胡文遠(yuǎn)，鐘國清，楊定明，蔣琪英，張歡

西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽 621010

通識教育模式下高等教育倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，擁有廣泛學(xué)科知識容量，且具有將不同學(xué)科知識進(jìn)行融會貫通的能力，這就對通識教育中的公共基礎(chǔ)類課程提出了更高的要求[1]。既要夯實課程內(nèi)的知識體系，又要在有限的課堂時間內(nèi)進(jìn)行拓展和延伸，尤其是與學(xué)生學(xué)科前沿相關(guān)、與學(xué)生未來產(chǎn)出關(guān)聯(lián)的知識延伸。無機及分析化學(xué)是高校農(nóng)、理、工科學(xué)生必修的化學(xué)基礎(chǔ)課程，國內(nèi)大部分高校由于課程體系重構(gòu)或培養(yǎng)方案調(diào)整普遍存在內(nèi)容繁多、學(xué)時有限及學(xué)生基礎(chǔ)差異等諸多問題[2]。教學(xué)同行多采用提高教師素養(yǎng)、整合教學(xué)內(nèi)容、啟用興趣教學(xué)方法和引入MOOC資源等措施[3]，但內(nèi)容未減，學(xué)時壓縮的困境仍未徹底解決。針對高等教育對于公共基礎(chǔ)課程提出的新要求，我校的無機及分析化學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊堅持以“以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，持續(xù)改進(jìn)”的理念，全面貫徹著力打造“前覓重難點，中強知識點，后固脈絡(luò)而成于思”的三維一體的學(xué)習(xí)進(jìn)階模塊，以實現(xiàn)課程高階學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成。

1 課程基本概況及教學(xué)痛點

無機及分析化學(xué)是我校面向材料、環(huán)資、生命、國防等4個學(xué)院的材料科學(xué)與工程、環(huán)境科學(xué)與工程、食品科學(xué)與工程、特種能源與煙火技術(shù)等二十余個專業(yè)年均1400人的公共基礎(chǔ)課。在通識教育和新工科、新農(nóng)科和新醫(yī)科的培養(yǎng)模式的導(dǎo)向下，課程理論學(xué)時數(shù)受培養(yǎng)方案調(diào)整影響修訂為48個學(xué)時。課程內(nèi)容繁雜，涵蓋了無機化學(xué)中氣體溶液和膠體、化學(xué)熱力學(xué)初步、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡和物質(zhì)基礎(chǔ)，分析化學(xué)中的酸堿平衡與酸堿滴定法、氧化還原平衡與氧化還原滴定法、沉淀溶解平衡與沉淀滴定法和配位平衡與配位滴定法[4,5]。課程開設(shè)在大一學(xué)年，該學(xué)段學(xué)生需要同時修學(xué)英語、高數(shù)、大學(xué)物理等多門課時占比量大的公共基礎(chǔ)課程，使得學(xué)生學(xué)習(xí)時間分配存在嚴(yán)重困難[6]。此外，無機及分析化學(xué)的課程內(nèi)容決定了傳統(tǒng)課堂教學(xué)多采用教師講述的單聲道傳授模式，使得課程教學(xué)過程中存在學(xué)生參與度不高的困境[7]。

針對無機及分析化學(xué)課程內(nèi)容繁雜、學(xué)生時間分配困難、課程教學(xué)過程學(xué)生參與度不高等困擾高校公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)痛點[8-12]，我校的無機及分析化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊從課程體系維度構(gòu)建、學(xué)生學(xué)習(xí)力驅(qū)動和學(xué)生課程參與度激發(fā)等方面進(jìn)行全面的教學(xué)創(chuàng)新改革，以期解決課程教學(xué)中的痛點問題。

(1) 在課程體系維度構(gòu)建上，針對課程知識容量大、涉及多層次化學(xué)分支和知識拓展，解決學(xué)生對課程知識難消化、難應(yīng)用，專業(yè)不同對課程需求差異性，建立教材、慕課平臺、騰訊QQ、慕課留言板等立體多維度的學(xué)習(xí)體系。

(2) 在學(xué)生學(xué)習(xí)力驅(qū)動上，針對大學(xué)低年級同階課程門類多、學(xué)生知識獲取壓力大，時間分配有困難，建立內(nèi)容導(dǎo)學(xué)和任務(wù)驅(qū)動的碎片化學(xué)習(xí)模式，幫助學(xué)生在最短的時間內(nèi)高效掌握多維度的知識體系，獲得最大的學(xué)習(xí)能力。

(3) 在學(xué)生課程參與度激發(fā)上，針對學(xué)習(xí)過程學(xué)生的參與感低、被動學(xué)習(xí)的占比大的頑疾，建立教學(xué)目標(biāo)與學(xué)習(xí)活動關(guān)聯(lián)，任務(wù)驅(qū)動促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過“三維一體”學(xué)習(xí)進(jìn)階模塊及多階多模塊評價體系激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，達(dá)成高階學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2 課程教學(xué)創(chuàng)新思路舉措

我校的無機及分析化學(xué)課程，從2017學(xué)年伊始著手進(jìn)行課程教學(xué)改革創(chuàng)新。堅持以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，持續(xù)改進(jìn)”的理念，著力打造“前覓重難點，中強知識點，后固脈絡(luò)而成于思”的三維一體的學(xué)習(xí)進(jìn)階模塊。依托自編教材、學(xué)銀在線和中國大學(xué)MOOC平臺構(gòu)建立體的多維度課程體系，強化過程管理、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程監(jiān)控、授課起點時效化、學(xué)習(xí)過程碎片化、師生角色互換化、知識脈絡(luò)系統(tǒng)化和外延化等多環(huán)節(jié)并舉建立以學(xué)生為中心的多維度混合式教學(xué)創(chuàng)新示范(圖1)。

圖1 課程教學(xué)創(chuàng)新思路

2.1 課程教學(xué)體系構(gòu)筑的創(chuàng)新

以產(chǎn)出為導(dǎo)向、專業(yè)為模塊的無機及分析化學(xué)及實驗OBE課程教學(xué)框架設(shè)計，教材、慕課平臺、學(xué)習(xí)通、騰訊QQ等立體多維度的學(xué)習(xí)體系構(gòu)筑。

教材及課程體系建設(shè)是課程教學(xué)的根基，無機及分析化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊立足課程知識體系與學(xué)生產(chǎn)出專業(yè)對接的思路，全面貫徹“產(chǎn)出為導(dǎo)向、專業(yè)為模塊”的無機及分析化學(xué)及實驗OBE課程教學(xué)體系設(shè)計。于2006年起逐步打造了由科學(xué)出版社出版的《無機及分析化學(xué)》《無機及分析化學(xué)實驗》和《無機及分析化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》第1版系列精品教材，隨后于2014年出版了該系列的第2版。該系列教材入選普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材和四川省“十二五”普通高等教育本科規(guī)劃教材，并被推薦參評首屆全國教材建設(shè)獎。系列教材第3版于2021年4月正式出版，此版教材較前幾版教材特色在于：① 無機化學(xué)和分析化學(xué)有機融合；② 注重內(nèi)容設(shè)計的思想性、科學(xué)性、先進(jìn)性、啟發(fā)性和適用性；③ 典型案列與理論知識相結(jié)合，拓寬學(xué)生視野；④ 教材配套《無機及分析化學(xué)實驗》(第2版)、《無機及分析化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》(第3版)、多媒體教學(xué)課件等[5]。在教材內(nèi)容設(shè)計上，以專業(yè)為模塊設(shè)計，分別針對不同專業(yè)進(jìn)行課程內(nèi)容設(shè)計，充分體現(xiàn)了以學(xué)生專業(yè)發(fā)展及學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的理念，如針對材料大類專業(yè)設(shè)計了材料與化學(xué)章節(jié)、針對生物大類專業(yè)設(shè)計了生命與化學(xué)章節(jié)、針對環(huán)境大類專業(yè)設(shè)計了環(huán)境與化學(xué)章節(jié)。在課程內(nèi)容設(shè)計上，針對生物大類專業(yè)融入緩沖體系在生命體中的重要性討論和拓展，在實驗環(huán)節(jié)選開“乙酸解離度和解離常數(shù)的測定(pH計法)”。緩解了生物大類學(xué)生培養(yǎng)方案中未專門開設(shè)儀器分析課程，在高階學(xué)期需要使用酸度計支撐專業(yè)實驗的困境。又如針對環(huán)境類專業(yè)的學(xué)生，增加環(huán)境監(jiān)測中涉及的污水硬度、COD等常規(guī)污水檢測項目原理研討及實驗選做，實現(xiàn)基礎(chǔ)課程與專業(yè)需求無縫對接。針對材料類學(xué)生，增加水泥熟料全分析的綜合實驗方案設(shè)計及實驗選做。此外，還用綠色化學(xué)的理念對傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改造，建立了“制備實驗小量化、分析實驗減量化、實驗內(nèi)容綠色化”。有效解決專業(yè)需求差異性、基礎(chǔ)課程與專業(yè)對接性不強等問題，讓公共基礎(chǔ)課成為專業(yè)課程的重要支撐。

通過教材、慕課平臺、學(xué)習(xí)通、騰訊QQ等立體多維度的學(xué)習(xí)體系，為學(xué)生構(gòu)建了立體多元的課程框架，改變了課程只停留在課堂、書本的單一模式，為學(xué)生多維度的學(xué)習(xí)提供了平臺。

2.2 課程培養(yǎng)模式創(chuàng)新

以“前覓重難點，中強知識點，后固脈絡(luò)而成于思”的三維一體的學(xué)習(xí)進(jìn)階模塊，培養(yǎng)學(xué)生對新知識主動建構(gòu)的意識和習(xí)慣，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師講授為主體，這種模式嚴(yán)重背離了現(xiàn)代高等教育倡導(dǎo)的“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。“三維一體”的學(xué)習(xí)進(jìn)階模式利用線上、線下、線上線下混合式和翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式，使學(xué)生課前在自建慕課平臺利用碎片化時間，對新知識進(jìn)行梳理。通過課前隨堂測試將效果給予教師反饋，教師根據(jù)效果實時更新教學(xué)起點，課后利用自主開發(fā)課程學(xué)習(xí)評價系統(tǒng)進(jìn)一步鞏固夯實知識脈絡(luò)、拓展外延知識、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成、提升自主學(xué)習(xí)能力，從而形成“閉環(huán)”的教學(xué)模式。課程培養(yǎng)的新模式轉(zhuǎn)變了師生關(guān)系，從傳統(tǒng)的單向的知識傳授、灌輸模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞蚪涣鞯慕虒W(xué)模式。教師的角色轉(zhuǎn)變成知識學(xué)習(xí)的設(shè)計者和導(dǎo)演者，學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和督導(dǎo)者以及學(xué)生發(fā)展的促進(jìn)者和支持者，深化了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和習(xí)慣，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

2.3 課程評價體系的創(chuàng)新

課程考評學(xué)生參與、過程環(huán)節(jié)教師監(jiān)控、教學(xué)互動師生共建、評價體系外延拓展。將課程評價體系固化進(jìn)課程教學(xué)大綱，在授課環(huán)節(jié)明確告知學(xué)生，從而有效解決“一考定音”僵化傳統(tǒng)課程考評體系。以強化過程考核(40分)為導(dǎo)向，涵蓋章節(jié)測驗(40%)、在線互評作業(yè)(20%)、在線討論或課堂互動(10%)、在線考試(30%)，期末考試(60分)和輔助平臺(加分2-3)等多階、多模塊評價體系。通過科學(xué)有效的過程性評價給出學(xué)習(xí)導(dǎo)向，真實反映學(xué)生課程全過程的學(xué)習(xí)狀態(tài)，激勵學(xué)生主動參與，引導(dǎo)學(xué)生深層次學(xué)習(xí)，提升教學(xué)質(zhì)量，體現(xiàn)了以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為中心的教學(xué)理念。

3 課程教學(xué)創(chuàng)新改革實施案例

下面以第6章酸堿平衡與酸堿滴定法中的一元酸堿的滴定曲線為例，詳細(xì)闡述教學(xué)流程及教學(xué)活動設(shè)計思路(表1)。

表1 三維一體的進(jìn)階模式與教學(xué)設(shè)計

一元酸堿滴定是無機及分析化學(xué)課程中所涉及的第一個滴定分析，首次學(xué)習(xí)該知識點的學(xué)生對化學(xué)滴定分析尚未形成清晰的脈絡(luò)。因此，首先需要在這個部分引導(dǎo)學(xué)生對滴定分析的整個過程有清晰的梳理。其次，采用內(nèi)容引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動的方法去激發(fā)學(xué)生對相關(guān)知識點的興趣。課前布置了關(guān)于食品中的蛋白質(zhì)測定可能存在的疏漏為問題引領(lǐng)，驅(qū)動學(xué)生在課前去探究：(1) 一元酸堿滴定測定奶粉中蛋白質(zhì)的原理；(2) 基于在測定原理中采用不同的酸吸收液均可進(jìn)行定量測定的原因；(3) 是否所有的弱酸、弱堿都可以被準(zhǔn)確滴定；(4) 疏漏的癥結(jié)所在；(5) 采取何種手段對現(xiàn)有的測定方法進(jìn)行改良；(6) 拓展延伸到2008年震驚全國的毒奶粉事件及受到的啟示并融合課程思政。

基于課前推送的課前預(yù)習(xí)測試反饋獲知，學(xué)生對于強堿滴定弱酸的滴定曲線中的滴定突躍的影響因素和該滴定過程的指示劑選擇的把握尺度存在問題。因此，在課前教學(xué)設(shè)計調(diào)整中，將強弱滴定中一元弱酸的滴定曲線分析作為討論和課堂翻轉(zhuǎn)的教學(xué)手段引入課堂，從而強化學(xué)生對該部分知識的理解，酸堿滴定曲線的知識點的具體教學(xué)實施見圖2。

圖2 一元酸堿滴定的教學(xué)實施實例

通過具體的課堂教學(xué)實施強化了學(xué)生對于一元酸堿滴定中滴定曲線的繪制方法，曲線中需要特別關(guān)注滴定突躍的范圍及其影響因素。幫助學(xué)生學(xué)會梳理了滴定分析中的觀測點、強強滴定與強弱之間的差別。基于內(nèi)容引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動明晰了凱氏定氮法的測定原理是基于“蛋白質(zhì)”轉(zhuǎn)化為“NH4+”，再轉(zhuǎn)化為“NH3”，隨后采用硼酸或鹽酸進(jìn)行吸收，最終采用酸堿滴定進(jìn)行滴定計算。學(xué)生通過課前文獻(xiàn)調(diào)研獲知了并非弱酸、弱堿都能被準(zhǔn)確滴定；采用凱氏定氮法測定奶粉中的蛋白質(zhì)含量存在無法區(qū)分“蛋白氮”和“非蛋白氮”的疏漏；可以采用三氯乙酸提前沉淀蛋白質(zhì)的前處理方式將蛋白氮從檢測樣品中以沉淀的形式分離出來，從而避免非蛋白氮的檢測干擾。從無法區(qū)分“蛋白氮”和“非蛋白氮”的疏漏引出毒奶粉事件，引導(dǎo)學(xué)生從這個檢測的實例可以獲得如下啟示：(1) 要根據(jù)樣品的具體情況優(yōu)化和改良檢測方法，以適應(yīng)復(fù)雜樣品的檢測；(2) 要從產(chǎn)品源頭上去把控原料的品質(zhì)，杜絕劣質(zhì)原料進(jìn)入食品流通環(huán)節(jié)；(3) 要培養(yǎng)全民的食品安全意識，打造安全放心的餐桌。

課后通過平臺自帶的評價體系進(jìn)行知識鞏固和外延拓展，從而形成一個閉環(huán)的教學(xué)過程，以教學(xué)設(shè)計為教學(xué)的落腳點，以多手段教學(xué)吸引學(xué)生注意力，以實際應(yīng)用能力檢驗學(xué)習(xí)效果，通過主體教學(xué)法，密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，深化通識教育背景下“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

4 課程教學(xué)創(chuàng)新改革實施數(shù)據(jù)分析及成效

無機及分析化學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)創(chuàng)新改革實施始于2017級，已完成了線上線下混合式教學(xué)創(chuàng)新示范開課6期，學(xué)銀在線的選課總數(shù)超8361人，累計頁面瀏覽量超1101萬次、累計互動次數(shù)9.3萬次。

經(jīng)過三個學(xué)年實施并持續(xù)改進(jìn)過程，通過課程成績分布反映了教學(xué)效果逐年趨好的態(tài)勢。以我校材料科學(xué)工程專業(yè)為例，課程成績?yōu)閮?yōu)秀及良好占比呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(圖3)，已從2016級占比20.00%上升至2019級67.95%，增幅為239%，此外，課程不及格的人數(shù)呈現(xiàn)逐年遞減的趨勢。說明線上線下混合式立足“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，通過內(nèi)容導(dǎo)學(xué)、任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教材、慕課平臺、學(xué)習(xí)通、騰訊QQ等立體多維度的學(xué)習(xí)體系，為學(xué)生構(gòu)建了立體多元的課程框架體系，促成學(xué)生實現(xiàn)高階學(xué)習(xí)目標(biāo)，提升教學(xué)質(zhì)量。結(jié)課前在課程網(wǎng)站對線上線下混合式教學(xué)改革模式進(jìn)行了問卷調(diào)查(約1400人)，調(diào)查問卷涉及學(xué)生習(xí)慣、自學(xué)能力提升、在線資源可利用率、線上線下教學(xué)認(rèn)可度及其優(yōu)勢等五方面的內(nèi)容，現(xiàn)在對混合式教學(xué)模式的認(rèn)可度及優(yōu)勢匯總?cè)鐖D4所示。相比傳統(tǒng)教學(xué)，線上線下混合式教學(xué)模式可自主安排學(xué)習(xí)時間地點不受約束、對課程的重難點可通過在線資源重復(fù)強化，改變了單一的課堂講授方式。79.49%學(xué)生反饋線上線下混合式教學(xué)創(chuàng)新模式極大地發(fā)揮了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動性，為學(xué)生高階達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)提供了有效的平臺與途徑。通過問卷調(diào)查我們還獲知，學(xué)生認(rèn)為教學(xué)視頻和單元測試對課程成績提高有顯著的影響，學(xué)生希望提高師生在線討論頻率，有利于對課程知識鞏固和拓展，這將是課程持續(xù)改進(jìn)的方向和驅(qū)動力。

圖3 2016-2019級材料科學(xué)與工程專業(yè)無機及分析化學(xué)課程成績分布

圖4 線上線下混合式教學(xué)問卷調(diào)查結(jié)果

5 結(jié)語

無機及分析化學(xué)課程教學(xué)創(chuàng)新改革經(jīng)過了3年多的探索，堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，持續(xù)改進(jìn)”的理念，利用立體多維度的課程體系設(shè)計、“三維一體”的學(xué)習(xí)進(jìn)階模式的實施、學(xué)生參與的課程考評機制，為適應(yīng)通識教育下對公共基礎(chǔ)課程高階要求，打造“兩性一度”金課提供可靠的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。