李文佐，劉紹麗

(煙臺大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 煙臺 264005)

2002年，美國教育技術(shù)與設(shè)計理論家、教育心理學(xué)家梅瑞爾(M. D. Merrill)[1]首次提出首要教學(xué)原理(First Principles of Instruction)，又稱“五星教學(xué)模式”。梅瑞爾認為，優(yōu)秀的教學(xué)應(yīng)以最終促進學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)為目的，因此教學(xué)必須致力于(參見圖1[2])：(1)聚焦問題，即學(xué)習(xí)者必須介入解決實際的生活問題或研究問題；(2)激活舊知識，即喚起學(xué)習(xí)者已有知識并將其作為新知識的基礎(chǔ)；(3)示證新知識，即在學(xué)習(xí)過程中將新知識恰如其分的展示給學(xué)習(xí)者；(4)應(yīng)用新知識，即學(xué)習(xí)者學(xué)會應(yīng)用所學(xué)的新知識來促進自己學(xué)習(xí)；(5)融會貫通，即學(xué)習(xí)者將所學(xué)新知識與自己的生活或研究融于一體，應(yīng)用自如，從而達到最終實現(xiàn)學(xué)習(xí)目的。

圖1 首要教學(xué)原理

圖2 波紋狀教學(xué)設(shè)計模式

首要教學(xué)原理更加關(guān)注教學(xué)實施的程序問題。為了闡明如何使課堂教學(xué)更加合理，2007年，梅瑞爾[3]又提出了“波紋狀教學(xué)設(shè)計模式”，展示了課程編制流程的8個環(huán)節(jié)(參見圖2[4])：(1)聚焦問題，即根據(jù)課程內(nèi)容制定具體的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標，保證學(xué)生在教學(xué)結(jié)束時能完成任務(wù)并達到目標；(2)任務(wù)排序，即確定教學(xué)任務(wù)的先后順序；(3)內(nèi)容分析，即對教學(xué)任務(wù)中的知識成分進行分析，并確定采取哪些教學(xué)環(huán)節(jié)促使學(xué)生掌握相應(yīng)知識；(4)策略適配，即確定教學(xué)總體策略和每一項具體任務(wù)具體知識章節(jié)對應(yīng)的教學(xué)策略；(5)界面設(shè)計，即確定教學(xué)展示手段和必要的資源，如視頻、文本、圖像、模型等；(6)產(chǎn)品制作，即制作教學(xué)過程應(yīng)用的多媒體課件、講義、ppt等；(7)教師指導(dǎo)，轉(zhuǎn)變角色，鼓勵學(xué)生在教師指導(dǎo)下積極完成學(xué)習(xí)任務(wù)，體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)主體性；(8)評估評價，綜合運用多種過程性評價和終結(jié)性評價對教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)生學(xué)習(xí)效果進行評估。

結(jié)構(gòu)化學(xué)是化學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課程，它是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)(包括空間結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu))的關(guān)系的科學(xué)，結(jié)構(gòu)化學(xué)以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，從微觀結(jié)構(gòu)研究物質(zhì)的性質(zhì)，因此結(jié)構(gòu)化學(xué)課程理論性較強、內(nèi)容抽象，要求學(xué)生具有較高的邏輯思維能力和較好的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中，以課堂教學(xué)為主，教學(xué)方式單一，學(xué)生處于被動接受的狀態(tài)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來普遍感覺課程難度大，不好掌握，教學(xué)效果一般。此外，由于結(jié)構(gòu)化學(xué)課程理論性強，學(xué)生在本科期間接觸到的化學(xué)研究性問題應(yīng)用到結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識較少，學(xué)生普遍認為這門課與將來從事的工作關(guān)系不大，因此學(xué)生一般不喜歡該門課程。同時，同學(xué)們也普遍反映這門課的評價方式單一，主要以筆試為主，考試主要考查“要求背過的知識”，運用理論知識分析問題解決問題的題型嚴重不足。

針對上述這些問題，我們在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)過程中，以首要教學(xué)原理為指導(dǎo)，積極進行教學(xué)探索，從五個方面對結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)進行論述和設(shè)計，具體包括：(1)教學(xué)的前端分析，即學(xué)生特征分析及結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)目標闡述；(2)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的五星教學(xué)模式；(3)根據(jù)教學(xué)目標進行結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容分析；(4)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)實踐探索，即對教學(xué)手段教學(xué)策略的改革探索；(5)改革測試與評估手段。

1 教學(xué)前端分析

學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的對象是大三本科生，他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)知識，具備了一定的化學(xué)知識儲備和一定的科學(xué)素養(yǎng)，同時通過多年的不間斷學(xué)習(xí)，也積累并具備了一定的邏輯思維能力、空間想象能力和假設(shè)演繹推演能力，對新知識具備較強的好奇心和較強的接受能力。基于此，結(jié)構(gòu)化學(xué)的課程的教學(xué)目標旨在滿足學(xué)生知識需求，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性分析問題和解決問題的能力，教學(xué)過程中應(yīng)注重提高學(xué)生的理論應(yīng)用能力和研究探索能力。

2 結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的五星教學(xué)模式

為達成上述教學(xué)目標，我們在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中積極遵循五星教學(xué)模式：(1)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容必須在圍繞和聯(lián)系實際問題中加以呈現(xiàn)；(2)教學(xué)過程中首先喚起同學(xué)們對已學(xué)四大化學(xué)的相關(guān)知識；(3)教學(xué)過程中不僅僅進行理論闡述，而是結(jié)合實際例子進行講解；(4)不斷強化練習(xí)，使同學(xué)們不斷應(yīng)用新學(xué)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識；(5)積極鼓勵同學(xué)們把所學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)知識應(yīng)用到實踐中，比如指導(dǎo)同學(xué)們更好的學(xué)習(xí)同步開設(shè)的儀器分析課程相關(guān)內(nèi)容。

3 結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容分析

結(jié)構(gòu)化學(xué)課程內(nèi)容多、涉及面廣、理論性強，由于課時所限(48學(xué)時)，不可能在課堂教學(xué)中面面俱到。在首要教學(xué)原理指導(dǎo)下，對課程內(nèi)容進行了調(diào)整。首先，根據(jù)主要教學(xué)內(nèi)容確定一個邏輯主線：即使得學(xué)生在掌握量子力學(xué)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，能夠應(yīng)用處理化學(xué)體系。通過系統(tǒng)講解量子力學(xué)發(fā)展簡史和量子力學(xué)基礎(chǔ)知識，確定理論基礎(chǔ)，在這一基礎(chǔ)上，對原子(從單電子原子到多電子原子)、分子(從雙原子分子到多原子分子)、配合物等體系進行處理，通過求解薛定諤方程來確定波函數(shù)進而求解這些體系所有可能的性質(zhì)。其次，在處理每一部分體系時確定一種實驗手段，講解實驗原理，使同學(xué)們能夠意識到結(jié)構(gòu)化學(xué)知識與化學(xué)實驗緊密相連，同時體現(xiàn)結(jié)構(gòu)化學(xué)知識的重要性。在上述思想指導(dǎo)下，我們對教學(xué)內(nèi)容進行了合理取舍：首先學(xué)習(xí)量子力學(xué)基礎(chǔ)知識，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、雙原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、配合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。其中穿插學(xué)習(xí)分子對稱性相關(guān)知識(群論初步知識)，這部分內(nèi)容是為合理簡化求解多原子分子的薛定諤方程的數(shù)學(xué)工具。最后學(xué)習(xí)晶體學(xué)基礎(chǔ)知識。

4 結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)設(shè)計和策略

在上述教學(xué)內(nèi)容教學(xué)任務(wù)分析的基礎(chǔ)上，每個章節(jié)進行單個任務(wù)設(shè)計，在教學(xué)設(shè)計時，首先注意激活舊知識，即引導(dǎo)學(xué)生回憶所學(xué)的四大化學(xué)相關(guān)知識，展示上一節(jié)課的內(nèi)容，如在講解原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)這一章時，首先回憶學(xué)生之前在大學(xué)物理和無機化學(xué)等科目中學(xué)習(xí)到的原子的結(jié)構(gòu)，并對上一章量子力學(xué)基礎(chǔ)知識進行回顧，這樣舊的知識被激活，學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加容易接受。其次示證新知識，在每一章節(jié)對新知識進行系統(tǒng)講解，滿足學(xué)生的求知欲。比如分子對稱性部分，講到群的定義，讓學(xué)生們認識到群不是一個簡單多個元素的集合，而是滿足了特定條件的多個元素的集合。再次應(yīng)用新知識，比如講完量子力學(xué)基礎(chǔ)知識后，用來處理一維箱中粒子并結(jié)合花菁染料的電子光譜，這樣可以使得同學(xué)們加深對理論知識的理解。第四融會貫通，在每個章節(jié)結(jié)束后可以布置一些主體作業(yè)，尤其是研究性任務(wù)，讓同學(xué)們積極查閱和收集資料，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可以在課堂上匯報研究結(jié)果，進而調(diào)動同學(xué)們主動學(xué)習(xí)的積極性。

在教學(xué)策略方面，注重理論與實踐相結(jié)合。課堂上教師不是照本宣科，而是做一個引導(dǎo)者，以學(xué)生為主體進行學(xué)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建新的邏輯思維能力和思維方法，尤其是對微觀世界的粒子的認知。在教學(xué)過程中，教師積極和學(xué)生互動，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和參與性，注重用啟發(fā)式、討論式等方法進行講述和溝通。布置課外作業(yè)時，注重增加實踐性、探索性、研究性內(nèi)容。同時，上課時注重應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，用好互聯(lián)網(wǎng)，給學(xué)生推薦國內(nèi)外有關(guān)結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的網(wǎng)站；用好有關(guān)計算程序、動畫程序和手機客戶端等，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。此外，在某些內(nèi)容難度不太大的章節(jié)，嘗試翻轉(zhuǎn)課堂模式，讓學(xué)生在積極準備的前提下匯報和講述相關(guān)內(nèi)容等。

5 改革測試與評估手段

運用過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合的方式形成綜合評價。過程性評價包括學(xué)生出勤、課堂表現(xiàn)(包含隨堂測驗、回答問題、課堂參與等)、完成每個章節(jié)有關(guān)知識點任務(wù)的情況、課后作業(yè)、期中考試、學(xué)習(xí)同伴(同學(xué))評價、教師評價等等，終結(jié)性評價主要是期末閉卷測試。過程性評價的比重加大到30-50%。此外，教師還根據(jù)學(xué)生的反饋隨時修正自己的課堂設(shè)計和策略，以期不斷改善教學(xué)過程，提高教學(xué)效果。

通過上述這些改革措施，使得同學(xué)們對結(jié)構(gòu)化學(xué)課程有了更全面的認識，不再存在畏難情緒，大部分同學(xué)反饋說課程內(nèi)容是有用的，在學(xué)習(xí)過程中有很強的獲得感。教學(xué)開展較之以前更加順暢。當(dāng)然，教學(xué)改革永遠在路上，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展學(xué)生獲得新知識的手段和途徑越來越多，對課堂教學(xué)的挑戰(zhàn)也越來越大，我們將繼續(xù)發(fā)揚以學(xué)生為中心的理念，扎扎實實做好教學(xué)各項工作。