線上“不分心”，線下“忙起來”

楊云霞 楊玉英 郭英娃

關鍵詞：結構化學;線上教學;教學效果

2020年春季暴發的新冠肺炎疫情牽動了全國人民的心，在教育部“停課不停教，停課不停學”的號召下，于2020年2月2日組織了22個免費線上課程平臺，開放了2.4萬余門在線課程，其中包含1291門國家級精品課程和401 門國家虛擬仿真實驗[1]。在2021年的金秋，疫情也蔓延到了蘭州，為了不影響高校的正常教學活動，借助網絡教學優勢，實施線上教學，成為高校教學的首要途徑。

線上課堂教學是一種重要的遠程授課方式，在現代教育領域中占有一席之地。作為常規情況下的全日制高校，線上課堂是線下課堂的有益補充[2]，但線上課堂并不能完全替代線下課堂，這與線上課堂本身的局限性有關，如：學生容易走神、教師不能及時掌握學生情況、師生缺乏有效互動等。但在特定的需求及突發事件下，線上教學具有得天獨厚的優勢[3]，比如：學習空間自由、學習方式更受學生歡迎等，這是線下教學無法比擬的。由此可見，作為一個合格的高校教師，除了需要不斷打磨自己的線下課堂之外，也需要能熟練進行線上課堂教學活動，并通過線上線下教學活動的結合與實踐，更加深入理解所授課程的教學內容與教學目標。

“結構化學”是化學類專業高年級學生重要的專業必修課程[4]，也是一門令學生“頭痛”的理論課程，這樣一門專業性很強的理論課程線下教學本就不易，如何在線上教學活動中實現課程目標，進而培養學生的核心素養是非常具有挑戰性的問題。針對“結構化學”的課程特點，線上教學改革主要解決的問題應該是尋找合適的教學方法和手段，進一步完善、優化教學內容，加強課程思政元素與專業知識的融合，改進教學評價方式，提高學生的學習主動性和學習興趣，從而提升課程的教學質量。筆者提出以下實際可行的想法和做法對“結構化學”線上課堂教學進行相應探索，以期獲得良好的線上教學效果。

一、完善、優化教學內容

“結構化學”課程從原子、分子水平來解釋物質世界[2]，旨在加深學生對微觀結構的認識，采用微觀世界的量子力學原理對物質結構進行研究，學習起來具有較大難度。該課程在以教材為主體進行學習的同時，首先需要制作簡潔精美的多媒體課件以吸引學生的注意力，并注重在授課過程中不斷發掘與生活相關的實例進行類比學習，使學生可以參考宏觀世界的已有認知來對比認識微觀世界的物質運動規律。例如：在學習“能量量子化”這個基礎概念時，可以首先采用“跳臺階”的例子來形象說明微觀世界的“能量不連續”概念，然后講述古代笑話“吃燒餅”，有一人腹饑，食一燒餅未飽，又食一燒餅仍未飽，直至食第七個燒餅才得以飽腹，此人后悔言道：“早知食第七餅可飽，為何食前六？”引導學生思考在這個笑話中所蘊含的宏觀世界“能量連續”與微觀世界“能量不連續”的區別。這個笑話之所以被稱之為笑話，是因為我們每個人都知道宏觀世界中的能量是連續的，若無前六個燒餅做基礎，不可能只吃第七個燒餅就足以飽腹。但是，如果我們學習了微觀世界的“能量量子化”概念，就會發現這個笑話有可能成為現實，如果我們是身處微觀世界的粒子，那么就有可能不吃前六個燒餅，直接“躍遷”到第七個燒餅的狀態從而達到“飽腹”狀態。通過這些具體生活實例，學生在首次接觸“能量量子化”抽象概念時就會有更加具體形象的認識，并且可在輕松愉悅的氛圍中進行學習，從而學有所得、學有所用。此外，授課教師應不斷在教學中引入最新研究成果以激發學生的學習興趣，拓寬學生視野，培養學生的科研興趣。如：在講授“光電效應”追溯光的本質時，一方面可以引導學生自主閱讀相應課外讀物，了解“波動說”和“粒子說”的百年風云，另一方面在講述光的波粒二象性后展示2018年的諾貝爾物理學獎“關于光的奇跡故事”，說明光此時已經被科學家們制作成為精準的工具進行使用，并說明光作為一個古老的研究課題仍然展現著勃勃生機，從而培養學生的科研興趣。

由于量子力學與我們所熟悉的描述宏觀世界物質規律的經典物理學完全不同，所以需要授課教師在大量引入生活實例進行類比學習之外，更加強調創新性精神及批判性繼承的重要性。如：在量子力學基礎的學習過程中，“黑體輻射”實驗作為一個著名的無法使用經典物理學進行解釋的實驗實例，其解釋結果可謂是“離經叛道”，而這種“冒天下之大不韙”的只對科學實驗事實忠實的態度，應對學生予以引導和強調，這充分體現了我們對物質世界運動規律的尊重，說明物質世界運動規律不以人的意志為轉移，我們需要不斷自我革新，進行批判性地繼承，方能不斷靠近物質世界的真相。由于該課程描述的是物質世界的基本規律，學生在學習這些基本規律過程中可以充分體會到我們所生活的世界充滿了各種美，如：對稱之美、科學規律之美、邏輯思維之美等，可以充分激發學生對科學之美的追求，激發學生對生活和世界的熱愛之情，這對學生建立正確的人生觀、價值觀、世界觀都大有裨益。如：在學習對稱性基本規律時，學生可以看到物質世界肉眼所見的對稱之美，可以體會文學對稱之美、美術對稱之美、音樂對稱之美、物理規律對稱之美，在教師引導下理解什么才是真正的科學之美。并在此基礎上進一步探討對稱性破缺等生命起源問題，從而引導學生思考自己的人生觀、世界觀和價值觀問題。

筆者認為在以相應的教學課件進行在線講解的同時，一定要多講生活實例進行類比，多講最新的研究成果，充分調動學生的學習興趣，培養學生的思維能力，并在這一過程中注重引導學生形成正確的三觀。此外，向學生推薦學習該課程的各種網絡課程資源（如中國大學慕課、智慧樹等）作為本課程的有益補充，作為學生的課外學習資料。

二、優化教學方法

“結構化學”課程的重點是講述電子結構和空間結構，學生學習時有一定困難，需采用多樣的教學方法進行教學活動，如：問題導向法[5]、任務驅動法[6]、主體參與式研討法[7]、思維導圖[8]、翻轉課堂[9]等。多種方式促使學生主動進行學習，積極鼓勵學生對部分章節內容進行自主學習，教師在這一過程中只充當“引導者”“幫助者”的角色，摒棄“講授者”的角色，從而達到使學生主動進行學習并將這一學習過程內化為自身能力。如：“結構化學”中的第一章為“量子力學基礎”，在該章內容中主要學習量子力學史、量子力學重要公式和一維無限深勢阱模型，在以往的教學過程中，教師往往只是照本宣科，簡單說明量子力學史后直接進入數學公式的講授、推導等過程，現在我們可以在進行緒論講解后，將量子力學史這一部分學習交由學生，進行分組合作，在課后查閱文獻資料進行總結，然后在線上課堂中以小專題PPT講解、角色扮演、海報展覽等豐富多樣的方式將自己的學習結果展現出來，最后環節由教師進行點評并強調重點。經過這樣的自主學習后，學生會以更為愉快的心情進行后面涉及諸多公式、方程的理論學習。

此外，該課程要求用模型、多媒體技術等方式將抽象的函數曲線、物質空間結構具體形象地呈現出來，因此授課教師可在線上教學活動中引導學生使用Origin、GaussianView、Chemoffice 等專業軟件，在課堂上引導性展示，學生通過各種在線方式（如騰訊會議、微信、QQ 等）對上課過程中所布置的課程小專題進行分組討論，并形成結論，以PPT 或其他形式在線上予以展示，從而增強學生的交流合作能力。例如：在講授“原子結構”章節“波函數圖形”時，要求學生課后自行學習使用Origin 軟件繪制氫原子的1s 和2s 原子軌道波函數和電子云圖形，并首先在自己小組內進行展示，然后選擇個別圖例在課堂上進行演示，從而加深學生對波函數圖形的理解。此外，鼓勵學生以多種形式繪制波函數圖形，在進行組內討論后，有一小組的同學分別采用Py?thon 程序和Matlab 程序成功繪制了該函數圖形，并擴展繪制了相應的電子云黑點圖，在課堂上進行了程序演示（圖1）。在這一教學活動過程中，學生的學習主動性充分得以體現，在圖形展示過程中學生具有良好的體驗感，教學內容得以具象化，更重要的是，這種良好的體驗感將促使學生對這一課程更有興趣并進入良性的學習循環。

此外，在該課程的教學活動中，積極鼓勵學生進行章節思維導圖的繪制，對優秀的思維導圖在線上進行展示，由師生共同點評，從而使學生對課程框架有較好的把握（圖2）。

三、改進教學評價體系

“結構化學”課程過程評價占比為50%，形式多樣，包括期中考試筆試成績、出勤、課后作業、小論文寫作、小專題分組講解、思維導圖制作、模型制作等。通過思維導圖可使學生建立系統的理論框架，通過專題分組講解可使學生培養自主探究的思維方式，并懂得團隊合作的重要性，通過小論文寫作鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，通過模型制作可鍛煉學生的動手動腦能力及解決問題的能力等。需要注意的是，線上課堂缺乏筆試環節，可在疫情結束后進行筆試綜合測試，并在學期末設計電子調查問卷對學生線上學習情況進行調研，從而為后續線上課程提供參考依據。

在“結構化學”線上課程的具體實施過程中，我們盡可能地激發學生的探究興趣和學習動力，培養學生的創新思維，讓學生線上“不分心”，并布置多種形式的課后作業，讓學生線下“忙起來”，在這一過程中利用線上小組合作學習模式提高學生的團隊意識和解決問題的能力。教師要花功夫花時間，提供多元化的線上課程資源，通過具體的線上線下教學活動促使學生學習專業知識，并在這一過程中培養學生的能力。在教學活動中將立德樹人根本任務與專業知識有機融合，從而有效地培養學生的專業能力和社會責任感。