夏靜芬 唐力 蘆群 張妮

摘 ?要：文章從課程目標、教學內容、教學方法、課程評價等方面探討基于學生中心理念和成果導向原則的無機及分析化學“混合式分層教學”設計。實踐表明，該教學設計激發(fā)學生內在的學習興趣，提升課堂教學效果，有助于實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)的目標。

關鍵詞：新工科;成果導向;無機及分析化學;混合式分層教學

中圖分類號：G640 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）18-0054-04

Abstract： The learning design of "blended and layered teaching" of inorganic and analytical chemistry based on students-centered idea and the principle of outcome-based education was discussed in the paper from four aspects as course objectives， teaching content， teaching method and course evaluation. It has been proved that this design improved students' learning interest，enhanced the teaching quality， as well as contributed to realize personnel training goal of emerging engineering education.

Keywords： emerging engineering education; outcome-based education; Inorganic and Analytical Chemistry; blended and layered teaching

從2016年成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式成員到2017年先后形成“新工科”建設“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，我國的工程教育改革日新又新[1]。落實《華盛頓協(xié)議》精神，使新工科建設體現(xiàn)工程教育專業(yè)認證的“學生中心、成果導向和持續(xù)改進”的理念就需要高校優(yōu)化升級專業(yè)建設、構建交叉融合的人才培養(yǎng)體系、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，并持續(xù)完善質量保障閉環(huán)[2]。課程是人才培養(yǎng)的基本單元，進行基于新工科視域的課程教學模式改革已成為當前教育改革的首要任務。

浙江萬里學院無機及分析化學是面向環(huán)境、食品和生物類應用型本科大學一年級新生開設的核心基礎課，是專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的根基，多年來該課程的改革一直走在前列[3]。本文分析了新工科內涵下課程建設的要求以及應用型高校該課程教學中普遍存在的問題，從設定基于立德樹人和能力培養(yǎng)的教學目標、優(yōu)化課程內容，設計教學模式，改革考核方法等方面做好角色轉換，從學生的角度思考并解決好為什么學，學什么，怎么學以及如何評價學習成效這四個最基本的問題，探索了遵循新工科理念的混合式課程教學模式。

一、新工科內涵下課程建設的新要求

“新工科”是指在信息化背景下對工科注入新的理念以適應產業(yè)經(jīng)濟發(fā)展需要而產生的工科新形態(tài)[4]。與“老工科”相比，“新工科”強調學科的應用性與交叉融合性，教學過程應以學為中心，堅持問題導向，注重培養(yǎng)學生解決問題的能力、批判性思維、交流溝通以及開拓創(chuàng)新的能力。我們認為基于新工科的課程建設需要遵循以下兩個基本理念。

1. 立德樹人。立德樹人是教育的根本任務，我國的高等教育肩負著培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義事業(yè)建設者和接班人的重大任務[5]，基于新工科的課程建設就需要堅守立德樹人的初心，在夯實知識傳授和能力培養(yǎng)的基礎上強化學生的家國情懷、專業(yè)熱情、法治意識、生態(tài)意識和工程倫理意識，以實現(xiàn)全程育人、全方位育人。

2. 學生中心，成果導向。成果導向式教育（Outcome-based Education，OBE）遵循反向設計理念，即由社會需求決定培養(yǎng)目標，由培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求，由畢業(yè)要求決定課程體系和課程目標，再由課程目標決定課程教學內容和教學模式。OBE理念強調“以學生為中心”，更重視學生在教學過程中成果的獲得。工程教育認證標準將OBE理念貫穿始終，以確保畢業(yè)生達到或超過專業(yè)認證既定的12條教育質量標準[6]。因此，基于新工科的課程建設就要求遵循OBE理念，以畢業(yè)能力達成為目標，按標準培養(yǎng)工程人才。

二、無機及分析化學課程教學普遍存在的問題

目前應用型高校的近化學類專業(yè)在無機及分析化學教學中普遍存在以下問題，與新工科內涵的課程教學之間存在沖突。

（一）忽視學生知識儲備的差異

浙江省從2017年開始啟動高考科目的“3+3”模式，全國其他省份也從2018年陸續(xù)實行“3+1+2”模式，而大部分應用型高校的環(huán)境、食品和生物類專業(yè)對化學科目未做強制要求，這就導致學生化學知識儲備參差不齊，個體差異明顯。據(jù)統(tǒng)計，浙江萬里學院三大類近化學專業(yè)大約只有二分之一的學生高中選考科目為化學，其余學生在高中階段只學了1～2年化學。如果堅持“一視同仁”，采取“齊步走”的教學模式勢必難以確保全體學生達到專業(yè)認證既定的質量標準，無法培養(yǎng)合格的新工科人才。

（二）教學模式以知識傳授為主

無機及分析化學課程客觀上存在教學內容多與學時數(shù)少之間的矛盾。在傳統(tǒng)線下課堂教師中以“PPT+板書”的形式進行灌輸式的學科知識傳授，學生處于被動接受的沉默狀態(tài)，這不僅限制學生的主體性與能動性，而且由于上課節(jié)奏快，學生一旦遇到難點后跟不上節(jié)奏，積累的問題就會越來越多，導致其學習興趣和動力降低。也有部分課程將啟發(fā)式和研討式教學方法應用于課堂教學，然而在有限的學時內，仍以知識傳授為主，難以引導學生主動地理論聯(lián)系實際。近年，又涌現(xiàn)了大量的無機及分析化學線上課程，但大多為知識點視頻集合，實時互動交流不足，學生僅進行淺層的碎片化學習，缺乏目的性和系統(tǒng)性，也缺乏工程分析和研究能力的培養(yǎng)[7]。

（三）課程思政沒有落到實處

由于授課學時以及對無機及分析化學課程思政的理念認識等多方面的原因，在實際教學中，教師往往只強調學科知識傳授，忽略對學生正確的世界觀、人生觀和價值觀的引導，考核評價也以體現(xiàn)知識掌握的卷面考試和平時作業(yè)為主。這就導致很難達成認證標準中涉及非技術層面的素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)，也與新工科立德樹人的根本任務相悖。

三、遵循新工科內涵的課程建設策略

（一）設定課程目標，解決為什么學的問題

根據(jù)新工科課程建設立德樹人和成果導向的理念，圍繞環(huán)境、食品和生物類行業(yè)對無機及分析化學“物質結構與性質、化學平衡與轉化、定量分析與檢測”等知識共同需求以及應用型工科人才的畢業(yè)要求，從知識、能力和素質三個層次設定課程的教學目標，解決為什么要開設這門課程，課程想讓學生取得什么學習成果的問題。

1. 知識目標：系統(tǒng)掌握物質微觀結構、化學反應宏觀規(guī)律、四大平衡相關計算、容量分析原理、稀溶液依數(shù)性和膠體結構等的基礎化學知識。

2. 能力目標：根據(jù)結構推測性質;判斷化學反應的方向、限度和速率，分析平衡及轉化體系主要形態(tài)的濃度;應用滴定和分光光度原理設計定量分析方案，并科學處理實驗數(shù)據(jù);運用依數(shù)性和膠體結構原理指導實際工作。

3. 素質目標：通過誤差分析和數(shù)據(jù)處理培養(yǎng)嚴謹求是的科學精神;宣揚化學史和化學家事跡厚植愛國情懷;化“學”為“用”，激發(fā)專業(yè)熱情，挑“錯”檢“漏”，培養(yǎng)批判思維。

（二）優(yōu)化課程教學內容，解決學什么的問題

無機及分析化學課程內容豐富，理論知識抽象性強，涉及面寬，我們根據(jù)課程目標，以“面向應用，適量拓展，融合思政”為原則優(yōu)化課程教學內容，特點如下。

1. 應用導向，夠用實用，重點明確，目標清晰。如化學計量誤差與數(shù)據(jù)處理部分的教學內容精煉為合理表達并取舍測定數(shù)據(jù);正確評價準確度和精密度;統(tǒng)計處理測量數(shù)據(jù)以及分析提高實驗結果準確度四個部分。

2. 拓展專業(yè)領域的應用、學科前沿、教師科研和高年級學生的創(chuàng)新研究項目，體現(xiàn)“兩性一度”。例如，在講到配位化合物與配位滴定時，拓展通過硫蛋白耐受重金屬污染的機制、污水處理廠利用配位原理去除重金屬的過程，CO和氰化物中毒的原因、金屬配位藥物的設計前沿、LED用稀土配合物發(fā)光材料的制備等激發(fā)學生的探索欲望和研究精神，增強挑戰(zhàn)意識和創(chuàng)新能力，更好地體現(xiàn)新工科的理念。

3. 立德樹人，教學內容融合思政，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)與品格塑造的有機統(tǒng)一。如，根據(jù)專業(yè)設立“綠水青山就是金山銀山”“化學與生命健康”“食品安全與分析”等專題討論課程知識的應用以培養(yǎng)學生的專業(yè)熱情;在實驗數(shù)據(jù)處理中以氬元素發(fā)現(xiàn)等案例教育學生嚴謹、誠信;在物質結構部分，講授化學史、化學家，豐富愛國主義情懷;通過酸堿判斷理解對立統(tǒng)一的辯證關系等。

（三）實施混合式分層教學方法，解決怎么學的問題

混合式教學將傳統(tǒng)的線下教學與“互聯(lián)網(wǎng)+”的線上教學相結合，不僅能極大延伸教學的時空維度，實現(xiàn)資源的最大化利用，還能更好地實施以“以學生為中心”的個性化教學，解決應用型本科學生知識儲備差異以及課程學時數(shù)有限等問題，實現(xiàn)新工科人才知識、能力、素質多元化的教學目標。我們依托自建的省精品在線開放課程平臺，實施“課前分層自學+課堂集中導學+課后自選強學”以學生為中心的混合式分層教學方法（圖1）。

1. 課前分層自學，補齊短板

課前在“線上”進行，教師創(chuàng)建知識點視頻資源、課程導學和課前測試，發(fā)布學習任務。每章的知識點視頻按目標達成分成三類：A類為課程學習的預備知識，適合于化學基礎薄弱，學科知識儲備不夠的學生;B類是章節(jié)必須掌握的知識點視頻;C類屬于延伸拓展內容。如溶液和膠體這一章共12個知識點視頻，其中分散系概述、溶液濃度的表示方法、膠體的結構與性質3個視頻屬于A類;活度和活度系數(shù)、分散度與表面吸附、高分子溶液與乳濁液屬于C類視頻;其余稀溶液的蒸汽壓、沸點、凝固點、滲透壓以及依數(shù)性延伸、溶膠穩(wěn)定性和聚沉6個視頻為B類。不同層次的學生根據(jù)課程導學中的目標要求必學B類資源，并在A類和C類中選擇一類進行學習。完成視頻學習后，學生進行分層的基礎性測試，并將學習過程中遇到的困惑提交到討論區(qū)，師生、生生可對提交的問題進行課前探討，分享學習心得。

2. 課堂集中導學，提升解決問題能力

該階段基于學生已完成第1階段的分層自學，以線下授課為主，采用問題導向的教學法，教學設計以學生為主體，教師為主導。教學過程以案例引出問題（案例可以是學生在預習中反饋的疑點、難點，也可以是專業(yè)領域的實際應用），以問題引出解決方法（教師提示引導，學生主動思考，師生共同討論解決問題），以解決方法形成基本概念和原理（師生總結升華知識點，歸納普適性原理），以原理指導問題解決（學生用知識點解決更具挑戰(zhàn)性的應用問題，鞏固學習成果）。如稀溶液的通性這一節(jié)，教師可以在學生課前線上學習反饋的基礎上由“冬天在汽車內燃機室水箱中加入乙二醇以防止水箱結冰”的案例提出問題“乙二醇的加入為什么能防止水箱結冰，所加的量如何計算”。然后討論學習相關的蒸汽壓下降、沸點升高、凝固點降低以及滲透壓四個知識點，期間以雨課堂為工具組織實時評測、搶答、投稿等活動[8]，打破傳統(tǒng)課堂滿堂灌方式和沉默狀態(tài)，使學生主動建構知識，并研究問題的解決方法。在此基礎上，師生總結四個依數(shù)性的核心要點，并比較難揮發(fā)性非電解質稀溶液與揮發(fā)性溶質溶液、電解質溶液、非稀溶液之間依數(shù)性的區(qū)別。最后，通過“設計一種鹽和冰混合制冷劑”和“計算說明為什么輸液用的是0.9%氯化鈉或5%葡萄糖或兩者的混合溶液”兩個問題加深對知識點的理解和應用。在完成章節(jié)內容學習的基礎上，學生進行依數(shù)性在專業(yè)中應用的專題討論。整個過程以問題解決為線，使學生獲取知識、解決問題的應用能力得到提升;并將網(wǎng)上碎片化的淺層知識轉化為模塊化的深層知識。

3. 課后自選強學，拓展延伸

課后，教師布置線上線下分層作業(yè)，鞏固強化所學內容。與課前分層自學一致，作業(yè)也分為三層。A類為線上作業(yè)，重點是打好課程學習基礎，主要內容為知識點以及預備知識的基本概念和基本理論，題型以選擇、判斷為主，學生通過復習較為容易找到答案。B類為線下作業(yè)，重點是鞏固知識點學習效果，包括課程總結以及需要學生在理解的基礎上進行的應用問題解決練習。C類也為線上作業(yè)，教師在課程平臺設立化“學”為“用”和挑“錯”檢“漏”兩大開放型板塊，化“學”為“用”板塊根據(jù)專業(yè)設立“綠水青山就是金山銀山”“化學與生命健康”“食品安全與分析”三個主題，學生查閱知識點在專業(yè)中的應用或知識點相關的科技前沿、熱點問題，培養(yǎng)研究探索能力;挑“錯”檢“漏”是給教材和教輔資料找錯或檢查漏洞，培養(yǎng)批判思維能力。B類為必做作業(yè)，A類和C類學生可以根據(jù)自身能力任意選擇一類完成，鼓勵學生“挑戰(zhàn)”C類作業(yè)，拓寬知識的深度和廣度。在此階段，學生可將自己在完成作業(yè)過程中遇到的問題和疑惑及時提交到課程討論區(qū)，教師及時給予學生答復，學生之間也可以互助答疑。 4. 改革課程評價方式，全面評價學得怎么樣

為激發(fā)學生全過程學習積極性，有效保障教學目標達成，實施過程性評價與終結性評價并重的考核方式（表1），從多個維度對學生的學習成效進行評價。過程性評價貫穿課前、課中和課后的每一個階段和每一項教學任務，包括課前的線上視頻預習和測試成績，課中的雨課堂點名、評測、搶答、投稿以及專題討論等成績，課后的線下作業(yè)和線上自選作業(yè)成績等。期末終結性評價采用閉卷形式，全面衡量學生對無機及分析化學理論知識掌握情況以及應用知識進行復雜問題分析和研究的能力。

四、結束語

本課程基于新工科理念，以學生為中心實施混合式分層教學模式既充分利用線上資源有效輔助學生預習、復習、測試、討論和拓展，又利用線下課堂引導學生深度參與問題導向式學習，基本解決學生知識儲備參差不齊、課程教學內容繁雜、課內學時有限與新工科成果導向的多元教學目標之間的教學沖突。2017年以來的教學實踐表明，該教學模式充分調動了各類學生對課程學習的興趣，不僅夯實了學生無機及分析化學的基礎知識和基本能力，提高了學生自主獲取知識和解決問題的能力，而且增強了挑戰(zhàn)意識。統(tǒng)計顯示，學生選學C類視頻和選做C類作業(yè)的比例高達78.7%和83.3%，部分中學化學基礎薄弱的學生在學習過程發(fā)現(xiàn)了自身亮點，持之以恒學完所有類別視頻學習，完成三個層次作業(yè)。

但是，在實施過程中我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，首先，與傳統(tǒng)上課模式相比，混合式分層教學需要教師投入更多的精力且具有更強的教學科研能力，因此，建立一支高度負責、教學水平高的課程團隊是順利實施混合式分層教學模式的關鍵;其次，少部分學生的學習仍處于被動狀態(tài)，很少參與線上討論，線上線下的作業(yè)也是為了完成而完成，我們認為解決的關鍵還在于教師如何更積極有效地發(fā)揮主導作用。

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