首要教學原理視閾下《結構化學》課程改革探索

李文佐，劉紹麗

(煙臺大學 化學化工學院，山東 煙臺 264005)

2002年，美國教育技術與設計理論家、教育心理學家梅瑞爾(M. D. Merrill)[1]首次提出首要教學原理(First Principles of Instruction)，又稱“五星教學模式”。梅瑞爾認為，優秀的教學應以最終促進學習者學習為目的，因此教學必須致力于(參見圖1[2])：(1)聚焦問題，即學習者必須介入解決實際的生活問題或研究問題；(2)激活舊知識，即喚起學習者已有知識并將其作為新知識的基礎；(3)示證新知識，即在學習過程中將新知識恰如其分的展示給學習者；(4)應用新知識，即學習者學會應用所學的新知識來促進自己學習；(5)融會貫通，即學習者將所學新知識與自己的生活或研究融于一體，應用自如，從而達到最終實現學習目的。

圖1 首要教學原理

圖2 波紋狀教學設計模式

首要教學原理更加關注教學實施的程序問題。為了闡明如何使課堂教學更加合理，2007年，梅瑞爾[3]又提出了“波紋狀教學設計模式”，展示了課程編制流程的8個環節(參見圖2[4])：(1)聚焦問題，即根據課程內容制定具體的教學任務和教學目標，保證學生在教學結束時能完成任務并達到目標；(2)任務排序，即確定教學任務的先后順序；(3)內容分析，即對教學任務中的知識成分進行分析，并確定采取哪些教學環節促使學生掌握相應知識；(4)策略適配，即確定教學總體策略和每一項具體任務具體知識章節對應的教學策略；(5)界面設計，即確定教學展示手段和必要的資源，如視頻、文本、圖像、模型等；(6)產品制作，即制作教學過程應用的多媒體課件、講義、ppt等；(7)教師指導，轉變角色，鼓勵學生在教師指導下積極完成學習任務，體現學生學習主體性；(8)評估評價，綜合運用多種過程性評價和終結性評價對教學環節和學生學習效果進行評估。

結構化學是化學專業學生的專業必修課程，它是在原子、分子水平上研究物質的性質與其結構(包括空間結構和電子結構)的關系的科學，結構化學以量子力學為基礎，從微觀結構研究物質的性質，因此結構化學課程理論性較強、內容抽象，要求學生具有較高的邏輯思維能力和較好的數學物理基礎。在傳統的結構化學教學中，以課堂教學為主，教學方式單一，學生處于被動接受的狀態，學生學習起來普遍感覺課程難度大，不好掌握，教學效果一般。此外，由于結構化學課程理論性強，學生在本科期間接觸到的化學研究性問題應用到結構化學的知識較少，學生普遍認為這門課與將來從事的工作關系不大，因此學生一般不喜歡該門課程。同時，同學們也普遍反映這門課的評價方式單一，主要以筆試為主，考試主要考查“要求背過的知識”，運用理論知識分析問題解決問題的題型嚴重不足。

針對上述這些問題，我們在結構化學教學過程中，以首要教學原理為指導，積極進行教學探索，從五個方面對結構化學教學進行論述和設計，具體包括：(1)教學的前端分析，即學生特征分析及結構化學課程教學目標闡述；(2)結構化學教學的五星教學模式；(3)根據教學目標進行結構化學課程教學內容分析；(4)結構化學課程教學實踐探索，即對教學手段教學策略的改革探索；(5)改革測試與評估手段。

1 教學前端分析

學習結構化學課程的對象是大三本科生，他們已經學習了無機化學、分析化學、有機化學、物理化學等基礎知識，具備了一定的化學知識儲備和一定的科學素養，同時通過多年的不間斷學習，也積累并具備了一定的邏輯思維能力、空間想象能力和假設演繹推演能力，對新知識具備較強的好奇心和較強的接受能力。基于此，結構化學的課程的教學目標旨在滿足學生知識需求，培養學生創造性分析問題和解決問題的能力，教學過程中應注重提高學生的理論應用能力和研究探索能力。

2 結構化學教學的五星教學模式

為達成上述教學目標，我們在結構化學教學中積極遵循五星教學模式：(1)結構化學教學內容必須在圍繞和聯系實際問題中加以呈現；(2)教學過程中首先喚起同學們對已學四大化學的相關知識；(3)教學過程中不僅僅進行理論闡述，而是結合實際例子進行講解；(4)不斷強化練習，使同學們不斷應用新學的結構化學知識；(5)積極鼓勵同學們把所學結構化學知識應用到實踐中，比如指導同學們更好的學習同步開設的儀器分析課程相關內容。

3 結構化學課程教學內容分析

結構化學課程內容多、涉及面廣、理論性強，由于課時所限(48學時)，不可能在課堂教學中面面俱到。在首要教學原理指導下，對課程內容進行了調整。首先，根據主要教學內容確定一個邏輯主線：即使得學生在掌握量子力學基礎知識的基礎上，能夠應用處理化學體系。通過系統講解量子力學發展簡史和量子力學基礎知識，確定理論基礎，在這一基礎上，對原子(從單電子原子到多電子原子)、分子(從雙原子分子到多原子分子)、配合物等體系進行處理，通過求解薛定諤方程來確定波函數進而求解這些體系所有可能的性質。其次，在處理每一部分體系時確定一種實驗手段，講解實驗原理，使同學們能夠意識到結構化學知識與化學實驗緊密相連，同時體現結構化學知識的重要性。在上述思想指導下，我們對教學內容進行了合理取舍：首先學習量子力學基礎知識，在此基礎上學習原子的結構和性質、雙原子分子的結構和性質、多原子分子的結構和性質、配合物的結構和性質。其中穿插學習分子對稱性相關知識(群論初步知識)，這部分內容是為合理簡化求解多原子分子的薛定諤方程的數學工具。最后學習晶體學基礎知識。

4 結構化學課程教學設計和策略

在上述教學內容教學任務分析的基礎上，每個章節進行單個任務設計，在教學設計時，首先注意激活舊知識，即引導學生回憶所學的四大化學相關知識，展示上一節課的內容，如在講解原子的結構與性質這一章時，首先回憶學生之前在大學物理和無機化學等科目中學習到的原子的結構，并對上一章量子力學基礎知識進行回顧，這樣舊的知識被激活，學生學習起來更加容易接受。其次示證新知識，在每一章節對新知識進行系統講解，滿足學生的求知欲。比如分子對稱性部分，講到群的定義，讓學生們認識到群不是一個簡單多個元素的集合，而是滿足了特定條件的多個元素的集合。再次應用新知識，比如講完量子力學基礎知識后，用來處理一維箱中粒子并結合花菁染料的電子光譜，這樣可以使得同學們加深對理論知識的理解。第四融會貫通，在每個章節結束后可以布置一些主體作業，尤其是研究性任務，讓同學們積極查閱和收集資料，激發學生學習興趣，還可以在課堂上匯報研究結果，進而調動同學們主動學習的積極性。

在教學策略方面，注重理論與實踐相結合。課堂上教師不是照本宣科，而是做一個引導者，以學生為主體進行學習。引導學生構建新的邏輯思維能力和思維方法，尤其是對微觀世界的粒子的認知。在教學過程中，教師積極和學生互動，充分調動學生的積極性和參與性，注重用啟發式、討論式等方法進行講述和溝通。布置課外作業時，注重增加實踐性、探索性、研究性內容。同時，上課時注重應用現代教育技術，用好互聯網，給學生推薦國內外有關結構化學學習的網站；用好有關計算程序、動畫程序和手機客戶端等，積極調動學生的學習主動性。此外，在某些內容難度不太大的章節，嘗試翻轉課堂模式，讓學生在積極準備的前提下匯報和講述相關內容等。

5 改革測試與評估手段

運用過程性評價和終結性評價相結合的方式形成綜合評價。過程性評價包括學生出勤、課堂表現(包含隨堂測驗、回答問題、課堂參與等)、完成每個章節有關知識點任務的情況、課后作業、期中考試、學習同伴(同學)評價、教師評價等等，終結性評價主要是期末閉卷測試。過程性評價的比重加大到30-50%。此外，教師還根據學生的反饋隨時修正自己的課堂設計和策略，以期不斷改善教學過程，提高教學效果。

通過上述這些改革措施，使得同學們對結構化學課程有了更全面的認識，不再存在畏難情緒，大部分同學反饋說課程內容是有用的，在學習過程中有很強的獲得感。教學開展較之以前更加順暢。當然，教學改革永遠在路上，隨著互聯網的發展學生獲得新知識的手段和途徑越來越多，對課堂教學的挑戰也越來越大，我們將繼續發揚以學生為中心的理念，扎扎實實做好教學各項工作。