基于應(yīng)用型大學(xué)的 “以學(xué)生為中心”的無機化學(xué)教學(xué)設(shè)計與實踐*

馮彤英，吳 靈，魏永春，馬文英

（北京理工大學(xué) 珠海學(xué)院 材料與環(huán)境學(xué)院，廣東 珠海 519088）

無機化學(xué)課程是材料科學(xué)與工程、化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)教育必修課，是培養(yǎng)化學(xué)及相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員的整體知識結(jié)構(gòu)及能力結(jié)構(gòu)的重要組成部分，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打下知識基礎(chǔ)。本課程講授化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)理論，如物質(zhì)存在的形態(tài)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及四大平衡的知識，同時在這些理論指導(dǎo)下講授元素周期表中各族元素，包括元素在自然界中的存在，單質(zhì)的性質(zhì)、制備，化合物的性質(zhì)、制備以及應(yīng)用。該課程的特點是理論抽象，各類無機元素的性質(zhì)龐雜，對學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)能力要求較高，學(xué)生學(xué)習(xí)普遍感到吃力。另外，學(xué)時壓縮更使得無機化學(xué)教學(xué)雪上加霜。

1 現(xiàn)階段無機化學(xué)課程教學(xué)普遍存在的“痛點”問題

1.1 學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，難以實施同步教學(xué)

近幾年，高考制度不斷改革，高中化學(xué)作為選考科目之一備受沖擊。有些學(xué)生沒有選考化學(xué)，也就意味著基本沒有學(xué)習(xí)化學(xué)相關(guān)知識，缺乏化學(xué)思維，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊。大學(xué)無機化學(xué)課程內(nèi)容與高中化學(xué)課程相銜接，對學(xué)生的理解能力和學(xué)習(xí)能力要求較高。傳統(tǒng)班級模式化的教學(xué)，忽視了學(xué)生個體的差異性，“一刀切”的施教模式勢必會影響到整體教學(xué)質(zhì)量。

1.2 學(xué)習(xí)環(huán)境的改變，給學(xué)生學(xué)習(xí)生活帶來很大的沖擊

從高中到大學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)生極大的變化，主要體現(xiàn)在：學(xué)習(xí)容量增大，教師約束力減小，自學(xué)能力要求較高，學(xué)習(xí)任務(wù)和目的改變等。面對學(xué)習(xí)、生活和人際交往方面的種種問題，一些學(xué)生缺乏自我調(diào)節(jié)的意識，情緒和心態(tài)控制不佳，對無機化學(xué)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了畏難的心理。

1.3 教學(xué)模式單一，課堂氣氛沉悶

隨著信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，線上線下混合式教學(xué)模式和智慧教學(xué)工具也逐漸被應(yīng)用于無機化學(xué)課程教學(xué)。但由于沒有進行配套的教學(xué)活動設(shè)計，智慧教學(xué)工具僅作為簽到、點名等低階的應(yīng)用，新瓶裝舊酒，課堂教學(xué)依然采用滿堂灌課的單一形式。從教師角度來說，課時數(shù)有限與課程知識不斷膨脹的矛盾存在，老師怕講不完、講不到，只能滿堂灌［1］。這種教學(xué)模式的優(yōu)點是教師能夠?qū)⒄n程的主要知識系統(tǒng)地傳授給學(xué)生，學(xué)生也能夠較為容易地理解教師講授的知識，缺點是教師與學(xué)生溝通互動不夠，忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)。從學(xué)生角度來說，大學(xué)的課堂容量、教學(xué)模式以及思維方式都與高中有很大的差別。很多學(xué)生不能適應(yīng)這樣的轉(zhuǎn)變，覺得無機化學(xué)難，提不起學(xué)習(xí)興趣，致使課堂上“手機族”和“低頭族”普遍存在。

1.4 評價方式單一，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，無機化學(xué)課程采用的是終結(jié)性考核模式。學(xué)生經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，最后由一張試卷給出學(xué)習(xí)效果評價。這種考核評價方式單一，只考查了學(xué)生對無機化學(xué)知識點的識記和理解，對于學(xué)生平時的學(xué)習(xí)過程無法給出具體考量。多數(shù)學(xué)生覺得考試是一種過關(guān)，考核的價值僅僅是通過，無法激發(fā)學(xué)生對無機化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情與創(chuàng)造性，進而導(dǎo)致學(xué)生課上不聽講。而且多數(shù)學(xué)生會依據(jù)教師教學(xué)過程中的授課重點，考前押題、猜題，忽視了對無機化學(xué)課程內(nèi)容的整體把握，難以養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，嚴重削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更談不上綜合能力和素質(zhì)的形成［2-3］。

2 以“學(xué)生為中心”的教學(xué)設(shè)計實踐

以學(xué)生為中心，充分運用信息化技術(shù)，開發(fā)設(shè)計新形態(tài)的學(xué)習(xí)資源，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以應(yīng)對學(xué)時減少帶來的教學(xué)壓力；重構(gòu)教學(xué)模式，解決學(xué)生學(xué)習(xí)差異性的問題；創(chuàng)設(shè)出多元化的教學(xué)場景，加深學(xué)生對知識的理解和記憶；不斷求新求變，設(shè)計豐富的教學(xué)活動，使課堂靈動而有張力彈性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以幫助學(xué)生高效達成學(xué)習(xí)目標；運用智慧教學(xué)工具，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程進行客觀、量化的設(shè)計，調(diào)動積極性、培養(yǎng)其良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2.1 依據(jù)學(xué)情特點，分類教學(xué)

無機化學(xué)授課對象是大學(xué)一年級新生，其學(xué)情特點是基礎(chǔ)參差不齊，學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境相對于高中而言發(fā)生極大的變化，學(xué)生要通過無機化學(xué)學(xué)習(xí)完成高中化學(xué)到大學(xué)化學(xué)的過渡。依據(jù)這些特點，無機教學(xué)組充分調(diào)研高中化學(xué)知識模塊，設(shè)置了快慢班進行分類教學(xué)，增開習(xí)題課，旨在不讓一個學(xué)生掉隊，逐漸完成從高中到大學(xué)的過渡。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的組織優(yōu)化設(shè)計

教學(xué)內(nèi)容是老師備課的第一環(huán)節(jié)。根據(jù)幾年的教學(xué)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，一般學(xué)生學(xué)習(xí)的動力在于所學(xué)知識對他今后的生活或工作是否能產(chǎn)生幫助，所以教學(xué)內(nèi)容的選擇必須能夠滿足學(xué)生的需求，才能被學(xué)生認可和接受［4-6］。另外，要解決課時數(shù)有限與課程知識不斷膨脹的矛盾，避免教師唱獨角戲的滿堂灌，為課堂討論及學(xué)生自主探索留出時間及空間，必須進行教學(xué)內(nèi)容的合理調(diào)整及精減。通過對不同專業(yè)的調(diào)查與分析，請各專業(yè)負責人共同修訂大綱內(nèi)容，有策略地選擇或增加講授的內(nèi)容，盡量做到重點突出，難度適度，思路清楚，真正做到“學(xué)精學(xué)活有用”。刪減了與后續(xù)物理化學(xué)課程重復(fù)的部分熱力學(xué)、動力學(xué)內(nèi)容，弱化一些復(fù)雜公式的推導(dǎo)，部分專業(yè)刪掉了f區(qū)元素內(nèi)容。根據(jù)專業(yè)需要適當擴充內(nèi)容，增加學(xué)科研究新應(yīng)用、科學(xué)家探究知識等案例，融入課程思政。如在為應(yīng)用化學(xué)（新能源方向）講授氧化還原反應(yīng)章節(jié)內(nèi)容時，增加講解一些日常生活、生產(chǎn)中的電池，如鋰離子電池、燃料電池的反應(yīng)，對電池的正極材料和負極材料、優(yōu)缺點及其市場分布等做一些簡單介紹（見圖1），使學(xué)生在學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)理論的同時對其應(yīng)用性也有初步了解。

2.3 設(shè)計各類教學(xué)資源，豐富學(xué)生學(xué)習(xí)途徑

配合教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，我們精心設(shè)計了課前導(dǎo)學(xué)學(xué)案，引入了天津大學(xué)無機化學(xué)優(yōu)質(zhì)慕課，開發(fā)建設(shè)了無機化學(xué)多媒體學(xué)習(xí)資源庫、標準化習(xí)題庫等一系列教學(xué)素材（如圖2所示）。利用這些教學(xué)資源，不同基礎(chǔ)的學(xué)生可以根據(jù)自己的需求進行個性化、多樣化的學(xué)習(xí)。

圖2 教學(xué)資源設(shè)計例證

2.4 教學(xué)模式的重新規(guī)劃設(shè)計，解決學(xué)生基礎(chǔ)差異化問題

結(jié)合北京理工大學(xué)珠海學(xué)院生源特點及教學(xué)實際，我們規(guī)劃設(shè)計了線上線下混合式教學(xué)模式。在這種教學(xué)模式下（見圖3），學(xué)生可以根據(jù)自身的情況進行個性化的學(xué)習(xí)，解決了學(xué)生因為基礎(chǔ)不同帶來的差異化問題，提高了學(xué)生自主性學(xué)習(xí)能力，同時還緩解了由于學(xué)時減少而帶來的教學(xué)壓力。

圖3 教學(xué)模式規(guī)劃設(shè)計

該模式對教師教學(xué)過程設(shè)計是：

課前經(jīng)常關(guān)注學(xué)生線上學(xué)習(xí)進度，對于達到預(yù)警的學(xué)生，要進行督促提醒。同時密切留意課程門戶討論區(qū)學(xué)生的討論，及時的給予點贊、點評、提示引導(dǎo)或加分。

教師在課堂上主要解決三件事：一是通過隨機抽查提問檢查學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況；二是對學(xué)生討論區(qū)有代表性的問題進行評講；三是對重點的強調(diào)和難點的突破。

課后進行線上線下答疑，批改線上學(xué)生作業(yè)。根據(jù)學(xué)生作業(yè)、教學(xué)效果調(diào)查問卷等反饋情況，進行總結(jié)反思，形成持續(xù)改進計劃。

2.5 設(shè)計多元化的課堂教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

一是以生產(chǎn)實踐為教學(xué)案例，組織實時性的討論活動。

結(jié)合生產(chǎn)生活實踐，給學(xué)生提供一些即時性的教學(xué)案例，讓學(xué)生利用無機化學(xué)知識去分析判斷，同時進行思政思想滲透教育。

具體實例：在學(xué)習(xí)氮元素的性質(zhì)時，結(jié)合氮元素的地球化學(xué)循環(huán)講解（如圖4）。

圖4 氮元素的地球化學(xué)循環(huán)過程

組織實施方式：先把截圖和討論題目放在課程門戶討論區(qū)，討論題目如：圖中有幾種固氮途徑；氮元素以什么形式（無機物還是有機物，單質(zhì)還是化合物）參與循環(huán)；動植物尸體腐敗時產(chǎn)生氨或銨鹽還是其他物質(zhì)；人類活動會不會影響氮循環(huán)過程等。讓學(xué)生進行線上分析討論，在課堂上教師再進行分析總結(jié)，同時進行思政思想滲透：傳播綠水青山就是金山銀山的理念，強調(diào)循環(huán)經(jīng)濟，變廢為寶，解決由于人類對氮元素不合理利用帶來的環(huán)境污染。

二是啟發(fā)引導(dǎo)逐層遞進。

具體實例：聯(lián)系實驗、聯(lián)系中學(xué)知識點，講解標準電極電勢及其應(yīng)用（見圖5）。

圖5 課堂教學(xué)活動設(shè)計案例

組織實施方式：提問，讓學(xué)生回憶中學(xué)所學(xué)的金屬活動順序表；列出298K時酸性水溶液中常用的標準電極電勢表，追問和金屬活動順序表的關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生給出結(jié)論“表中電對按EθOx／Red代數(shù)值由小到大的順序排列，可由數(shù)值判斷電對的氧化還原能力”；拋出問題，2Fe2++I2（s）■→2I-+2Fe3+，能否向右進行？分組討論，分別用設(shè)計實驗和電極電勢理論解釋兩種途徑解決，請同學(xué)們板演結(jié)論。

2.6 借助智慧教學(xué)工具，強化過程性考核的教學(xué)評價設(shè)計

將學(xué)生的學(xué)習(xí)過程考核分為線上觀看課程視頻學(xué)習(xí)、參與課程門戶討論區(qū)討論活動、線上作業(yè)、線上考試、線下課堂學(xué)習(xí)等幾部分，根據(jù)各部分的重要性設(shè)置相應(yīng)的權(quán)重，如表1所示。學(xué)生每次的學(xué)習(xí)活動都會即時記錄，學(xué)生可以隨時在手機學(xué)習(xí)通APP查看自己當下的平時成績，教師也可以根據(jù)學(xué)生的平時成績及時提醒督促。

表1 多元化評價方式設(shè)計

3 教學(xué)實踐成效

3.1 活躍了課堂氣氛，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

通過微信問卷星，學(xué)生匿名填寫調(diào)查問卷的方式，調(diào)查了學(xué)生的興趣度以及學(xué)生對教師教學(xué)的滿意度。結(jié)果表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了明顯的提升，如圖6所示。根據(jù)學(xué)校教務(wù)處組織的學(xué)生網(wǎng)上評教數(shù)據(jù)顯示，本教學(xué)團隊成員學(xué)生評教分數(shù)均在90分以上，處于全校前列。

圖6 課堂教學(xué)效果調(diào)查問卷

3.2 學(xué)生成績提升明顯

近幾年無機化學(xué)課程期末考試成績提高明顯，整體成績較為理想，成績?nèi)绫?所示。

表2 近三學(xué)年無機化學(xué)期末成績情況一覽表

3.3 學(xué)生解決問題的能力得到一定的鍛煉，積極參與科研創(chuàng)新活動

學(xué)生參與科研興趣高漲，近三年學(xué)校學(xué)生主持大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目國家級4項，省級12項，校級27項。學(xué)生創(chuàng)新能力得到了明顯的提高，在近兩年化工設(shè)計大賽中成績優(yōu)異。團隊教師指導(dǎo)學(xué)生獲2019年第十三屆全國化工設(shè)計大賽華南賽區(qū)特等獎1項，全國二等獎1項；2020年第十四屆全國化工設(shè)計大賽獲華南賽區(qū)一等獎2項，全國二等獎、三等獎各1項。

4 結(jié)語

我國高考制度使學(xué)生接受了更多的應(yīng)試教育，這在某種程度上限制了學(xué)生的自由發(fā)揮。大學(xué)一年級學(xué)生就如同從籠子里釋放的小鳥，對要學(xué)習(xí)的專業(yè)充滿幻想，思維活躍，但卻似懂非懂，這個階段應(yīng)該是個很容易產(chǎn)生新思想的年齡，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的最好時機［7］。工科專業(yè)無機化學(xué)課程的教學(xué)，有不同的專業(yè)要求和教學(xué)特點，教師除了熟悉教材內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容外，還要能夠結(jié)合大學(xué)新生的心理特點和學(xué)習(xí)特點，進行教學(xué)方法研究和實踐，全面提高無機化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。本課程設(shè)計以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，提高了學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)能力，解決了學(xué)生學(xué)習(xí)差異化的問題，同時也緩解了由于學(xué)時減少而帶來的教學(xué)壓力。設(shè)計的各類教學(xué)活動，有效的活躍了課堂教學(xué)氣氛，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。充分發(fā)揮利用智慧教學(xué)工具輔助教學(xué)的功能，使得學(xué)生學(xué)習(xí)過程性考核更為客觀、公平。