聶瑾芳，金文英，袁亞利

桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 桂林 541004

知識(shí)快速增漲，知識(shí)生產(chǎn)模式不斷變革，學(xué)科知識(shí)逐漸從分化走向交叉、融合，學(xué)科領(lǐng)域呈現(xiàn)多學(xué)科、交叉學(xué)科、跨學(xué)科乃至超學(xué)科等趨勢(shì)。改變傳統(tǒng)單一學(xué)科的人才培養(yǎng)模式，促進(jìn)跨學(xué)科研究與教育已經(jīng)成為世界高等教育的普遍共識(shí)[1–3]。2015年10月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》中特別強(qiáng)調(diào)“培育跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”，以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等為特征的第四次工業(yè)革命，給世界高等教育和科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶來了根本性甚至是顛覆性的影響[4,5]。2018年8月，教育部、財(cái)政部、國(guó)家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》中提出打破傳統(tǒng)學(xué)科壁壘，以“雙一流”建設(shè)學(xué)科為核心，以優(yōu)勢(shì)特色學(xué)科為主體，以相關(guān)學(xué)科為支撐，整合相關(guān)傳統(tǒng)學(xué)科資源，促進(jìn)基礎(chǔ)學(xué)科、應(yīng)用學(xué)科交叉融合，在前沿和交叉學(xué)科領(lǐng)域培植新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。2019年4月，教育部、中央政法委、科技部等13個(gè)部門聯(lián)合啟動(dòng)實(shí)施“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0，全面推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展?！八男隆苯ㄔO(shè)理念著重強(qiáng)調(diào)學(xué)科建設(shè)的實(shí)用性、交叉性和綜合性。根據(jù)布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類，認(rèn)知領(lǐng)域的教學(xué)目標(biāo)從低到高、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新六個(gè)層級(jí)，每個(gè)層級(jí)都有特定的意義和行為特征，其中分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新屬于高階能力[6]?！八男隆苯ㄔO(shè)背景下，高等教育不僅要大力提倡開展跨學(xué)科合作研究，更要充分利用豐富的研究資源和智力資源構(gòu)建多學(xué)科協(xié)同育人體系，注重高階能力培養(yǎng)，學(xué)生能夠運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，提出、分析并創(chuàng)造性地解決跨學(xué)科問題。

“分析化學(xué)”是以化學(xué)基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用物理、生物、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等其他學(xué)科的理論、方法、技術(shù)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的組成、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、分布等性質(zhì)進(jìn)行全面分析的綜合性學(xué)科。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，分析化學(xué)的應(yīng)用范圍幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、資源開發(fā)及人類衣食住行等各個(gè)方面。21世紀(jì)的生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)和能源科學(xué)等新興領(lǐng)域更是迫切地需求分析化學(xué)發(fā)展各種新的測(cè)量和表征手段以解決其疑難問題。分析化學(xué)課程是面向我校應(yīng)用化學(xué)理科專業(yè)和化學(xué)工程與工藝、能源化工、生物工程、地下水科學(xué)與工程及材料類等工科專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，現(xiàn)階段“新工科”建設(shè)賦予了分析化學(xué)課程教學(xué)新的任務(wù)和挑戰(zhàn)。為此，2017年課程組通過優(yōu)化重組知識(shí)結(jié)構(gòu)，拍攝系列微視頻并建成在線開放課程，該課程2019年被認(rèn)定為首批國(guó)家線上一流本科課程。2018年至今，課程組結(jié)合在線開放課程和雨課堂智慧教學(xué)工具開展多輪跨學(xué)科混合式教學(xué)改革。針對(duì)我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生，課程采用遞進(jìn)式OPPOs教學(xué)法開展教學(xué)，教學(xué)單元含線上課前預(yù)習(xí)與預(yù)習(xí)測(cè)驗(yàn)(On-line preview before class and pre-assessment)、思維導(dǎo)圖預(yù)習(xí)匯報(bào)(Presentation with mind mapping)、參與式學(xué)習(xí)(Participatory learning)，以及線上課后測(cè)驗(yàn)及復(fù)習(xí)(On-line post-assessment and review after class)，教師全過程指導(dǎo)與督促學(xué)生學(xué)習(xí)。通過雨課堂和合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，有機(jī)地將線上線下融合起來，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)在時(shí)間和空間兩個(gè)維度的延展，大幅度地提升了教學(xué)自由度。此外，將計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)、Matlab編程、統(tǒng)計(jì)分析等跨學(xué)科知識(shí)貫穿于整個(gè)分析化學(xué)課程教學(xué)中，從分析化學(xué)數(shù)據(jù)處理、各型體分布分?jǐn)?shù)、滴定曲線繪制到終點(diǎn)誤差計(jì)算，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)和公式推導(dǎo)的圖形化演示，借助編程技術(shù)解決科研或?qū)嶋H生產(chǎn)過程中較復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算問題。為培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科思維和解決實(shí)際問題的高階能力，課程在教學(xué)方法上進(jìn)一步大膽創(chuàng)新。遞進(jìn)式OPPOs教學(xué)法會(huì)在多個(gè)OPPOs教學(xué)單元結(jié)束后嵌入綜合性強(qiáng)、挑戰(zhàn)度高的跨學(xué)科課程任務(wù)，通過任務(wù)的完成，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階發(fā)展。課程分設(shè)生物醫(yī)學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化工生產(chǎn)等四大跨學(xué)科教學(xué)主題，多學(xué)科背景教師多師同堂開展教學(xué)指導(dǎo)，通過師師協(xié)作、師生互動(dòng)、生生互助等方式，最大限度地釋放教與學(xué)的能量?？鐚W(xué)科混合式教學(xué)模式是“四新”建設(shè)背景下課程改革的一種新的嘗試，實(shí)踐證明，通過跨學(xué)科多師協(xié)同混合式教學(xué)改革，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，大幅度提升了課程的兩性一度。因此，本文將對(duì)近年來我們?cè)诜治龌瘜W(xué)教學(xué)新模式創(chuàng)新研究方面的做法進(jìn)行介紹，希望能為教學(xué)管理部門和同行教師提供一些思路，對(duì)提高分析化學(xué)教學(xué)質(zhì)量提供一定的參考。

1 跨學(xué)科混合式教學(xué)模式研究的必要性和可行性

互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)使得社會(huì)發(fā)展變得前所未有的高效，知識(shí)更新周期縮短，社會(huì)對(duì)人才的需求提出了新的標(biāo)準(zhǔn)，不僅需要具備較深的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，還需要具備較好的知識(shí)寬度和廣度，具備多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)相互轉(zhuǎn)化和更新的能力。課程是教學(xué)質(zhì)量的“根”，課程教學(xué)改革是打通人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的“最后一公里”。教育部專門印發(fā)《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》并明確提出“各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰‘水課’、打造‘金課’，合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量”。

分析化學(xué)課程作為大多數(shù)理工科專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，選課容量大，學(xué)生專業(yè)背景多樣，教學(xué)中存在以下特點(diǎn)：(1) 課時(shí)大幅壓縮，各專業(yè)教學(xué)課時(shí)及教學(xué)側(cè)重點(diǎn)各不相同。我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)安排分析化學(xué)理論72課時(shí)，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)48課時(shí)；化學(xué)工程與工藝和能源化工專業(yè)安排分析化學(xué)理論32課時(shí)，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)32課時(shí)；生物工程、地下水科學(xué)與工程及材料類專業(yè)安排分析化學(xué)40課時(shí)(含分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)8課時(shí))。其內(nèi)容主要涉及化學(xué)分析和部分儀器分析。(2) 數(shù)值計(jì)算復(fù)雜，公式多記憶負(fù)擔(dān)重。分析化學(xué)經(jīng)典課程體系涉及到大量的數(shù)值計(jì)算和公式推導(dǎo)，包括數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用、化學(xué)平衡的計(jì)算、氫離子平衡濃度的計(jì)算、弱酸堿或金屬絡(luò)合物各型體分布分?jǐn)?shù)的計(jì)算、四大滴定方法高精度滴定曲線的繪制以及終點(diǎn)誤差的計(jì)算等，這些內(nèi)容對(duì)學(xué)生的抽象能力和理論推導(dǎo)能力提出了更高的要求。(3) 學(xué)生因認(rèn)知偏差導(dǎo)致內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和掌握是一種支離破碎、不成體系的狀態(tài)，他們不會(huì)綜合運(yùn)用知識(shí)系統(tǒng)解決復(fù)雜問題，不能理解和感受到所學(xué)知識(shí)的真正意義，學(xué)科認(rèn)同感相對(duì)較差。工科類專業(yè)學(xué)生容易對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生消極態(tài)度，認(rèn)為課程內(nèi)容與自己的專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)性不大，修完學(xué)分即可，因此缺乏學(xué)習(xí)熱情。(4) 課程學(xué)科交叉性強(qiáng)、理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密。分析化學(xué)在實(shí)際生產(chǎn)或科學(xué)研究過程中往往產(chǎn)生的是相對(duì)復(fù)雜的跨學(xué)科問題，比如：環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)、藥物吸收率計(jì)算、硅酸鹽礦物成分分析、人體酸堿度測(cè)定等。解決這些跨學(xué)科問題，學(xué)生應(yīng)加強(qiáng)分析化學(xué)與其他學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系，在大科學(xué)觀框架下發(fā)展跨學(xué)科思維。我校學(xué)生整體呈現(xiàn)基礎(chǔ)相對(duì)較弱、動(dòng)手能力強(qiáng)但理論水平不夠、知識(shí)綜合運(yùn)用能力不強(qiáng)等特點(diǎn)，因此，探索新時(shí)期地方高校分析化學(xué)“金課”建設(shè)途徑，培養(yǎng)學(xué)生高階能力適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著教育信息化快速發(fā)展，混合式教學(xué)已逐步成為課程實(shí)施的主流模式。從廣義來看，混合式教學(xué)是指綜合運(yùn)用不同的學(xué)習(xí)理論、不同的技術(shù)和手段以及不同的應(yīng)用方式來實(shí)施教學(xué)的一種策略，但當(dāng)前主要是指面對(duì)面的課堂學(xué)習(xí)(Face to face)和在線學(xué)習(xí)(Online learning)有機(jī)融合的教學(xué)模式?；旌鲜浇虒W(xué)始終堅(jiān)持“以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)”，強(qiáng)調(diào)教師主導(dǎo)作用與學(xué)生主體地位的有機(jī)結(jié)合。教師不再是知識(shí)的簡(jiǎn)單灌輸者而成為學(xué)生學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)者、幫助者和支持者。學(xué)生不再被當(dāng)成知識(shí)接受的“容器”，而成為認(rèn)知的主體，通過虛實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境和教師、同伴、資源進(jìn)行隨時(shí)隨地的交互，自主增加學(xué)習(xí)時(shí)間，主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)意義。我校分析化學(xué)課程為兼顧學(xué)生共性提高與個(gè)性發(fā)展，按記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新6個(gè)層級(jí)，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線構(gòu)建了基于“MOOC+智慧教學(xué)課件+試題庫(kù)APP+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”四大模塊的信息化教學(xué)資源體系。分析化學(xué)MOOC課程共錄制完成中、英文雙語(yǔ)教學(xué)視頻98個(gè)，總時(shí)長(zhǎng)約800分鐘，知識(shí)點(diǎn)覆蓋率約60%。依托自建的分析化學(xué)MOOC課程，引入智慧教學(xué)工具“雨課堂”，開展MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)，形成了一套覆蓋課前、課中、課后全環(huán)節(jié)的互動(dòng)性強(qiáng)的智慧教學(xué)“雨課件”，2019年被評(píng)為教育部在線教育研究中心智慧教學(xué)課件“雨課件”。自主開發(fā)的基于Android系統(tǒng)的高?；瘜W(xué)試題庫(kù)APP擁有試題量超3000題，含填空、選擇、簡(jiǎn)答和計(jì)算題等題型，分為難、中、易三個(gè)等級(jí)，APP可實(shí)現(xiàn)自由組題、系統(tǒng)判題以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等多種功能。此外，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)研發(fā)具有自主特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，涉及滴定基本操作練習(xí)、水硬度測(cè)定、鉛鉍連續(xù)測(cè)定等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開啟了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索。四大模塊信息化平臺(tái)均具有較強(qiáng)的交互功能和科學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，特別是MOOC和雨課堂，可開展多種形式的在線交互學(xué)習(xí)并即時(shí)多元地形成性評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。這些信息化資源為開展混合式教學(xué)改革提供了有力支撐，有望實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式從“同時(shí)同地”的實(shí)體課堂傳授式被動(dòng)學(xué)習(xí)向“同時(shí)同地/同時(shí)異地/異時(shí)異地”的多維虛實(shí)空間融合的碎片化、交互式自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，很大程度上延伸和拓展了教學(xué)的時(shí)間和空間。

跨學(xué)科教學(xué)，是在注重各學(xué)科內(nèi)在邏輯的基礎(chǔ)之上建立學(xué)科間的聯(lián)系，進(jìn)而在教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施的多學(xué)科融合的教學(xué)模式?？鐚W(xué)科教學(xué)的理論內(nèi)涵在于建構(gòu)主義，基于問題、現(xiàn)象、文獻(xiàn)等重新建構(gòu)知識(shí)及學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系，并依托實(shí)踐將知識(shí)技能內(nèi)化和外化。跨學(xué)科教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決跨學(xué)科問題的高階能力。分析化學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)由八名成員構(gòu)成，分別來自生化分析、植物代謝組學(xué)、核酸生物傳感技術(shù)、化學(xué)信息學(xué)、高分子材料合成、環(huán)境毒理學(xué)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等多個(gè)研究領(lǐng)域，這對(duì)建立跨學(xué)科教學(xué)模式具有積極的促進(jìn)作用。團(tuán)隊(duì)成員在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)組織、教學(xué)策略等多個(gè)方面互相支持、取長(zhǎng)補(bǔ)短，通過重構(gòu)課程跨學(xué)科知識(shí)體系，采取“多師同堂”協(xié)同指導(dǎo)綜合任務(wù)策略，能夠讓學(xué)生獲得新的分析化學(xué)認(rèn)知能力及問題解決的實(shí)踐能力。與此同時(shí)，課程在圍繞某一主題任務(wù)開展多師協(xié)同教學(xué)過程中，能夠增強(qiáng)教師對(duì)其他相關(guān)學(xué)科的認(rèn)識(shí)和再提高，能夠有效增進(jìn)各教師之間的互動(dòng)、溝通和交流，促進(jìn)教師間進(jìn)行學(xué)術(shù)群體的協(xié)同創(chuàng)新。

跨學(xué)科混合式教學(xué)具有將上述兩種教學(xué)模式加以優(yōu)化組合的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，將其用于分析化學(xué)課程教學(xué)改革，是人才培養(yǎng)模式的升級(jí)與完善。分析化學(xué)課程建設(shè)對(duì)標(biāo)“兩性一度”特征要求，注重課程內(nèi)涵建設(shè)，深度挖掘“課程思政”元素，實(shí)施課程結(jié)構(gòu)重組，在提升學(xué)生專業(yè)能力的同時(shí)樹立學(xué)生正確的價(jià)值觀以及良好的社會(huì)道德責(zé)任感，真正做到立德樹人。

2 跨學(xué)科混合式教學(xué)模式實(shí)施的具體過程

2.1 跨學(xué)科課程內(nèi)容設(shè)置

分析化學(xué)是獲取物質(zhì)化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)信息的科學(xué)，涉及生命、環(huán)境、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，具有顯著的多學(xué)科交叉融合特點(diǎn)。分析化學(xué)課程以往因教學(xué)課時(shí)有限，教學(xué)重點(diǎn)主要放在基礎(chǔ)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)上，內(nèi)容涵蓋緒論、分析試樣的采取與制備、誤差與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、四大滴定分析方法、沉淀重量分析法和分光光度法等。實(shí)施跨學(xué)科混合式教學(xué)改革后，分析試樣的采取與制備4個(gè)課時(shí)和沉淀滴定分析法4個(gè)課時(shí)由學(xué)生結(jié)合自建的分析化學(xué)MOOC課程自主完成學(xué)習(xí)，其余章節(jié)結(jié)合MOOC和雨課堂開展混合式教學(xué)或翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，通過課前課后實(shí)施學(xué)生自主學(xué)習(xí)，使教學(xué)從課堂延伸至課外，學(xué)習(xí)和指導(dǎo)時(shí)間和空間更加開放和具有彈性。針對(duì)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的分析化學(xué)理論課時(shí)從原來的72課時(shí)擴(kuò)增至96課時(shí)，學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)占總課時(shí)的25.0%，而其他專業(yè)分析化學(xué)理論課時(shí)從32課時(shí)增至56課時(shí)，學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)達(dá)42.8%。

此外，分析化學(xué)經(jīng)典課程體系涉及大量公式推導(dǎo)和復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算，容易挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，以往教學(xué)效果相對(duì)較差。為此，將Excel軟件、Matlab編程、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)SPSS軟件等計(jì)算機(jī)技術(shù)融入分析化學(xué)教學(xué)過程，在相應(yīng)章節(jié)酌情引入公式圖形化或編程等線上直播教學(xué)內(nèi)容，并在學(xué)堂在線討論區(qū)設(shè)置以資源共享為特色的開放式討論專題，加強(qiáng)生生間的互助學(xué)習(xí)。比如在溶液中各級(jí)絡(luò)合物型體分布章節(jié)講完后，增設(shè)公式圖形化教學(xué)環(huán)節(jié)，并以小組為單位系統(tǒng)繪制與NH3、Cl?、CN?、F?、I?、SCN?、乙酰丙酮、乙二胺、磺基水楊酸、S2O32?等發(fā)生絡(luò)合的各金屬離子各級(jí)絡(luò)合物型體的分布曲線圖，并將結(jié)果發(fā)布至學(xué)堂在線討論區(qū)的指定討論專題，相互檢查并進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。通過自主繪制和數(shù)據(jù)共享，學(xué)生可非常形象直觀地總結(jié)出絡(luò)合物濃度及其與各金屬離子間的累積形成常數(shù)對(duì)各級(jí)絡(luò)合物型體分布分?jǐn)?shù)的影響規(guī)律，為后續(xù)條件形成常數(shù)及如何提高絡(luò)合滴定選擇性等內(nèi)容的學(xué)習(xí)提供重要的知識(shí)積累。

分析化學(xué)課程教學(xué)注重學(xué)以致用、以用促學(xué)，其基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論需要與生命科學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生態(tài)與環(huán)境化學(xué)、礦產(chǎn)、食品營(yíng)養(yǎng)等學(xué)科和領(lǐng)域的發(fā)展相結(jié)合。我們以跨學(xué)科視角對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，改進(jìn)后的課程內(nèi)容著重體現(xiàn)了跨學(xué)科視角的兩個(gè)層次。第一個(gè)層次圍繞水質(zhì)全分析、硅酸鹽礦全分析和食品營(yíng)養(yǎng)成分分析等科學(xué)問題開展跨學(xué)科主題教學(xué)。以成分分析為主線，融合各學(xué)科相關(guān)知識(shí)，有利于學(xué)生建立起各學(xué)科之間的聯(lián)系，明確分析化學(xué)作為一門多學(xué)科性的綜合性科學(xué)的中心地位。比如硅酸鹽礦樣品成分分析，通過融入地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)等跨學(xué)科知識(shí)闡明硅酸鹽礦的成礦原理，進(jìn)而結(jié)合四大滴定分析方法、重量法以及分光光度法綜合分析樣品中硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、磷等成分的含量。又如，食品營(yíng)養(yǎng)成分分析，需結(jié)合食品化學(xué)相關(guān)內(nèi)容，闡明了食品的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及在食品加工和貯藏中發(fā)生的化學(xué)變化以及這些變化對(duì)食品品質(zhì)和安全性的影響，進(jìn)而運(yùn)用分析化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)食品中水、糖類、脂類、蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分含量的測(cè)定。第二個(gè)層次不受限于分析化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容，而是站在分析化學(xué)整個(gè)學(xué)科角度引導(dǎo)學(xué)生了解和認(rèn)識(shí)分析化學(xué)與生命、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域協(xié)同發(fā)揮作用，在人類社會(huì)發(fā)展中充當(dāng)重要力量。這個(gè)層次我們主要通過最新文獻(xiàn)導(dǎo)讀以及MOOC討論區(qū)設(shè)置的跨學(xué)科開放式專題討論來實(shí)現(xiàn)。比如，在人類基因組測(cè)序計(jì)劃的主題討論中，從什么是基因，到基因測(cè)序技術(shù)所經(jīng)歷的第一代Sanger法測(cè)序、第二代高通量測(cè)序、第三代單分子/納米孔測(cè)序，再談到基因組學(xué)、疾病治療等，讓學(xué)生意識(shí)到科學(xué)研究并非單一學(xué)科研究人員的孤立活動(dòng)，而是需要多學(xué)科背景、多研究領(lǐng)域協(xié)作的系統(tǒng)工程。

2.2 跨學(xué)科混合式教學(xué)實(shí)施與效果討論

2.2.1 遞進(jìn)式OPPOs教學(xué)法

課程基于“MOOC+智慧教學(xué)課件+試題庫(kù)APP+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”四大模塊的分層次信息化課程資源體系，創(chuàng)新性提出遞進(jìn)式OPPOs教學(xué)法開展混合式教學(xué)。教學(xué)單元含線上課前預(yù)習(xí)與預(yù)習(xí)測(cè)驗(yàn)、思維導(dǎo)圖預(yù)習(xí)匯報(bào)、參與式學(xué)習(xí)以及線上課后測(cè)驗(yàn)及復(fù)習(xí)，將線上線下有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)課前-課中-課后全鏈條指導(dǎo)與督促學(xué)生學(xué)習(xí)(圖1)。

圖1 OPPO教學(xué)單元

每個(gè)OPPO教學(xué)單元結(jié)束后設(shè)置具有一定難度的課程任務(wù)；在整章內(nèi)容結(jié)束后即多輪OPPOs后嵌入挑戰(zhàn)度升級(jí)的大單元課程任務(wù)；在本門課程結(jié)束后圍繞與分析化學(xué)相關(guān)的跨學(xué)科科學(xué)問題開展課程總結(jié)研討。通過分層分級(jí)、難度進(jìn)階的課程任務(wù)，提升課程挑戰(zhàn)度，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生高階能力的培養(yǎng)(圖2)。

圖2 遞進(jìn)式OPPOs教學(xué)法

2.2.2 教學(xué)實(shí)施

實(shí)施混合式教學(xué)，既要發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生主動(dòng)性與創(chuàng)造性，體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求和深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，提高課堂參與度，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。簡(jiǎn)單說，教學(xué)單元可分為課前、課中和課后三個(gè)環(huán)節(jié)。課前，通過雨課堂向?qū)W生發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)和預(yù)習(xí)測(cè)驗(yàn)，學(xué)生結(jié)合MOOC資源完成預(yù)習(xí)任務(wù)，教師通過雨課堂數(shù)據(jù)反饋，可較全面地掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)的重難點(diǎn)，使課堂教學(xué)變得高效。課中，通過角色代入、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M、話題討論、問題導(dǎo)入等方式引出課堂教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)融入一定的課程思政。接著，設(shè)置學(xué)生預(yù)習(xí)匯報(bào)環(huán)節(jié)，學(xué)生將他們事先繪制好的思維導(dǎo)圖通過雨課堂進(jìn)行投稿，隨機(jī)抽取一名學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)匯報(bào)。通過預(yù)習(xí)匯報(bào)，學(xué)生可再次梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)，帶著問題進(jìn)課堂。也使教師進(jìn)一步了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，真正做到教與學(xué)的有的放矢。通過開展參與性極強(qiáng)的多元化教學(xué)組織形式，在保證完成課程教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，提升教學(xué)高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。此外，還可通過隨堂測(cè)驗(yàn)，即時(shí)檢驗(yàn)課堂教學(xué)效果。課后，可回到線上進(jìn)行復(fù)習(xí)、作業(yè)、答疑以及課外知識(shí)的拓展，學(xué)有余力的同學(xué)可自主選擇試題庫(kù)APP進(jìn)行自我提升。至此，課程實(shí)現(xiàn)了課前-課中-課后的全鏈條教學(xué)，通過雨課堂有機(jī)地將線上線下融合起來，將形成性評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)教學(xué)過程。

為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，課程教學(xué)過程中融入了多元化教學(xué)活動(dòng)。比如，在弱酸堿各型體分布分?jǐn)?shù)、緩沖容量、酸堿滴定原理、金屬絡(luò)合物各型體分布分?jǐn)?shù)等教學(xué)單元中要求學(xué)生結(jié)合計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)軟件進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計(jì)算圖形化，選擇完成出色的小組進(jìn)行隨堂講解或在線直播，分享心得，促進(jìn)生生間互助學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)問題共振、情感共鳴和智慧共生；在誤差與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理整章內(nèi)容講完后，結(jié)合真實(shí)的科研數(shù)據(jù)，組織小組討論，學(xué)生通過任務(wù)的完成融會(huì)貫通本章全部教學(xué)內(nèi)容；酸堿滴定法講完后針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)案例開展分析方法設(shè)計(jì)，并對(duì)方案進(jìn)行組間互評(píng)，同時(shí)邀請(qǐng)多學(xué)科背景教師開展協(xié)同教學(xué)，學(xué)生還可結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行方案驗(yàn)證與優(yōu)化；本門課程結(jié)束后，圍繞水質(zhì)全分析、食品營(yíng)養(yǎng)成分分析、硅酸鹽礦全分析等大科學(xué)問題進(jìn)行墻報(bào)學(xué)術(shù)交流，邀請(qǐng)課程組全體教師、高年級(jí)學(xué)生一起進(jìn)行學(xué)術(shù)探討。通過多元化教學(xué)活動(dòng)的組織在完成教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維，提升了課程的兩性一度。

課程基于“MOOC+智慧教學(xué)課件+試題庫(kù)APP+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”四大模塊的開放共享信息化課程資源新體系，創(chuàng)新性提出并實(shí)踐遞進(jìn)式OPPOs教學(xué)法，注重理論與實(shí)踐并重、基礎(chǔ)與前沿交融，實(shí)現(xiàn)了多維虛實(shí)空間、多元教學(xué)方法、多樣教學(xué)關(guān)系、多重考核模式、理論和實(shí)踐的五大融合。通過“四核五融”舉措，構(gòu)建跨學(xué)科混合式教學(xué)新模式(圖3)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)從知識(shí)傳授型向能力培養(yǎng)型轉(zhuǎn)變，大幅提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、跨學(xué)科思維、解決復(fù)雜生產(chǎn)問題的高階能力。

圖3 分析化學(xué)課程“四核五融”跨學(xué)科混合式教學(xué)新模式

2.2.3 教學(xué)效果

課程考核采用“過程考核+終結(jié)考核”“線上考核+線下考核”相結(jié)合的方式?？傇u(píng)成績(jī)含線上學(xué)習(xí)(20%)、線下學(xué)習(xí)(40%)和期末考試(40%)。線上學(xué)習(xí)包括視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)習(xí)題、線上活躍程度及線上期末測(cè)評(píng)；線下學(xué)習(xí)以雨課堂成績(jī)?yōu)橹鳎A(yù)習(xí)測(cè)驗(yàn)、隨堂測(cè)驗(yàn)、課堂任務(wù)完成情況等。

通過系統(tǒng)比對(duì)2017–2019年應(yīng)用化學(xué)專業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)模式和跨學(xué)科混合式教學(xué)模式學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)(表1)，可以發(fā)現(xiàn)2017和2018級(jí)學(xué)生卷面成績(jī)平均分分別高出傳統(tǒng)教學(xué)模式11.2和18.5分，期末閉卷考試及格率呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。

表1 跨學(xué)科混合式教學(xué)改革效果比對(duì)

另外，我們進(jìn)一步探討了過程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)與課程期末考試成績(jī)以及課程總成績(jī)之間的相關(guān)性。通過分析跨學(xué)科混合式教學(xué)模式下2017級(jí)創(chuàng)新班學(xué)生的線上成績(jī)、雨課堂成績(jī)、期末考試成績(jī)以及課程總成績(jī)之間的相關(guān)系數(shù)(見表2)，我們可以很明顯地發(fā)現(xiàn)線上學(xué)習(xí)與課程總成績(jī)的相關(guān)性高達(dá)0.6736，雨課堂學(xué)習(xí)過程與課程總成績(jī)相關(guān)性高達(dá)0.6680，與期末考試成績(jī)相關(guān)性也達(dá)到了0.5303，這意味著MOOC和雨課堂是一種很好地過程學(xué)習(xí)監(jiān)督平臺(tái)，有效覆蓋了課前-課上-課后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

表2 過程學(xué)習(xí)與課程成績(jī)的相關(guān)系數(shù)

此外，圖4進(jìn)一步描述了普通班(A模式)和2017級(jí)創(chuàng)新班(B模式)和學(xué)生的平時(shí)成績(jī)(雨課堂成績(jī))與期末考試成績(jī)以及MOOC成績(jī)與期末考試成績(jī)之間的相關(guān)性。左圖為雨課堂成績(jī)與期末考試成績(jī)的相關(guān)性，右圖為在線開放課程成績(jī)與期末考試成績(jī)間的相關(guān)性。其中A模式為淺層次混合式教學(xué)模式，即學(xué)生使用線上資源預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，通過線上測(cè)試評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，教師參考線上數(shù)據(jù)指導(dǎo)線下教學(xué)；B模式為跨學(xué)科混合式教學(xué)模式。從左右兩圖中均可以看出，B模式落在第一象限的學(xué)生人數(shù)遠(yuǎn)多于A模式，過程學(xué)習(xí)對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量具有一定的積極促進(jìn)作用。

圖4 過程學(xué)習(xí)與課程成績(jī)的相關(guān)性圖

為明確跨學(xué)科混合式教學(xué)對(duì)不同層次學(xué)生的影響，我們通過MyCOS系統(tǒng)對(duì)2017和2018級(jí)學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，見表3。從問卷調(diào)查結(jié)果可以看出，通過教學(xué)模式創(chuàng)新，2017級(jí)和2018級(jí)分別有96.55%和100%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)新模式對(duì)自己的課程學(xué)習(xí)、專業(yè)知識(shí)的延伸有幫助，有93.11%和96.55%的學(xué)生認(rèn)為對(duì)自己專業(yè)技能和高階能力提升有幫助。

表3 學(xué)生對(duì)跨學(xué)科混合式教學(xué)效果的反饋評(píng)價(jià)

通過對(duì)教學(xué)效果統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，新的教學(xué)改革模式在促進(jìn)教師課堂教學(xué)、督促學(xué)生學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生綜合技能中發(fā)揮了一定的積極作用?！八暮宋迦凇笨鐚W(xué)科混合式教學(xué)模式融入多樣化的教學(xué)方法，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)；采用新穎的課堂教學(xué)組織形式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；通過分層分級(jí)、難度進(jìn)階的課程任務(wù)，一定程度上提升了學(xué)生分析問題、解決問題的高階能力。近年來學(xué)生獲創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目國(guó)家級(jí)12項(xiàng)、區(qū)級(jí)8項(xiàng)，廣西高校大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)5項(xiàng)，獲區(qū)級(jí)優(yōu)秀指導(dǎo)教師1人。教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員獲各級(jí)各類教改課題8項(xiàng)，發(fā)表教改論文10篇，獲各級(jí)各類教學(xué)競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)13項(xiàng)。分析化學(xué)課程2019年被認(rèn)定為廣西線上線下混合式一流本科課程，同年分析化學(xué)MOOC課程入選首批國(guó)家級(jí)線上一流本科課程。2020年課程英文版MOOC上線首批高校在線教學(xué)國(guó)際平臺(tái)，成為廣西首門國(guó)際慕課。

3 思考與展望

分析化學(xué)課程通過系列教學(xué)改革與實(shí)踐，構(gòu)建了“四核五融”的分析化學(xué)課程跨學(xué)科混合式教學(xué)新模式，為專業(yè)課程教學(xué)改革提供了參考。

(1) 課程通過重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容、融入計(jì)算機(jī)軟件和編程技術(shù)等跨學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)易化和公式推導(dǎo)圖形化。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)案例或前沿科學(xué)問題，多學(xué)科背景教師多師同堂開展大單元跨學(xué)科協(xié)同教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維。

(2) 通過開發(fā)基于“MOOC+智慧教學(xué)課件+試題庫(kù)APP+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”的四大模塊信息化資源體系，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式從“同時(shí)同地”的實(shí)體課堂被動(dòng)學(xué)習(xí)向“同時(shí)同地/同時(shí)異地/異時(shí)異地”的碎片化、交互式自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，顯著延展教學(xué)時(shí)間和空間。依托信息化教學(xué)資源，創(chuàng)新提出并實(shí)踐遞進(jìn)式OPPOs教學(xué)法，通過多維虛實(shí)空間、多元教學(xué)方法、多樣教學(xué)關(guān)系、多重考核模式、理論和實(shí)踐等有效融合，踐行“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理論，充分激活學(xué)生內(nèi)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，大幅提升課程教學(xué)質(zhì)量。

然而，社會(huì)需求不斷發(fā)展，為使跨學(xué)科混合式教學(xué)模式持續(xù)發(fā)揮效力，需不斷探討現(xiàn)有MOOC教學(xué)資源的時(shí)效性和完備性，分析線上教學(xué)視頻中需要進(jìn)行革新的教學(xué)單元，刪減過時(shí)、陳舊的教學(xué)內(nèi)容，增加創(chuàng)新性、前沿性、實(shí)用性強(qiáng)以及體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)學(xué)校層面應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的組織和制度化建設(shè)，為廣泛開展跨學(xué)科混合式教學(xué)提供支持與保障。