“N-Two-N”教學模式的構建及在本科有機化學教學中的探究實踐

李萬梅，歐陽婭妮，章鵬飛

杭州師范大學材料與化學化工學院，杭州 310036

立德，就是堅持德育為先，通過正面教育來引導人、感化人、激勵人；樹人，就是堅持以人為本，通過合適的教育來塑造人、改變人、發展人。立德樹人是深化教育改革創新的本質要求，也是推動教育事業蓬勃發展的重要動力。

1 本科有機化學教學的現狀

有機化學是杭州師范大學國家一流本科專業建設點化學和高分子材料與工程專業及應用化學和制藥工程專業的專業基礎核心課程，是理工科受眾較廣的一門課程。有機化學課程在大學二年級開設，經過前導課程無機化學的學習，學生有了一定的化學學科基礎。該課程的學習效果將直接影響后續課程的學習，起著重要的承上啟下的作用?？梢姡袡C化學的教學目的不僅僅是讓學生掌握有機化學知識，更重要的是培養學生科學的思維方法和嚴謹的科學態度。因此，如何使學生在有限的學時內掌握有機化學的精髓、提高化學素質是需要長期關注和探討的課題。作為有機化學授課教師應從教學方式、手段、考核方法等方面進行改革[1,2]，結合杭州師范大學材料與化學化工學院多年來在有機化學課程教學改革方面得出的經驗教訓，引入了新的教學模式，使得枯燥乏味的有機化學反應和機理教學內容變得生動形象，引人入勝，顯著提高有機化學教學質量。

2 “N-Two-N”模式的構建背景

CDIO概念最早由美國MIT (麻省理工學院)于20世紀末提出，秉承建構主義的教育理念，以學生為中心，以豐富的學習經驗建構學生的知識體系。CDIO分別代表構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)、運作(Operate)[3]。CDIO教學模式秉承建構主義的教育理念，以學生為中心，以豐富的學習經驗建構學生的知識體系。它的核心是知識和能力培養的一體化要求，注重培養綜合素質，強調能力培養的針對性，在教學目標、教學方法和考核方法等設計上的一體化要求使得知識、能力和素質的培養成為有機整體。目前已有包括美國、瑞典、丹麥、芬蘭、法國、南非、新加坡、中國等國在內的20多所大學加入到CDIO合作計劃中，該模式應用于金融[4]、信息[5]、教育[6]、食品[7]、建筑[8]、醫學[9]等眾多領域。但是該模式易標準化、形式化、教條化和僵硬化，學生易忽略理論，陷入學習的迷霧之中。

BOPPPS教學模式最初是由加拿大英屬哥倫比亞大學教學與學術發展中心提出來的，依據認知理論和建構主義，強調以學生為中心的教學理念，對課堂教學過程分解成前后銜接的六個模塊：導入(Bridge-in)、教學目標(Objective)、預評估(Pre-assessment)、參與式學習(Participatory learning)、后評估(Post-assessment)和總結(Summary)[10]。該模式通過六個連貫模塊構成了一整套完整且細致的教學過程。BOPPPS教學模式具有應用性廣泛、可操作性強、教學設計完整精致、學生參與度高、及時反饋、針對性強等優點，其中結構完整、教學互動和反饋是其突出特點，對教師教學過程的實施具有重要的參考價值。該模式在國外主要應用于醫藥教育[11]、口腔組織病理學[12]，生理教育[13]，保健與管理教育[14]等學科的實踐教學中，在國內該模式的應用更為寬泛，在護理[15]、生物化學[16]、食品[17]、學前教育[18]、細胞學[19]、農學[20]、計算機[21]、數學[22]、英語[23]、管理學[24]等眾多領域中都有報道。然而其也存在一些明顯不足，BOPPPS教學模式的授課時間限定在15 min內，相對于傳統的45 min一節課，其教學時間較短。且該模式關注的重點是如何使學生在課堂上最大限度地掌握知識，相對忽略了對學生綜合能力的培養。

CDIO和BOPPPS是國內外得到廣泛認可的兩種教學模式，都是以學生為中心的教學理念，都達到了充分調動學生學習自主性、激發學生學習興趣的目的。CDIO模式注重能力培養容易忽略理論知識，相反，BOPPPS模式注重知識結構的學習容易忽略綜合能力的培養。因此，CDIO和BOPPPS兩者教學模式具有相同的理念和一致的目標，且能互相彌補不足。然而兩者協同融合的研究報道甚少[25,26]，為此我們在有機化學教學中構建了基于CDIO-BOPPPS協同教學模式并結合多種教學法和多種評價方式的“N-Two-N”教學模式，教學效果得到了明顯提升。

3 “N-Two-N”模式的具體應用分析

在有機化學教學中協同融合CDIO和BOPPPS兩種教學模式，集兩者優點于一體，有利于充分調動學生的學習積極性和自主性，提高學生課堂的互動率。同時，為了讓兩種教學模式兼容且可控性強，提出了N種教學方法的協同使用。不同教學環節采用不同教學法結合使用，既能豐富教學形式，也能提高學生學習興趣。為了匹配兩種教學模式協同的完整性，我們提出了N種評價方式共同應用，更能體現教學評價的綜合性、公正性、多元性，能從多方面了解學生動態，給學生一個最公正公平真實的評價。

3.1 C-O (Conceive-Objective)：構思-教學目標

基于學生的培養方案，綜合課程的三維教學目標(圖1)，本著“十四五”規劃的要求，圍繞著立德樹人的中心，采用了基于CDIO-BOPPPS協同模式結合多種教學法和多種評價方式一起使用的策略，構思了一個“N-Two-N”一體化的課堂教學體系，應用在本科有機化學教學中。

圖1 三維教學目標

3.2 D (Design)：設計

我們在本科有機化學教學中設計了一個“N-Two-N”一體化的課堂教學體系(圖2)，Two代表CDIO和BOPPPS協同教學模式，第一個N代表多種教學法，第二個N代表多種評價方式，“N-Two-N”代表以CDIO-BOPPPS協同教學為基礎結合多種教學法和多種評價方式的教學體系，CDIO-BOPPPS協同教學模式提供教學設計理念，多種教學法和評價方式為其提供支撐和助力，以達到充實和完善該教學模式的目的。BOPPPS模式分為六個步驟，CDIO分為四個過程，六個步驟和四個過程相互滲透、相互支撐、相互補充。教師可以從這十個方面來設計教學內容、評價和修改教學過程。

圖2 “N-Two-N”一體化教學模型

3.3 I-P (Implement-Preassessment)：實施-預評估

教學過程的實施是本文研究的重點內容。本研究采用診斷性評價的方式來進行預評估。診斷性評價是指在教學活動開始前對學生的知識、技能以及情感等狀況進行的預評估[27]。通過這種預評估我們可以了解學生的知識儲備情況和課前預習情況，為實現因材施教提供依據。我們先進行診斷性評價(圖3)，在預評估環節采用線上+線下和任務驅動法相結合的教學方法。在課前教師會在慕課、釘釘等網絡平臺上發布視頻、課件、文獻等預習任務，學生通過線上的預習和線下的課堂學習來鞏固所學內容。我們通過課前在網絡平臺上發布每章節相關的考核任務來進行診斷性評價，如表1所示(表1為列舉的一些例子)。學生們要先完成相應的預習任務后才能進入診斷考核環節，通過預習任務驅動學生自學。學生完成平臺的考核任務后，慕課平臺系統將根據學生的完成率和正確率進行系統打分，得到一個系統評價，該結果將進入學生成績的最終總評中，成為學生該課程成績中的一部分。學生在完成本章節預習后對于本章節內容有了基本的了解和認知，通過慕課平臺上發布的任務可以啟發學生自主學習和用化學思維解決問題的能力，同時通過慕課平臺的反饋情況可以幫助教師了解學生的認知發展規律和學習的個體差異性，進而對教學內容進行及時的調整。

圖3 診斷性評價的教學模型

表1 診斷性評價考核方法實例

3.4 I-B (Implement-Bridge-in)：實施-導入

課堂導入是一節課的開端，開端的成功往往可以達到事半功倍的效果。本著啟發性和創新性的教學原則，在課堂導入的時候我們采用問題導入法，來激發學生的思考和對知識的回顧[28]。課堂的一開始便用問題調動學生的化學思維，讓學生盡快進入上課學習狀態。有機化學是一門基于結構的課程，因此在導入環節我們可以采用結構法和問題導學法相結合的教學方法，基于化合物的結構來進行提問，啟發學生，讓學生通過觀察化合物的結構來回答問題。有特定官能團的化合物的結構尤為重要，不同的官能團能發生不同的化學反應。因此我們可以從化合物的官能團入手提問(圖4)，學生可以從官能團的結構特征受到啟發(圖5)，例如，醇含有羥基，學生看到羥基就會想到可以生成醚、酯、鹵代烴、酮、醛等化合物；看到酯基就能想到可以發生水解反應；看到羧基就能想到可以發生脫羧反應和還原反應；看到雙鍵就能想到可以發生親電加成反應、氧化反應、還原反應和取代反應等等。

圖4 問題導學法教學模型

圖5 結構法教學模型

3.5 I-P (Implement-Participatory learning)：實施-參與式學習

上課是教學過程的核心環節。素質教育要求改傳統講授式教學為師生互動式教學，凸顯學生在教學過程中的主體地位[29]。常用的互動式教學的方法為問答法，該教學法雖然本質屬于學生參與式的教學方法，但是該方法形式過于單一枯燥，沒有新穎性，不能調動學生的積極性，而且目前的課堂現狀為大部分學生不愿意主動舉手回答問題，加上問答法只能照拂到少數學生，大部分學生的主體地位還是沒有發揮出來，這些局限性無疑不利于該教學法的實施效果。因此我們選擇以討論法作為參與式教學的核心方式，聯合發現、探究等多種教學法使用。討論法就有效避免了問答法的缺陷，將學生分為若干個小組討論，這樣每個人都可以參與到互動中來，每個人都是主體。

參與式學習是基于診斷性評價的結果來開展的(圖6)，在參與式學習環節我們采用了討論法和探究法相結合的教學方法。我們利用課堂最后半小時針對慕課平臺上發布的任務進行分小組討論，讓學生參與課堂，由教師引導學生共同探究這些問題的答案。作為一名本科生需要用高階思維解決問題，不能僅僅只知道答案，還需要更深層次地理解和探究問題，要從“是什么，做什么”向“為什么要這樣做”轉變。因此我們會從化合物的結構入手，讓學生自己去發現化合物結構的特點并推測化合物的化學性質以及可能發生的化學反應，根據化學反應進一步探究其機理。例如表1中MOOC-3，是因為正丁醇結構中有氫鍵，氫鍵具有締合作用，所以低級醇的熔點和沸點比碳原子數相同的碳氫化合物的熔沸點高得多，因此正丁醇的沸點比正丁烷高。例如表1中MOOC-4，是因為醇分子中具有羥基結構，醇羥基的氧有兩對孤對電子，氧利用孤對電子與質子結合形成烊鹽，所以醇具有堿性。在醇羥基中，由于氧的電負性大于氫的電負性，因此氧和氫共用的電子對偏向于氧，氫表現出一定的活性，所以醇也具有酸性。例如表1中MOOC-6，因為酯類化合物中含有酯基官能團，酰基和烴氧基之間的鍵容易斷裂，所以酯類化合物在酸性條件下能夠發生水解反應。

圖6 參與式學習的教學模型

由學生自己探究反應機理有助于提升學生的創新思維和分析探究問題的能力，學生自己親自體驗反應機理的探究有利于課堂知識的吸收和消化，讓學生體會理論知識的實際應用性。自主探究的反應機理和標準反應機理的對比可以幫助學生對自己有一個清楚的認知，讓學生看清自己的實際學習結果與理想結果之間的差距，讓學生擁有學習的動力，激發學生努力學習?；谧约禾骄康姆磻獧C理和標準反應機理的對比，學生給自己做出一個自主評價來檢驗自己的學習成果，該部分的自主評價也將進入最終的總評中，成為學生該課程的成績中的一部分。

3.6 I-P (Implement-Postassessment)：實施-后評估

后評估的實施過程我們采用的是形成性評價的方式。形成性評價是在教學過程中采用非正式考試或單元測試的形式來檢測學生的學習狀況[30]。本著形成性評價的形式和鞏固性原則，我們采用練習教學法來對學生進行形成性評價。我們會針對當日所學內容以各種形式來發布練習題，例如電子版習題匯編、練習題小程序、慕課平臺、學習通等。學生完成練習題后，教師會安排課代表匯總及批閱學生的課后練習并且得到一個分數，該分數將進入學生成績的最終總評中，成為學生該課程成績中的一部分。通過形成性評價我們可以及時掌握學生的學習效果和學習狀況，對學生的學習效果做一個簡單的評估，讓教師可以隨時了解學生對于知識的掌握程度，獲得教學過程中的連續反饋進而調整教學計劃、改進教學方法。通過形成性評價，也可以讓學生對自我有個清楚的認知，讓學生了解自己的學習效果，借以肯定或修正自己的學習方式。因此是一個一舉兩得的方法。

3.7 O-S (Operate-Summary)：運作-總結

根據教學構思和設計，在教學過程的運作中進行教學總結。本文提出了多元評價來進行教學總結，有一個公正又全面的評價體系對檢驗學生的學習情況至關重要。學生在課堂活動中占據主體地位，教師在對學生進行評價時主要就是針對學生課堂表現和對學生知識掌握程度的檢驗，因此，教師評價占評價的主體地位。本文提出的多元評價主要包括四個方面的評價：教師評價、診斷性評價、自主評價和形成性評價(圖7)。教師評價的內容是多元化的，教師評價不僅僅包括教師對學生知識素養的評價，例如課堂表現、出勤率、課后作業完成情況、期中考試和期末考試，還包括對學生思想素養的評價，例如思想品德、道德品質、心理健康、價值觀。診斷性評價是在課前階段，學生完成慕課平臺上的任務后，慕課平臺給出的評價。自主評價是在課堂互動中學生通過對自主探究的反應機理和標準反應機理的對比給自己做出的評價。形成性評價是學生通過完成教師發布的課后練習得到的分數評價。四種評價分別占不同的比例(總比例為100%)，學生的總評為各評價的分數(百分制)乘以相應的比例的總和。在高校課堂的評價系統中，各種有效的評價手段都可以被應用到實際的課堂教學中，素質教育提出不應以分數作為評價學生的唯一標準，因此，全體高校教師要充分利用好多元評價體系，引導大學生樹立正確的人生觀和價值觀，補充和完善學校的評價體系[31,32]。

圖7 多元評價體系模型

4 學習效果

為了探究“N-Two-N”教學模式的有效性和可行性，我們在同一學年兩學期期間連續進行對照教學，對實施班和對照班的教學效果進行分析。在有機化學I的教學過程中我們對1、2、3班實施了“N-Two-N”教學模式(實驗組)，4、5班則未實施(對照組)，并對5個班學生的期末綜合評價進行了對比(圖8a)，并分析了各班級學生的期末等級分布情況(圖9a)。有機化學II我們在1、2、3、4班有機化學課堂上實施了“N-Two-N”教學模式，將5班作為對照組。并將實施了“N-Two-N”教學模式的1、2、3、4班和未實施“N-Two-N”模式的5班學生的期末綜合評價進行了對比(圖8b)，分析了下學期各班級學生的期末等級分布情況(圖9b)。

圖8 (a) 上學期1、2、3班(實施)和4、5班(未實施)期末綜合評價對比圖；(b) 下學期1、2、3、4班(實施)和5班(未實施)期末綜合評價對比圖

圖9 (a) 上學期1、2、3班(實施)和4、5班(未實施)期末等級分布情況圖；(b) 下學期1、2、3、4班(實施)和5班(未實施)期末等級分布情況圖

從1、2、3班(實施組)和4、5班(對照組)的期末綜合評價對比中(圖8)，我們發現使用了“N-Two-N”模式之后的班級，學生的診斷性評價和自主性評價相對于沒有實施的班級來說有較大提升，而學生的教師評價和形成性評價則變化不明顯。針對出現此差別的原因，可能是“N-Two-N”模式提出的預評估和參與式學習做出的貢獻。教師評價是教師對學生知識和思想素養的評價，形成性評價是學生通過完成教師發布的課后練習得到的分數評價，這兩者是基于學生的理論基礎、知識儲備和身心發展，要實現這些因素的質變比較困難。相比之下，診斷性評價和自主評價的可變性較大，而且“N-Two-N”模式提出的預評估和參與式學習可以精準對接這兩個方面的評價，因此該結果表明“N-Two-N”模式的預評估環節對提升學生對知識的了解程度有幫助，能更好地輔助教師完成課堂教學任務。預評估能讓學生更好地接受和消化課堂知識，也證明了課堂互動的好處，參與式學習能有效地改善學生的學習質量。

從圖9可以看出“N-Two-N”模式能有效地提升學生的優秀率和良好率，使用了“N-Two-N”模式之后的實施組班級的學生不及格率和及格率下降，優秀率和良好率比例上升，證明了該教學模式可幫助學生從不及格等級和及格等級躍升至良好等級和優秀等級，進一步證實了該模式的可行性。

為了探究“N-Two-N”教學模式對“立德樹人”教育任務的促進作用，對上述5個班級有機化學I、II分別進行了綜合能力測評，結果如圖10所示。立德樹人包括人格培養、價值觀塑造、學科知識、社交能力、創新意識等方面目標。每學期末由所有任課教師就人格品質、價值觀、學科能力、社交能力、創新意識五個目標對5個班級的整體情況進行評分，各個目標的滿分為10分，各個目標所得的平均分為該班級該目標的最終得分。從圖10a中可以看出，1、2、3班(實施)的五個目標的評分都要高于4、5班(未實施)，從圖10b中可以看出，4班經過實施了一學期的“N-Two-N”教學模式，五個目標的評分都有所提升，表明該教學模式的實施對“立德樹人”工作具有一定的助推作用，在一定程度上達到了培養學生綜合能力的目的。但是從圖中也可以明顯看出創新意識的進步空間還有很大，所以我們還應繼續研究該模式在創新意識方面的發展。

圖10 (a) 上學期1、2、3班(實施)和4、5班(未實施)綜合能力測評結果；(b) 下學期1、2、3、4班(實施)和5班(未實施)綜合能力測評結果

5 結語

基于立德樹人的立足點，不僅要提升學生的學習質量，還要加強學生的綜合實力，以適應新教學改革背景下新型人才的培養需求。這就需要教育者在教學過程中不斷進行探索和創新，打破傳統的教學方式。本文對基于CDIO-BOPPPS協同模式結合多種教學法和多種評價方式一起應用在本科有機化學教學進行了探索，構建了一個“N-Two-N”一體化的課堂教學體系。N種教學法和N種評價方式的聯合使用充實了教學過程，使整個教學過程變得一體化、綜合化、嚴謹化。研究證明，N種教學法、N種評價方式和CDIO、BOPPPS模式的高交互混合式教學不僅改善了教學效果，還提升了學生的綜合能力，是一種可行的教學模式。但是該教學模式同樣存在著體系結構復雜、應用范圍尚未普及、教學任務繁重、對學生要求高等缺點，因此還需要廣大教育者進一步摸索和探究。