馬瑩，劉剛，王芬，張恒，宋其圣，苑世領(lǐng),＊

1山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，濟(jì)南250100

2山東大學(xué)歷史與文化學(xué)院，濟(jì)南 250100

1 考古化學(xué)課程現(xiàn)狀

考古學(xué)屬于人文科學(xué)領(lǐng)域，其研究目的是通過分析人類各種活動(dòng)遺留下來的物質(zhì)材料來探究古代人類社會(huì)，而化學(xué)是自然科學(xué)的一個(gè)分支，在分子、原子層次上研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與變化的規(guī)律?？脊呕瘜W(xué)就是結(jié)合化學(xué)和考古兩個(gè)不同領(lǐng)域探討古代人類的活動(dòng)?？梢哉f自考古學(xué)誕生以來，考古化學(xué)就一直在考古研究中發(fā)揮著重要作用。尤其是隨著各種科學(xué)技術(shù)在考古學(xué)中應(yīng)用的廣度和深度的不斷增加，考古化學(xué)在考古學(xué)中越來越發(fā)揮著重要的作用。

考古化學(xué)作為考古中研究的重要方法，在國外已經(jīng)有了幾十年的發(fā)展，且在國外多個(gè)著名高校開設(shè)，并有成熟的配套教材，如英國劍橋大學(xué)Pollard教授編寫的《Archaeological Chemistry》[1]，先后再版多次。而國內(nèi)在21世紀(jì)初才開始有部分科研單位將化學(xué)方法引入到考古學(xué)中，以解決考古問題并融入到考古科研工作之中。并有部分高校面向考古專業(yè)研究生開設(shè)“科技考古”課程，如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)等[2]?！翱萍伎脊拧备采w諸多科技方法，如地理信息系統(tǒng)(GIS)等，其授課教師多為考古專業(yè)教師，以講解科技方法應(yīng)用為主，較少涉及儀器原理和必要的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。目前，還沒有高校專門開設(shè)面向本科生的以化學(xué)為基礎(chǔ)的考古化學(xué)相關(guān)課程。

近幾年高等學(xué)校大力發(fā)展學(xué)科交叉，通過不同學(xué)科之間的交叉融合，提高學(xué)科發(fā)展水平，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求，是高校自身發(fā)展的大勢所趨。我們順應(yīng)國家培養(yǎng)需求，經(jīng)過幾年的籌備，完成了考古化學(xué)課程內(nèi)容構(gòu)建并撰寫了教學(xué)大綱，在教學(xué)方式等方面進(jìn)行探索與改革，達(dá)到了在本科生中開設(shè)考古化學(xué)的條件，于2019年開始在國內(nèi)率先作為通識(shí)教育選修課面向全校本科生開課。

2 課程建設(shè)

2.1 課程概況

考古化學(xué)作為一門新型交叉學(xué)科，可以增強(qiáng)文科生的邏輯思維能力，拓展理科生的知識(shí)面，引導(dǎo)學(xué)生涉獵不同的學(xué)科領(lǐng)域，幫助學(xué)生提升利用自然科學(xué)方法解決考古學(xué)問題的能力。課程中我們針對(duì)考古材料的化學(xué)組成，利用化學(xué)理論和知識(shí)，結(jié)合現(xiàn)代儀器分析方法，以研究考古問題作為考古化學(xué)的課程目標(biāo)?？脊呕瘜W(xué)課程包括緒論(化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí))、考古問題、考古材料、顯微分析、元素分析、同位素分析、有機(jī)殘留物分析和多角度分析八個(gè)理論課教學(xué)單元(表1)。期望通過講解化學(xué)基礎(chǔ)理論及其在考古中的應(yīng)用，幫助學(xué)生從最基本的原理入手，了解儀器的表征分析方法，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決考古問題的思維方式，從而獲得深層次的科學(xué)研究及解決考古問題的能力。

表1 考古化學(xué)課程內(nèi)容

通過考古化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下要求：

1) 能正確理解、描述并辨識(shí)出基本的考古化學(xué)專有名詞和基本概念。

2) 了解化學(xué)相關(guān)原理，以及儀器分析所適用范圍、優(yōu)點(diǎn)與局限性，并能合理應(yīng)用化學(xué)基本原理分析并解決一般的考古問題。

3) 能基本掌握一種化學(xué)分析手段在元素和同位素、分子和化合物，或者無機(jī)物和有機(jī)物中的分析，研究并解決某一實(shí)際的考古問題。

4) 能夠自學(xué)完成指定章節(jié)內(nèi)容，從中發(fā)現(xiàn)和提出感興趣的問題，通過小組討論和專題選講的方式進(jìn)行分析，提出獨(dú)到見解。

本課程目前開設(shè)為16個(gè)學(xué)時(shí)，每周兩個(gè)學(xué)時(shí)，分8周完成。我們還以開放實(shí)驗(yàn)的形式準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可在理論課程后自由選擇體驗(yàn)，以加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。

2.2 教學(xué)團(tuán)隊(duì)

根據(jù)交叉學(xué)科特點(diǎn)，尤其是文理科交叉學(xué)科發(fā)展模式及人才培養(yǎng)模式，我們以山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院和歷史與文化學(xué)院為依托組建一支由兩名教授、兩名實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員組成的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。其中授課教師擔(dān)任課程主講教師，負(fù)責(zé)課程理論部分的講授；實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員任課程助教，同時(shí)負(fù)責(zé)考古化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)及指導(dǎo)。

2.3 教學(xué)方法

山東大學(xué)考古化學(xué)課程是面向全校本科生開設(shè)的通識(shí)教育選修課程，于春季學(xué)期開課，采用課堂教學(xué)加實(shí)驗(yàn)選修方式進(jìn)行。該門課程每學(xué)期選課人數(shù)在30人左右，涉及文學(xué)院、歷史學(xué)院、管理學(xué)院、化學(xué)學(xué)院等教學(xué)單位學(xué)生。課程團(tuán)隊(duì)充分考慮選課學(xué)生專業(yè)情況，并結(jié)合考古化學(xué)課程內(nèi)容特點(diǎn)(化學(xué)和考古兩個(gè)領(lǐng)域)，制定了線上、線下混合式教學(xué)模式。首先構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)線上分享教學(xué)資料供學(xué)生預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)，在課堂上融入“以案例為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)法”(Case-Based Leaning，CBL)，采取以案例為基礎(chǔ)、學(xué)生為主體、教師講解為輔助指導(dǎo)的教學(xué)模式[3]。在2020年春季學(xué)期新型冠狀病毒疫情期間，增加了微信群交流答疑環(huán)節(jié)，加強(qiáng)師生交流互動(dòng)，協(xié)助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)該門課程。整個(gè)教學(xué)方案如圖1所示。

圖1 考古化學(xué)課程教學(xué)方案

2.3.1 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

考古化學(xué)借助山東大學(xué)課程中心平臺(tái)[4]構(gòu)建課程網(wǎng)站，線上分享教學(xué)資源(圖2)。通過課程教學(xué)平臺(tái)分享課程的教學(xué)課件、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)講義、教學(xué)案例和拓展資料，同時(shí)也要求學(xué)生在線提交課后作業(yè)。在線資源的分享便于學(xué)生了解教學(xué)安排，方便課前預(yù)習(xí)、自學(xué)和課后復(fù)習(xí)鞏固，保證教學(xué)質(zhì)量。在理論課部分，每一個(gè)教學(xué)單元包含了教學(xué)要求、基本概念(儀器原理)、教學(xué)PPT、教學(xué)視頻和教學(xué)案例。其中，教學(xué)要求幫助學(xué)生了解該教學(xué)單元學(xué)習(xí)內(nèi)容及需獲得的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)；基本概念里包含了該教學(xué)單元中所涉及到的化學(xué)相關(guān)知識(shí)及概念，主要是針對(duì)非化學(xué)專業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)；教學(xué)案例是與教學(xué)單元的內(nèi)容、重要知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)對(duì)應(yīng)的素材，通過重新整理編排，使其更加連貫、易教易學(xué)。另外，在拓展區(qū)我們提供更加豐富的教學(xué)資源，包括與課程相關(guān)的電子資源匯總，課程內(nèi)容之外的案例、文獻(xiàn)、公眾號(hào)及其他形式的文字資料，以拓展學(xué)生視野，更好地學(xué)習(xí)該門課程。

圖2 山東大學(xué)課程中心考古化學(xué)課程理論課頁面

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在課外為學(xué)生提供更豐富的學(xué)習(xí)資料，學(xué)生既可在課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)獲得教學(xué)單元的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，通過閱讀教學(xué)案例掌握技能點(diǎn)，也可以在課后進(jìn)行針對(duì)性的復(fù)習(xí)和鞏固。

2.3.2 案例分享教學(xué)模式

在課堂中引入集趣味性和知識(shí)性于一體的典型案例，可以有效激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過教師對(duì)教學(xué)案例剖析和師生討論引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)考古化學(xué)知識(shí)，提高運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決考古問題的能力。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師約四分之一學(xué)時(shí)的時(shí)間對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)中涉及到的知識(shí)，包括化學(xué)基本概念、儀器設(shè)備構(gòu)造、檢測原理等做簡單講解，之后會(huì)通過對(duì)不同的應(yīng)用類別為學(xué)生分享教學(xué)案例來加深學(xué)生對(duì)儀器原理及應(yīng)用的理解，每個(gè)教學(xué)單元通常會(huì)引入5–8個(gè)教學(xué)案例。

為了更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，案例的講解通常會(huì)結(jié)合學(xué)生熟知的生活常識(shí)或國內(nèi)外熱點(diǎn)話題。例如在“顯微分析”的教學(xué)單元中，我們以中國典型的飲食文化作為話題，引導(dǎo)學(xué)生思考：面條是什么地區(qū)最早食用的？意大利、阿拉伯還是中國？之后以青海喇家遺址(我國發(fā)掘的一處大型災(zāi)難遺址)中發(fā)現(xiàn)的由黍粟制作的面條為起始，通過化學(xué)分析等討論面條的制備與食用情況。

經(jīng)過C14測年，喇家遺址距今4000余年。在該遺址發(fā)掘過程中發(fā)現(xiàn)了一只倒扣的陶碗，其下有完整的“一根”面條(圖3)。這是迄今為止，人類歷史上發(fā)現(xiàn)最早的面條。科研工作者通過光學(xué)顯微鏡、掃描電化學(xué)顯微鏡，觀察經(jīng)化學(xué)處理后有機(jī)殘留物中的植硅體和淀粉粒，進(jìn)行對(duì)比分析認(rèn)為，最早的面條與現(xiàn)在食用面條原料不同，不是小麥粉而是由粟和黍制作而成[7]。同時(shí)，科研工作者還選用了其他多種儀器設(shè)備，如氣相色譜、紅外光譜等，對(duì)此結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證支持。最后討論如何通過研磨、蒸煮、擠壓成型成為了食用的“一根”面條，并演示了結(jié)合目前西北地區(qū)普遍應(yīng)用的饸烙床擠壓成面條的操作。通過本案例的分享，不僅僅引導(dǎo)學(xué)生了解顯微分析是如何分析解決考古問題的，還引導(dǎo)學(xué)生了解化學(xué)儀器在解決考古問題中的作用，加深了學(xué)生對(duì)中華歷史文化的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的民族自豪感和責(zé)任感。

圖3 考古現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的4000年前的面條[5,6]

通過案例分享的教學(xué)形式，可以將復(fù)雜的原理和知識(shí)，通過簡單易懂的方式幫助學(xué)生消化吸收，亦可適應(yīng)不同專業(yè)背景學(xué)生的需求，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3.3 課后交流討論

因選課學(xué)生來源于不同年級(jí)和不同專業(yè)，與考古化學(xué)課程相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備和水平不盡相同。為了更好地幫助學(xué)生加深對(duì)課程內(nèi)容的理解，我們?cè)谡n后增加了教學(xué)互動(dòng)環(huán)節(jié)，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、微信群與老師進(jìn)行溝通交流。微信群不僅僅方便老師為學(xué)生解答疑問，更會(huì)促進(jìn)學(xué)生之間的交流與探討。尤其在疫情在線開設(shè)課程期間，學(xué)生們課堂之上交流受限，而課后在線交流平臺(tái)為學(xué)生理解課程內(nèi)容有了更好的交流載體。一名學(xué)生提出問題，多名學(xué)生進(jìn)行討論，教師適時(shí)引導(dǎo)，最終一起尋求可能的答案，增加了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2.3.4 考核評(píng)價(jià)

課程采取課程作業(yè)加研究論文的模式進(jìn)行考核，其中課程作業(yè)占50%，研究論文占50%。課程作業(yè)注重評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)每一教學(xué)單元的化學(xué)基本知識(shí)、儀器原理及其在考古課題中應(yīng)用的理解和掌握程度。研究論文要求學(xué)生扮演一名考古工作者，參照課程中的教學(xué)案例，選擇某個(gè)考古課題，運(yùn)用學(xué)習(xí)到的化學(xué)基本知識(shí)及儀器原理設(shè)計(jì)合理可行的研究方案，進(jìn)行分析和探討得出結(jié)論，并提交研究報(bào)告(圖4)。研究報(bào)告并沒有嚴(yán)格的答案，我們的目的是通過報(bào)告的形式檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)考古化學(xué)課程的理解，以及該課程給學(xué)生可能帶來的思維影響。

圖4 考古化學(xué)研究報(bào)告內(nèi)容

3 課程反饋及改進(jìn)

為了更好地促進(jìn)教學(xué)改革，課程結(jié)束后，我們通過微信小程序采用匿名方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。2020年春季教學(xué)問卷調(diào)查內(nèi)容總共包含8個(gè)單選和2個(gè)問答內(nèi)容。本學(xué)期選課學(xué)生24人，有效問卷率百分之百。單選調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析見表2，從中我們可以看出，選擇該門課程的學(xué)生對(duì)考古化學(xué)都有著濃厚的興趣，且認(rèn)為該門課程教學(xué)案例的質(zhì)量和比重均比較符合學(xué)生需求。

表2 考古化學(xué)問卷調(diào)查單選結(jié)果統(tǒng)計(jì)

為了從更多的角度了解學(xué)生對(duì)課程授課內(nèi)容及形式的接受程度，我們對(duì)學(xué)生認(rèn)為的課程難點(diǎn)及對(duì)該門課程的期望進(jìn)行了調(diào)研。課程難點(diǎn)的反饋以非化學(xué)專業(yè)學(xué)生為主，尤其是文科生，他們高中學(xué)習(xí)的化學(xué)知識(shí)較為基礎(chǔ)，對(duì)于課堂上專業(yè)性較強(qiáng)的知識(shí)難以消化，比如儀器方法的工作原理、化學(xué)原理、元素性質(zhì)等，尤其是2020年春季學(xué)期所采取的線上授課形式的限制，無法到實(shí)驗(yàn)室參觀儀器設(shè)備和進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，導(dǎo)致有些知識(shí)環(huán)節(jié)只能憑借想象學(xué)習(xí)。雖然教學(xué)案例中列舉了多種儀器方法，但是依然無法較為透徹地掌握。因此，學(xué)生希望在課堂之外可以更多地科普一些化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)專業(yè)性、深入性的化學(xué)知識(shí)和專有名詞有更詳細(xì)的解釋。針對(duì)學(xué)生的意見和建議，我們將通過以下形式進(jìn)行改進(jìn)和完善：

1) 完善在線課程網(wǎng)站中每一教學(xué)單元中的“基本概念”部分。對(duì)本章節(jié)涉及到的基本概念、化學(xué)原理、元素基本性質(zhì)和專有名詞用通俗易懂的文字、直觀的動(dòng)畫或者圖片形式展示，便于化學(xué)知識(shí)較為薄弱的學(xué)生學(xué)習(xí)。

2) 完善在線課程網(wǎng)站中實(shí)驗(yàn)課部分。完善課程中涉及到的儀器設(shè)備工作原理部分，并增加儀器設(shè)備操作教學(xué)視頻或者相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3) 增加選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生可通過預(yù)約進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一些簡單實(shí)驗(yàn)操作。目前，我們已經(jīng)通過多次探索優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，具備了開設(shè)與考古相關(guān)的“氣相色譜檢測考古陶片中的殘留物”[7]和“高效液相色譜法測定陶器中的有機(jī)酸”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的條件，我們將在此基礎(chǔ)上，依據(jù)課程內(nèi)容開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)供學(xué)生選擇，以配合理論課程的學(xué)習(xí)。

4 成效及特色

考古化學(xué)的選課學(xué)生都對(duì)考古化學(xué)有著濃厚的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性較高。學(xué)生表示，從課程的學(xué)習(xí)中領(lǐng)略到了化學(xué)對(duì)考古研究的重要意義，了解到了學(xué)科交叉對(duì)社會(huì)和科學(xué)發(fā)展的重要性，對(duì)自己的專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)有了更深層次的認(rèn)識(shí)。有的學(xué)生認(rèn)為通過老師案例的講解，對(duì)很多化學(xué)原理有了不同的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，更從不同角度見識(shí)了中國悠久燦爛的歷史文化；有的學(xué)生還提出意見希望可以增加該門課程的課時(shí)，更多地接觸考古化學(xué)方面的知識(shí)；還有的學(xué)生表示希望教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師可以作為導(dǎo)師參與其大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練以獲得更深層次的指導(dǎo)。

2019年化學(xué)與化工學(xué)院和歷史與文化學(xué)院的幾名學(xué)生在通過考古化學(xué)課程的學(xué)習(xí)之后，將其運(yùn)用到社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中，提出了氣相色譜檢測考古陶片殘留物的實(shí)驗(yàn)思路。經(jīng)過教師的指導(dǎo)和完善，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目獲得第一屆全國大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽二等獎(jiǎng)。

5 結(jié)語

山東大學(xué)的考古化學(xué)課程是國內(nèi)首門面向本科生開設(shè)的以交叉學(xué)科為背景的課程，獲得了學(xué)生的認(rèn)可，并取得了良好的教學(xué)效果。課程團(tuán)隊(duì)依據(jù)考古化學(xué)課程自身特點(diǎn)，借助山東大學(xué)課程中心教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建課程網(wǎng)站線上分享教學(xué)資源，課堂上采取案例教學(xué)法，首先進(jìn)行知識(shí)講解，之后以案例為向?qū)?，引?dǎo)學(xué)生理解并掌握化學(xué)知識(shí)解決考古問題的方式方法，達(dá)到知識(shí)學(xué)習(xí)的目的。通過微信群與學(xué)生保持密切溝通交流，協(xié)助學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。通過課程匿名調(diào)研，充分聽取學(xué)生對(duì)課程教學(xué)的意見建議，及時(shí)總結(jié)改進(jìn)，不斷提升教學(xué)效果，也為后續(xù)考古化學(xué)的教學(xué)提供了新的教學(xué)思路。