張瑞珍 王曉敏 許美賢

（太原理工大學 材料科學與工程學院，太原 030024）

在國家建設(shè)一批世界一流高水平大學和學科的偉大進程中，作為培養(yǎng)各類高素質(zhì)優(yōu)秀人才重要基地的高等學校，需要從基礎(chǔ)做起，加大改革力度，提升其服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展的能力，以支撐國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略。2017 年2 月以來，教育部積極推進新工科建設(shè)，指出新工科研究和實踐主要圍繞工程教育的新理念、學科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學的高質(zhì)量以及分類發(fā)展的新體系開展。與傳統(tǒng)工科相比，新工科以“寬口徑、夯基礎(chǔ)、重交叉”為特點，因此強調(diào)基礎(chǔ)課的教學內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)要與時俱進，不斷創(chuàng)新，主動進行交叉融合，并運用現(xiàn)代科技的新理論、新方法、新技術(shù)和新成果，提升學生分析問題和解決問題的能力，最終培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高的復合型、創(chuàng)新型工科人才。

一、交叉融合下的教改探索

近些年，各大高校對其課程體系進行了一系列的改革探索和實踐。張雪輝等對新工科背景下材料類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式進行了初探，通過產(chǎn)教融合和校企融合的方式進行協(xié)同育人，構(gòu)建了基礎(chǔ)與特色并重的“共性基礎(chǔ)理論-專業(yè)核心理論-有色金屬特色”的理論課程體系和“課程教學-學科競賽-科研創(chuàng)新”的實踐課程體系，不僅培養(yǎng)學生具備基本的科學素養(yǎng)，而且通過實踐環(huán)節(jié)的訓練使學生逐步建立工程思維，提升學生理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新能力。李濤等充分認識到現(xiàn)代生物醫(yī)學學科相互交融、彼此交叉的發(fā)展現(xiàn)狀，在其“免疫學”的教學實踐中，打破條塊化的學科隔閡，在突出生物醫(yī)學共性問題的同時，適度穿插其它學科相關(guān)知識，從而對免疫學本體知識的教學產(chǎn)生烘托、遷移和升華作用，激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維，并有效提高了免疫學教學質(zhì)量。無論是產(chǎn)教融合還是授課過程引入其它學科知識，都是非常有益的教改探索，均需在既定教學大綱基礎(chǔ)上不斷地改革舊的教學體系和教學內(nèi)容，吸收新的知識結(jié)構(gòu)，并借助現(xiàn)代化的教學手段開展教學，力求在目前學時普遍壓縮的情況下更好地擴寬基礎(chǔ)課的知識結(jié)構(gòu)，最終適應(yīng)現(xiàn)代科學發(fā)展的需要。因此基礎(chǔ)課程的改革是全方位的，絕不是一蹴而就能完成的，需要沉下心來精心設(shè)計，并在教學實踐中不斷反思和修正，方能取得成績。

在爭創(chuàng)一流大學、一流學科的新形勢下，我校積極推進了基礎(chǔ)課程的交叉融合改革。比如過去“無機化學”和“分析化學”是兩門獨立開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容自成一體，“無機化學”主要講授“四大平衡”相關(guān)理論，“分析化學”更側(cè)重于在平衡理論指導下的“四大滴定”分析實踐，分別在兩個學期開設(shè)，教學戰(zhàn)線較長，課時較多，但教學效果不理想。對此，我們在充分借鑒國內(nèi)外高校相關(guān)改革實踐基礎(chǔ)上，將兩門課程科學地整合為一門“無機及分析化學”，整合中摒棄簡單的機械堆砌，而是將平衡理論和滴定分析進行同步融合教學，實現(xiàn)理論與實際的密切聯(lián)系，加深了學生對平衡理論的理解，提高了學生運用理論知識解決實際問題的能力，激發(fā)了學生的學習興趣。因此盡管課時大幅縮減，但融合教學確實高效地幫助學生構(gòu)建了完整的知識框架和思維模式，大大提高了教學效率和教學質(zhì)量，真正做到了事半功倍。這種基礎(chǔ)課程的交叉融合改革對后續(xù)專業(yè)課程的學習、專業(yè)培養(yǎng)目標的實現(xiàn)以及學生實踐能力、發(fā)展?jié)摿Φ奶嵘榷贾陵P(guān)重要。

二、基礎(chǔ)課程理論教學的改革現(xiàn)狀

（一） 交叉融合下的課堂教學安排

“無機及分析化學”課程是系統(tǒng)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論、化學反應(yīng)基本原理以及如何獲得物質(zhì)化學組成和結(jié)構(gòu)信息的科學，該課程綜合應(yīng)用多門有關(guān)學科知識，突出量的概念，重視基本技能訓練。通過“無機及分析化學”課程的學習，可使學生掌握基本的化學反應(yīng)原理，并能運用所學化學知識去解決一般的無機及分析化學問題，具備選擇正確的分析化學測試方法、正確表達分析測試結(jié)果的能力，為解決生產(chǎn)與科學研究的實際問題打下基礎(chǔ)；同時培養(yǎng)學生良好的學習習慣、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、實事求是的科學作風和分析、解決問題的能力，使其逐步具備科技人員應(yīng)有的科學素質(zhì)。它既為學生學習后續(xù)課程提供必要的理論知識，又直接聯(lián)系生產(chǎn)實際為其提供檢測技術(shù)等知識，為學生從事科學研究和工業(yè)、工程第一線的實踐提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)技能。

對于材料科學與工程、環(huán)境科學與工程和生物科學與工程等學科大類來說，改革后的“無機及分析化學”課程授課學時為40 h，比改革前“無機化學”和“分析化學”總授課學時減少了24 h，主要講授四大部分：物質(zhì)結(jié)構(gòu)（16 h）（原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、配合物的結(jié)構(gòu)）；元素及其化合物（8 h）；四大平衡及其滴定分析（12 h）；分光光度分析和電位分析（4 h）。

（二） 交叉融合下的課堂教材安排

“無機及分析化學”教材很多，內(nèi)容和側(cè)重點均有所不同。考慮到化學在很多省份不是高考必考科目，學生對化學學習的重視程度不高、基礎(chǔ)較薄弱，我們在遵循教學大綱的基礎(chǔ)上，立足于為本學科教學服務(wù)的目標，選擇浙江大學賈之慎老師主編的普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材《無機及分析化學》作為授課教材，該教材是一本近化學類專業(yè)的通用型化學基礎(chǔ)課教材，其主要內(nèi)容為“化學反應(yīng)的基本原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素的基本知識、溶液化學平衡及在定量分析中的應(yīng)用、常用儀器分析簡介、化學信息的網(wǎng)絡(luò)檢索”等，教材同時具有配套的多媒體光盤。其中“化學反應(yīng)的基本原理”與“普通化學”相關(guān)章節(jié)重復，所以不做講授。

該教材可圈可點的地方就是將“四大平衡”和“四大滴定”的相關(guān)理論和應(yīng)用知識進行同步教學，使學生通過一門課一次性完成四大化學平衡理論的輸入和輸出，加深了學生對化學平衡的理解和掌握，激發(fā)了學生的學習興趣，極大提高了教學效率和教學效果。

另外，該教材在例題、習題的編寫上更注重綜合性，旨在培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維和創(chuàng)新能力。如“氧化還原平衡與氧化還原滴定法”一章中，有一道習題：

該教材中類似編排的例題和習題很多，既兼顧了知識點的系統(tǒng)性，又兼顧了學生整體知識結(jié)構(gòu)體系的建立，可真正實現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識的遷移和升華，提高學生的理論水平和創(chuàng)新能力，符合新工科背景下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標。

三、基礎(chǔ)課程實踐教學的改革探索

“無機及分析化學實驗”旨在讓學生深刻認識分析實驗中各有關(guān)誤差的來源及其規(guī)律，掌握酸堿平衡、沉淀溶解平衡、氧化還原平衡、配位平衡的基本理論以及利用這些基本理論進行定量分析的方法，深刻理解元素化學基礎(chǔ)知識和基本理論，應(yīng)用所學知識進行無機材料的合成、提純和成分分析。改革之前，實驗教學內(nèi)容基本上以驗證性實驗為主，學生只需要按照實驗流程完成實驗即可。改革之后，引入了設(shè)計性綜合實驗，多個知識點融合到一個實驗中，環(huán)環(huán)相扣，充分調(diào)動學生的積極性和主動性，加深學生對相關(guān)理論的理解和掌握，培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新能力，為后續(xù)專業(yè)課程學習和從事工業(yè)生產(chǎn)、科學研究打下堅實基礎(chǔ)。

（一） 實驗內(nèi)容及學時分配

改革后的“無機及分析化學”實驗，我們選擇四川大學化學工程學院和浙江大學化學系合編的《分析化學實驗》（高等教育出版社）作為配套實驗教材。實驗內(nèi)容由淺入深地分為基本操作訓練、分析方法技能訓練、分析驗證性實驗和無機設(shè)計性綜合實驗四個層次，循序漸進、前后銜接。學時數(shù)為16 h，比改革前共減少16 h。對此，我們在課程安排上，實驗課與理論課幾乎同步進行，這樣便于理論聯(lián)系實際，既節(jié)省了實驗教學時間，又不影響教學效果。具體內(nèi)容和學時分配為：（1）分析天平、滴定管、容量瓶和移液管的使用和校準練習（1 h）；（2）酸標準溶液的配制、標定及堿液中氫氧化鈉和碳酸鈉含量的測定（雙指示劑法）（3 h）；（3）EDTA 標準溶液的配制、標定和水的硬度測定（配位滴定法）（3 h）；（4）過氧化氫含量的測定（高錳酸鉀法）（2 h）；（5）硫酸銅的制備與提純（3 h）；（6）硫酸亞鐵銨的制備及鐵含量的目視比色法分析（3 h）；（7）鄰二氮雜菲分光光度法測定鐵（1 h）。

（二） 綜合性實驗對高素質(zhì)工科人才培養(yǎng)的重要性

以“硫酸銅的制備與提純”綜合實驗為例，首先需要提出合理的工藝路線，如：Cu 不溶于非氧化性酸，所以CuSO不能由HSO和Cu 直接制備，而需要由濃HNO先將單質(zhì)Cu 氧化為Cu，再與HSO反應(yīng)生成CuSO·5HO，當硫酸銅溶液的離子積大于其溶度積時，則有硫酸銅晶體從溶液析出，最后經(jīng)由過濾、洗滌和干燥制得CuSO·5HO 晶體。一個看似較簡單的制備實驗，其工藝過程融合了多個科學問題，如：（1）在Cu 和濃HNO的氧化還原反應(yīng)過程中會生成NO污染性氣體，為此需要引入銨鹽將NO還原為無毒無害氣體N，但是如果反應(yīng)溫度過高，則生成NO的反應(yīng)速度過快，NO來不及與銨鹽反應(yīng)轉(zhuǎn)化為N，排放到空氣中造成污染，因此實驗過程需嚴格控制反應(yīng)溫度；（2）濃HNO和銨鹽的引入使實驗過程除了生成主產(chǎn)物CuSO外，還會生成Cu(NO)·6HO、(NH)SO·12HO 和(NH)SO鹽類副產(chǎn)物，正因為室溫下硫酸銅的溶解度遠小于其它鹽類，從而可得到高純CuSO·5HO；（3）CuSO·5HO 晶體的析出需要一定的過飽和度，可借助水浴加熱使溶液快速蒸發(fā)達到過飽和，也可以在室溫下通過水分的自然揮發(fā)而使溶液慢慢達到過飽和，前者形核較快，可得到大量粒徑較小的晶體，后者形核較慢，可得到少量粒徑較大的晶體。而且如果蒸發(fā)工藝控制不當，會導致過度蒸發(fā)而得不到含結(jié)晶水的深藍色CuSO·5HO 晶體，最終產(chǎn)物是淺藍色的、失去部分或全部結(jié)晶水的CuSO粉末。實驗結(jié)束后，針對上述工藝問題展開討論，分析引入銨鹽抑制NO工藝設(shè)計的巧妙性、科學性和環(huán)境相容性，引導學生思考材料制備工藝優(yōu)化的重要性，幫助學生樹立材料加工工藝的環(huán)保意識；針對所得晶體產(chǎn)物形貌和粒徑大小不同的問題，啟發(fā)學生從制備過程每一個細節(jié)入手，分析硫酸銅溶液的濃度、蒸發(fā)方式、過飽和度、冷卻速度等因素對晶體形核、生長速率以及晶粒尺寸、形貌的影響，讓學生認識到過程控制的重要性，引導學生樹立產(chǎn)品質(zhì)量管理意識……?？傊?，完成這類融合多個科學問題的綜合性實驗，不僅提高了學生們理論聯(lián)系實際的能力，而且培養(yǎng)了他們嚴謹認真的科研精神和團隊協(xié)作精神，極大激發(fā)了他們的科研熱情和科研潛力，在他們心中播下一粒粒探索未知世界的種子！

四、基礎(chǔ)課程的教改經(jīng)驗分析

“無機及分析化學”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，知識點較多，受眾面較大，我們通過“組建課程團隊、創(chuàng)新教學內(nèi)容、融合多種教學模式、優(yōu)化考核方式和思政進課堂”五個層次推進改革，從而有效保障教學質(zhì)量和育人質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

（一） 組建課程團隊，探索教研新形態(tài)

新工科背景下建立有利于教學交叉融合和創(chuàng)新發(fā)展的長效機制、組建以課程為紐帶的教學團隊勢在必行。在我們的“無機與分析化學”課程團隊中，團隊成員既要圍繞明確的、統(tǒng)一的教學目標開展教學活動（比如集體備課、統(tǒng)一制作教學課件、共享教學資源等），又需要通過“新老教師結(jié)對子、互相觀摩、交流學習”等方式幫助年輕教師快速成長，同時提升老教師在教學中的信息化應(yīng)用水平。這種教研實踐活動同時也為探索基層教研組織的新形態(tài)、新形式積累經(jīng)驗。

（二） 創(chuàng)新教學內(nèi)容，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

“無機及分析化學”知識點多、理論性強，在保證課程系統(tǒng)性的前提下，需重視學科前沿知識的融合，主動將自身相關(guān)科學研究中涉及到的新課題、新理論和新方法融入教學內(nèi)容中。因此任課教師需精心備課、大量查閱中外文獻，及時將材料學科的最新研究成果帶進課堂，拓展學生的認知廣度。具體做法是：團隊成員每人每學期整理并編寫至少4個前沿性學術(shù)研究和應(yīng)用案例，然后通過釘釘平臺共享給團隊的老師和所有學生；同時也鼓勵學生針對自己感興趣的方向積極查找文獻并認真學習、歸納整理并與同學分享，使同學們積極參與到課程改革的實踐中來，他們既是課程改革的受益者，又是課程改革的執(zhí)行者。

（三） 改革教學模式，提高教學效率

在教學時數(shù)大幅縮減的客觀情況下，我們充分利用信息平臺，將多媒體課件、板書、錄制的教學視頻以及大學MOOC、釘釘平臺等多種教學手段融入教學實踐中。課前將教學大綱、課件、參考書目、慕課視頻等相關(guān)內(nèi)容及時上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺，并督促學生提前預習、深度預習；課堂上利用精心制作的多媒體課件對重點理論知識進行梳理和講解；課后利用釘釘平臺與學生充分交流、互動，及時為學生答疑解惑，突破了傳統(tǒng)的面對面課堂教學模式，使學生更便捷地、多渠道地獲取學習、生活所需的一切幫助，加強了師生之間的聯(lián)系，極大提升了學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，高質(zhì)量、高標準完成教學任務(wù)。

（四） 優(yōu)化考核方式，提高教學效果

在考核機制上，采用與創(chuàng)新教學內(nèi)容和教學模式相匹配的考核方式。首先，課堂效果的考核更注重課堂表現(xiàn)（占20%），包括課堂討論的參與程度（提問和回答問題）、線上學習的時長、線上提問的踴躍程度、線上單元測試以及課后作業(yè)的完成情況；其次，課程學習效果的最終檢驗通過期末考試完成（占60%）；最后，配套實驗的完成效果占20%。針對實驗環(huán)節(jié)，為了有效保障學生實踐能力和科研能力的提高，教學團隊嚴格實驗環(huán)節(jié)的過程考核，具體做法為：每次實驗之前先發(fā)給學生相關(guān)實驗視頻，要求學生線下認真學習實驗原理和實驗方法，并提前寫好實驗的預習報告；學生進入實驗室后，任課老師對具體實驗步驟和操作要領(lǐng)進行細致地講解，要求學生做好實驗的原始記錄；實驗結(jié)束后，要求學生在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗報告并將原始記錄交老師審閱、簽字；最后實驗成績由線下視頻學習時間、預習報告、實驗過程表現(xiàn)和實驗報告按比例組成。通過高質(zhì)量完成課程實驗，提升了學生動手實踐的能力，并激發(fā)了學生的研究興趣，學生課后紛紛加入老師的科研團隊，繼續(xù)科研探索，這就是對課程實驗價值的極大肯定。

（五） 加強思政教育，提升教學目標

習近平總書記在全國教育大會和院士大會上的講話：教育是國之大計，黨之大計，必須把培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人作為根本任務(wù)，著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型、應(yīng)用型人才，大力造就一大批具有全球視野和國際水平的戰(zhàn)略科技人才、科技領(lǐng)軍人才、青年科技人才和高水平創(chuàng)新團隊。為此，我們教學團隊從備好講好每一節(jié)課到設(shè)計好每一個課程實驗做起，一切為學生著想，高質(zhì)量完成教學環(huán)節(jié)。通過這種潤物細無聲的示范效應(yīng)，切切實實培養(yǎng)學生愛崗敬業(yè)、求真務(wù)實的工作作風；同時通過高質(zhì)量完成實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識、質(zhì)量意識、團隊意識以及嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L；而且我們堅信模范的力量遠大于說教，每周我們通過釘釘平臺推送2～4 位我國各條科研戰(zhàn)線老中青科學家的科研事跡，鼓勵學生向老一輩革命家和科研工作者學習，激發(fā)學生樹立為中華崛起而讀書、為祖國強盛而研究的遠大理想，同時激勵學生向我國平均年齡不超過35 歲的中國航天人學習，樹立腳踏實地、求實創(chuàng)新的學習作風以及爭創(chuàng)一流的堅定信心，提升學生的學術(shù)文化自信、民族自豪感以及科研報國的決心！

（六） 存在的問題及解決辦法

在多學科交叉融合的大趨勢下，理論性和實踐性均較強的“無機及分析化學”實驗仍存在一些問題，比如實驗學時較少、實驗設(shè)備和分析方法過于陳舊、無機合成實驗與尖端材料的聯(lián)系不緊密、學生對實驗環(huán)節(jié)重要性認識不足等，嚴重制約了“無機及分析化學”的教學改革，影響了創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，我們應(yīng)隨著改革的進行逐步優(yōu)化調(diào)整教學大綱，增加實踐環(huán)節(jié)的教學時數(shù)；同時積極爭取學校大型儀器平臺共享的機會，最大限度利用學校的現(xiàn)有硬件支持為學生提供更加先進的實驗條件；主動增加更貼近生產(chǎn)實際的實驗內(nèi)容，開拓學生視野，滿足學生創(chuàng)新發(fā)展需求，從而構(gòu)建更加完整、更加先進的學科結(jié)構(gòu)和知識體系，為學生從事科學研究和工業(yè)、工程實踐提供完備的理論基礎(chǔ)和實踐技能，培養(yǎng)滿足社會發(fā)展所需要的“無機及分析化學”高級人才。

五、結(jié)語

世界范圍內(nèi)工業(yè)革命的加速推進以及我國國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，越來越依賴于基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強的創(chuàng)新型、復合型人才的培養(yǎng)，因此，高等學校要堅持深化“寬口徑、夯基礎(chǔ)、重交叉”的教改探索。本文以專業(yè)基礎(chǔ)課“無機及分析化學”的改革為例，通過課程內(nèi)容的交叉融合、配套教材的合理選擇、綜合性實驗教學的高效組織和實施，幫助學生建立完整的知識構(gòu)架、提升學生的系統(tǒng)思維能力和創(chuàng)新能力。同時通過“強化課程團隊建設(shè)、融合學科前沿知識、依托網(wǎng)絡(luò)信息資源、注重實踐能力培養(yǎng)以及加強思政教育”五位一體交叉融合的模式積極推進教學改革，為學生的快速成長提供高效的軟硬件教學環(huán)境，極大提升了教學效果和育人效果，對培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、素質(zhì)過硬的卓越工科人才以及國家硬實力的提升均具有重要的意義。