“知識、能力、素養(yǎng)”融合的無機(jī)化學(xué)課程新教學(xué)模式建設(shè)

張霞，桑曉光，王錦霞，孟皓

東北大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，沈陽 110819

培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才是高校教育教學(xué)的主要工作目標(biāo)。習(xí)近平同志在全國教育大會上指出，要努力構(gòu)建德智體美勞全面培養(yǎng)的教育體系，要把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環(huán)節(jié)。在高校，課堂是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展最重要的陣地，課堂教學(xué)改革是現(xiàn)階段高等教育教學(xué)改革的關(guān)鍵主題。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生的知識積累、能力培養(yǎng)、價值引領(lǐng)以及人格塑造，讓課堂真正彰顯育人為本的價值導(dǎo)向，讓教師肩負(fù)起立德樹人的使命擔(dān)當(dāng)，讓學(xué)生在有質(zhì)量的高品質(zhì)課堂中塑造品格。高品質(zhì)課堂的建設(shè)將學(xué)生的主體能動性與教師的主導(dǎo)作用以及教學(xué)內(nèi)容的育人功能三要素協(xié)同統(tǒng)一，高質(zhì)量地促進(jìn)每一名學(xué)生的健康成長[1,2]。

無機(jī)化學(xué)課程是東北大學(xué)理工科的公共基礎(chǔ)課。開設(shè)無機(jī)化學(xué)課程的大類專業(yè)班級有37個班，約1100名學(xué)生。無機(jī)化學(xué)課程學(xué)習(xí)對于培養(yǎng)東北大學(xué)理工科學(xué)生的化學(xué)思維素質(zhì)發(fā)揮重要作用。近年來，無機(jī)化學(xué)課程改革立足課堂教學(xué)的育人功能，將知識的學(xué)習(xí)與能力的培養(yǎng)和人才素養(yǎng)的提升緊密結(jié)合。課堂教學(xué)內(nèi)容增加無機(jī)化學(xué)前沿知識，強(qiáng)化理論聯(lián)系實際，與專業(yè)知識相銜接；在教學(xué)模式上，結(jié)合PBL實例教學(xué)，建設(shè)無機(jī)化學(xué)“對分課堂”，調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。引入無機(jī)化學(xué)雙語課堂，發(fā)揮英文教學(xué)在無機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)中的優(yōu)勢。隨著無機(jī)化學(xué)MOOC課程獲批國家級一流課程，結(jié)合在線課程的教學(xué)優(yōu)勢，開展線上線下混合式教學(xué)新樣態(tài)。

總的說來，無機(jī)化學(xué)課程的改革與教學(xué)實踐主要體現(xiàn)在以下四個方面。

1 特色無機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容建設(shè)與實踐，提升專業(yè)素養(yǎng)

針對大類培養(yǎng)模式，調(diào)整原工科無機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，重新組織課堂教學(xué)體系。作為一門公共基礎(chǔ)課，無機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計充分重視各大類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)與培養(yǎng)需求，在教學(xué)內(nèi)容的組織上，夯實無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論知識同時，加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決實際問題的實訓(xùn)。我們的做法是在完成教學(xué)大綱基本要求的基礎(chǔ)上，允許教師根據(jù)學(xué)生專業(yè)特色，增加授課內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

每一位主講教師在授課過程中都會有意識地結(jié)合學(xué)生的專業(yè)及教師的科研經(jīng)歷，靈活地開展延伸教學(xué)，或聯(lián)系生產(chǎn)實踐，或與專業(yè)科研相關(guān)聯(lián)，構(gòu)建特色教學(xué)內(nèi)容。表1是主講教師在無機(jī)化學(xué)教學(xué)大綱基礎(chǔ)之上，在課堂教學(xué)中設(shè)計的部分具有專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容。通過具有專業(yè)特色的延伸教學(xué)內(nèi)容，在提升學(xué)生興趣的同時，將基礎(chǔ)課程理論知識學(xué)習(xí)與專業(yè)學(xué)習(xí)以及生產(chǎn)實踐相關(guān)聯(lián)，發(fā)揮基礎(chǔ)理論課程的教學(xué)功能。在專業(yè)知識傳授過程中，融合思政元素，更加注重突出中國專家學(xué)者的理論貢獻(xiàn)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，體現(xiàn)“三全育人”教育理念。

表1 專業(yè)特色無機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容舉例

2 PBL教學(xué)及“對分課堂”教學(xué)模式實踐，強(qiáng)調(diào)主動式學(xué)習(xí)

PBL (Problem-Based Learning)教學(xué)是以真實案例為背景提出問題，激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位自主探究、合作學(xué)習(xí)解決問題的學(xué)習(xí)方式。PBL教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以問題為核心，以學(xué)生為中心，注重合作學(xué)習(xí)、評價多元化的特點，有效培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)的能力，加強(qiáng)了理論與實踐的結(jié)合，從而提高了學(xué)生應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊合作能力[3–5]。

無機(jī)化學(xué)課程PBL教學(xué)設(shè)計遵循以下原則：循序漸進(jìn)的原則合理設(shè)置問題梯度；有效的問題情境，具有真實性、目標(biāo)性和簡潔性；問題的提出具有明確的目標(biāo)性，使學(xué)生能準(zhǔn)確把握探索的方向。無機(jī)化學(xué)課程的授課對象為大一新生，學(xué)生普遍自我學(xué)習(xí)意識較差，學(xué)習(xí)能力較弱，因此內(nèi)容過于龐大、綜合性較強(qiáng)的PBL實例學(xué)生解決起來會比較困難，可能會引起學(xué)生的反感，壓制學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。因此，我們針對無機(jī)化學(xué)課程特點，在課程教學(xué)不同階段，設(shè)計了內(nèi)容、難度、綜合性不同的PBL教學(xué)課例，分階段引導(dǎo)學(xué)生實施。

在學(xué)期初，教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注PBL教學(xué)新模式，講授如何查閱文獻(xiàn)，并結(jié)合無機(jī)化學(xué)的前沿知識給學(xué)生布置了第一個PBL課例，學(xué)生通過百度或者查閱雜志、新聞報道可以完成。并在隨后的課堂上隨機(jī)挑選同學(xué)匯報課例作業(yè)，教師適當(dāng)通過問題引導(dǎo)全體同學(xué)參與討論過程，掌握如何更好地完成PBL教學(xué)任務(wù)。在學(xué)期中，結(jié)合無機(jī)化學(xué)反應(yīng)理論基礎(chǔ)知識，給出了中等難度的PBL教學(xué)課例，學(xué)生需要查閱專業(yè)書籍或者專業(yè)文獻(xiàn)才能給出作業(yè)答案。采取在課堂上隨機(jī)挑選同學(xué)匯報作業(yè)方案，教師與同學(xué)共同點評，引導(dǎo)學(xué)生如何確定課題研究目標(biāo)，并利用學(xué)校數(shù)據(jù)庫資源查找文獻(xiàn)。在此階段學(xué)生基本了解了學(xué)校專業(yè)數(shù)據(jù)庫的使用，以及如何利用關(guān)鍵詞組合查找所需的文獻(xiàn)內(nèi)容，并加以歸納總結(jié)，回答PBL作業(yè)問題。在學(xué)期末，結(jié)合無機(jī)化學(xué)課程元素化學(xué)部分的學(xué)習(xí)特點和學(xué)習(xí)要求，針對我國稀土元素開發(fā)利用現(xiàn)狀，給出綜合性較強(qiáng)的PBL大作業(yè)。學(xué)生需要綜合查閱文獻(xiàn)資料，給出結(jié)論并自行提出解決方案。要求學(xué)生依據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，給出2000–5000字的PBL作業(yè)方案。收集上來的結(jié)果表明，有70%的同學(xué)交PBL作業(yè)的字?jǐn)?shù)超過5000字，有20%同學(xué)的PBL建設(shè)方案詳細(xì)、全面，并且有自己的建設(shè)性意見，較好地完成了PBL教學(xué)任務(wù)，達(dá)到了PBL教學(xué)的能力培養(yǎng)目標(biāo)。

在課堂教學(xué)過程中，圍繞PBL教學(xué)課例的任務(wù)結(jié)果，采取對分課堂的教學(xué)方式[6,7]。分配一半課堂時間給教師講解，另一半給學(xué)生討論，確保師生對教與學(xué)的“責(zé)任分擔(dān)”。教師在講解重點、難點知識以后，采取多種形式讓學(xué)生來參與課堂教學(xué)，實現(xiàn)課堂教與學(xué)完美互動，教師與學(xué)生共同完成教學(xué)內(nèi)容。提升課堂教學(xué)環(huán)節(jié)對于學(xué)生能力的培養(yǎng)，真正做到學(xué)以致用。利用無機(jī)化學(xué)MOOC的在線教學(xué)優(yōu)勢，開展線上線下混合式教學(xué)，為我們省出了更多的課堂時間，開展多種課堂教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)課堂，課程教學(xué)的靈活性和主動性得到了很好的體現(xiàn)。

3 無機(jī)化學(xué)雙語教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計及課堂教學(xué)組織，開拓學(xué)生國際視野

在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域，專業(yè)英語被應(yīng)用的場合越來越多。國際專業(yè)學(xué)術(shù)會議和科技資料85%用英文出版，交流方式也從過去的閱讀和翻譯轉(zhuǎn)變?yōu)槁牎⒄f、讀、寫、譯。因此，能夠熟練運用英語獲取最新科研動態(tài)和與外國同行專家交流的專業(yè)技術(shù)人才受到人們的歡迎。隨著學(xué)科交叉不斷加強(qiáng)，化學(xué)專業(yè)英語在冶金、材料、礦物、環(huán)境等專業(yè)文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻率也越來越高。因此，采用雙語模式教學(xué)對于理工科專業(yè)的學(xué)生來說，既掌握了無機(jī)化學(xué)專業(yè)知識，又熟悉化學(xué)專業(yè)詞匯，對于學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)是非常有好處的。

我們的兩位主講教師參加了東北大學(xué)與美國北卡羅來納州立大學(xué)的教師教學(xué)培訓(xùn)計劃，將美國主動式學(xué)習(xí)的英文課堂模式融入無機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)。為了達(dá)到最優(yōu)的課堂教學(xué)效果，我們從眾多的外文書中優(yōu)選與課程的中文書體系、內(nèi)容相似的英文教材，中英文教材對照使用。教師在每學(xué)期開課前做出詳細(xì)的教學(xué)日歷，包括每一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，有計劃地安排學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)英文教材的相關(guān)內(nèi)容。課堂上教師教學(xué)語言以英文為主，強(qiáng)迫學(xué)生熟悉英文的教學(xué)環(huán)境。在期中期末考核中增加英文試題的比例，這樣在考查學(xué)生專業(yè)知識的同時，對于學(xué)生的專業(yè)英語水平進(jìn)行綜合考量。我們期望通過嚴(yán)格的英文教學(xué)過程，讓我們的學(xué)生與國際社會接軌，開闊視野，同時為學(xué)生將來的出國交流與進(jìn)修建立良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

目前我們的無機(jī)化學(xué)雙語課程已經(jīng)用于教學(xué)實踐的教學(xué)資源，包括兩本英文教材：(1) 《General Chemistry》，by Ralph H. Petrucci，et al. 高等教育出版社，2004 年；(2) 《General Chemistry》，by Ming Zhao，高等教育出版社，2014年；此外，已經(jīng)建設(shè)課程全部內(nèi)容英文PPT，英文教學(xué)日歷，期中、期末考試英文題庫等。

4 無機(jī)化學(xué)實驗課程建設(shè)，提升實驗課程育人功能

在不斷更新無機(jī)化學(xué)實驗項目基礎(chǔ)上，我們著重進(jìn)行了實驗課程考核辦法改革，力求提升學(xué)生的實驗課程學(xué)習(xí)興趣，同時能夠客觀地評價學(xué)生對于實驗操作技術(shù)的掌握程度。

傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)實驗課考核方法以平時成績?yōu)闇?zhǔn)，只強(qiáng)調(diào)了單個實驗，沒有最后的期末考核環(huán)節(jié)。為了加深學(xué)生對實驗課的理解，確保實驗教學(xué)效果，增加了期末考核環(huán)節(jié)。考核由筆試和操作兩種形式構(gòu)成。筆試以理論卷的形式考查學(xué)生對知識的掌握情況。操作以現(xiàn)場操作形式考核，學(xué)生隨機(jī)抽簽，根據(jù)抽到的實驗題目，獨立完成實驗。根據(jù)學(xué)生的語言表達(dá)、思維邏輯、學(xué)生在實驗操作過程中儀器使用的熟練程度及實驗順序安排的合理性，監(jiān)考教師根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場打分。

部分期末無機(jī)化學(xué)實驗操作考試的試題如下：

(自行設(shè)計實驗，寫出實驗?zāi)康摹嶒炗闷贰嶒炘怼嶒灢襟E、結(jié)果與討論)

1) 未知溶液的鑒定。鑒定出未知溶液中的兩種陽離子。

范圍：Cr3+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+

2) 比較Fe(SCN)3和FeF63-兩種配合物的穩(wěn)定性。

3) 比較AgCl、AgBr和AgCl溶解度的大小。

4) 證明酸堿性對KMnO4氧化性的影響。

5) 桌上有一未知溶液，可能為Fe3+、Co2+中的一種或者兩種，如何鑒別？寫出鑒定方法和鑒定結(jié)果。

6) 利用比色法檢測未知溶液中的Fe3+濃度。

(50 mL容量瓶中為實驗室提供的5 × 10-4mol·L-1的硫酸鐵銨溶液)

7) 測定得到下面反應(yīng)的活化能。

此反應(yīng)的速率方程式為：

在實驗課程考核方案設(shè)計過程中，我們重點落實了無機(jī)化學(xué)實驗課程評分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化。由于實驗課程學(xué)生人數(shù)眾多，多名教師共同完成實驗教學(xué)任務(wù)。為了確保實驗評價的客觀性，我們將實驗教學(xué)每一個環(huán)節(jié)中的各項內(nèi)容，例如實驗報告中的實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒灢襟E、結(jié)果與討論、習(xí)題等各占多少比重進(jìn)行了更詳細(xì)的規(guī)定，制定了無機(jī)化學(xué)實驗評分標(biāo)準(zhǔn)，所有指導(dǎo)教師參照執(zhí)行。

通過加強(qiáng)實驗課程的考核辦法，督促學(xué)生高質(zhì)量地的完成實驗教學(xué)內(nèi)容，確保實現(xiàn)實驗教學(xué)對于學(xué)生能力的培養(yǎng)和素質(zhì)提升功能。

5 結(jié)語

總的說來，通過教學(xué)內(nèi)容的重組、PBL教學(xué)和課程思政元素的融合以及“對分課堂”教學(xué)模式建設(shè)，無機(jī)化學(xué)的課程教學(xué)效果在不斷提升。課程改革實踐的直接受益者是學(xué)生。無機(jī)化學(xué)課程的教改成果主要應(yīng)用于東北大學(xué)理工科的無機(jī)化學(xué)和大學(xué)化學(xué)公共基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)。通過近年來無機(jī)化學(xué)課程的不斷改革、實踐、完善，在東北大學(xué)理工科學(xué)生的化學(xué)知識學(xué)習(xí)、儲備，思維習(xí)慣培養(yǎng)及分析解決問題能力提升方面發(fā)揮重要作用。一是體現(xiàn)在學(xué)生的課堂參與積極性明顯提高，課程教學(xué)受到了學(xué)生的普遍歡迎，無機(jī)化學(xué)課程的教師評分基本保持在90分以上。主講教師張霞教授為省教學(xué)名師，兩次入選東北大學(xué)我最喜愛教師提名獎，無機(jī)化學(xué)課程獲評為國家級和省級一流本科課程；另一方面，體現(xiàn)在學(xué)生課程成績的普遍提升，最直觀的體現(xiàn)是雖然課程考核的靈活度不斷提高、過程考核不斷加強(qiáng)，但是課程總評成績的不及格率逐年下降。2020年課程的考核成績包括以下四個方面：線上MOOC學(xué)習(xí)占比10% (需要完成視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)自測及期末自測等)，PBL作業(yè)成績10%，線下作業(yè)及出勤綜合10%，期中考試10%，期末考試60%。據(jù)不完全統(tǒng)計，2016–2020年的學(xué)生的不及格率基本控制在5%以內(nèi)，工科年級的平均分維持在75分以上。圖1為2020年理科實驗班三個班級91人的課程總評成績，其中最高分97分，最低分47分，平均成績82.47分。無機(jī)化學(xué)課程的改革建設(shè)成果在2020年獲得了省級和校級的教學(xué)成果獎。

圖1 2020年理科實驗班91人的課程總評成績分布圖

無機(jī)化學(xué)在線課程起到了較好的示范作用。目前，已經(jīng)開設(shè)五期課程，課程社會學(xué)習(xí)者所在的地域，包括：遼寧、江西、河北、河北、陜西、吉林、內(nèi)蒙古、江蘇、山東、貴州、四川、湖北、安徽、甘肅、云南、美國等多地。課程的全程學(xué)習(xí)者的比例較高，特別是，2020年居家學(xué)習(xí)期間，無機(jī)化學(xué)MOOC課程發(fā)揮了重要學(xué)習(xí)功能，幫助學(xué)校完成了線上課程學(xué)習(xí)任務(wù)，保證了教學(xué)質(zhì)量。