創新拓展班“大學化學”自適應拓展教學的探索

楚增勇，李效東，李義和，王孝杰，王春華

(國防科學技術大學 理學院，湖南 長沙 410073)

創新拓展班“大學化學”自適應拓展教學的探索

楚增勇，李效東，李義和，王孝杰，王春華

(國防科學技術大學 理學院，湖南 長沙 410073)

拔尖創新人才是指具有厚實的專業基礎、寬廣的國際視野和超強的實踐動手能力的厚博精深型人才。針對國防科學技術大學錢學森創新拓展班學員深厚的知識功底與強化拓展培養的需求，借鑒自適應教學這種典型的因材施教、以學習者為中心的教學活動，在“大學化學”教學過程中進行了教學內容、學習內容、考試內容等自適應拓展教學的探索。

錢學森創新拓展班；拔尖創新人才；自適應教學；拓展教學

拔尖創新人才是科學、技術、管理等領域中的杰出者，一般來說，他們都具有合理的知識結構、能力結構和良好的個性品質和素質特征。具體而言，拔尖創新人才主要指具有厚實的專業基礎、寬廣的國際視野和超強的實踐動手能力的厚博精深型人才。拔尖創新人才的培養需要更新教育理念，改革人才培養體制，創新人才培養模式，注重學思結合、知行統一、因材施教，推進大中小學有機銜接，緊密結合教學科研實踐，穩步推進拔尖創新人才培養模式改革[1-3]。

“錢學森創新拓展班”是國防科學技術大學培養拔尖創新人才的重要渠道，是建立拔尖創新人才培養機制的重要舉措[4]。我校每年在全校新生中通過數學、英語等科目的考試選拔30人左右組成錢學森班，實行全程導師制培養，制定個性化培養方案，并對學員的學習生活進行全方位精細化管理。錢學森班的培養目標是創新實踐能力突出、國際視野寬廣、具備國防科技領軍人物潛質的拔尖創新人才[4]。

自適應教學是因材施教的典型模式，就是根據學習者個性化的學習特征，滿足學習者自身發展的要求，以學習者為中心的教學活動。自適應教學的構成要素包括教學目標的自適應、教學內容的自適應和教學方法的自適應，關鍵環節包括學習診斷、教學內容的動態組織、教學模式的選擇[5]。

針對錢學森創新拓展班學員深厚的知識功底與強化拓展培養的需求，我們充分考慮到自適應教學中教學行為的個性化與學習行為的個人化特征，盡可能提供滿足學習者個性需求的教學內容和教學方式，進行了如下“拓展”式自適應教學的嘗試。

1 教學內容自適應“拓展”

大學化學主要介紹化學基本原理和化學技能，一方面，要求學員在有限的學時數條件下掌握精通的專業知識；另一方面，要求學員有更寬廣的知識面，以適應學科融合、交叉和滲透背景下對復合型技術人才的需要。

開展自適應教學與拓展教學，必須明晰高中化學與大學化學知識點的銜接[6]，即了解學員在高中掌握了哪些知識點，大學化學中哪些知識點對于他們整體或個人是全新的。丁偉等人2014年對此進行了細致而深入的對比分析[7]。現行高中課程是2003年教育部推行的新課程改革，包括《普通高中課程方案》以及各學科高中課程標準，規定了新課程的設置范圍，目前新課程已實行了十余年。現行全國高中化學課程分為必修和選修兩大部分。

對于文科學生和高考不考化學科目的理科學生，通常只學習必修內容。高中化學必修內容主要涉及物質的量等定量內容，8個代表性的元素，元素周期律，電解質、氧化還原反應、化學平衡和化學反應速率等化學原理，簡單的原子結構，有機化學簡單基礎等。必修內容是全體高中學生都要學習的，它為全體學生打下了化學學科的共同基礎，但如果學生僅學了這些必修內容，面對大學化學的教學是不夠的。

對于理科學生，如果選擇化學作為高考科目或者選擇理科綜合考試，則這些學生會在高中化學必修課程學完之后繼續選擇學習指定選修模塊“化學反應原理”，選擇學習選修模塊“有機化學基礎”或“物質結構和物質”等。目前，各省市目前高考的化學必考范圍是《化學1》、《化學2》和《化學反應原理》中的內容，此外，高考化學試卷中還有一部分試題屬于選修內容。這樣，參加化學學科高考或者理綜考試的高中學生，具備了化學必修內容的知識和選修化學內容的部分知識，這些知識是大學化學繼續學習的最基本基礎。

總之，對于只是學習了高中化學必修內容的文科學生和高考不考化學科目的理科學生而言，他們只具有化學知識的最基本知識框架；對于選擇化學作為高考科目或者選擇理科綜合考試的理科生，他們基本具有能夠支撐大學化學的主干知識框架[7]。然而，即使對于后者，由于各省考試內容和學生選修內容的不同，也會造成學生在物質結構和有機化學內容上的知識基礎差異顯著。

因此，即使是綜合成績突出的錢學森班學員，由于學員化學知識背景不同，起點不同，造成學習起來難度也不一樣。因此，在錢學森班課程開課前，我們需要先進行一輪初步調研或評估，了解學員知識背景，再根據大學化學教學大綱進行自適應性重點教學，即要注重知識點的銜接過渡，又要考慮新內容的重點傳授與知識拓展。

比如，高中階段“有機化學基礎”是選擇學習選修模塊，大部分學員有機化學基礎較弱，而在錢學森班“大學化學”大綱中特意增加了有機化學、高分子化學、生物化學有機相關的拓展學習內容，這部分內容在教學時需要盡可能深入淺出，形象生動。

另外，我們發現，“物質結構和物質”雖然也是選擇學習選修模塊，但由于學員通過大學物理的學習能夠較好理解量子現象及其能級躍遷問題，能夠很好的理解原子分子結構，也能夠很好地理解原子核相關的核化學的內容，接受起來并不困難。倒是無所不在的分子間的相互作用力，從分子的角度看世界萬象，讓學員們覺得新新鮮，興趣盎然，討論踴躍。

同樣，在化學原理部分，化學熱力學揭示了化學反應發生的本質及其驅動力，化學動力學揭示了化學反應速度調控理論，這些與物理、數學結合較緊密的問題，對于數理基礎較好的錢學森班學員而言，接受起來也不困難。需要拓展的則是應讓學員們理論緊密結合實踐，強化分析問題解決問題的能力。

2 學習內容自適應“拓展”

教材是供教學用的資料，教材的定義有廣義和狹義之分。狹義的教材即教科書，教科書是一個課程的核心教學材料。廣義的教材指課堂上和課堂外教師和學生使用的所有教學材料，包括教師自己編寫或設計的材料、計算機網絡上使用的學習材料等。廣義的教材不一定是裝訂成冊或正式出版的書本。凡是有利于學習者增長知識或發展技能的材料都可稱之為教材。

目前錢學森班使用的大學化學教科書編譯自新西蘭Blackman等人的南美暢銷教材Chemistry，從中式教學習慣的狹義的教科書來看，這樣一本編譯的教材語句不夠精練，部頭較重，攜帶不夠方便。但這本教材較好地體現了西方教材的理念，具有較強的趣味性和可閱讀性，是一本非常好的教學參考資料。

其實，很多國外一流大學在教學過程中并不指定教科書，也并不強調教科書。記得牛津大學有個故事，說一位教授向學生推薦一本教材，學生問老師考試內容是否出自該教材，教授回復說除了這本教材之外都考，唯獨這本教材不考！這就是開放式的學習，并不拘泥于某一本教材。

因此，在教學中，我們在某種程度上淡化教科書的概念，向學員強調只要有利掌握學習內容都可以作為學習資料，都可以作為教材。事實上，一名學員不一定懂得所有知識，但一定要懂得文獻檢索，以及通過文獻檢索獲得問題解答的方法，這是必須具備的基本功。收集資料的途徑有很多種，查詢教科書，上網搜索，去圖書管查閱書刊報紙，拜訪有關人士等。資料的形式包括文字、圖片、數據以及音像資料等。對獲得的資料要進行整理和分析，從中尋找答案和探究線索。另外，淡化教科書后帶來的挑戰可能就是沒有標準答案，或者答案不唯一，甚至遇到錯誤答案。這就要求學員們有自己的主觀思考，主動探索后給出自己的觀點。

魏源在《默觚·學篇七》曾指出，“學問之道，其得之不難者，失之必易，唯艱難以得之者，斯能兢業以守之。”通過探究過程獲得的知識才能理解到位，記憶深刻，也有利于創新思維，獲得思維方式的鍛煉[8]。在實施過程中，可以提出許多有趣的問題，讓學員帶著問題去思索，獲得自己的認識與理解。

比如化學能在軍事中的應用，即炸藥等含能材料的問題。最近南京理工大學胡炳成教授團隊成功合成世界首個全氮陰離子鹽，是全氮類物質研究領域的一個歷史性突破，為全氮陰離子高能化合物的制備奠定了堅實基礎。化學能來自何處？為什么舊鍵斷裂與新鍵生成會釋放能量？如何制備高能炸藥？事實上，金屬鋁與聚四氟乙烯的氧化還原反應就可以釋放出TNT四倍的能量，可以用作裝甲破片。

再比如聲音滅火問題。火焰是典型的化學反應場所，致力于開發古怪科技產品的美國軍方組織DARPA正在開展聲音滅火的項目研究工作，對著火海一陣“河東獅吼”或許就能將火熄滅。研究人員Matthew Goodman 說“這并不是一個新技術，實際上早在1900年，德國物理學家Heinrich Rubens 就有所嘗試，通過旋轉在天然氣管道中的揚聲器，可以控制火焰的高度。”那么，火焰的本質是什么？為什么聲音能夠滅火呢？這就是當今多學科交叉的一個問題，也是多學科融合的典型問題。由于實驗還處于研究過程中，我們鼓勵學生大膽提出自己的設想，自圓其說，鼓勵學生去實現或驗證自己的假說。

3 考試內容自適應“拓展”

考試是一種嚴格的知識水平鑒定方法，是對教學成果的檢驗，對學生而言，在某種程度上也是學習方向的指揮棒。為在最后考試環節考核學員主動思考問題、自我解決問題的能力，針對班錢學森班學員的知識結構與能力特點，我們在考試試卷中增大了討論題的比例，達到45%，強調理解與拓展式回答問題。

有時我們會針對正在研究中的科學問題，設置一些沒有唯一標準答案的討論題，鼓勵學員提出新的各種假說，自圓其說地回答問題：“人們發現壁虎能夠在一塊垂直豎立的拋光玻璃表面以每秒一米的速度向上高速攀爬，而且‘只靠一個指頭’就能夠把整個身體穩當地懸掛在墻上。請問壁虎指頭與拋光玻璃表面之間的作用力從分子層次上看有哪些類型？調控什么因素可以實現快速地加力又快速化解掉呢？壁虎每只腳上都有數百萬根細毛，請發揮想象力，寫出你心目中的作用原理？”要求學員要從化學的角度、從分子的角度提出合情合理的解答。首先，學員們大都能夠分析分子間作用力的各種類型(誘導力、色散力、取向力、氫鍵)，分析分子間作用力的相對大小。同時，這道拓展題也給學員提供發揮想象的空間，在閱卷過程中確實發現了不少閃光點。比如有的學員提出生物電機制，認為生物電會強化分子的極性，增加細毛尖端與玻璃表面的分子間作用力；有的學員提出分泌液機制，提高分子間作用力和界面摩擦力；幾乎所有學員都能認識到分子間距離是影響分子間作用力的重要調控因素，對分子間作用力積少成多的巨大威力感到震撼。

本題既考核了分子間作用力的知識點，又大大啟迪了學生的思維，也為實際問題提出了新的假說，得到綜合能力的鍛煉。

4 結束語

“錢學森創新拓展班”是拔尖創新人才的實驗班，創新、拓展是實驗班最基本的兩個特征。針對學員不同個性因材施教、自適應地進行拓展式教學，是穩步推進拔尖創新人才培養模式改革的應有之意。我們重點從教學內容、學習內容、考試內容等方面進行了一些拓展探索，提供了拔尖創新人才培養模式改革的部分思考與借鑒，將在今后實踐中不斷完善。

[1] 郝嘉利, 康永征. 高校拔尖創新人才培養模式探討[J]. 山西高等學校社會科學學報, 2012, 24(4):102-103.

[2] 楚增勇, 歐 璇. 從牛津大學的本科生導師制看我國高校拔尖創新人才的培養問題[J]. 高等教育研究學報, 2012, 35(3): 33-35.

[3] 蘇成民, 劉曉才. 指揮人才創新拓展培養的思考[J]. 高等教育研究學報, 2013, 36(1): 39-41.

[4] 賈紅輝, 耿美華. 拔尖人才科研實踐能力培養探索—以學校“錢學森創新拓展班”為例[J]. 高等教育研究學報, 2013, 36(增刊): 12-14.

[5] 曹 偉. 網絡教學系統中自適應學習機制的研究與實現[D]. 長沙:國防科學技術大學, 2006.

[6] 謝九生, 鐘 華. 淺談大學化學教學與中學化學教學的銜接[J]. 江西化工, 2009(2): 42-44.

[7] 丁 偉, 陸 靖. 高中化學與大學化學知識銜接的研究[J]. 大學化學, 2014, 29(1): 11-21.

[8] 楚增勇, 李公義, 李效東. 借助專題研討課激發學生的化學思維與創新思維[J]. 高等教育研究學報, 2013, 36(2): 116-118.

(本文文獻格式：楚增勇，李效東，李義和，等.創新拓展班“大學化學”自適應拓展教學的探索[J].山東化工,2017,46(7):179-180,182.)

Adaptive Teaching Exploration of University Chemistry for Innovation Development Class

ChuZengyong,LiXiaodong,LiYihe,WangXiaojie,WangChunhua

(College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073,China)

Top creative talents are those with solid professional foundation, broad international vision, and strong practice ability. Qian Class in National University of Defense Technology is such a class devoted on the top creative talents with profound knowledge and development training. In the teaching course of University Chemistry, we explored some approaches regarding adaptive teaching, learning and exams.

innovation development class; top creative talent; adaptive teaching; development teaching

2017-02-21

國防科學技術大學“十二五”本科教育教學研究課題(U2012108)

楚增勇(1974—)，男，山東聊城人，研究員，博士，從事分子科學研究工作。

G642

B

1008-021X(2017)07-0179-02