非化學專業(yè)大學化學課程體系化教學改革探索

王大偉，包河彬，肖 楚，廖梓珺，劉妹靜

（中國人民解放軍陸軍勤務學院基礎部，重慶 401331）

化學與能源、環(huán)境、材料、信息技術、生命科學等關鍵科學均密切相關，近年一直肆虐不休的新冠疫情更讓大眾認識到化學、生物等基礎學科的重要性。因而，在大學生中開展化學素質(zhì)教育成為培養(yǎng)新世紀綜合型人才的必然要求，在高校中對非化學專業(yè)開設“大學化學”公共基礎課也已成為普遍共識[1]。

我院“大學化學”課程是面向全體本科二年級學生的公共必修課程。在教學過程中發(fā)現(xiàn)，一方面由于“大學化學”課程課時較少，但教學大綱要求的課程覆蓋內(nèi)容較多，造成老師在傳統(tǒng)課堂教學過程中被迫加快進度，既嚴重影響教學效果，又容易使基礎薄弱的學生產(chǎn)生畏難情緒，挫傷學習積極性；另一方面，由于不同專業(yè)生源彼此差異較大，化學知識儲備水平參差不齊，學生在傳統(tǒng)課堂教學過程中難以找到學習的興趣點，使得學習目的不清，主動學習意愿不強，課程學習對核心素養(yǎng)的提升作用不明顯。為此，采取貼近專業(yè)背景需求、線下教學與線上自學互補、講授與研討融合等方式，進一步提高學生在學習過程中的參與度，從教學內(nèi)容、教學模式、教學方法等方面對“大學化學”課程教學進行了體系化改革探索。

1 貼近專業(yè)需求設計教學內(nèi)容

對于非化學專業(yè)的本科生來說，“大學化學”課程的教學目標主要是培養(yǎng)其正確的科學觀、社會觀、價值觀，使學生在接受“大學化學”課程教育后從中學化學水平提高到大學化學水平，并成為基礎扎實、知識面寬、具有開拓創(chuàng)新能力的人才[2]。

現(xiàn)行“大學化學”教學內(nèi)容通常包括化學熱力學、化學動力學、化學平衡、電化學基礎、物質(zhì)結構等理論內(nèi)容，同時還會介紹化學與其他學科之間的關系，如化學與環(huán)境、化學與材料、化學與生活等，所含知識面較廣。由于各個專業(yè)學生的背景需求各不相同，不能要求他們像化學系學生那樣面面俱到，學習較深的化學理論知識。否則一方面學生會因缺乏自主學習動力而挫傷學習的積極性，另一方面教師也會深陷“內(nèi)容多、課時少”的矛盾中無法自拔。以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生為例，相當部分學生直覺上會認為自己的專業(yè)更多應該只與計算機、傳感器、數(shù)據(jù)處理等方面內(nèi)容關系密切，而與化學毫不相干，會不同程度出現(xiàn)學習目的不清、主動性不強的情況。針對這種情況，最重要的是幫助學生激發(fā)學習化學的興趣，明確學習化學的意義。這就要求教師在教學過程中需要針對不同專業(yè)的授課對象對教學內(nèi)容重新設計，同時主動控制理論深度，側(cè)重引入與學生專業(yè)背景相關的應用。

1.1 充分發(fā)揮緒論的重要作用，激發(fā)學生學習興趣

緒論課是大學化學課堂教學的第一課，通過緒論課，學生應該明確本課程的學習目的、任務和主要內(nèi)容。同時，一堂生動有趣、貼近生活的緒論課能夠激發(fā)學生的學習興趣，為后續(xù)學習創(chuàng)造一個良好的開端[3]。因此，在緒論課教學過程中引入與專業(yè)背景相關的案例就顯得尤為重要，在拓寬學生視野的同時，也能起到關聯(lián)專業(yè)需求的作用。如，對環(huán)境專業(yè)的學生，選擇重點地介紹化學在監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量、治理環(huán)境、保護環(huán)境中的應用，還可以引入綠色化學教育，向?qū)W生介紹綠色工藝、清潔生產(chǎn)、能源利用等的積極意義；對材料專業(yè)的學生，重點闡述智能材料、納米材料、液晶材料、新型陶瓷材料、光電轉(zhuǎn)換材料等新材料的結構性能及應用；對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生，則重點聯(lián)系我國在信息化時代下高速發(fā)展的成績及困境，透過“芯片制造”等一系列“卡脖子”的技術難題凸顯出化學等基礎學科的重要性。

1.2 強化對專業(yè)課程支撐，吸引學生主動學習

通過明確教學對象專業(yè)課程需求，關聯(lián)相關教學內(nèi)容，強化對后續(xù)專業(yè)課程的支撐，提升學生學習的主動性。以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，物聯(lián)網(wǎng)的定義和覆蓋范圍已不再單純指基于RFID 技術的物聯(lián)網(wǎng)，因此該專業(yè)學生后續(xù)課程中除了類似“傳感器原理及應用”的主干課程，同時也包含了倉儲和物流等方面相關的課程。在大學化學課程教學過程中，可以分別從化學對該專業(yè)主干課程及拓展課程兩方面的關聯(lián)或支撐作用進一步強化聯(lián)系，從而在提高教學針對性的同時，吸引學生的注意力，激發(fā)學生的好奇心，促進學生主動學習，以提升教學的有效性。一方面，在介紹物質(zhì)結構部分內(nèi)容時，可適時穿插部分傳感器的基本原理。闡明傳感器是可以實現(xiàn)將非電物理量轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關系的電量的器件，這種轉(zhuǎn)換技術很大程度上依賴于半導體、功能金屬等新功能材料技術，而且傳感器技術發(fā)展趨勢之一就是新材料的開發(fā)和應用[4]。讓學生認識到理解掌握傳感器的基本原理及發(fā)展趨勢，都要求有一定的化學知識基礎。另一方面，由于現(xiàn)代倉儲、物流都涉及物資的物理、化學特性，以及物資的包裝、防護等方面的內(nèi)容，均需要具備一定的化學基礎知識。可以在介紹化學熱力學、化學動力學、氧化還原與電化學等部分內(nèi)容時，給學生布置開放性的作業(yè)，如結合化學變化與倉儲條件、物資變質(zhì)與防護包裝、金屬腐蝕與防護等方面搜集資料形成小論文，在鍛煉學生自主學習能力的同時，開闊學生視野，為后續(xù)學習奠定基礎。

2 合理利用優(yōu)質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)資源，改革傳統(tǒng)教學模式

“大學化學”課程內(nèi)容涵蓋了物質(zhì)結構基礎、化學反應基本規(guī)律及化學實驗基礎三大部分，可劃分為50個左右相對獨立的知識單元，但包含實驗在內(nèi)的總學時僅有32學時，因此內(nèi)容多與課時少的矛盾比較突出。對于傳統(tǒng)課堂，老師為了完成教學進度，需要被迫加快教學進度，難免會給基礎較薄弱的同學帶來更大的學習障礙，進而磨滅他們主動學習的積極性。隨著互聯(lián)網(wǎng)及信息技術的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的新型教學模式對傳統(tǒng)的教學模式產(chǎn)生了巨大的沖擊，也為教師解決傳統(tǒng)課堂教學過程中的矛盾問題提供了新的解決思路[5]。

為了解決內(nèi)容多與課時少的尖銳矛盾，同時考慮到學生基礎差異較大，基于網(wǎng)絡教育資源，綜合線上自學和線下講授，引導學生進行一定程度的混合式學習，對“大學化學”教學進行了教學改革。混合式學習（Blended Learning）主要指學生的學習活動混合了線上學習行為和線下學習行為，是指將傳統(tǒng)的面對面課堂教學與現(xiàn)代的網(wǎng)絡學習有機結合，實現(xiàn)學習目標最優(yōu)化的教學模式[6-7]。混合式學習不是線上學習和傳統(tǒng)課堂學習的簡單疊加，而是學生在教師的引導啟發(fā)、監(jiān)督服務下自由自主地開展學習，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造的融合，體現(xiàn)了“以學生為主體，以教師為主導”的教學理念[8]。

2.1 結合教學模式調(diào)整，梳理教學內(nèi)容

結合我院學生相關知識基礎情況及實際學習需求情況，首先對“大學化學”教學內(nèi)容進行了篩分，將主要知識點分為三大類別，讓學生明確不同部分知識點的不同學習方式。一是“線上學習”類，主要包括相對較簡單、與中學知識聯(lián)系緊密的部分，由老師課前布置任務，學生主要通過利用相關平臺資源進行線上學習。如原子結構理論的發(fā)展、元素周期律與元素周期表、元素性質(zhì)的周期性、氫鍵與分子間力、熱力學第一定律、蓋斯定律、勒夏特列原理、氧化還原反應方程式的配平等。第二是“線上學習+線下串講”類，主要包括相對較復雜或抽象、中學期間接觸較少的知識，先由學生課前利用線上資源進行自學，并將學習過程中的疑問匯總給老師，然后老師在課堂上針對重難點及匯總的問題進行串講。如電子運動的特點、多電子原子核外電子的排布、現(xiàn)代價鍵理論、晶體微觀結構與宏觀性能間的關系、化學熱力學基本概念、反應進度、熱力學第二定律與熵、化學反應速率及其表示形式、化學反應速率的影響因素、化學平衡的特點和平衡常數(shù)的表達形式、原電池的概念等。第三是“線上預習+線下精講”類，主要包括更為抽象復雜或者體系化較強的部分，先由學生利用線上資源預習，重點由老師在課上梳理講解，幫助學生建立重難點知識框架體系。如波函數(shù)與原子軌道、量子數(shù)的取值、雜化軌道理論、分子軌道理論與能帶理論、基本熱力學函數(shù)概念及計算方法、熵判據(jù)及吉布斯自由能判據(jù)、反應級數(shù)與化學反應速率方程、標準平衡常數(shù)與標準摩爾吉布斯自由能、酸堿理論及pH 的相關計算、原電池電動勢與吉布斯自由能的關系、電極電勢及能斯特方程等。

2.2 結合學生實際情況，推薦適宜網(wǎng)絡學習資源

基于知識點覆蓋情況、講解深度及相關視頻長度等因素，向?qū)W員推薦合適的線上優(yōu)質(zhì)資源。如網(wǎng)易公開課平臺中南大學公開課“大學化學”資源，以及清華大學的“大學化學”課程資源。這兩個公開課的課程資源均由一百余個視頻組成，各視頻時長范圍由幾分鐘到十幾分鐘不等。一方面該課程資源對我院“大學化學”課程教學大綱要求均有覆蓋，且難度講解適中。另一方面該課程資源單個視頻時長均較短，這種微課形式更利于學生利用碎片化的業(yè)余時間進行自學、預習或復習，更貼近我院學生實際情況需求。

3 改進教學方法，激發(fā)學生學習主動性

課堂教學是大學化學教學活動的重要組成部分，在教學過程中實現(xiàn)師與生、生與生相互交流、相互溝通、相互啟發(fā)、相互補充，同時在這種互動中交流分享彼此的思考、經(jīng)驗、情感、體驗，豐富教學內(nèi)容，才能達成共識、共享、共進[9]。為此，在教學過程中，需要以學生為教學活動的主體，要重視激發(fā)學生的主觀能動性；在教和學的方式上，要由單向輸導向多向交流轉(zhuǎn)變，在教與學的關系上要多向互動。

3.1 要求學生每次課后利用思維導圖總結梳理知識體系

思維導圖是基于人類大腦的自然思考方式將思維形象化的方法，作為一種圖像式思考輔助工具，應用在學習上具有獨特的優(yōu)勢。一方面，思維導圖可以幫助學生對所學知識進行整理、鞏固。在梳理知識脈絡的過程中，學生能夠逐步建立起結構化、模塊化的知識體系。這不僅能夠加深對所學知識的記憶、理解和運用，同時也能夠減弱甚至消除線上學習可能造成的知識碎片化的影響。另一方面，繪制思維導圖的過程，也是學生再思考和再創(chuàng)造的過程。思維導圖能夠體現(xiàn)繪制者自身的思維方式和特點。在繪制的過程中，學生需要結合自身的理解和掌握程度對所學知識進行總結，這實際上是對之前混合式學習過程的補充和完善，也是學生主動發(fā)現(xiàn)不足并能夠針對性補強的過程。

3.2 劃分學習小組，通過組內(nèi)互助和組間競爭刺激學生的學習興趣和投入程度

一方面，每次課安排一個小組結合課程布置的專業(yè)相關的開放作業(yè)做一個小型報告，并安排聽眾提問及答疑環(huán)節(jié)，以提升學生學習的主動參與度，鍛煉學生提煉總結和口頭表達的能力，活躍課堂氛圍，激發(fā)學習興趣。另一方面，每次課隨機抽取一名同學，要求利用思維導圖梳理復習前次課相關內(nèi)容，并安排聽眾質(zhì)疑和補充環(huán)節(jié)。每次課對各小組的表現(xiàn)情況進行量化評價，并將評價結果引入最終考核結果，進一步激發(fā)學生學習的主動性。

3.3 充分發(fā)揮實驗教學的作用

提高學生的主動性與積極性，鍛煉學生獨立動手解決問題的能力。在完成大綱規(guī)定實驗要求基礎上，鼓勵學生利用實驗探索未知事物，通過更加開放的實驗教學形式，引導學生把理論課學習的知識、原理與實驗相結合，在動腦的同時培養(yǎng)其動手能力、觀察能力和分析能力，形成獨立思考、分工合作的良好習慣，提高其分析問題、解決問題的能力，反過來加深對基礎知識、基本原理的理解，使學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得到鍛煉。

4 結束語

教學是一個師生互動的過程。面向非化學專業(yè)的“大學化學”教學應該發(fā)揮知識教育和綜合素質(zhì)培養(yǎng)雙層功能，需要教師不斷提高自身的能力水平，合理運用教學方法和教學手段，充分調(diào)動學生的主動性、積極性，更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，教會學生運用已學知識去分析問題、解決問題，滿足新時代綜合型人才培養(yǎng)需求，真正做到符合素質(zhì)教育的全面發(fā)展。