提高到大學(xué)化學(xué)水平，并成為基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、具有開拓創(chuàng)新能力的人才[2]。

現(xiàn)行“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)內(nèi)容通常包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)平衡、電化學(xué)基礎(chǔ)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等理論內(nèi)容，同時(shí)還會(huì)介紹化學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系，如化學(xué)與環(huán)境、化學(xué)與材料、化學(xué)與生活等，所含知識(shí)面較廣。由于各個(gè)專業(yè)學(xué)生的背景需求各不相同，不能要求他們像化學(xué)系學(xué)生那樣面面俱到，學(xué)習(xí)較深的化學(xué)理論知識(shí)。否則一方面學(xué)生會(huì)因缺乏自主學(xué)習(xí)動(dòng)力而挫傷學(xué)習(xí)的積極性，另一方面教師也會(huì)深陷“內(nèi)容多、課時(shí)少”的矛盾中無法自拔。以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生為例，相當(dāng)部分學(xué)生直覺上會(huì)認(rèn)為自己的專業(yè)更多應(yīng)該只與計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)處理等方面內(nèi)容關(guān)系密切，而與化學(xué)毫不相干，會(huì)不同程度出現(xiàn)學(xué)習(xí)目的不清、主動(dòng)性不強(qiáng)的情況。針對(duì)這種情況，最重要的是幫助學(xué)生激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，明確學(xué)習(xí)化學(xué)的意義。這就要求教師在教學(xué)過程中需要針對(duì)不同專業(yè)的授課對(duì)象對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)，同時(shí)主動(dòng)控制理論深度，側(cè)重引入與學(xué)生專業(yè)背景相關(guān)的應(yīng)用。

1.1 充分發(fā)揮緒論的重要作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

緒論課是大學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)的第一課，通過緒論課，學(xué)生應(yīng)該明確本課程的學(xué)習(xí)目的、任務(wù)和主要內(nèi)容。同時(shí)，一堂生動(dòng)有趣、貼近生活的緒論課能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個(gè)良好的開端[3]。因此，在緒論課教學(xué)過程中引入與專業(yè)背景相關(guān)的案例就顯得尤為重要，在拓寬學(xué)生視野的同時(shí)，也能起到關(guān)聯(lián)專業(yè)需求的作用。如，對(duì)環(huán)境專業(yè)的學(xué)生，選擇重點(diǎn)地介紹化學(xué)在監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量、治理環(huán)境、保護(hù)環(huán)境中的應(yīng)用，還可以引入綠色化學(xué)教育，向?qū)W生介紹綠色工藝、清潔生產(chǎn)、能源利用等的積極意義；對(duì)材料專業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)闡述智能材料、納米材料、液晶材料、新型陶瓷材料、光電轉(zhuǎn)換材料等新材料的結(jié)構(gòu)性能及應(yīng)用；對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生，則重點(diǎn)聯(lián)系我國(guó)在信息化時(shí)代下高速發(fā)展的成績(jī)及困境，透過“芯片制造”等一系列“卡脖子”的技術(shù)難題凸顯出化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的重要性。

1.2 強(qiáng)化對(duì)專業(yè)課程支撐，吸引學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

通過明確教學(xué)對(duì)象專業(yè)課程需求，關(guān)聯(lián)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的支撐，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，物聯(lián)網(wǎng)的定義和覆蓋范圍已不再單純指基于RFID 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，因此該專業(yè)學(xué)生后續(xù)課程中除了類似“傳感器原理及應(yīng)用”的主干課程，同時(shí)也包含了倉(cāng)儲(chǔ)和物流等方面相關(guān)的課程。在大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)過程中，可以分別從化學(xué)對(duì)該專業(yè)主干課程及拓展課程兩方面的關(guān)聯(lián)或支撐作用進(jìn)一步強(qiáng)化聯(lián)系，從而在提高教學(xué)針對(duì)性的同時(shí)，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的好奇心，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，以提升教學(xué)的有效性。一方面，在介紹物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分內(nèi)容時(shí)，可適時(shí)穿插部分傳感器的基本原理。闡明傳感器是可以實(shí)現(xiàn)將非電物理量轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量的器件，這種轉(zhuǎn)換技術(shù)很大程度上依賴于半導(dǎo)體、功能金屬等新功能材料技術(shù)，而且傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一就是新材料的開發(fā)和應(yīng)用[4]。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到理解掌握傳感器的基本原理及發(fā)展趨勢(shì)，都要求有一定的化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)。另一方面，由于現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)、物流都涉及物資的物理、化學(xué)特性，以及物資的包裝、防護(hù)等方面的內(nèi)容，均需要具備一定的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。可以在介紹化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、氧化還原與電化學(xué)等部分內(nèi)容時(shí)，給學(xué)生布置開放性的作業(yè)，如結(jié)合化學(xué)變化與倉(cāng)儲(chǔ)條件、物資變質(zhì)與防護(hù)包裝、金屬腐蝕與防護(hù)等方面搜集資料形成小論文，在鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的同時(shí)，開闊學(xué)生視野，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2 合理利用優(yōu)質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)資源，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式

“大學(xué)化學(xué)”課程內(nèi)容涵蓋了物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)三大部分，可劃分為50個(gè)左右相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)單元，但包含實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的總學(xué)時(shí)僅有32學(xué)時(shí)，因此內(nèi)容多與課時(shí)少的矛盾比較突出。對(duì)于傳統(tǒng)課堂，老師為了完成教學(xué)進(jìn)度，需要被迫加快教學(xué)進(jìn)度，難免會(huì)給基礎(chǔ)較薄弱的同學(xué)帶來更大的學(xué)習(xí)障礙，進(jìn)而磨滅他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。隨著互聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的新型教學(xué)模式對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大的沖擊，也為教師解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中的矛盾問題提供了新的解決思路[5]。

為了解決內(nèi)容多與課時(shí)少的尖銳矛盾，同時(shí)考慮到學(xué)生基礎(chǔ)差異較大，基于網(wǎng)絡(luò)教育資源，綜合線上自學(xué)和線下講授，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一定程度的混合式學(xué)習(xí)，對(duì)“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)進(jìn)行了教學(xué)改革。混合式學(xué)習(xí)（Blended Learning）主要指學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)混合了線上學(xué)習(xí)行為和線下學(xué)習(xí)行為，是指將傳統(tǒng)的面對(duì)面課堂教學(xué)與現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)最優(yōu)化的教學(xué)模式[6-7]。混合式學(xué)習(xí)不是線上學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)單疊加，而是學(xué)生在教師的引導(dǎo)啟發(fā)、監(jiān)督服務(wù)下自由自主地開展學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造的融合，體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念[8]。

2.1 結(jié)合教學(xué)模式調(diào)整，梳理教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合我院學(xué)生相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)情況及實(shí)際學(xué)習(xí)需求情況，首先對(duì)“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了篩分，將主要知識(shí)點(diǎn)分為三大類別，讓學(xué)生明確不同部分知識(shí)點(diǎn)的不同學(xué)習(xí)方式。一是“線上學(xué)習(xí)”類，主要包括相對(duì)較簡(jiǎn)單、與中學(xué)知識(shí)聯(lián)系緊密的部分，由老師課前布置任務(wù)，學(xué)生主要通過利用相關(guān)平臺(tái)資源進(jìn)行線上學(xué)習(xí)。如原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展、元素周期律與元素周期表、元素性質(zhì)的周期性、氫鍵與分子間力、熱力學(xué)第一定律、蓋斯定律、勒夏特列原理、氧化還原反應(yīng)方程式的配平等。第二是“線上學(xué)習(xí)+線下串講”類，主要包括相對(duì)較復(fù)雜或抽象、中學(xué)期間接觸較少的知識(shí)，先由學(xué)生課前利用線上資源進(jìn)行自學(xué)，并將學(xué)習(xí)過程中的疑問匯總給老師，然后老師在課堂上針對(duì)重難點(diǎn)及匯總的問題進(jìn)行串講。如電子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、多電子原子核外電子的排布、現(xiàn)代價(jià)鍵理論、晶體微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能間的關(guān)系、化學(xué)熱力學(xué)基本概念、反應(yīng)進(jìn)度、熱力學(xué)第二定律與熵、化學(xué)反應(yīng)速率及其表示形式、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、化學(xué)平衡的特點(diǎn)和平衡常數(shù)的表達(dá)形式、原電池的概念等。第三是“線上預(yù)習(xí)+線下精講”類，主要包括更為抽象復(fù)雜或者體系化較強(qiáng)的部分，先由學(xué)生利用線上資源預(yù)習(xí)，重點(diǎn)由老師在課上梳理講解，幫助學(xué)生建立重難點(diǎn)知識(shí)框架體系。如波函數(shù)與原子軌道、量子數(shù)的取值、雜化軌道理論、分子軌道理論與能帶理論、基本熱力學(xué)函數(shù)概念及計(jì)算方法、熵判據(jù)及吉布斯自由能判據(jù)、反應(yīng)級(jí)數(shù)與化學(xué)反應(yīng)速率方程、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能、酸堿理論及pH 的相關(guān)計(jì)算、原電池電動(dòng)勢(shì)與吉布斯自由能的關(guān)系、電極電勢(shì)及能斯特方程等。

2.2 結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，推薦適宜網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源

基于知識(shí)點(diǎn)覆蓋情況、講解深度及相關(guān)視頻長(zhǎng)度等因素，向?qū)W員推薦合適的線上優(yōu)質(zhì)資源。如網(wǎng)易公開課平臺(tái)中南大學(xué)公開課“大學(xué)化學(xué)”資源，以及清華大學(xué)的“大學(xué)化學(xué)”課程資源。這兩個(gè)公開課的課程資源均由一百余個(gè)視頻組成，各視頻時(shí)長(zhǎng)范圍由幾分鐘到十幾分鐘不等。一方面該課程資源對(duì)我院“大學(xué)化學(xué)”課程教學(xué)大綱要求均有覆蓋，且難度講解適中。另一方面該課程資源單個(gè)視頻時(shí)長(zhǎng)均較短，這種微課形式更利于學(xué)生利用碎片化的業(yè)余時(shí)間進(jìn)行自學(xué)、預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)，更貼近我院學(xué)生實(shí)際情況需求。

3 改進(jìn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性

課堂教學(xué)是大學(xué)化學(xué)教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分，在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)師與生、生與生相互交流、相互溝通、相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充，同時(shí)在這種互動(dòng)中交流分享彼此的思考、經(jīng)驗(yàn)、情感、體驗(yàn)，豐富教學(xué)內(nèi)容，才能達(dá)成共識(shí)、共享、共進(jìn)[9]。為此，在教學(xué)過程中，需要以學(xué)生為教學(xué)活動(dòng)的主體，要重視激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性；在教和學(xué)的方式上，要由單向輸導(dǎo)向多向交流轉(zhuǎn)變，在教與學(xué)的關(guān)系上要多向互動(dòng)。

3.1 要求學(xué)生每次課后利用思維導(dǎo)圖總結(jié)梳理知識(shí)體系

思維導(dǎo)圖是基于人類大腦的自然思考方式將思維形象化的方法，作為一種圖像式思考輔助工具，應(yīng)用在學(xué)習(xí)上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。一方面，思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整理、鞏固。在梳理知識(shí)脈絡(luò)的過程中，學(xué)生能夠逐步建立起結(jié)構(gòu)化、模塊化的知識(shí)體系。這不僅能夠加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶、理解和運(yùn)用，同時(shí)也能夠減弱甚至消除線上學(xué)習(xí)可能造成的知識(shí)碎片化的影響。另一方面，繪制思維導(dǎo)圖的過程，也是學(xué)生再思考和再創(chuàng)造的過程。思維導(dǎo)圖能夠體現(xiàn)繪制者自身的思維方式和特點(diǎn)。在繪制的過程中，學(xué)生需要結(jié)合自身的理解和掌握程度對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，這實(shí)際上是對(duì)之前混合式學(xué)習(xí)過程的補(bǔ)充和完善，也是學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)不足并能夠針對(duì)性補(bǔ)強(qiáng)的過程。

3.2 劃分學(xué)習(xí)小組，通過組內(nèi)互助和組間競(jìng)爭(zhēng)刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和投入程度

一方面，每次課安排一個(gè)小組結(jié)合課程布置的專業(yè)相關(guān)的開放作業(yè)做一個(gè)小型報(bào)告，并安排聽眾提問及答疑環(huán)節(jié)，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)參與度，鍛煉學(xué)生提煉總結(jié)和口頭表達(dá)的能力，活躍課堂氛圍，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。另一方面，每次課隨機(jī)抽取一名同學(xué)，要求利用思維導(dǎo)圖梳理復(fù)習(xí)前次課相關(guān)內(nèi)容，并安排聽眾質(zhì)疑和補(bǔ)充環(huán)節(jié)。每次課對(duì)各小組的表現(xiàn)情況進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果引入最終考核結(jié)果，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

3.3 充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用

提高學(xué)生的主動(dòng)性與積極性，鍛煉學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手解決問題的能力。在完成大綱規(guī)定實(shí)驗(yàn)要求基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)探索未知事物，通過更加開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生把理論課學(xué)習(xí)的知識(shí)、原理與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，在動(dòng)腦的同時(shí)培養(yǎng)其動(dòng)手能力、觀察能力和分析能力，形成獨(dú)立思考、分工合作的良好習(xí)慣，提高其分析問題、解決問題的能力，反過來加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理的理解，使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到鍛煉。

4 結(jié)束語

教學(xué)是一個(gè)師生互動(dòng)的過程。面向非化學(xué)專業(yè)的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)應(yīng)該發(fā)揮知識(shí)教育和綜合素質(zhì)培養(yǎng)雙層功能，需要教師不斷提高自身的能力水平，合理運(yùn)用教學(xué)方法和教學(xué)手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，教會(huì)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識(shí)去分析問題、解決問題，滿足新時(shí)代綜合型人才培養(yǎng)需求，真正做到符合素質(zhì)教育的全面發(fā)展。