周彩華,鄧玲娟,陳佑寧,張君才
咸陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 咸陽(yáng) 712000
在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代,以多媒體計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信為標(biāo)志的信息技術(shù)與人們的工作、學(xué)習(xí)與生活密不可分,在眾多領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性影響。在教育領(lǐng)域,信息化技術(shù)增加了新的內(nèi)容以及新的知識(shí)傳播形式,同時(shí),也引起了教育結(jié)構(gòu)和方式的巨大變化,幾百年的教育制度正在受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。信息技術(shù)對(duì)教育領(lǐng)域的影響具體表現(xiàn)在三個(gè)方面:1) 對(duì)教學(xué)模式的影響。信息技術(shù)的發(fā)展打破了教師的主體地位,提出以學(xué)生為主體、以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力為目標(biāo);2) 對(duì)教育組織形式的影響。信息技術(shù)使得學(xué)生學(xué)習(xí)條件不受時(shí)間和空間限制,但是網(wǎng)絡(luò)信息過(guò)于龐雜和無(wú)序,需要教師對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)生的自覺(jué)性進(jìn)行引導(dǎo);3) 教學(xué)方法的影響。多媒體、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)、人工智能等日新月異的信息技術(shù)對(duì)教學(xué)手段的影響最為明顯,課堂教學(xué)手段的多樣化促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高了教學(xué)過(guò)程的便捷,同時(shí)也嚴(yán)峻考驗(yàn)著教師的綜合教學(xué)能力和學(xué)生的消化接受能力。因此信息技術(shù)并不能自覺(jué)地對(duì)教育領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行革新和完善。例如,十年前美國(guó)的教育計(jì)劃通過(guò)大量數(shù)據(jù)和實(shí)踐分析得出:信息技術(shù)在全世界教育領(lǐng)域的應(yīng)用成效并不顯著,教育界只是將信息技術(shù)應(yīng)用于改進(jìn)教學(xué)手段這類(lèi)“漸進(jìn)式的修修補(bǔ)補(bǔ)”上,沒(méi)有觸及“教育系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性變革”[1-3]?!皩W(xué)校教育系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性變革”的基本內(nèi)涵就是要實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)模式的根本變革。而“課堂教學(xué)模式的變革”是指通過(guò)將信息技術(shù)有效地融合于各學(xué)科的教學(xué)過(guò)程來(lái)營(yíng)造一種信息化教學(xué)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)一種既能充分發(fā)揮教師主導(dǎo)作用又能突出體現(xiàn)學(xué)生主體地位的以“自主、探究、合作”為特征的新型教與學(xué)方式,從而把學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性較充分地發(fā)揮出來(lái),使傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲗?dǎo)與主體相結(jié)合”的教學(xué)模式[4-6]。
多年來(lái),作為化學(xué)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修專(zhuān)業(yè)課,結(jié)構(gòu)化學(xué)除了復(fù)雜和深?yuàn)W的課本內(nèi)容給教師的教與學(xué)生的學(xué)帶來(lái)的挑戰(zhàn),還有資源利用和政策引領(lǐng)等方面的誤區(qū)共同制約著結(jié)構(gòu)化學(xué)課堂的教學(xué)質(zhì)量,可以用如圖1所示的四個(gè)方面進(jìn)行概括。
圖1 結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中的問(wèn)題
結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門(mén)以量子力學(xué)思維為主的課程。既需要無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科理論的支撐,又需要借助高等數(shù)學(xué)和前沿化學(xué)技術(shù)作為工具,通過(guò)量子力學(xué)理論來(lái)探討分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)變化中的微觀狀態(tài)和趨勢(shì)。課程重在培養(yǎng)學(xué)生詮釋化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律,及其推理未知化學(xué)合成和變化趨勢(shì)的思維和方法[7,8];與此同時(shí),該課程具有內(nèi)容廣泛、理論抽象、學(xué)科交叉頻繁、前沿信息發(fā)展迅速等多方面的特點(diǎn)。因此,系統(tǒng)而全面地進(jìn)行結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)對(duì)教師具有一定的挑戰(zhàn)性,需要不停地進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和自我提高。與此同時(shí),掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)理論并應(yīng)用其解決問(wèn)題需要學(xué)生傾注精力刻苦學(xué)習(xí),也同樣具有挑戰(zhàn)性。
“教”與“學(xué)”是教學(xué)工作的兩個(gè)基本面,二者是彼此聯(lián)系、相輔相成的。然而,由于普通本科院校學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和學(xué)科交叉知識(shí)不扎實(shí),學(xué)生普遍對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)抱有畏難情緒,在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生消極被動(dòng)心理,教師則為了讓課程內(nèi)容更好地被學(xué)生理解,費(fèi)盡心思,面面俱到。教師“越俎代庖”的善意“幫助”在無(wú)形之中“剝奪”了學(xué)生積極主動(dòng)思考的機(jī)會(huì)。同時(shí),許多教師在課堂中設(shè)計(jì)的各種教學(xué)活動(dòng)很難做到以學(xué)生為中心,不能有效引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí),學(xué)生的學(xué)習(xí)效益大打折扣,因此課堂教學(xué)中教師教得費(fèi)勁,而學(xué)生學(xué)得差勁。
由于內(nèi)容復(fù)雜,教學(xué)效果認(rèn)可度差,普通高校普遍對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程重視度不夠,課時(shí)壓縮嚴(yán)重,學(xué)校也缺乏相應(yīng)政策引領(lǐng),造成教師很難投入時(shí)間和精力對(duì)其教學(xué)模式進(jìn)行深度探索和研究。教師對(duì)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的理解和掌握基本通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自學(xué),進(jìn)行會(huì)議探討和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)并不多。但是結(jié)構(gòu)化學(xué)理論深度要求高,前沿科技知識(shí)發(fā)展迅速,教師若缺乏進(jìn)修和自我提升的機(jī)會(huì),很難通過(guò)自學(xué)將專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)在教學(xué)過(guò)程中靈活地分享給學(xué)生。導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣降低,教師課堂質(zhì)量也低的尷尬局面。
結(jié)構(gòu)化學(xué)理論基礎(chǔ)和前沿技術(shù)對(duì)于進(jìn)一步接受研究生教育的本科生具有非常重要的引領(lǐng)和示范作用[9]。雖然部分著名高校針對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)已經(jīng)做了積極的教學(xué)改革探索,以北京大學(xué)周公度教授開(kāi)設(shè)的結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家精品課程為開(kāi)端,南開(kāi)、復(fù)旦以及廈門(mén)大學(xué)等都在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)方面投入了很大的成本和精力。廈門(mén)大學(xué)進(jìn)行了慕課堂等教學(xué),南開(kāi)大學(xué)開(kāi)設(shè)了示范性網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)。然而,普通本科院校的學(xué)生生源相對(duì)較差?!案邤?shù)、物理學(xué)科幾乎是大部分學(xué)生的短板,課程中涉及的高數(shù)計(jì)算以及物理理論是學(xué)生難以克服的困難。導(dǎo)致部分學(xué)生基本不能理解和掌握學(xué)科內(nèi)容,考核難以達(dá)到培養(yǎng)計(jì)劃的要求,迫切需要一種適合自己院校學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)模式和考核機(jī)制。
基于結(jié)構(gòu)化學(xué)在課堂教學(xué)中存在的上述問(wèn)題,當(dāng)前需要探索一種針對(duì)普通本科院校學(xué)生的教學(xué)模式,逐步形成適合院校特點(diǎn)的教學(xué)模式及其考核機(jī)制。本研究中我們利用“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)進(jìn)行資源推送、疑難問(wèn)題解答、課后討論、數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計(jì)以及過(guò)程考核等環(huán)節(jié)(圖2),顧及不同學(xué)生學(xué)習(xí)的差異性,使得學(xué)生利用信息平臺(tái)和相關(guān)技術(shù),根據(jù)自身情況靈活學(xué)習(xí)。具體研究?jī)?nèi)容如下。
圖2 信息技術(shù)融入教學(xué)的內(nèi)容
課前學(xué)習(xí)和了解相關(guān)知識(shí),對(duì)于課堂教學(xué)質(zhì)量提高具有決定性意義。因此我們團(tuán)隊(duì)成員立足于教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提前在“學(xué)習(xí)通”信息平臺(tái)分享與課程有關(guān)的前沿信息資料,通過(guò)精心設(shè)計(jì)教學(xué)方案,設(shè)定教學(xué)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生課前學(xué)習(xí)和思考,進(jìn)而在課堂討論中能夠充分發(fā)表自己的認(rèn)識(shí)和理解。課前學(xué)習(xí)中,教師設(shè)定的任務(wù)需要具有針對(duì)性,學(xué)生學(xué)習(xí)后能夠促進(jìn)其理解和掌握課堂教學(xué)內(nèi)容。我們針對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)教材內(nèi)容設(shè)定了對(duì)應(yīng)的預(yù)習(xí)任務(wù)。表1列出了部分示例。
表1 學(xué)生需要課前學(xué)習(xí)和探究的任務(wù)
為了讓學(xué)生更好地理解分子和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性特點(diǎn),我們借助Chem3D三維顯示軟件結(jié)合3D MAX三維動(dòng)畫(huà)軟件對(duì)分子對(duì)稱(chēng)性和晶體點(diǎn)陣?yán)碚摰南嚓P(guān)內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示,將難于理解的需要空間想象力的知識(shí)通過(guò)動(dòng)畫(huà)形式展示給學(xué)生。由于國(guó)內(nèi)南開(kāi)大學(xué)、蘭州大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)等學(xué)校的精品示范課的視頻可以在線學(xué)習(xí),課堂上我們播放其精華部分的視頻,幫助學(xué)生更好地理解重點(diǎn)內(nèi)容。另一方面,針對(duì)復(fù)雜的數(shù)學(xué)微積分計(jì)算,制作微課推送給學(xué)生,方便其理解和掌握。
我們根據(jù)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程大綱,將考核分為學(xué)習(xí)筆記、課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、綜合性大作業(yè)、團(tuán)隊(duì)作業(yè)以及階段測(cè)試等六部分,按照比例對(duì)學(xué)生進(jìn)行過(guò)程考核評(píng)價(jià)。并對(duì)考核結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,評(píng)估學(xué)生在各個(gè)環(huán)節(jié)付出的時(shí)間與收獲的關(guān)系,基于分析數(shù)據(jù)對(duì)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行反思和改進(jìn)。
根據(jù)上述研究?jī)?nèi)容,我們利用以下信息技術(shù)對(duì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)(圖3),并在教學(xué)中得以實(shí)施。
圖3 信息技術(shù)實(shí)施過(guò)程
本科學(xué)生在經(jīng)歷了高中的題海練習(xí)后,對(duì)待問(wèn)題熟悉的方式就是做練習(xí)題,通過(guò)答案的正確性獲得學(xué)習(xí)成果的滿(mǎn)足感,大部分學(xué)生沒(méi)有養(yǎng)成多維度考慮問(wèn)題的思維。在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)和課后完成任務(wù)環(huán)節(jié),教師指定檢索平臺(tái)(本校圖書(shū)館、知網(wǎng)以及英文數(shù)據(jù)庫(kù)等),要求學(xué)生進(jìn)行相關(guān)資料的檢索,同時(shí)將教師積累的有關(guān)聯(lián)資料在“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)分享給學(xué)生。通過(guò)搜集資料,資料分類(lèi),然后基于資料進(jìn)行討論分析,使學(xué)生在感受信息技術(shù)帶來(lái)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)的同時(shí)逐漸完成對(duì)事物現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)到理性分析的轉(zhuǎn)變。例如,在講述量子力學(xué)基礎(chǔ)原理時(shí),鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)檢索平臺(tái)獲得對(duì)課本內(nèi)容多視角的研究報(bào)道,培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)的能力。同時(shí),為了更好督促學(xué)生對(duì)檢索平臺(tái)的應(yīng)用和學(xué)習(xí),在第一章量子力學(xué)基礎(chǔ)和第五章配合物結(jié)構(gòu)章節(jié)分別布置了兩個(gè)小論文要求學(xué)生完成,見(jiàn)表2的具體措施。
表2 信息技術(shù)融入課堂教學(xué)實(shí)施的內(nèi)容
利用軟件制作技術(shù),將難于理解的需要空間想象力的知識(shí)動(dòng)態(tài)地展示給學(xué)生,可以使晦澀、枯燥難懂的內(nèi)容形象化,增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)而積極地參與課堂活動(dòng)。同時(shí),我們?cè)谡n堂中調(diào)用了蘭州大學(xué)李炳瑞教授的部分多媒體制作內(nèi)容,配合教師啟發(fā)和講解,在第四章分子對(duì)稱(chēng)性的內(nèi)容中,設(shè)置學(xué)生制作分子立體模型,體驗(yàn)軟件應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在講解分子前線軌道理論時(shí),對(duì)廈門(mén)大學(xué)慕課的精彩視頻進(jìn)行討論和學(xué)習(xí),使學(xué)生在掌握課本內(nèi)容同時(shí),逐漸形成對(duì)現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行探索的科研素養(yǎng)。另外由于原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容中牽扯大量的數(shù)學(xué)微積分方程計(jì)算,課堂時(shí)間有限,我們制作了部分?jǐn)?shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程的微課,推送給學(xué)生幫助其學(xué)習(xí)和掌握,對(duì)于部分?jǐn)?shù)學(xué)功底較好的學(xué)生,鼓勵(lì)其將課后作業(yè)完成過(guò)程制作成微課在班里進(jìn)行分享和討論。表2是信息技術(shù)融入課堂教學(xué)實(shí)施的部分內(nèi)容。
我們根據(jù)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程大綱將考核分為六部分,分別是學(xué)習(xí)筆記(10%),平時(shí)作業(yè)(10%),課堂表現(xiàn)(10%),綜合性大作業(yè)(10%),團(tuán)隊(duì)作業(yè)(10%)以及階段測(cè)試(期中20%和期末30%)。過(guò)程性考核的試行,極大促進(jìn)了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性,體現(xiàn)了“過(guò)程決定結(jié)果”的正確思想。學(xué)期結(jié)束設(shè)置課后問(wèn)卷調(diào)查,以了解學(xué)生對(duì)教學(xué)模式的反饋。對(duì)三屆6個(gè)班同學(xué)的調(diào)查結(jié)果顯示:對(duì)于傳統(tǒng)課堂授課,78.2%的學(xué)生認(rèn)為課程內(nèi)容深?yuàn)W,上課理解程度差,對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)沒(méi)有興趣。而當(dāng)我們利用信息技術(shù)融入課堂教學(xué)后,學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到了極大提高。對(duì)于平臺(tái)上傳的預(yù)習(xí)內(nèi)容、平時(shí)作業(yè)、難點(diǎn)視頻、推送信息以及討論模塊的點(diǎn)擊率統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),90.3%的學(xué)生能夠查閱內(nèi)容和信息,70%以上的學(xué)生能夠積極預(yù)習(xí)、討論問(wèn)題和完成作業(yè)。50%的學(xué)生養(yǎng)成了獨(dú)立思考的習(xí)慣并進(jìn)行問(wèn)題咨詢(xún),如圖4所示。
圖4 信息融入課堂過(guò)程跟蹤管理統(tǒng)計(jì)
圖5是不同教學(xué)內(nèi)容在課堂的占比時(shí)間統(tǒng)計(jì),如圖所示在信息技術(shù)融入課堂前后,不同內(nèi)容的授課內(nèi)容的占比時(shí)間發(fā)生了明顯變化,基本概念講解的時(shí)間明顯降低,主要用在了學(xué)生參與的時(shí)間上,學(xué)生自學(xué)后進(jìn)行總結(jié)獲取。特別是學(xué)生獨(dú)立思考和參與討論的時(shí)間明顯提高,分別從原來(lái)的2分鐘和10分鐘,增加到10分鐘和15分鐘。教師占用的時(shí)間主要是在重點(diǎn)和難點(diǎn)的講解上。圖6展示了教學(xué)模式改革中學(xué)生在課堂上認(rèn)真記錄筆記,積極參與課堂討論,以及本學(xué)期完成各項(xiàng)任務(wù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);即設(shè)置了53個(gè)知識(shí)點(diǎn),平時(shí)在線測(cè)試共23次,上傳資料15次,考試2次,討論話題35次。然而,在專(zhuān)題討論和小組作業(yè)的完成情況中存在一些問(wèn)題,小部分同學(xué)在討論過(guò)程以及小組作業(yè)中是被動(dòng)性參與,個(gè)別學(xué)生無(wú)視討論小組作業(yè),完成意愿低。因此需要加強(qiáng)對(duì)部分學(xué)生的跟蹤,分析其懈怠原因,根據(jù)具體情況,制定措施并進(jìn)一步規(guī)范過(guò)程考核體系。
圖5 信息技術(shù)融入前后課堂占用時(shí)間統(tǒng)計(jì)
圖6 課堂筆記(左),課堂參與討論(中)信息平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(右)
本研究以信息技術(shù)為橋梁,引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng),實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位。使學(xué)生體會(huì)自我學(xué)習(xí)過(guò)程與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的必然關(guān)聯(lián),進(jìn)而自覺(jué)進(jìn)行自我提高和自我完善。
主要的特色與創(chuàng)新如下:
(1) 引導(dǎo)學(xué)生利用信息平臺(tái)進(jìn)行檢索和發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的前沿知識(shí),促使學(xué)生注重預(yù)習(xí)和自我思考的過(guò)程,可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和知識(shí)的情境遷移能力。
(2) 在課堂教學(xué)中穿插軟件教學(xué)及網(wǎng)絡(luò)資源借鑒,實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的趣味性,形成教師合理引導(dǎo)、學(xué)生主動(dòng)探索的良性教學(xué)環(huán)境。
(3) 過(guò)程性評(píng)價(jià)與考核機(jī)制的推行,為課堂教學(xué)改革提供了有力的保障策略,極大地促進(jìn)了學(xué)生的主體地位形成。
普通高校專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)改革是時(shí)代發(fā)展的必然。如何利用信息技術(shù)盡快完成教師和學(xué)生在時(shí)代發(fā)展中的角色轉(zhuǎn)變,引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和自我提升是改革的重要方向。因此,本研究基于結(jié)構(gòu)化學(xué)這門(mén)具有科技先導(dǎo)基礎(chǔ)理論的專(zhuān)業(yè)課教學(xué)實(shí)踐,以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)低質(zhì)量教學(xué)模式為目標(biāo),進(jìn)行了一系列教學(xué)模式的探索,為普通高校難度較高學(xué)科的課堂改革提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)。