雙一流建設下基礎課程交叉融合的教改實踐探析

張瑞珍 王曉敏 許美賢

〔摘要〕為適應國家雙一流建設下拔尖創新人才培養的迫切需求，高等學校在“新工科”框架下相繼開啟了以“寬口徑、夯基礎、重交叉、強實踐”為特色的教改探索，著力培養各類創新型、應用型、復合型優秀人才，以滿足新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟發展。文章以理工科大學基礎課程的改革為例，提出基礎課程的教學內容要重視理論和實踐的融合發展，分析了新形勢下基礎課程課改的具體思路、方法、實踐、措施和效果，并探究了組建教學團隊、創新教學內容、改革教學模式、優化考核方式、加強思政教育等一系列舉措對推進課程融合發展、培養高質量人才的重要意義。

〔關鍵詞〕新工科;基礎課程;無機及分析化學;教改

〔中圖分類號〕G64〔文獻標識碼〕A〔文章編號〕1008-2689（2022）03-0319-06

在國家建設一批世界一流高水平大學和學科的偉大進程中，作為培養各類高素質優秀人才重要基地的高等學校，需要從基礎做起，加大改革力度，提升其服務經濟社會發展的能力，以支撐國家創新驅動發展戰略。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，指出新工科研究和實踐主要圍繞工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的高質量以及分類發展的新體系開展[1]。與傳統工科相比，新工科以“寬口徑、夯基礎、重交叉”為特點，因此強調基礎課的教學內容和實踐環節要與時俱進，不斷創新，主動進行交叉融合，并運用現代科技的新理論、新方法、新技術和新成果，提升學生分析問題和解決問題的能力，最終培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的復合型、創新型工科人才[2-6]。

一、交叉融合下的教改探索

近些年，各大高校對其課程體系進行了一系列的改革探索和實踐。張雪輝等對新工科背景下材料類創新型人才培養模式進行了初探，通過產教融合和校企融合的方式進行協同育人，構建了基礎與特色并重的“共性基礎理論—專業核心理論—有色金屬特色”的理論課程體系和“課程教學—學科競賽—科研創新”的實踐課程體系，不僅培養學生具備基本的科學素養，而且通過實踐環節的訓練使學生逐步建立工程思維，提升學生理論聯系實際的能力和創新能力[7]。李濤等充分認識到現代生物醫學學科相互交融、彼此交叉的發展現狀，在其“免疫學”的教學實踐中，打破條塊化的學科隔閡，在突出生物醫學共性問題的同時，適度穿插其它學科相關知識，從而對免疫學本體知識的教學產生烘托、遷移和升華作用，激發了學生的創新思維，并有效提高了免疫學教學質量[8]。無論是產教融合還是授課過程引入其它學科知識，都是非常有益的教改探索，均需在既定教學大綱基礎上不斷地改革舊的教學體系和教學內容，吸收新的知識結構，并借助現代化的教學手段開展教學，力求在目前學時普遍壓縮的情況下更好地擴寬基礎課的知識結構，最終適應現代科學發展的需要。因此基礎課程的改革是全方位的，絕不是一蹴而就能完成的，需要沉下心來精心設計，并在教學實踐中不斷反思和修正，方能取得成績。

在爭創一流大學、一流學科的新形勢下，我校積極推進了基礎課程的交叉融合改革。比如過去“無機化學”和“分析化學”是兩門獨立開設的專業基礎課，內容自成一體，“無機化學”主要講授“四大平衡”相關理論，“分析化學”更側重于在平衡理論指導下的“四大滴定”分析實踐，分別在兩個學期開設，教學戰線較長，課時較多，但教學效果不理想。對此，我們在充分借鑒國內外高校相關改革實踐基礎上[9-15]，將兩門課程科學地整合為一門“無機及分析化學”，整合中摒棄簡單的機械堆砌，而是將平衡理論和滴定分析進行同步融合教學，實現理論與實際的密切聯系，加深了學生對平衡理論的理解，提高了學生運用理論知識解決實際問題的能力，激發了學生的學習興趣。因此盡管課時大幅縮減，但融合教學確實高效地幫助學生構建了完整的知識框架和思維模式，大大提高了教學效率和教學質量，真正做到了事半功倍。這種基礎課程的交叉融合改革對后續專業課程的學習、專業培養目標的實現以及學生實踐能力、發展潛力的提升等都至關重要。

二、基礎課程理論教學的改革現狀

（一）交叉融合下的課堂教學安排

“無機及分析化學”課程是系統研究物質結構基礎理論、化學反應基本原理以及如何獲得物質化學組成和結構信息的科學，該課程綜合應用多門有關學科知識，突出量的概念，重視基本技能訓練。通過“無機及分析化學”課程的學習，可使學生掌握基本的化學反應原理，并能運用所學化學知識去解決一般的無機及分析化學問題，具備選擇正確的分析化學測試方法、正確表達分析測試結果的能力，為解決生產與科學研究的實際問題打下基礎;同時培養學生良好的學習習慣、嚴謹的工作態度、實事求是的科學作風和分析、解決問題的能力，使其逐步具備科技人員應有的科學素質。它既為學生學習后續課程提供必要的理論知識，又直接聯系生產實際為其提供檢測技術等知識，為學生從事科學研究和工業、工程第一線的實踐提供理論基礎和技術技能。

對于材料科學與工程、環境科學與工程和生物科學與工程等學科大類來說，改革后的“無機及分析化學”課程授課學時為40 h，比改革前“無機化學”和“分析化學”總授課學時減少了24 h，主要講授四大部分：物質結構（16 h）（原子結構、分子結構、晶體結構、配合物的結構）;元素及其化合物（8 h）;四大平衡及其滴定分析（12 h）;分光光度分析和電位分析（4 h）。

（二）交叉融合下的課堂教材安排

“無機及分析化學”教材很多，內容和側重點均有所不同。考慮到化學在很多省份不是高考必考科目，學生對化學學習的重視程度不高、基礎較薄弱，我們在遵循教學大綱的基礎上，立足于為本學科教學服務的目標，選擇浙江大學賈之慎老師主編的普通高等教育十一五國家級規劃教材《無機及分析化學》作為授課教材，該教材是一本近化學類專業的通用型化學基礎課教材，其主要內容為“化學反應的基本原理、物質結構和元素的基本知識、溶液化學平衡及在定量分析中的應用、常用儀器分析簡介、化學信息的網絡檢索”等，教材同時具有配套的多媒體光盤[16]。其中“化學反應的基本原理”與“普通化學”相關章節重復，所以不做講授。

該教材可圈可點的地方就是將“四大平衡”和“四大滴定”的相關理論和應用知識進行同步教學，使學生通過一門課一次性完成四大化學平衡理論的輸入和輸出，加深了學生對化學平衡的理解和掌握，激發了學生的學習興趣，極大提高了教學效率和教學效果。

另外，該教材在例題、習題的編寫上更注重綜合性，旨在培養學生的系統思維和創新能力。如“氧化還原平衡與氧化還原滴定法”一章中，有一道習題：

該教材中類似編排的例題和習題很多，既兼顧了知識點的系統性，又兼顧了學生整體知識結構體系的建立，可真正實現基礎理論知識的遷移和升華，提高學生的理論水平和創新能力，符合新工科背景下創新型人才的培養目標。

三、基礎課程實踐教學的改革探索

“無機及分析化學實驗”旨在讓學生深刻認識分析實驗中各有關誤差的來源及其規律，掌握酸堿平衡、沉淀溶解平衡、氧化還原平衡、配位平衡的基本理論以及利用這些基本理論進行定量分析的方法，深刻理解元素化學基礎知識和基本理論，應用所學知識進行無機材料的合成、提純和成分分析。改革之前，實驗教學內容基本上以驗證性實驗為主，學生只需要按照實驗流程完成實驗即可。改革之后，引入了設計性綜合實驗，多個知識點融合到一個實驗中，環環相扣，充分調動學生的積極性和主動性，加深學生對相關理論的理解和掌握，培養學生的探索精神和創新能力，為后續專業課程學習和從事工業生產、科學研究打下堅實基礎。

（一）實驗內容及學時分配

改革后的“無機及分析化學”實驗，我們選擇四川大學化學工程學院和浙江大學化學系合編的《分析化學實驗》（高等教育出版社）作為配套實驗教材[17]。實驗內容由淺入深地分為基本操作訓練、分析方法技能訓練、分析驗證性實驗和無機設計性綜合實驗四個層次，循序漸進、前后銜接。學時數為16 h，比改革前共減少16 h。對此，我們在課程安排上，實驗課與理論課幾乎同步進行，這樣便于理論聯系實際，既節省了實驗教學時間，又不影響教學效果。具體內容和學時分配為：（1）分析天平、滴定管、容量瓶和移液管的使用和校準練習（1 h）;（2）酸標準溶液的配制、標定及堿液中氫氧化鈉和碳酸鈉含量的測定（雙指示劑法）（3 h）;（3）EDTA標準溶液的配制、標定和水的硬度測定（配位滴定法）（3 h）;（4）過氧化氫含量的測定（高錳酸鉀法）（2 h）;（5）硫酸銅的制備與提純（3 h）;（6）硫酸亞鐵銨的制備及鐵含量的目視比色法分析（3 h）;（7）鄰二氮雜菲分光光度法測定鐵（1 h）。

（二）綜合性實驗對高素質工科人才培養的重要性

以“硫酸銅的制備與提純”綜合實驗為例，首先需要提出合理的工藝路線，如：Cu不溶于非氧化性酸，所以CuSO₄不能由H₂SO₄和Cu直接制備，而需要由濃HNO₃先將單質Cu氧化為Cu²⁺，再與H₂SO₄反應生成CuSO₄·5H₂O，當硫酸銅溶液的離子積大于其溶度積時，則有硫酸銅晶體從溶液析出，最后經由過濾、洗滌和干燥制得CuSO₄·5H₂O晶體。一個看似較簡單的制備實驗，其工藝過程融合了多個科學問題，如：（1）在Cu和濃HNO₃的氧化還原反應過程中會生成NO_x污染性氣體，為此需要引入銨鹽將NO_x還原為無毒無害氣體N₂，但是如果反應溫度過高，則生成NO_x的反應速度過快，NO_x來不及與銨鹽反應轉化為N₂，排放到空氣中造成污染，因此實驗過程需嚴格控制反應溫度;（2）濃HNO₃和銨鹽的引入使實驗過程除了生成主產物CuSO₄外，還會生成Cu（NO₃）·6H₂O、（NH₄）₂SO₄·12H₂O和（NH₄）₂SO₄鹽類副產物，正因為室溫下硫酸銅的溶解度遠小于其它鹽類，從而可得到高純CuSO₄·5H₂O;（3）CuSO₄·5H₂O晶體的析出需要一定的過飽和度，可借助水浴加熱使溶液快速蒸發達到過飽和，也可以在室溫下通過水分的自然揮發而使溶液慢慢達到過飽和，前者形核較快，可得到大量粒徑較小的晶體，后者形核較慢，可得到少量粒徑較大的晶體。而且如果蒸發工藝控制不當，會導致過度蒸發而得不到含結晶水的深藍色CuSO₄·5H₂O晶體，最終產物是淺藍色的、失去部分或全部結晶水的CuSO₄粉末。實驗結束后，針對上述工藝問題展開討論，分析引入銨鹽抑制NO_x工藝設計的巧妙性、科學性和環境相容性，引導學生思考材料制備工藝優化的重要性，幫助學生樹立材料加工工藝的環保意識;針對所得晶體產物形貌和粒徑大小不同的問題，啟發學生從制備過程每一個細節入手，分析硫酸銅溶液的濃度、蒸發方式、過飽和度、冷卻速度等因素對晶體形核、生長速率以及晶粒尺寸、形貌的影響，讓學生認識到過程控制的重要性，引導學生樹立產品質量管理意識……。總之，完成這類融合多個科學問題的綜合性實驗，不僅提高了學生們理論聯系實際的能力，而且培養了他們嚴謹認真的科研精神和團隊協作精神，極大激發了他們的科研熱情和科研潛力，在他們心中播下一粒粒探索未知世界的種子！

四、基礎課程的教改經驗分析

“無機及分析化學”作為一門專業基礎課，知識點較多，受眾面較大，我們通過“組建課程團隊、創新教學內容、融合多種教學模式、優化考核方式和思政進課堂”五個層次推進改革，從而有效保障教學質量和育人質量的穩步提升[18-21]。

（一）組建課程團隊，探索教研新形態

新工科背景下建立有利于教學交叉融合和創新發展的長效機制、組建以課程為紐帶的教學團隊勢在必行。在我們的“無機與分析化學”課程團隊中，團隊成員既要圍繞明確的、統一的教學目標開展教學活動（比如集體備課、統一制作教學課件、共享教學資源等），又需要通過“新老教師結對子、互相觀摩、交流學習”等方式幫助年輕教師快速成長，同時提升老教師在教學中的信息化應用水平。這種教研實踐活動同時也為探索基層教研組織的新形態、新形式積累經驗。

（二）創新教學內容，培養創新能力

“無機及分析化學”知識點多、理論性強，在保證課程系統性的前提下，需重視學科前沿知識的融合，主動將自身相關科學研究中涉及到的新課題、新理論和新方法融入教學內容中。因此任課教師需精心備課、大量查閱中外文獻，及時將材料學科的最新研究成果帶進課堂，拓展學生的認知廣度。具體做法是：團隊成員每人每學期整理并編寫至少4個前沿性學術研究和應用案例，然后通過釘釘平臺共享給團隊的老師和所有學生;同時也鼓勵學生針對自己感興趣的方向積極查找文獻并認真學習、歸納整理并與同學分享，使同學們積極參與到課程改革的實踐中來，他們既是課程改革的受益者，又是課程改革的執行者。

（三）改革教學模式，提高教學效率

在教學時數大幅縮減的客觀情況下，我們充分利用信息平臺，將多媒體課件、板書、錄制的教學視頻以及大學MOOC、釘釘平臺等多種教學手段融入教學實踐中。課前將教學大綱、課件、參考書目、慕課視頻等相關內容及時上傳到網絡平臺，并督促學生提前預習、深度預習;課堂上利用精心制作的多媒體課件對重點理論知識進行梳理和講解;課后利用釘釘平臺與學生充分交流、互動，及時為學生答疑解惑，突破了傳統的面對面課堂教學模式，使學生更便捷地、多渠道地獲取學習、生活所需的一切幫助，加強了師生之間的聯系，極大提升了學生學習的積極性、主動性和創造性，高質量、高標準完成教學任務。

（四）優化考核方式，提高教學效果

在考核機制上，采用與創新教學內容和教學模式相匹配的考核方式。首先，課堂效果的考核更注重課堂表現（占20%），包括課堂討論的參與程度（提問和回答問題）、線上學習的時長、線上提問的踴躍程度、線上單元測試以及課后作業的完成情況;其次，課程學習效果的最終檢驗通過期末考試完成（占60%）;最后，配套實驗的完成效果占20%。針對實驗環節，為了有效保障學生實踐能力和科研能力的提高，教學團隊嚴格實驗環節的過程考核，具體做法為：每次實驗之前先發給學生相關實驗視頻，要求學生線下認真學習實驗原理和實驗方法，并提前寫好實驗的預習報告;學生進入實驗室后，任課老師對具體實驗步驟和操作要領進行細致地講解，要求學生做好實驗的原始記錄;實驗結束后，要求學生在規定時間內完成實驗報告并將原始記錄交老師審閱、簽字;最后實驗成績由線下視頻學習時間、預習報告、實驗過程表現和實驗報告按比例組成。通過高質量完成課程實驗，提升了學生動手實踐的能力，并激發了學生的研究興趣，學生課后紛紛加入老師的科研團隊，繼續科研探索，這就是對課程實驗價值的極大肯定。

（五）加強思政教育，提升教學目標

習近平總書記在全國教育大會和院士大會上的講話：教育是國之大計，黨之大計，必須把培養社會主義建設者和接班人作為根本任務，著重培養創新型、復合型、應用型人才，大力造就一大批具有全球視野和國際水平的戰略科技人才、科技領軍人才、青年科技人才和高水平創新團隊[22-23]。為此，我們教學團隊從備好講好每一節課到設計好每一個課程實驗做起，一切為學生著想，高質量完成教學環節。通過這種潤物細無聲的示范效應，切切實實培養學生愛崗敬業、求真務實的工作作風;同時通過高質量完成實驗環節，培養學生的環保意識、質量意識、團隊意識以及嚴謹的工作作風;而且我們堅信模范的力量遠大于說教，每周我們通過釘釘平臺推送2～4位我國各條科研戰線老中青科學家的科研事跡，鼓勵學生向老一輩革命家和科研工作者學習，激發學生樹立為中華崛起而讀書、為祖國強盛而研究的遠大理想，同時激勵學生向我國平均年齡不超過35歲的中國航天人學習，樹立腳踏實地、求實創新的學習作風以及爭創一流的堅定信心，提升學生的學術文化自信、民族自豪感以及科研報國的決心！

（六）存在的問題及解決辦法

在多學科交叉融合的大趨勢下，理論性和實踐性均較強的“無機及分析化學”實驗仍存在一些問題，比如實驗學時較少、實驗設備和分析方法過于陳舊、無機合成實驗與尖端材料的聯系不緊密、學生對實驗環節重要性認識不足等，嚴重制約了“無機及分析化學”的教學改革，影響了創新型人才的培養。因此，我們應隨著改革的進行逐步優化調整教學大綱，增加實踐環節的教學時數;同時積極爭取學校大型儀器平臺共享的機會，最大限度利用學校的現有硬件支持為學生提供更加先進的實驗條件;主動增加更貼近生產實際的實驗內容，開拓學生視野，滿足學生創新發展需求，從而構建更加完整、更加先進的學科結構和知識體系，為學生從事科學研究和工業、工程實踐提供完備的理論基礎和實踐技能，培養滿足社會發展所需要的“無機及分析化學”高級人才。

五、結語

世界范圍內工業革命的加速推進以及我國國內產業的轉型升級，越來越依賴于基礎扎實、知識面寬、能力強的創新型、復合型人才的培養，因此，高等學校要堅持深化“寬口徑、夯基礎、重交叉”的教改探索。本文以專業基礎課“無機及分析化學”的改革為例，通過課程內容的交叉融合、配套教材的合理選擇、綜合性實驗教學的高效組織和實施，幫助學生建立完整的知識構架、提升學生的系統思維能力和創新能力。同時通過“強化課程團隊建設、融合學科前沿知識、依托網絡信息資源、注重實踐能力培養以及加強思政教育”五位一體交叉融合的模式積極推進教學改革，為學生的快速成長提供高效的軟硬件教學環境，極大提升了教學效果和育人效果，對培養基礎扎實、素質過硬的卓越工科人才以及國家硬實力的提升均具有重要的意義。

〔參考文獻〕

[1]林健.深入扎實推進新工科建設——新工科研究與實踐項目的組織和實施[J].高等工程教育研究，2017（5）：18-31.

[2]葉飛，廖成竹，章劍波，等.慕課與虛擬仿真深度融合的實驗教學[J].北京科技大學學報（社會科學版），2022，38（1）：67-72.

[3]鄧安民，崔瑞元，王玉華，等.無機及分析化學課程整合的教學改革探討與實踐[J].南昌航空工業學院學報（社會科學版），2003，5（3）：92-94.

[4]高明慧.無機與分析化學實驗課程教學改革探索[J].實驗室科學，2016，19（5）：137-140.

[5]江雪清，李小平，王超英.“無機及分析化學實驗”課程教學改革與實踐[J].化學教育，2014，35（4）：34-36.

[6]張玲，王傳虎，吳景梅，等.無機及分析化學實驗教學改革與實踐[J].科技創新導報，2011（10）：149.

[7]張雪輝，梁彤祥，楊牧南，等.新工科背景下多學科交叉融合的材料類創新型人才培養模式初探[J].萍鄉學院學報，2020，37（3）：85-88.

[8]李濤，周華.多學科知識融合的免疫學教學策略[J].基礎醫學教育，2015，17（8）：664-666.

[9]羅亞楠，于曉洋，曹雪玲.工科院校無機與分析化學課程的教學改革與探討[J].山東化工，2018，47（1）：108-109，111.

[10]許曉璐，葉孝勇.材料科學與工程專業無機及分析化學課程內容改革探討[J].貴陽學院學報（自然科學版），2012，7（3）：53-56.

[11]李海紅，杜偉，孫學勤，等.材料科學與工程專業無機與分析化學教學改革的探索[J].廣東化工，2011，38（5）：249，253.

[12]王婕.無機及分析化學課程教學改革的探索與實踐[J].廣東化工，2021，48（3）：216-217.

[13]莫德清，肖文香.高等院校無機及分析化學課程的教學改革與實踐[J].廣西科學院學報，2012，28（3）：242-244.

[14]黃高凌，王力，陳慶綢，等.“無機與分析化學”精品課程的實踐與探索[J].集美大學學報（教育科學版），2009，10（4）：71-75.

[15]鐘國清.無機及分析化學課程改革的實踐與思考[J].化工高等教育，2007，24（5）：11-13，77.

[16]賈之慎.無機及分析化學（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[17]四川大學化工系和浙江大學化學系.分析化學實驗（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[18]陳素清，梁華定.“互聯網+”背景下“無機及分析化學”課程教學策略與實踐[J].化學教育（中英文），2020，41（24）：30-36.

[19]高文秀，任紅，楊艷艷，等.“教育+互聯網”在《無機與分析化學》課程中的改革與實踐[J].吉林化工學院學報，2019，36（2）：17-19.

[20]宋小杰.基于課程思政新理念下的“無機分析化學”專業課課程建設探索與實踐[J].安徽化工，2021，47（1）：139-140.

[21]朱麗麗，楊振興，曹靜.“無機及分析化學”教學中“課程思政”的探索[J].云南化工，2019，46（3）：194-196.

[22]翟博.深刻理解習近平總書記關于教育的重要論述核心思想和精髓要義[J].中國高等教育，2021（1）：20-28.

[23]陳仕偉，陳琳.習近平關于培養造就大批優秀科技人才重要論述探析-基于習近平在兩院院士大會上三次重要講話的思考[J].長沙理工大學學報（社會科學版），2021，36（2）：84-90.

Exploring of Teaching Reforms on the Cross-integration of Basic Courses under the “Double First-Class”University Project

ZHANG Rui-zhen，WANG Xiao-min，XU Mei-xian

（College of Materials Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

Abstract：In order to adapt to the urgent needs of training innovative talent under double first-class university project，higher education begins to explore the teaching reforms featuring “broadening the caliber，consolidating the foundation，paying attention to the cross-integration of disciplines and strengthening the practices”，which at last serve for the development of the new economy characterized by new technologies，new industries，new forms of business and new models. In this paper，it is proposed that the teaching contents of basic courses should pay attention to the cross-integration development of theory and practice. Also，the specific ideas，methods，practices，measures and effects in the basic curriculum reform are analyzed，and the significances of the reforming measures are explored for cultivating high-quality talents，such as establishing teaching teams，innovating teaching contents，reforming teaching modes，optimizing assessment modes and strengthening ideological and political educations.

Key words：emerging engineering education;basic courses;inorganic and analytical chemistry;teaching reforms