基于應用型大學的 “以學生為中心”的無機化學教學設計與實踐*

馮彤英，吳 靈，魏永春，馬文英

（北京理工大學 珠海學院 材料與環境學院，廣東 珠海 519088）

無機化學課程是材料科學與工程、化學工程與工藝、環境工程、應用化學等專業的一門學科基礎教育必修課，是培養化學及相關專業工程技術人員的整體知識結構及能力結構的重要組成部分，為學生學習后續專業課程打下知識基礎。本課程講授化學學科的基礎理論，如物質存在的形態、物質結構及四大平衡的知識，同時在這些理論指導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，單質的性質、制備，化合物的性質、制備以及應用。該課程的特點是理論抽象，各類無機元素的性質龐雜，對學生的思維能力和學習能力要求較高，學生學習普遍感到吃力。另外，學時壓縮更使得無機化學教學雪上加霜。

1 現階段無機化學課程教學普遍存在的“痛點”問題

1.1 學生基礎參差不齊，難以實施同步教學

近幾年，高考制度不斷改革，高中化學作為選考科目之一備受沖擊。有些學生沒有選考化學，也就意味著基本沒有學習化學相關知識，缺乏化學思維，導致學生基礎參差不齊。大學無機化學課程內容與高中化學課程相銜接，對學生的理解能力和學習能力要求較高。傳統班級模式化的教學，忽視了學生個體的差異性，“一刀切”的施教模式勢必會影響到整體教學質量。

1.2 學習環境的改變，給學生學習生活帶來很大的沖擊

從高中到大學，學生的學習環境發生極大的變化，主要體現在：學習容量增大，教師約束力減小，自學能力要求較高，學習任務和目的改變等。面對學習、生活和人際交往方面的種種問題，一些學生缺乏自我調節的意識，情緒和心態控制不佳，對無機化學的學習產生了畏難的心理。

1.3 教學模式單一，課堂氣氛沉悶

隨著信息技術在教育領域的應用，線上線下混合式教學模式和智慧教學工具也逐漸被應用于無機化學課程教學。但由于沒有進行配套的教學活動設計，智慧教學工具僅作為簽到、點名等低階的應用，新瓶裝舊酒，課堂教學依然采用滿堂灌課的單一形式。從教師角度來說，課時數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］。這種教學模式的優點是教師能夠將課程的主要知識系統地傳授給學生，學生也能夠較為容易地理解教師講授的知識，缺點是教師與學生溝通互動不夠，忽視了學生能力的培養。從學生角度來說，大學的課堂容量、教學模式以及思維方式都與高中有很大的差別。很多學生不能適應這樣的轉變，覺得無機化學難，提不起學習興趣，致使課堂上“手機族”和“低頭族”普遍存在。

1.4 評價方式單一，不能激發學生的學習熱情

在傳統的教學模式下，無機化學課程采用的是終結性考核模式。學生經過一學期的學習，最后由一張試卷給出學習效果評價。這種考核評價方式單一，只考查了學生對無機化學知識點的識記和理解，對于學生平時的學習過程無法給出具體考量。多數學生覺得考試是一種過關，考核的價值僅僅是通過，無法激發學生對無機化學學習的熱情與創造性，進而導致學生課上不聽講。而且多數學生會依據教師教學過程中的授課重點，考前押題、猜題，忽視了對無機化學課程內容的整體把握，難以養成良好的學習習慣，嚴重削弱了學生的學習積極性，更談不上綜合能力和素質的形成［2-3］。

2 以“學生為中心”的教學設計實踐

以學生為中心，充分運用信息化技術，開發設計新形態的學習資源，優化教學內容，以應對學時減少帶來的教學壓力；重構教學模式，解決學生學習差異性的問題；創設出多元化的教學場景，加深學生對知識的理解和記憶；不斷求新求變，設計豐富的教學活動，使課堂靈動而有張力彈性，激發學生的學習興趣，以幫助學生高效達成學習目標；運用智慧教學工具，對學生學習過程進行客觀、量化的設計，調動積極性、培養其良好的學習習慣。

2.1 依據學情特點，分類教學

無機化學授課對象是大學一年級新生，其學情特點是基礎參差不齊，學生的學習環境相對于高中而言發生極大的變化，學生要通過無機化學學習完成高中化學到大學化學的過渡。依據這些特點，無機教學組充分調研高中化學知識模塊，設置了快慢班進行分類教學，增開習題課，旨在不讓一個學生掉隊，逐漸完成從高中到大學的過渡。

2.2 教學內容的組織優化設計

教學內容是老師備課的第一環節。根據幾年的教學經驗發現，一般學生學習的動力在于所學知識對他今后的生活或工作是否能產生幫助，所以教學內容的選擇必須能夠滿足學生的需求，才能被學生認可和接受［4-6］。另外，要解決課時數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，為課堂討論及學生自主探索留出時間及空間，必須進行教學內容的合理調整及精減。通過對不同專業的調查與分析，請各專業負責人共同修訂大綱內容，有策略地選擇或增加講授的內容，盡量做到重點突出，難度適度，思路清楚，真正做到“學精學活有用”。刪減了與后續物理化學課程重復的部分熱力學、動力學內容，弱化一些復雜公式的推導，部分專業刪掉了f區元素內容。根據專業需要適當擴充內容，增加學科研究新應用、科學家探究知識等案例，融入課程思政。如在為應用化學（新能源方向）講授氧化還原反應章節內容時，增加講解一些日常生活、生產中的電池，如鋰離子電池、燃料電池的反應，對電池的正極材料和負極材料、優缺點及其市場分布等做一些簡單介紹（見圖1），使學生在學習氧化還原反應理論的同時對其應用性也有初步了解。

2.3 設計各類教學資源，豐富學生學習途徑

配合教學內容，以學生學習為中心，我們精心設計了課前導學學案，引入了天津大學無機化學優質慕課，開發建設了無機化學多媒體學習資源庫、標準化習題庫等一系列教學素材（如圖2所示）。利用這些教學資源，不同基礎的學生可以根據自己的需求進行個性化、多樣化的學習。

圖2 教學資源設計例證

2.4 教學模式的重新規劃設計，解決學生基礎差異化問題

結合北京理工大學珠海學院生源特點及教學實際，我們規劃設計了線上線下混合式教學模式。在這種教學模式下（見圖3），學生可以根據自身的情況進行個性化的學習，解決了學生因為基礎不同帶來的差異化問題，提高了學生自主性學習能力，同時還緩解了由于學時減少而帶來的教學壓力。

圖3 教學模式規劃設計

該模式對教師教學過程設計是：

課前經常關注學生線上學習進度，對于達到預警的學生，要進行督促提醒。同時密切留意課程門戶討論區學生的討論，及時的給予點贊、點評、提示引導或加分。

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生課前學習情況；二是對學生討論區有代表性的問題進行評講；三是對重點的強調和難點的突破。

課后進行線上線下答疑，批改線上學生作業。根據學生作業、教學效果調查問卷等反饋情況，進行總結反思，形成持續改進計劃。

2.5 設計多元化的課堂教學活動，激發學生的學習興趣

一是以生產實踐為教學案例，組織實時性的討論活動。

結合生產生活實踐，給學生提供一些即時性的教學案例，讓學生利用無機化學知識去分析判斷，同時進行思政思想滲透教育。

具體實例：在學習氮元素的性質時，結合氮元素的地球化學循環講解（如圖4）。

圖4 氮元素的地球化學循環過程

組織實施方式：先把截圖和討論題目放在課程門戶討論區，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，單質還是化合物）參與循環；動植物尸體腐敗時產生氨或銨鹽還是其他物質；人類活動會不會影響氮循環過程等。讓學生進行線上分析討論，在課堂上教師再進行分析總結，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，強調循環經濟，變廢為寶，解決由于人類對氮元素不合理利用帶來的環境污染。

二是啟發引導逐層遞進。

具體實例：聯系實驗、聯系中學知識點，講解標準電極電勢及其應用（見圖5）。

圖5 課堂教學活動設計案例

組織實施方式：提問，讓學生回憶中學所學的金屬活動順序表；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聯，引導學生給出結論“表中電對按EθOx／Red代數值由小到大的順序排列，可由數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，分別用設計實驗和電極電勢理論解釋兩種途徑解決，請同學們板演結論。

2.6 借助智慧教學工具，強化過程性考核的教學評價設計

將學生的學習過程考核分為線上觀看課程視頻學習、參與課程門戶討論區討論活動、線上作業、線上考試、線下課堂學習等幾部分，根據各部分的重要性設置相應的權重，如表1所示。學生每次的學習活動都會即時記錄，學生可以隨時在手機學習通APP查看自己當下的平時成績，教師也可以根據學生的平時成績及時提醒督促。

表1 多元化評價方式設計

3 教學實踐成效

3.1 活躍了課堂氣氛，增強了學生學習興趣

通過微信問卷星，學生匿名填寫調查問卷的方式，調查了學生的興趣度以及學生對教師教學的滿意度。結果表明，學生的學習興趣得到了明顯的提升，如圖6所示。根據學校教務處組織的學生網上評教數據顯示，本教學團隊成員學生評教分數均在90分以上，處于全校前列。

圖6 課堂教學效果調查問卷

3.2 學生成績提升明顯

近幾年無機化學課程期末考試成績提高明顯，整體成績較為理想，成績如表2所示。

表2 近三學年無機化學期末成績情況一覽表

3.3 學生解決問題的能力得到一定的鍛煉，積極參與科研創新活動

學生參與科研興趣高漲，近三年學校學生主持大學生創新創業訓練計劃項目國家級4項，省級12項，校級27項。學生創新能力得到了明顯的提高，在近兩年化工設計大賽中成績優異。團隊教師指導學生獲2019年第十三屆全國化工設計大賽華南賽區特等獎1項，全國二等獎1項；2020年第十四屆全國化工設計大賽獲華南賽區一等獎2項，全國二等獎、三等獎各1項。

4 結語

我國高考制度使學生接受了更多的應試教育，這在某種程度上限制了學生的自由發揮。大學一年級學生就如同從籠子里釋放的小鳥，對要學習的專業充滿幻想，思維活躍，但卻似懂非懂，這個階段應該是個很容易產生新思想的年齡，也是培養學生創新能力的最好時機［7］。工科專業無機化學課程的教學，有不同的專業要求和教學特點，教師除了熟悉教材內容、優化教學內容外，還要能夠結合大學新生的心理特點和學習特點，進行教學方法研究和實踐，全面提高無機化學的教學質量。本課程設計以學生為中心的教學模式，提高了學生的自主性學習能力，解決了學生學習差異化的問題，同時也緩解了由于學時減少而帶來的教學壓力。設計的各類教學活動，有效的活躍了課堂教學氣氛，提升了學生的學習興趣。充分發揮利用智慧教學工具輔助教學的功能，使得學生學習過程性考核更為客觀、公平。