多模態建構下的無機化學課程學習體驗與感受

楊麗錦，蘇敏，黃采薇，魏靈靈，馬藝，王曉明，焦桓

陜西師范大學化學化工學院，西安 710119

無機化學作為化學學科的專業基礎課，是聯系高中與大學專業知識的紐帶，也是改變學生學習方式的橋梁課程，對培養學生化學思維具有很好的啟迪作用[1]。因此，無機化學課程能否體現化學學科的專業性、是否能夠充分展現出大學課程學習的特點就顯得尤為重要。2018年8月，教育部印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》(以下簡稱《通知》)[2]。《通知》中強調，我國高等學校本科教育要努力建設一流本科、做強一流專業、培養一流人才，創新課程建設模式，創新教學組織形態。培養學生解決復雜問題的綜合能力和提升邏輯思維水平，注重知識、能力、素質的結合，讓課程內容兼具前沿性和時代性，讓課程有難度、學生有挑戰，改變教學“滿堂灌”“我講你聽”的傳統模式，充分發揮學生的學習主動性已經成為當下大學課程教學和大學生學習的主要訴求。

無機化學課程內容繁雜，知識體系龐雜，傳統課堂教學模式發揮著重要作用。為加快課程建設進程，讓無機化學教學不僅傳授化學知識，更為重要的是彰顯其訓練學生的科學思維，培養學生的科學精神與品德的作用[3]，陜西師范大學化學化工學院無機化學課程組的授課教師根據課程內容和學生個人專業素養發展需求，先后設計并開展了課堂內容延伸、主題研討與匯報、思維導圖與章節總結、學生自主設計課堂等多項課堂教學活動。與此同時讓學生從活動中逐步掌握獲取、管理和展示知識的技能，在能力層面上期望通過教學內容研究和教學模式創新，以實現個人綜合能力提升的要求：一是能夠進行綜合分析、理論計算和解決一般化學問題；二是能夠運用化學知識初步解決一些與生活息息相關的實際性問題；三是能夠適應現代技術發展的更新能力和創新意識，并為后續學習打下必要且扎實的知識、能力與思維基礎。

為了對教學模式進行檢驗和反思，真正體現以學生為中心的教學宗旨，充分調動學生的學習積極性，本文以某班級全體55名學生為研究對象，通過訪談和問卷調查獲得了學生對課程教學的直接感受，在此基礎上剖析了學生在多模態建構下的無機化學課程學習中的思考、反思與期盼，以期能夠在無機化學課程教學改革和學習的探索中實現師生共學相長，共同提升課堂質量，推進學生綜合素質的提升。

1 無機化學課程開設情況

化學類專業第一學年開設的無機化學課程內容主要包括化學基本原理、物質結構基礎和元素化學三大板塊，每個學期安排54個授課課時及36課時輔導課。

課程是人才培養的核心要素，能讓學生從大學里受益最直接、最顯效、最核心的是課程[4]。因此，課程組教師秉持教育規律與教育價值相結合的教育理念，對該班級無機化學課程采用了“傳統+創新”的教學模式(圖1)。從整體來看，各種教學活動的設計和開展以提升學生綜合能力為目的[5]，以教學內容為依托，以學生為主體，以課堂為陣地，通過課堂講授、布置課后作業、輔導課習題講解等多重舉措夯實學生基礎，進一步根據無機化學的課程內容安排，結合課堂進度與知識學習特點對學生能力培養進行規劃，設計并開展以學習小組為單位、多種形式的課堂教學活動，不斷拓展延伸，利用周末等課余時間實現各項能力的對點突破，引導和規范學生綜合能力提升。

圖1 課程教學活動支撐關系圖

在學習化學基本原理和物質結構基礎部分過程中，授課教師主要開展了課堂內容延伸、主題研討與匯報兩項課堂教學活動，在培養學生學習興趣的同時以課程大作業為載體，通過組建由5到7名學生組成的學習小組，每個學習小組在一學期內完成一個主題的研討和匯報，小組成員分工協作完成文獻查閱、資料整合和分析、材料撰寫和組織以及現場匯報等工作，培養了學生的協作能力和語言表達能力。第二學期教學過程中，授課教師要求學生通過思維導圖對學習章節進行總結，以提升整理、總結知識點的能力；同時還要求學生根據指定課程內容自主設計課堂，激發學生學習自主能動性。各項教學活動均體現了師生共同參與，活動內容與教材相輔相成，達到了課程學習與能力提升同頻共振的目的。

授課教師還注重將化學領域的前沿知識貫穿于整個教學活動當中，在課堂內外不定期向學生輸出相關知識。例如：在課堂上講述電化學一章時，授課教師結合2019年“諾貝爾化學獎——鋰離子電池的研發”這一科研熱點，引導學生了解鋰離子電池的研究進展，討論電池研究過程中存在的問題及解決思路；課下，授課教師結合學生學習情況，在課程微信群中分享化學專業期刊、化學常用軟件、化學科普知識、化學名家介紹等內容鏈接，以增強學生對化學領域的好奇心和自信感，激勵學生“見賢思齊焉”，鼓勵學生適時與大家分享見聞(圖2)。

1.1 課堂內容延伸

為了培養學生自主鉆研、深入了解問題的能力和興趣，養成追求透過表象看本質的學習習慣，無機化學課程授課教師依據教學內容對學生的課程學習提出了新要求，希望學生能夠更多地了解與課程教材內容相關的課外知識，自主將課堂內容加以延伸。在此項活動中，教師引導學生課外分別以道爾頓的生平、準晶體的相關知識以及溶劑熱及其發明者等為主題，經過文獻查閱、分析和充分討論后，撰寫成書面材料，進一步組織為PPT在班級活動中進行匯報，使全班同學都能夠在課程學習之余了解著名科學家的事跡、相關化學發展史等背景和與課程內容相關知識的發展歷程(圖3)。

圖3 課堂內容延伸活動

例如：授課教師對原子晶體部分進行授課時，有學生對教師課件中“準晶體是晶體范疇下的一個分支”和課本上“準晶體是介于晶體與非晶體之間的一種物質”兩種觀點提出疑問，認為是兩種矛盾的觀點。授課教師并未立即給出準確答案，而是選擇讓提問的兩位同學在課下進行深入探究并為班級同學解答問題。通過講解和討論，同學們了解到這種矛盾觀點產生的淵源：1982年Dan Shechtman在Al-Mn合金急冷相中發現了在科學界引起了巨大轟動的、具有五重旋轉對稱性合金相、結構長程有序但無平移對稱性的準晶[6]，這一發現使國際晶體學聯合會對晶體的原定義進行了更改。在整個過程中，學生們通過對大量英文文獻、圖片的解讀和分析，總結出兩種觀點的存在理由：(1)準晶體是晶體——準晶體與晶體都具有各向異性特點且原子排列長程有序，金屬準晶和晶體一樣具有固定的熔點，且準晶體在TEM和XRD中都表現出明銳的亮點或者峰；(2)準晶體不是晶體——準晶體的原子排列無周期性且有晶體所不允許的五次旋轉對稱性[7]，金屬準晶導電導熱能力差，像非晶體物質易破裂，并具有逐漸轉變為晶體的趨勢。

回顧了“準晶體是否為晶體”這一科研熱點問題的探索歷程后，學生對準晶體有了比較充分的認識，最后有接近半數的學生從原本支持“準晶體不是晶體”轉變為支持“準晶體是晶體”。這一活動使學生意識到在課堂中應該用質疑的觀點進行學習，勇于挑戰權威，敢于提出自己的疑問，將課堂與學科前沿聯系起來去思考問題、解答問題，而不是僅僅局限于課堂。

1.2 主題研討與匯報

查閱化學工具書及文獻是化學工作者的必備工作方法，也是一名化學專業學生應該具備的基本素養，因此授課教師有意識地去培養學生搜集資料、查閱文獻的能力就顯得尤為重要[8]。在大一第一學期的后半學期，授課教師根據教材重點內容精選出七個課題，學習小組各選一個課題，通過自主查閱相關文獻資料、進行分析研討后，完成一份5000字左右的課題報告。各小組由小組長分配任務，確保每位學生都能夠參與其中，并將參與學生在活動的分工和參與程度作為學生平時成績的考核指標之一。盡管學生第一份課題報告的質量和水平還有待于提高，但無疑是后續的探索性學習的良好開端。

以圖4中“徐光憲的生平及學術貢獻”課題為例對該項教學活動進行說明，課本第五章“原子結構和元素周期律”中徐光憲提出的關于多電子原子能級高低次序的(n+0.7l)規則提及，對于一個能級，其(n+0.7l)值越大，則能量越高，且該能級所在能級組的組數就是(n+0.7l)的整數部分。研討小組將課題分為“生平簡述”“n+0.7l規則的由來”“分離稀土的串級萃取理論”“對物質結構與性質的相關研究”和“溶液絡合物的相關研究”等五個部分進行研討，9位小組成員中有5人負責各部分的資料查找與論文撰寫，有2人負責匯總、整理與完善，有2人負責PPT的制作，組長負責匯報。整個過程小組成員各司其職，在六周內圓滿地完成了對此課題的研究，更為關鍵的是，在此過程中學生們被老一輩科學家為國家發展傾心盡力、孜孜以求的愛國精神和奉獻精神所感動，為老一輩科學家在稀土領域取得的成績而自豪，民族自豪感和責任心油然而生[5]。

圖4 研討與匯報主題及流程

更值得一提的是，之后有兩位學生將在課堂教學活動中所學到的技能與大一第二學期所學習的硫元素相關知識相結合，成功撰寫并發表了“榴蓮的自白——臭臭的味道下是一顆真誠的心”科普論文。文章中提到，榴蓮的臭味主要是由于香氣中混雜有少量二硫化物、三硫化物和四硫化物，包含乙硫醇(0.99%)和丙硫醇(0.43%)[9]。除了人們熟知的硫磺，這無疑又是一個硫元素在生活中的具體表現。

1.3 思維導圖與章節總結

對于剛剛接觸大學專業課的化學專業學生而言，無機化學課程內容的廣度和深度較中學化學學習內容都有很大的提高和擴展。學生如果不能很好地從“題海戰術”“老師主講”的課堂模式中迅速轉換過來，找到適合自己、適應大學課堂的學習方法，易感到無措、迷茫，就難以體會到獲得感、成就感，不利于整個大學期間個人能力的發展。

大一第二學期無機化學課程內容交互性強，對培養學生自主學習能力和科學思維方法是一個新的挑戰。為了讓學生從“以老師為中心”轉換為“以自己為中心”，準確理解教材內容教材，以辯證的方式學習和整理課堂知識，授課教師在“無機化學(下)”課程的教學過程中開展了新的課堂活動——自主繪制思維導圖[10]進行章節總結。在每一章節教學結束后，要求每位學生使用思維導圖梳理、總結章節知識點，分清重難點，并由小組代表在輔導課上進行總結交流。通過該項活動，學生的知識總結能力、圖形表現水平、交流溝通能力專業知識的掌握程度和軟件應用水平都得到了顯著提升。圖5為班級某組學生繪制的氧化還原反應章節思維導圖，盡管構圖和制作水平還有待提高，但該章內容的基本框架和相互關聯基本清楚。

圖5 氧化還原反應章節思維導圖

1.4 學生自主設計課堂

由學生充當課堂教師，自主規劃課堂教學內容，將灌輸式學習轉換為主動的“教與學”，授課教師對教學過程進行指導和評價，及時梳理補充、歸納總結。這種“以學生為中心”的課堂教學模式，為學生自主學習和個性發展提供了空間。在大一第二學期的后半學期，學生已經掌握化學基本原理、物質結構基礎和非金屬元素化學知識的基礎上，授課教師將課堂交給學生，在銅鋅副族元素、鉻錳副族元素、鈦釩副族元素、鐵系元素等多個章節的教學活動中采用了學生自主設計課堂的學習方式。授課教師在課前提出教學內容要求并提供部分教學資料，由學生根據自己的學習思路，自主設計課堂并授課。教師則通過組織學生對教學內容進行討論，繪制教學內容框架圖對課程內容進行總結、提煉和強化，從而關注到每一位學生的學習狀態。為了保證有充足的課時，授課教師也將每周一次的輔導課時納入了教學活動當中。

在整個活動中，每一位主講學生都做了非常充分的準備。其中，本文的第二作者充分利用自己家鄉——“中國鎳都”(甘肅省金昌市)的礦產資源優勢，主動負責過渡元素概述及銅副族元素的講解。為此主講人專門進行了為期一周的考察，設計了一堂別開生面的無機化學課：過渡元素主要由黑色金屬和有色金屬組成，d軌道部分充滿且性質處于金屬與非金屬之間，因而可失去部分內層電子而存在可變化合價，并易形成絡合物，如Ni2+溶液加入適量氰化鉀溶液可生成[Ni(CN)4]2-黃色溶液，氰化鉀過量最后生成[Ni(CN)5]3-紅色溶液。且通過觀賞礦山實地與博物館的采風相片(圖6)與視頻，同學們對于元素化學產生了極大的興趣，并對我國的礦物產量與多項成熟的冶煉技術有了更為直觀的認識，增強了對我國化學事業的自信心與自豪感。

圖6 學生課前實地考察

圖7 部分學生授課PPT圖片

2 教學活動滿意度調查

2.1 專題采訪

在四項課堂教學活動中，學生普遍反映在自主設計課堂活動中的準備最充分、體驗感最強烈。通過對他們進行專題采訪，我們可以獲知學生對這一課堂教學活動的體驗與感受(采訪問題與回答詳情見圖8)。在學生看來，自主設計課堂這一教學模式的最大特點及優勢在于給學生提供了一個授課的平臺，尤其是對于希望未來從事教育教學工作的學生。與此同時，這種教學模式促使學生仔細研讀課本，對于知識的把握求精、求深、求廣，也鍛煉了學生的文字、語言表達能力和膽量。

圖8 學生自主設計課堂專題采訪內容及結果

學生也給出了改進和完善這一教學活動的建議：(1)對于報名講課的學生，通過適當方式進行篩選以提高授課質量和效率；(2)學生授課前進行資料審查和預講有助于進一步提高教師對課堂的整體情況的把握程度；(3)同學間應加強互動，相互糾錯，相互交流，以提升學生的參與度，使每一位學生對相關知識的掌握有所提高；(4)小組合作模式分工明確，有助于自主設計課堂的推廣，也可提高學生的參與度。

2.2 問卷調研

為了準確把握學生在多模態建構下的課堂教學活動中的學習狀況，我們有針對性地設計了問卷，并進行調研，收集了學生們的感受與建議。此次問卷包括8道客觀題、6道主觀題，共14道題，全班55名學生都參與了此項調研。我們對客觀、主觀問題兩個部分的問卷進行了整理分析，具體情況如下。

2.2.1 客觀問題

圖9中列出了客觀問題的問題概要與回答情況[11]。對問題1、2(“參與課堂活動之前會很認真地做準備”“準備課堂活動前經常會積極、主動與同學老師交流探討”)“贊同”的比例分別為81.82%、63.64%，表明學生參與課堂活動的主動性較高，能夠積極去發現問題、解決問題；對問題3和4(“樂于在無機化學課堂教學中接受不同的教學模式”“在同學對問題進行解答時對同學所講內容非常感興趣”)“贊同”的比例分別為78.18%、72.73%，說明學生參與情況良好，整體上對于這種多模態建構下的課堂教學活動認可度高，課堂效果令人滿意。

圖9 調查問卷中客觀問題及調查結果

對學生的學習收獲與效果的調查結果見圖10，在四項課堂教學活動中，受學生認可度較高的是思維導圖與章節總結，有67.27%學生表示“在同學講述思維導圖時有很大收獲”。學生普遍反映其學習能力、思維能力、語言表達能力都有不同程度上的提高，達到了開展不同形式課堂教學活動的預期效果。

圖10 對不同課堂活動的認可情況

2.2.2 主觀問題

(1)小組體驗與感受。在四種課堂教學活動中有三種采用了小組活動模式，整體上學生對小組學習的體驗感良好，認可度高。但是，這種模式存在的小組討論與任務分配不及時、分工不明確、成員間交流不充分等問題依然突出(表1)，建議教師在組織活動過程中能夠更多地、更公平地體現過程考核。

表1 小組合作模式的體驗與感受調查結果

(2)學生對課堂的關注情況。以學生為“課堂主講人”，從“授課方式”與“關注內容”兩個方面進行了調查分析。據圖11可知，大部分學生還是表示更喜歡傳統的以老師主講的教學方式。為什么會出現這樣的結果呢？除了學生自身的主觀原因，是否還因為這種課堂教學活動無法滿足學生對快速掌握知識、提高學習成績、應對期末考試的需求呢？學生進入大學以后，是否還對中學時期“灌輸式”課堂教學模式、“題海戰術”存在依賴性？該如何改進課堂教學活動模式，做好學生從中學到大學的過渡？這些也是在此次系列課堂教學活動中暴露出來的問題，還有待于進一步分析。

圖11 學生對課堂的關注情況調研結果

因此，我們對學生未參與課堂活動的原因進行調查(表2)，其中“更喜歡傳統教學方式”“沒有做過，不知道怎么開始”是最為主要的原因。此外，學生也表示，在課堂中會更注重知識框架和重點知識的梳理、課件內容完整程度與美觀大方，以及講課過程中語言表達。以上這些為教師提高課堂質量、改進課堂活動方式提供了第一手建議。

表2 對未參與的活動進行原因分析

(3)課堂活動的改進建議。如何讓更多的學生愿意跳出“老師主講”的課堂舒適圈，參與到課堂活動中來？學生也都給出了許多具體可行的改進建議，下面列舉了一些典型回復供教師們參考。

“以學生為主導，通過小組討論、課題匯報、習題講解、學生授課等活動能夠充分發揮學生主觀能動性?！?/p>

“多引導學生將課堂內容與社會生活生產實際相聯系，以便能學以致用。”

“多采取小組模式教學活動，盡可能讓更多的學生匯報講解，調動同學積極性?！?/p>

“課堂主講人多設計開放性問題，并組織分析與討論，增加同學互動次數?！?/p>

3 結語

多模態建構下的無機化學課程教學模式以推動學生自主學習為目的，助力學生擺脫“你講我聽”的灌輸式課堂學習思維，在學習中實現從“接收者”到“學習者”的轉變。從教學活動的開展情況與調查結果來看，學生以十分積極的態度參與了多模態建構下的課堂教學活動，并獲得了體驗。相比于傳統教學，這種課堂模式更加注重提升學生的思維能力與表達能力，將“學”與“教”相融合，讓學生“學得更會，更會去學”。但這種課堂教學活動在滿足學生快速掌握知識、提高學習成績、應對期末考試的需求上仍存在一定的局限性，這也成為了部分教師和學生不愿或難以跳出傳統教學模式這一“舒適圈”的重要原因。

多模式自主學習不僅對學生的技能學習與知識理解有一定的要求，在時間的安排與調整上也是一個挑戰。在教學過程中教師鼓勵學生扎實專業基礎知識、強化學習能力，積極參與小組合作為主的各項教學活動，引導學生將不同教學活動的任務進行細化與組合后，再落實到個人，幫助學生有效合理利用課余時間，充分地保證了學生在有限的時間內實現自身能力的多維度提升。

目前教學活動開展過程中仍存在一些問題，學生們希望授課教師在備課時，能夠更多地關注如何讓學生學會自己探索知識、深挖教材，在其中學有所得、學有所感，并注意提升教學內容的前沿性，在內容深化的同時注意教與學攜手共進，以此擴展學生認知與開拓其思維。學生們則要在課程學習中勇敢面對挑戰、探索創新。相信在師生的共同努力下，未來的無機化學教學將會呈現出更為有利于學生發展、更為豐富的模式。