“三維四合”進階式分析化學全課堂教學改革與探索

侯娟，周晨，林咨含，孫晶

長春理工大學化學與環境工程學院，長春 130022

課程建設是高等學校教育改革的基礎，構建具有高階性、創新性、挑戰度的“金課”是提供人才保障的重要途經[1]。分析化學課程包括理論課和實驗課兩部分，是以定量分析為重點，研究物質組成、含量和結構等化學信息及相關理論的學科，具有豐富的知識體系和嚴謹的邏輯關系，注重應用且實踐性較強，是化學類專業重要的學科基礎課程，在我校應用化學專業的本科教學內容中占有重要的地位，可以為后續專業課程的學習和學生畢業后從事相關的研究工作打下良好的理論基礎和扎實的實驗技能[2-4]。為培養高素質、創新型復合人才，該課程的教學目標已經由單純的數據和信息獲取上升到復雜實際問題解決的高度上。因此，在課程改革的過程中，不僅要結合課程特點，更要體現“專業育人、特色育人和結合實踐”的基本思想，注重創新能力和科研素養的培養。課程組從教學內容、課程思政、教學模式、課程評價等方面出發探索了分析化學課程改革的新模式。

1 分析化學課程目前存在的痛點問題

分析化學課程作為我校應用化學專業的重要基礎課，開設于大一年級下學期，既是后續其他課程的必要基礎，又負有訓練邏輯創新思維，培養推理、分析、歸納、總結和相關實驗技能的重任。課程主要面向大一年級本科生，學生一方面有較高的學習熱情，樂于學習新知識，對網絡和線上交流有濃厚的興趣；同時又習慣于高中“刷題式”的學習模式，自學能力不強，不善于對知識進行比較、歸納和總結。此外，千軍萬馬過獨木橋的高考壓力導致學生更在意分數的提升，重理論輕實踐，導致能力培養不足。就目前的學情分析看，分析化學課程教學改革中主要面臨以下痛點問題(圖1)。

圖1 分析化學課程學情及教學痛點分析

1.1 教學內容陳舊、育人功能不足

經典分析化學課程理論知識多，知識面廣，實驗課程中驗證性實驗占比高，高階性綜合實驗占比低，缺乏專業指標的支撐，育人功能不足[5,6]。同時，學生基礎和能力的參差不齊以及課時的不增反降為課程實施和教學效果的提升帶來更大的挑戰。近年來，新技術、新方法不斷涌現，基礎教學內容已不能滿足學生的學習需求，作為學科基礎課程更應適應不同層次的學生需求，有針對性地與專業教育和實際工程問題相聯系，發揮課程育人的主渠道作用。

1.2 教學活動空泛、缺乏個性化培養

傳統分析化學教學主要采用“多媒體+板書”的課堂講授模式，學生整體參與度不高，難以激發學生自主學習興趣。盡管隨著信息化時代的發展，慕課資源實現了線上-線下的同步學習，但由于教學活動設計不完美，方式不新穎，以學生為中心的教學理念依舊不能很好地體現，不能實現針對不同基礎學生的精準個性化培養，降低學習資源的有效性。

1.3 教學評價單一、深陷“分數”怪圈

傳統的教學評價手段單一，學生的成績主要采取“平時成績+期末成績+實驗報告”的方式進行，不少學生陷入“敷衍作業、考前刷題-不做實驗、只寫報告-考后清零、沒有實踐”的學習怪圈，不能全面體現課程目標的要求和學生能力達成的差異性[5]。

2 分析化學課程創新改革

以學情分析為基礎，針對教學過程中的痛點問題，為實現“專業育人、特色育人和結合實踐”的培養目標，教學團隊采用“三維四合”一體化教學模式對分析化學課程進行創新改革，如圖2所示。

圖2 分析化學課程創新改革思路

2.1 “三維”全課堂設計

本課程的教學設計以學生為中心，貫徹以產出和成果為導向的OBE教學理念，遵循“課前-課中-課后”的全課堂設計，將“線下課堂、網絡平臺和課外活動”三個維度有機結合起來，提供多通道的教學服務支持，使教學空間無限延展，充分提高學生學習興趣，開展精準化教學，建立師生之間的強聯系。

依據知識目標構建在線課程，學生在課前通過線上資源進行前期知識回顧和課程預習，基于學情的在線學習任務和學習評價開展“先學后教”的新課堂模式，有助于學生進行診斷性評價，教師也可依據線上學習情況有效開展以問題為導向的教學活動。課堂教學實施結合雨課堂、學習通、智慧課堂開展，通過APP進行考勤、互動、練習、隨機問答。將“低階性”的學習內容轉移至線上，以測試、作業和討論的方式促進學生主體性的發揮，課堂主要開展過程性和策略性的“高階”知識內容學習，以進一步吸引學生熱情，培養學生獨立獲取知識和解決問題的能力。在授課過程中，教師應深刻理解教學內容間的邏輯關系，立足微觀知識內容，展示宏觀邏輯主線；構建情境，提出問題，依據學生層次構建學生團隊，以強帶弱，互相討論、共同促進，讓課程生動起來；結合科研問題、實際案例、社會熱點問題，將課程重點放在分析方法的綜合運用上，基于項目任務和課題討論，提升課堂挑戰度，有效幫助學生完成知識輸出，培養進階型思維和團隊合作意識。課后，學生通過學習網站資源進行復習、在線測驗、課后作業和小組討論，繼續參與學習。同時實行本科生導師制，增加課后線上答疑通道，以滿足不同基礎和層次學生對知識理解的差異性。最后，鼓勵學生進入化學實驗室，進行創新實驗和科研訓練，將理論和實踐相結合，培養科研素養，做到知行合一。

2.2 “四合”創新改革舉措

以學生為中心，構建“整合教學內容、融合思政育人、聯合教學模式、結合過程評價”的創新舉措，全面解決教學痛點問題，提高學生學習興趣，引導學生自主學習，培養學生創新能力。

(1) 整合教學內容，構建高效課堂。

課程組根據學科和專業特點，依據知識目標、能力目標、素質目標三層逐級深入展開教學，對標“金課”，以問題為導向，把握課程內容的“增”與“舍”，具體優化如下：

首先，把握課堂教學中的有效知識量，區分學生不知道、不理解、不掌握和通過學習后需要理解、掌握的內容，科學增加信息量。例如，將基礎信息量轉移至線上資源，弱化如pH計算、條件平衡常數等復雜公式的推導過程，在四大滴定講解過程中合理科學地與無機化學課程對接；同時，構建漸進式課程體系和模塊化教學模式，層層遞進，突出重點，刪繁就簡(圖3)，引導學生思考各章節之間的關聯，系統掌握化學定量分析方法的邏輯主線，并滲透至實際應用案例中，如有機N含量的測定，化學需氧量COD的測定等，以此提升學生綜合運用知識的能力，并提升專業自信心[7]。

圖3 課程教學內容模塊

其次，對接理論課時開展同步實驗內容，做到“基礎有理、高階有趣、挑戰有用”。結合線上慕課資源和虛擬仿真實驗等形式，將驗證性實驗內容轉移至線上完成，增設綜合性和設計性實驗，在夯實基礎知識的前提下，注重學生能力的培養和科學思維的形成。同時，兼顧個性，提供多階、多向的設計實驗項目，體現難度和深度的差異，如：熏制品中亞硝酸鹽含量的測定；水泥防凍劑組分分析；化學去毛刺劑中硫酸、鹽酸、硝酸濃度的測定；水果中維生素C含量的測定等，以激發學生自主探究的興趣，加強理論和實踐的結合，踐行知識、能力、素質協調發展的人才培養模式。

第三，在模塊化教學的基礎上，依據應用化學專業的發展要求，不斷優化和更新教學內容，融入現代科學研究、體現前沿應用，做到有的放矢。如：將樣品前處理的新技術、分析檢測的前沿熱點、食品及環境安全問題等最新科研成果等介紹給學生，使學生對分析化學有深刻的領悟，充分理解“量”的概念，培養科學思維[8,9]。同時，不斷補充線上資源、完善案例庫，呈現形式有效的網絡學習模式，服務學生學習，與時俱進，實現科研反哺教學，培養學生解決復雜化問題的高級思維。

(2) 融合思政育人，提升價值引領。

隨著社會多元思想的發展和沖擊，大學不但需要知識型人才，更需要具有良好思想道德和創新能力的綜合性人才。因此，在授課過程中，應挖掘社會熱點、綠色化學、碳達峰、大國工匠等事件，并以此作為契機和問題驅動，引發學生思考，強化專業知識的育人性，實現課程教學目標和學科育人的有機統一、同向而行。例如，在緒論講解分析化學發展過程的內容時，引入我國是最早出現制陶冶煉工藝的國家之一，并積累了大量的識別和鑒定手段，從而增強學生的文化自信；講解有機物中N含量測定的過程中，引入三聚氰胺事件，從而引發學生對食品安全問題的深刻思考，并讓學生了解技術發展和革新的過程，培養學生的科研探索精神[10]；在重量分析講解過程中，引入居里夫人發現鐳、明礬凈水、納米技術等相關領域的科研成果，培養學生的創新思維以及全面辯證看待問題的科學態度；在分析化學實驗過程中，重視操作和數據處理的規范性，培養學生嚴謹的科學態度和工作作風，并提高學生分析處理實際問題的能力，做到舉一反三。

(3) 聯合教學模式，多通道教學服務支持。

開展“三維”全課堂教學設計，提供多通道教學服務支持，將教學空間延展的同時，激發學生自主學習的興趣，有利于創新型人才的培養，具體如下。

首先，融合多種線上資源，開展混合教學模式的構建和多種翻轉課堂的嘗試。將優質網絡資源引入教學中，并設計不同層次的問題對學生進行引導和督促，將線上學習的結果作為教學難點的診斷，開展核心問題的針對性學習[11,12]。

其次，將情境理論和探究式的問題學習法融入課堂教學。如：在“化學分析法的綜合應用”等教學難點問題上，將教師教授、問題導向、團隊項目、案例分析、生問生答、研討辯論等教學方法有機融合，為學生搭建思維導圖，構設情景、分組討論、共同總結，在生動靈活的課堂氛圍中，讓學生愛上課堂，愛上分析化學；在混合堿組分測定的研究項目中，我們通過侯氏制堿法的相關視頻引發學生思考純堿純度測定以及混合堿各組分測定的意義，并通過小組討論，形成混合堿組分定性和定量的方法，并形成進階思維總結出酸堿滴定法的一般思路。

最后，開展同步實驗和設計創新實驗，融合課外科研活動，鼓勵學生走入實驗室，進行科學研究，做到理論和實踐相結合。學生依據個人基礎和個性化需求的差異實現精準教學的同時，還能培養其信息整合和科技創新的能力。

(4) 結合過程評價，全面診斷目標達成度。

課程采取以“形成性評價”為主體的多維評價體系，強化過程考核，激發學生學習動力，鼓勵學生將努力放在平時，積極消化所學知識。基于線上和線下雙通道教學開展學習評價，緊扣學習活動，診斷學習目標達成度。結合多種考核方式，如作業、測試、討論、小組任務、實驗、期末考試等，綜合評價教學效果，全面診斷學習目標達成度。在課程結束后，布置4-6個設計實驗項目，學生通過課上知識積累和查閱文獻，自選題目，分組完成實驗項目設計和研究報告，將單純的學習知識變為探究和創新型學習模式，提升學生獨立思考能力和團隊合作意識。期末考試采取閉卷考試模式，在考核題目中設計知識考核點、能力考核點和素質考核點，優化試題結構，減少客觀性試題的比例，提高綜合性考題、論述題、學科探索題目的比例，側重知識點的理解和掌握以及分析解決問題的能力。

2.3 課程教學創新效果

相較于傳統分析化學教學，本課程改革將具有專業特色的綠色化學、生態問題的理念貫穿至課程中，強調教學和科研的相互融合和促進，培養學生知行合一的精神，在實踐中培養學生辯證思維能力；融合教學模式，將教學空間無限延展，教學環節實施更加多樣化，為學生提供形式多樣的參與方式，并基于課前診斷實現問題為導向的精準化教學。教學過程中注重能力的培養，解決了利用有限學時完成教學任務的難題；在考核方式方面更加立體多元，有助于客觀評價教學目標要求和學生能力達成的差異性，能夠調動學生學習主動性。

課程改革實施以來，受到學生的廣泛好評。學生成績呈上升趨勢，尤其是能力目標達成度呈上升趨勢(圖4a)。約有80%的學生認為課程內容聯系實踐和應用，并提升了解決化學分析相關問題的能力(圖4b)，有近90%的學生認為分析化學內容對以后的課程和科研活動有很大幫助(圖4c)。通過課程學習，學生可以針對復雜的實際問題提出合理的實驗方案和結果評價方法，且樂于參與到線上的問題交流和討論中，學習的積極性和主動性都明顯提升。此外，近兩年，已實現全員進入實驗室進行大學生創新訓練項目(圖4d)，近五年，教學團隊指導分析化學方向的大學生創新項目共7項，學生也參與了科研學術論文的發表。

圖4 (a) 近五年課程及格率和能力目標達成度分析；(b，c) 課程調查問卷；(d) 近五年學生參與科研訓練比例

3 結語

從培養創新應用型人才角度出發，將“三維四合”一體化課程改革模式應用于我校分析化學課程教學中，學生充分發揮課堂主體地位，對分析化學產生濃厚的興趣，并樂于探索分析化學的新理論、新技術、新應用，實踐和創新能力有較大提升，為后續課程學習和科學研究工作奠定了堅實的基礎。在未來的教學中，我們將持續推進教學改革，積極探索智慧教學手段，探討教學資源的完整性和時效性，組建更有活力的教學團隊，與時俱進，不斷更新知識體系，提升教學成效。