鮑麗麗,江辰,張曉進(jìn),周湘

中國藥科大學(xué)理學(xué)院 (南京 211198)

培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的復(fù)合型人才是高校服務(wù)社會的主要目標(biāo),2018年全國教育大會提出,要大力培養(yǎng)掌握黨和國家方針政策、具有全球視野、通曉國際規(guī)則、熟練運(yùn)用外語、精通中外談判和溝通的國際化人才,要有針對性地培養(yǎng)“一帶一路”建設(shè)急需的懂外語的各類專業(yè)技術(shù)和管理人才。新時代的外語教育改革發(fā)展要立足全球坐標(biāo)、服務(wù)國家戰(zhàn)略,培養(yǎng)高質(zhì)量外語人才[1]。外語教育需要打破傳統(tǒng)意義上單一的對于工具性、交際性外語人才的培養(yǎng)模式,要緊跟社會需求,培養(yǎng)復(fù)合型外語人才。而化學(xué)有著“滿足社會需要的中心科學(xué)”之稱[2],化學(xué)與生物、材料、能源等眾多學(xué)科的交叉、滲透、融合將是21世紀(jì)學(xué)科發(fā)展的必然趨勢。同時學(xué)校以建設(shè)藥學(xué)特色世界一流研究型大學(xué)為目標(biāo),要構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的學(xué)科生態(tài)體系,化學(xué)在學(xué)科建設(shè)的總體規(guī)劃中被列為支撐學(xué)科之一。因此在藥學(xué)相關(guān)的高校中,外語專業(yè)的學(xué)生學(xué)好化學(xué)是必然需求。

2018年學(xué)校面向英語專業(yè)學(xué)生開設(shè)了化學(xué)基礎(chǔ)課程,但由于各省高考政策的不同和文理兼收的招生模式,導(dǎo)致英語專業(yè)的學(xué)生在化學(xué)知識背景、知識儲備和化學(xué)興趣等各方面存在明顯差異。以2021級英語專業(yè)學(xué)生構(gòu)成情況為例,學(xué)生總?cè)藬?shù)98,其中高考選考化學(xué)的理科生占13%,高考選考化學(xué)的文科生占8%,高考未選考化學(xué)的文科生占79%。高考選考化學(xué)的學(xué)生有一定的化學(xué)基礎(chǔ),學(xué)習(xí)本門課程難度不大,需要適當(dāng)補(bǔ)充超過教學(xué)大綱的提優(yōu)學(xué)習(xí)。英語專業(yè)的學(xué)生主體是高考未選考化學(xué)的文科生,他們過早失去了深入學(xué)習(xí)化學(xué)的機(jī)會,缺乏對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,化學(xué)基礎(chǔ)非常薄弱。同時,“化學(xué)無用論”根深蒂固,他們面對化學(xué)學(xué)習(xí)有很大的畏難情緒,這也是主要矛盾所在。筆者主要研究如何在這樣一個特殊群體中有效開展以有機(jī)化學(xué)為主要內(nèi)容的化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)課程,包括如何打破文科生心理上的“化學(xué)壁壘”,提升他們學(xué)習(xí)動機(jī)和興趣;尋找有效適合的教學(xué)方法,幫助文科生在化學(xué)學(xué)習(xí)中找到熟悉感、提升自信度;構(gòu)建規(guī)模化教學(xué)和分層引導(dǎo)相融合的模式,以滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

1 學(xué)習(xí)動機(jī)的提升

羅杰斯指出:人天生就有好奇心,尋求知識、真理和智慧以及探索秘密的欲望[3]。當(dāng)學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)材料與自己的目標(biāo)有關(guān)時,就會產(chǎn)生有意義的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)動機(jī)的提升是整個學(xué)習(xí)過程的重要開端。

1.1 分析就業(yè)形勢,打破文科生心理上的“化學(xué)壁壘”

大多數(shù)英語專業(yè)的學(xué)生依舊秉持“化學(xué)無用論”,并沒有意識到社會對復(fù)合型人才的需求趨勢,認(rèn)為學(xué)習(xí)化學(xué)對自己未來的職業(yè)規(guī)劃沒有任何意義。因此首要任務(wù)是改變這種錯誤的意識形態(tài),提供學(xué)習(xí)的原動力。教學(xué)團(tuán)隊在開課之初針對本校英語專業(yè)就業(yè)形勢進(jìn)行分析,收集往年的招聘信息以及往屆畢業(yè)生的就業(yè)感受,并對第一屆開展化學(xué)基礎(chǔ)課程的2021屆英語專業(yè)畢業(yè)生進(jìn)行化學(xué)基礎(chǔ)課程認(rèn)知調(diào)查,并將該調(diào)查結(jié)果與2021級學(xué)生的調(diào)查結(jié)果作對比(圖1),結(jié)果顯示大部分2021屆畢業(yè)生認(rèn)為學(xué)習(xí)化學(xué)是有必要的,對就業(yè)是有幫助的,對化學(xué)基礎(chǔ)課程的認(rèn)可度遠(yuǎn)高于即將學(xué)習(xí)化學(xué)基礎(chǔ)課程的2021級學(xué)生。該分析以最直觀的數(shù)據(jù)打破文科生心理上的“化學(xué)壁壘”,讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)化學(xué)對他們未來的職業(yè)規(guī)劃很有助益,使他們堅定學(xué)習(xí)化學(xué)的決心和信念。

圖1 化學(xué)基礎(chǔ)課程認(rèn)知度調(diào)查結(jié)果

1.2 提升化學(xué)的認(rèn)可度和課程的趣味性

文科生往往認(rèn)為化學(xué)就是無數(shù)原子、分子堆積的無趣學(xué)科,缺少色彩和魅力,對化學(xué)的認(rèn)可度很低,教學(xué)團(tuán)隊需要針對這些方面做出積極的改善和引導(dǎo)。

1.2.1 分析社會熱點,提升化學(xué)的認(rèn)可度

教師可將一些與化學(xué)相關(guān)的社會熱點引入相關(guān)知識點的講解中,讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)的重要性、與國計民生的親密性,同時也能增加課程的趣味性。近幾年,新冠疫情給大眾的生活帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響,筆者在講解縮酮反應(yīng)和酸酐的醇解反應(yīng)時,引入世界上第一款上市的口服抗新冠病毒藥物莫努匹韋(molnupiravir)的原始合成路線(圖2)[4],該藥于2021年11月4日經(jīng)英國藥品和保健產(chǎn)品管理局批準(zhǔn)上市,能夠降低50%新冠患者住院或死亡的風(fēng)險。

圖2 莫努匹韋的合成

航空航天已經(jīng)成為21世紀(jì)最活躍和最有影響的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,而航空航天的材料也與化學(xué)息息相關(guān)。教師可在苯酚章節(jié)中介紹氰酸酯樹脂(CE)單體的合成(圖3),氰酸酯樹脂憑借本身出色的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、耐微裂紋性、低吸濕性和低介電損耗性能,成為在航空航天行業(yè)中的首選樹脂[5-6]。教師可在這些重大事件中挖掘化學(xué)知識,讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)在社會發(fā)展中的重要作用,提高對化學(xué)的認(rèn)可度。

圖3 氰酸酯樹脂合成

1.2.2 引入象形分子,增加化學(xué)的生動性和可愛度

大多數(shù)文科生認(rèn)為化學(xué)是一門呆板無趣的學(xué)科,只是不同符號的無聊變換,教師可以通過引入形象逼真的象形分子讓化學(xué)變得生動可愛。嘗試從化學(xué)科普網(wǎng)站http://www.chm.bris.ac.uk/sillymolecules/sillymols.htm收集象形分子[7-8],用于相應(yīng)章節(jié)的輔助教學(xué)。例如在芳香烴的教學(xué)中,教師引入釋迦牟尼分子、暈苯等;在烴的衍生物教學(xué)中,引入青蛙分子、長頸鹿分子等;講解酯化反應(yīng)時引入納米舞者的部分合成;講解Aldol反應(yīng)時引入企鵝酮的合成,讓學(xué)生在感受到化學(xué)趣味性的同時也驚訝于化學(xué)的神奇。

1.2.3 融入生動而有意義的化學(xué)史教育

化學(xué)史教育和實驗課教學(xué)被認(rèn)為是克服在化學(xué)教學(xué)中向?qū)W生灌注科學(xué)知識的教條主義、實用主義教學(xué)方法的兩種有效途徑。這一觀點最早由法國著名的科學(xué)家郎之萬(Langevin)提出[9]。教師在理論教學(xué)中穿插介紹化學(xué)史既能增強(qiáng)課程的趣味性,活躍課堂氛圍,又能讓學(xué)生從國內(nèi)外化學(xué)家的成功案例中獲得啟發(fā),實現(xiàn)化學(xué)與思政的有機(jī)融合。例如筆者在講解霍夫曼消除和霍夫曼降解反應(yīng)時,介紹德國化學(xué)家霍夫曼(August Wilhelm von Hoffmann),他一生致力于研究胺類化合物[10]。1841年,23歲的霍夫曼發(fā)現(xiàn)并證明了煤焦油中含有苯胺和苯。1849年,提出“氨型”的概念,奠定了“類型說”的基礎(chǔ)。1851年,霍夫曼發(fā)現(xiàn)了三甲基丙基氫氧化銨在加熱條件下分解生成丙烯、三甲胺和水。30年后,季銨堿加熱分解生成三級胺、烯烴及水的反應(yīng)被稱為霍夫曼消除反應(yīng)。1881年,他又發(fā)現(xiàn)了著名的霍夫曼降解反應(yīng)。學(xué)生從中收獲興趣的同時更體會到科學(xué)研究需要堅持不懈與不斷探索創(chuàng)新的科研精神。

2 在化學(xué)教學(xué)中融入文科教學(xué)特色

文理科的教學(xué)模式差別很大,文科注重形象思維和語言描述,理科則更注重邏輯思維和理性推導(dǎo)。為了減輕文科生面對化學(xué)時的陌生感和畏難情緒,教師需要在化學(xué)的理科教學(xué)模式中,融入文科教學(xué)特色,增加文科生的熟悉感與自信度。

2.1 形象思維工具的應(yīng)用

思維科學(xué)的研究表明,即使是最抽象的科學(xué)概念,也常常與具體的感性表象相聯(lián)系,教師將文科中形象思維的工具應(yīng)用得當(dāng),對抽象概念的表述可達(dá)到事半功倍的效果[11]。例如講解手性概念時,教師可以讓學(xué)生觀察自己和鏡子中的自己是否相同,左右手是否相同,從而引出手性的概念。生物體內(nèi)酶和各種底物都是有手性的,由于特定的立體化學(xué)性質(zhì),只可以識別和作用于外消旋體中的一個對映體,手性藥物的兩個對映體基于這種識別,才具有不同的生理活性。例如左旋氯霉素有療效,而右旋氯霉素沒有療效,布洛芬的活性成分只是右旋布洛芬。為了更形象地說明這種關(guān)系,筆者將右腳上的鞋子比作這里所說的酶,它是手性環(huán)境,左腳和右腳比作手性藥物的兩個對映體,此時右腳的鞋子只能和右腳相匹配,而對于右腳的對映異構(gòu)體左腳是不匹配的,基于鞋子的這種識別和作用,才能使左右腳此時顯示出不同。教師將抽象難理解的概念與熟悉的事物和場景聯(lián)系起來,能夠起到較好的教學(xué)輔助作用。

2.2 思維導(dǎo)圖的運(yùn)用

思維導(dǎo)圖被越來越多的教師引入教學(xué),尤其對于文科學(xué)習(xí)的特點及高考要求,學(xué)生需要記憶大量知識,思維導(dǎo)圖經(jīng)常被應(yīng)用于他們的學(xué)習(xí)中,但是對于化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用主要集中在高中階段,有關(guān)大學(xué)化學(xué)的內(nèi)容相對較少[12]。教師可以將文科生熟悉的這種教學(xué)方式融入化學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)中,讓復(fù)雜的知識脈絡(luò)更加清晰。

2.3 開展學(xué)后感英語演講

文科生具有較強(qiáng)的文字編輯能力和語言表達(dá)能力,在以往的文科學(xué)習(xí)中常常需要書寫文章讀后感、電影觀后感等,以此來總結(jié)文學(xué)作品的要義和發(fā)表自己的見解,并用流暢優(yōu)美的語言表達(dá)出來。同時英語專業(yè)的學(xué)生英語功底深厚,教師可以在化學(xué)教學(xué)過程中讓學(xué)生以學(xué)后感的形式對化學(xué)學(xué)科中相關(guān)的知識點進(jìn)行闡述,并以此開展英語演講。在陌生的領(lǐng)域發(fā)揮他們的自身優(yōu)勢,能有效提升學(xué)生在面對化學(xué)時的自信度,同時加深他們對相關(guān)知識的理解和掌握。

3 規(guī)?；虒W(xué)和隱形分層引導(dǎo)相結(jié)合

2021級英語專業(yè)學(xué)生構(gòu)成復(fù)雜,化學(xué)基礎(chǔ)差異很大。單一的規(guī)模化教學(xué)無法滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,具有較好化學(xué)基礎(chǔ)和化學(xué)思維的學(xué)優(yōu)群體,通過規(guī)模性教學(xué)能夠輕松達(dá)到教學(xué)大綱的要求,這部分群體需要額外進(jìn)行提優(yōu)。對于化學(xué)基礎(chǔ)薄弱,理科思維欠缺,但學(xué)習(xí)能力適中的基礎(chǔ)群體,規(guī)?；虒W(xué)基本可以達(dá)到教學(xué)大綱的要求,這部分群體需要向高分段努力。而仍然有一部分學(xué)困群體,通過規(guī)模化教學(xué)仍然很難達(dá)到教學(xué)大綱要求,這部分學(xué)生需要受到額外關(guān)注。針對上述情況,教學(xué)團(tuán)隊采用規(guī)模化教學(xué)和分層引導(dǎo)相結(jié)合的模式開展化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)的教學(xué)。

3.1 線上教學(xué)和線下教學(xué)相結(jié)合的規(guī)模化教學(xué)

為了達(dá)到理想的教學(xué)效果,教師采用了多種教學(xué)模式,課堂講解時間一定程度上減少,線上教學(xué)和線下教學(xué)相結(jié)合的模式可以有效緩解這一矛盾。學(xué)生可以通過“超星學(xué)習(xí)通”平臺的《化學(xué)基礎(chǔ)Ⅰ》課程資源和重難點視頻講解進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí),而教師課堂講解更偏向于重點難點。同時教師將所有課后習(xí)題和補(bǔ)充習(xí)題進(jìn)行錄屏講解并發(fā)布在平臺上,學(xué)生可根據(jù)自身情況有針對性地觀看。平臺還會發(fā)布一些討論題目,教師根據(jù)學(xué)生的回帖解答情況,給予一定的平時成績獎勵,以此激發(fā)學(xué)生討論和思考的熱情?？记诠ぷ髦饕栽诰€發(fā)布5至10分鐘的隨堂測形式進(jìn)行,這樣既能達(dá)到考勤的目的,又能檢測學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握情況,也能督促學(xué)生及時復(fù)習(xí)。

習(xí)題分為三部分,一部分是需要學(xué)生線下完成并提交的教材課后習(xí)題;另一部分是教師自行編寫的補(bǔ)充習(xí)題,學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況和能力進(jìn)行選做,習(xí)題提交完畢后,學(xué)生可以在學(xué)習(xí)通平臺上看到答案和每道題目的視頻講解;還有一部分是在線練習(xí)系統(tǒng),該系統(tǒng)是本教學(xué)團(tuán)隊教師以自主編寫的開源化學(xué)信息學(xué)工具包Kekule.js為基礎(chǔ),獨(dú)立開發(fā)的一套適用于有機(jī)化學(xué)課程的開源在線練習(xí)軟件(organic.cpu.edu.cn/lesson/),用戶可在桌面或移動端瀏覽器輸入分子結(jié)構(gòu)并提交至后端,服務(wù)器自動評分并進(jìn)行統(tǒng)計分析,教師可以通過分析結(jié)果了解學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握情況,再對錯誤率高的題目進(jìn)行重點講解。該系統(tǒng)不但能輸入和判別有機(jī)結(jié)構(gòu)式和反應(yīng)式,還可提供一個特制的分子三維生成器,可根據(jù)學(xué)生輸入的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)借助分子力學(xué)計算得到能量最低的構(gòu)象,該成果體現(xiàn)了國際領(lǐng)先的技術(shù)水平,并在全球影響力最大的開源項目托管平臺GitHub基于MIT協(xié)議發(fā)布了該系統(tǒng)的全部源碼[13]。

3.2 教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化

針對不同水平的群體,教學(xué)團(tuán)隊將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法進(jìn)行了分層次優(yōu)化(表1):基礎(chǔ)群體的教學(xué)設(shè)計與教學(xué)大綱的要求高度吻合;學(xué)優(yōu)群體的教學(xué)設(shè)計旨在滿足學(xué)生的更高學(xué)習(xí)要求;學(xué)困群體的教學(xué)設(shè)計重點在于提升他們的學(xué)習(xí)能力,使他們掌握教學(xué)大綱要求的大部分知識點,達(dá)到結(jié)課要求。

表1 化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)分層教學(xué)設(shè)計

3.3 分層引導(dǎo)

學(xué)優(yōu)生可以通過自主學(xué)習(xí)中國大學(xué)MOOC平臺的《有機(jī)化學(xué)》和《有機(jī)化學(xué)進(jìn)階課程》,拓展學(xué)習(xí)廣度和深度。基礎(chǔ)群體學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)中國大學(xué)慕課平臺的《有機(jī)化學(xué)》,鞏固知識點,加深理解。對于學(xué)困群體,除了規(guī)?；虒W(xué)以外,相關(guān)教師需要進(jìn)行額外的個體化關(guān)注。為了使學(xué)生能夠及時查漏補(bǔ)缺,每個月會進(jìn)行月考考核,教師對每次月考成績進(jìn)行分析,對于不及格的學(xué)習(xí)困難群體學(xué)生,進(jìn)行一對一的督學(xué)和輔導(dǎo),督促他們及時完成作業(yè)、及時進(jìn)行錯題訂正,教師進(jìn)行強(qiáng)化知識點講解。通過規(guī)?；虒W(xué)和分層引導(dǎo)相融合的模式,該課程每次月考的中高分群體有所增多,不及格人數(shù)明顯減少(圖4)。

圖4 月考成績分析

本學(xué)期,開展化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)課程的專業(yè)還有信息管理和工商管理等專業(yè),學(xué)生人數(shù)564,他們中未選考化學(xué)的文科生比例大概占60%左右。為評價本次教學(xué)改革的效果,教學(xué)團(tuán)隊將參與改革的2021級英語專業(yè)的化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)期末成績與2021級開設(shè)本門課程的其他專業(yè)學(xué)生期末成績做橫向?qū)Ρ?并將2021級和2020級英語專業(yè)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)成績做縱向?qū)Ρ?表2)。結(jié)果顯示,對于實施教學(xué)改革的班級,其成績均分顯著高于其他班級,同時其不及格率更低、優(yōu)秀率更高,教學(xué)改革效果初見成效。

表2 實施教學(xué)改革的班級與其他班級化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)期末考試成績對比

4 結(jié)語

英語專業(yè)以化學(xué)基礎(chǔ)非常薄弱的文科生為絕對主體,他們在大學(xué)階段的化學(xué)學(xué)習(xí)顯得異常困難,同時群體中又有基礎(chǔ)較好的少數(shù)人群,因此教師將提升學(xué)習(xí)動機(jī)和興趣的工作穿插到該課程各個章節(jié)中,為了滿足不同水平群體的學(xué)習(xí)需要,教學(xué)團(tuán)隊采用了規(guī)?；虒W(xué)和分層引導(dǎo)相結(jié)合的方式。線上線下教學(xué)資源為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了多樣化的選擇,團(tuán)隊利用自身化學(xué)信息學(xué)的學(xué)科背景自主開發(fā)的有機(jī)化學(xué)在線練習(xí)系統(tǒng)達(dá)到了國際領(lǐng)先的技術(shù)水平,為學(xué)生提供了更加便利高效的練習(xí)平臺。月考考核讓學(xué)生能夠及時地查漏補(bǔ)缺,教師也可以根據(jù)每次的月考成績分析結(jié)果、精準(zhǔn)定位學(xué)習(xí)困難生群體,進(jìn)行重點督學(xué)和輔導(dǎo)。課程注重化學(xué)與思政的有機(jī)融合,幫助學(xué)生樹立積極的人生觀和正確的科學(xué)觀,培養(yǎng)學(xué)生成為國家發(fā)展需要的復(fù)合型人才。