張樹鵬，湯永興，何 英，宋海歐，董 偉

(1 南京理工大學化學與化工學院，江蘇 南京 210094；2 南京師范大學環(huán)境學院，江蘇 南京 210023)

高水平本科教育的總體目標在“新時代高教40條”中已經(jīng)明確，是建成一批立德樹人標桿學校、一批一流本科專業(yè)點；到2035年，將形成中國特色、世界一流的高水平本科教育。課堂是育人主陣地，課堂教學是實現(xiàn)“以學生為中心”的教學理念轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課堂教學科學設計是有效提升課堂教學質(zhì)量，激活學生科創(chuàng)興趣，實現(xiàn)理論實踐融合，鍛造金課的核心。互聯(lián)網(wǎng)時代的大學生已經(jīng)形成了隨時從網(wǎng)絡獲取知識的習慣和能力。大學教師如果只照本宣科，不引入教法，將不會吸引學生注意力，甚至會導致學生厭學。

新時代，環(huán)境、生命、材料、能源、生態(tài)等領域均得到了重要發(fā)展，而化學化工幾乎參與到了所有領域。實現(xiàn)大學化學課堂革命，能夠培養(yǎng)出符合時代發(fā)展需求具有創(chuàng)新能力的新時代大學生。教師應以學生為中心，結(jié)合網(wǎng)絡時代大學生個性特點，創(chuàng)新教學模式，優(yōu)化教學設計，培養(yǎng)學生科創(chuàng)智慧，打造具有創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度的化學金課[1]。

有機化學是我?；瘜W與化工大類專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，通過本課程的學習，讓學生掌握各類有機官能團的轉(zhuǎn)變及蘊含的反應機制，并以此為基礎合成新物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)新應用。為了幫助同學們較好地掌握官能團的轉(zhuǎn)換規(guī)律，搭建理論與實踐的橋梁，我們圍繞碳正離子、碳負離子及碳自由基等核心知識點，已經(jīng)構(gòu)建了一張有機化學蛛網(wǎng)式知識網(wǎng)絡圖譜[2]。利用該圖譜，可以強化學生的自主學習能力，提升發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力，切實提高有機化學的教學質(zhì)量。在講授過程中，我們采用啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式“四位一體”教學方法，實現(xiàn)了以學生為中心、教師為主導的創(chuàng)新性教學模式，有助于培養(yǎng)學生獨立求知、系統(tǒng)思考和不斷開拓的創(chuàng)新能力[3-4]。隨著科學實踐的不斷進步，新穎案例的不斷出現(xiàn)，如何在教學過程中，創(chuàng)設問題情景，利用生活化的案例引出化學中的核心知識點，潤物細無聲的融入課程思政，再通過科研實踐夯實反應機制的深度理解等，均對任課教師的理論知識水平及科研能力提出了更高的要求。本文將結(jié)合筆者多年的教學實踐，以有機化學課程為例，通過案例的方式淺談科創(chuàng)能力浸潤式高階課堂的教學實踐。

1 鹵代烴和親核取代反應

1.1 循規(guī)蹈矩式教學法

常規(guī)課堂教學中，一般均是從鹵代烴的定義開始引入的。如：烴分子中的氫原子被鹵素原子取代后的化合物稱為鹵代烴。根據(jù)取代鹵素的不同，分別稱為氟代烴、氯代烴、溴代烴和碘代烴。由于鹵原子(X)與碳原子(C)的吸引電子的能力不同，即電負性的差異，致使鹵代烴分子中的C-X鍵具有一定的極性，X帶有部分的負電荷，C帶有部分的正電荷。當C-X鍵遇到其他的極性試劑時，X原子被其他原子或原子團取代的反應成為親核取代反應。這種教學方式適用于具備較好化學背景的學生，或者高年級研討式教學課堂，可以利用更加理性化的思維來直接進入有機化學知識內(nèi)核，是一種循規(guī)蹈矩式的教學模式。

1.2 能力浸潤式教學法

誠然，循規(guī)蹈矩式的教學模式具有一定的優(yōu)勢和存在價值。但是，它欠缺了理論與實踐的深度融合，固化了知識本身，忽視了思政融入，弱化了應用前提。雙分子親核取代反應(SN2)作為有機化學中非常重要的一類官能團轉(zhuǎn)化反應，在有機合成中占有及其重要的核心地位。如果能激發(fā)同學們的學習興趣，這對于后期深入探索控制SN2反應的化學結(jié)構(gòu)、反應活性、立體化學及溶劑影響等因素，將起到重要的推動作用[5]。因此，我們以學生為中心，采用案例引入、原因剖析、機制探究、解決問題、科研融入與思維拓展等環(huán)節(jié)來打造科學創(chuàng)新能力浸潤式有機課堂(圖1)。

(1)案例引入

教學案例是引入核心教學內(nèi)容的一個實際情境的描述。它通過講述一個簡短、生動的故事，講述了教學故事的產(chǎn)生、發(fā)展歷程，極大引發(fā)同學們的學習興趣。但是故事不應太長，它是為專業(yè)知識點而服務的，只需要將核心點給出即可，一般為60 s以內(nèi)為宜。

傅園慧，中國國家女子游泳隊運動員，游泳世界冠軍。在里約奧運會女子100 m仰泳半決賽，傅園慧以58秒95的成績位列第三，晉級決賽。在接受采訪時，脫口而出的“洪荒之力”展示了她真實、純粹、活力和對體育“享受”的陽光性格。那么她脫口而出的“洪荒之力”是一種什么力量呢？

通過一個真實、鮮活的中國運動健兒的生動案例，引出問題，激發(fā)學習興趣，解構(gòu)生活與化學的聯(lián)系，并提醒同學們不要被表面現(xiàn)象迷惑，要拋開復雜現(xiàn)象，深挖科學本質(zhì)。

(2)原因剖析

當然，我們可以從去甲腎上腺素與S-腺苷甲硫氨酸在體內(nèi)合成腎上腺素的有機反應來進行科學解釋，但是由于生物分子的結(jié)構(gòu)復雜性，同學們理解起來非常困難。此時，我們需要融入化繁為簡的教學思想。創(chuàng)設問題情景，基于一個簡單分子進行教學設計。例如，加熱水中的氯甲烷和氫氧化鈉的混合物可高收率得到甲醇和氯化鈉，請問反應機制是什么呢？

(3)機制探究

教師可以引導學生從以下兩個問題進行切入，原料如何開始反應？中間體又是什么？并由此引出C-X鍵中，由于電負性的差異，而導致C-X具有一定的極性，X帶有部分的負電荷，C帶有部分的正電荷。而帶有部分正電荷的C就可以受到來自帶有負電荷或者電子對的原子和原子團的進攻，而發(fā)生取代反應。此時，教師可以進一步導入問題，請問進攻位置在哪里呢。于是，課堂教學過程中，就可以通過師生互動、生生互動來深入挖掘機制探究中的科學問題，培養(yǎng)同學們的科學思維和邏輯思維。而且，可以通過引入立體化學，詳細分析SN1和SN2反應機制的異同，分享著名科學家Walden的成長故事。經(jīng)過縝密分析，師生就可以總結(jié)出SN2反應機制并探討影響因素。

(4)解決問題

經(jīng)過基于簡單分子建立SN2反應機制以后，我們就可以解釋“洪荒之力”了。原來是當人體如果遇到刺激的時候，比如興奮、恐懼就可以在體內(nèi)利用去甲腎上腺素與S-腺苷甲硫氨酸合成腎上腺素。腎上腺素就是人體處于情急之下而分泌出來的。分泌這種激素，可以使心跳加快、呼吸加速，氣管擴張、血流量明顯加大，血糖也可以升高從而增強力量、提高反應速度、對抗有害的各種刺激。這樣一來，同學們不僅可以研討基礎理論知識，解構(gòu)情境與化學聯(lián)系，更可以品鑒化學美感，提升學生學習志趣，形成知識轉(zhuǎn)化智慧的能力。

(5)科研融入

為了進一步增強有機化學知識的產(chǎn)學研用，踐行理論聯(lián)系實際，教師可以將科研成果引入課堂。我們課題組多年來利用氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)為基材，借助有機化學反應構(gòu)建了一系列功能化石墨烯納米材料，該材料可以應用于污染物的電化學傳感器和電容去離子領域。GO表面含有豐富的含氧功能基團，如醚氧基，羥基，羧基等。對于醚氧基團，由于C和O原子的電負性差異以及三元環(huán)的較大拜耳張力，使得帶有部分正電荷的C原子非?；顫?，容易受到帶有負電荷或含有電子對的有機分子的進攻[6]。也正是基于該反應，我們課題組巧妙地將對苯二胺[7]、多亞乙基胺[8]及間苯二胺[9]等功能化于GO表面，構(gòu)筑了系列三維納米石墨烯材料，實現(xiàn)了高效電容去離子脫鹽，保護了環(huán)境。利用一系列的科研案例讓同學們真切的感受到剛剛領悟到的核心知識點有用、能用、會用，建立起強大的課程認同感，專業(yè)認同感及學科認同感。

(6)思維拓展

以前沿科研問題為依托，通過學生課下準備-課上翻轉(zhuǎn)，線下-線上互動討論等多種形式匯報成果，實現(xiàn)理論與實踐的知行合一；進一步融入肯定-否定-肯定之思辨規(guī)律，實現(xiàn)課程高階性。通過過程性考核方式全面評價學生知識認知的探究性和個性化。

2 結(jié) 語

本文以有機化學中經(jīng)典雙分子親核取代反應為例，詳細地闡述了科學創(chuàng)新能力浸潤式有機課堂的教學實踐模式。以學生為中心，創(chuàng)新性地采用案例引入、原因剖析、機制探究、解決問題、科研融入與思維拓展六環(huán)節(jié)打造了科學創(chuàng)新能力浸潤式有機課堂，不僅提升了學生的學習興趣，更加拓展了學生的知識視野；基于“生活-理論-實踐-升華”的教學設計架構(gòu)不僅讓學生更加鐘愛有機化學課程的學習，而且增加了對化學化工領域的重新再認知和深度認同，有利用培養(yǎng)綜合化的創(chuàng)新人才。本教學案例錄制的微課獲得了江蘇省微課比賽一等獎，教學設計理念獲得了江蘇省教學創(chuàng)新大賽特等獎，全國教學創(chuàng)新大賽二等獎。