嚴(yán)勇，安麗，李釩

（1.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部化學(xué)生物系；2.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部環(huán)境化工系，北京 100022）

一、背景

物理化學(xué)及其相關(guān)研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)，也是環(huán)境、材料、生物、能源等學(xué)科的重要支撐[1-4]。北京工業(yè)大學(xué)依托國(guó)家一流學(xué)科“現(xiàn)代城市建設(shè)與環(huán)境工程”學(xué)科群的建設(shè)，直接推動(dòng)核心學(xué)科、帶動(dòng)支撐學(xué)科和輻射學(xué)校其他學(xué)科，促進(jìn)學(xué)科建設(shè)水平的跨越式提高。本文探索的課程群由環(huán)境化工和化學(xué)生物系共建，針對(duì)化學(xué)、化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)學(xué)術(shù)型碩士以及部分材料與化工類專業(yè)型碩士課程培養(yǎng)環(huán)節(jié)，并輻射環(huán)境、材料等其他相關(guān)專業(yè)。

本課程群建設(shè)涉及物理化學(xué)研究方法、納米材料制備方法、固體結(jié)構(gòu)分析三門課程。通過(guò)課程群建設(shè)，筆者充分利用并優(yōu)化教學(xué)資源、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。筆者通過(guò)案例教學(xué)、問(wèn)題導(dǎo)向、翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式提高學(xué)生的參與度。筆者采用集中備課和教學(xué)實(shí)例分享，提高青年教師的教學(xué)能力，促進(jìn)課程思政建設(shè)。筆者根據(jù)教學(xué)的遞進(jìn)關(guān)系安排雙語(yǔ)課堂和全外語(yǔ)課堂，以期達(dá)到拓寬師生的國(guó)際化視野的目的。

二、課程現(xiàn)狀與問(wèn)題分析

課程群中的三門課程（物理化學(xué)研究方法、納米材料制備方法、固體結(jié)構(gòu)分析）是化學(xué)學(xué)科和化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科研究生的主要選修課程，也有材料與化工的專業(yè)型碩士選修這三門課程。物理化學(xué)研究方法是雙語(yǔ)課程，是基礎(chǔ)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，主要銜接本科階段的物理化學(xué)課程。筆者在理論基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法分析，從課程、文獻(xiàn)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最后在考核調(diào)研基礎(chǔ)上形成檢測(cè)報(bào)告。固體結(jié)構(gòu)分析課程是理論與實(shí)踐相結(jié)合的案例分析課程，是材料微觀結(jié)構(gòu)和性能改進(jìn)不可缺少的工具。教師主要采用以問(wèn)題為導(dǎo)向的研究性教學(xué)方法，培養(yǎng)研究生具有正確選擇材料分析方法、測(cè)試方法的能力。納米材料制備方法是案例分析導(dǎo)向課程，該課程系統(tǒng)地介紹了納米功能材料的制備方法，包括設(shè)計(jì)操控和表征有段，其強(qiáng)調(diào)了納米材料在醫(yī)藥、催化、能源環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用。

從三門課程的設(shè)置來(lái)看，三門課程互為基礎(chǔ)和補(bǔ)充。就教學(xué)內(nèi)容而言，物理化學(xué)研究方法課程是學(xué)生學(xué)好其他兩門課程的基礎(chǔ)。就合成方法和知識(shí)背景而言，物理化學(xué)研究方法課程與納米材料制備方法課程互為補(bǔ)充關(guān)系。物理化學(xué)研究方法課程和固體結(jié)構(gòu)分析課程的部分內(nèi)容既存在知識(shí)互補(bǔ)的關(guān)系，又存在實(shí)踐深化的關(guān)系。其中，物理化學(xué)研究方法課程注重分析相關(guān)的理論和原理。固體結(jié)構(gòu)分析可形成注重問(wèn)題導(dǎo)向的解決方法，如晶體結(jié)構(gòu)解析軟件應(yīng)用、顯微學(xué)晶體結(jié)構(gòu)判斷等。固體結(jié)構(gòu)分析課程是物理化學(xué)研究方法課程的應(yīng)用深化。固體結(jié)構(gòu)分析課程中的“色譜”“光譜”和“顯微探針技術(shù)”是對(duì)物理化學(xué)研究方法課程的重要補(bǔ)充。

目前，三門專業(yè)課程在教學(xué)中存在的主要問(wèn)題集中于：1.學(xué)時(shí)資源緊，理論基礎(chǔ)部分有重疊，教學(xué)資源有浪費(fèi)。2.學(xué)生基礎(chǔ)不同，受課時(shí)限制，教師的講解不深入，課程目標(biāo)達(dá)成度不夠。3.雙語(yǔ)課程教學(xué)由于受學(xué)生基礎(chǔ)的限制，效果被弱化。4.頂層設(shè)計(jì)不夠，課程的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性、承接性不強(qiáng)，知識(shí)有效結(jié)合不突出。5.考核重復(fù)，學(xué)生課業(yè)任務(wù)重，綜合訓(xùn)練效果未達(dá)到預(yù)期。

三、課程群建設(shè)內(nèi)容與改革

針對(duì)課程的特點(diǎn)和實(shí)踐中的“痛點(diǎn)”，在課程群建設(shè)中，學(xué)校要發(fā)揮課程和主講教師的優(yōu)勢(shì)，打通各個(gè)課程進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。學(xué)校要把三門課程設(shè)計(jì)成整體的大課，進(jìn)行資源整合，打通各門課程之間存在的“壁壘”。

（一）課程的協(xié)調(diào)與頂層設(shè)計(jì)

針對(duì)學(xué)科培養(yǎng)特色和人才培養(yǎng)目標(biāo)，教師要對(duì)三門課程的大綱和主干教學(xué)案例進(jìn)行剖析。教師要利用解釋結(jié)構(gòu)模型法（ISM）法[5-6]對(duì)三門課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，使三門課程的知識(shí)點(diǎn)得到融會(huì)貫通。

首先，教師要將課程中的知識(shí)點(diǎn)根據(jù)培養(yǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行集群模塊劃分。教師要根據(jù)ISM法確定的知識(shí)點(diǎn)集群，按照邏輯體系對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)合重構(gòu)（圖1）?；A(chǔ)單元包括基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)（高溫、高壓、真空及氣氛控制單元）和基礎(chǔ)理論（基本粒子、固體分類和晶體學(xué)概述單元）。教師要把兩個(gè)基礎(chǔ)單元組合發(fā)展為獨(dú)立并行的知識(shí)版塊。這些知識(shí)版塊包括納米合成技術(shù)，熱分析、衍射分析和電子顯微分析技術(shù)，光譜、色譜、質(zhì)譜、光學(xué)顯微探針?lè)治黾夹g(shù)，電、磁、電化學(xué)分析技術(shù)，生物相容性及其他性能分析技術(shù)。對(duì)于課程的考核方式，教師要引導(dǎo)學(xué)生在綜合訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，撰寫系統(tǒng)的合成與性能表征的總結(jié)報(bào)告。

圖1 課程教學(xué)模塊設(shè)計(jì)流程圖

（二）課程群優(yōu)化教學(xué)

在按照教學(xué)模塊劃分后，教師要根據(jù)課程交疊內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)和課程要求進(jìn)一步進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)合。交疊的模塊是熱分析、X射線與電子顯微分析，涉及三門課程。從教學(xué)要求和教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置可以看出，物理化學(xué)研究方法課程注重的是儀器的原理，是前模塊高溫、高壓、真空與氣氛控制在這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和相關(guān)儀器分析試驗(yàn)中的應(yīng)用；固體結(jié)構(gòu)分析課程重視樣品分析原理和固體結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用本身；納米材料制備方法課程重視對(duì)納米材料的檢測(cè)表征以及具體案例分析。同理，在光譜、色譜、質(zhì)譜、光學(xué)顯微及探針?lè)治黾夹g(shù)中，固體結(jié)構(gòu)分析課程承擔(dān)結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用，納米材料制備課程承擔(dān)納米材料檢測(cè)方面的應(yīng)用舉例。概括整個(gè)教學(xué)過(guò)程，物理化學(xué)研究方法課程是教學(xué)群中的基礎(chǔ)課程，承擔(dān)了基本原理和基本實(shí)驗(yàn)的功能；固體結(jié)構(gòu)分析課程是中間的應(yīng)用基礎(chǔ)課程，其作用是鞏固分析原理并與實(shí)際分析建立聯(lián)系；納米材料制備是具體應(yīng)用這些實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用儀器分析的專業(yè)課程。學(xué)生根據(jù)要求完成一份綜合報(bào)告，三門課程的教師根據(jù)課程教學(xué)要求，評(píng)價(jià)此綜合報(bào)告并給出成績(jī)。這樣既節(jié)約了考核環(huán)節(jié)的教學(xué)時(shí)間，又減輕了學(xué)生的考核負(fù)擔(dān)。

在前述模塊化設(shè)計(jì)和知識(shí)點(diǎn)綜合分析的基礎(chǔ)上，教師要考慮教學(xué)資源配置和課程的協(xié)調(diào)進(jìn)度安排。從課程內(nèi)容在模塊化流程中的分布情況來(lái)看，納米材料制備方法課程的教學(xué)模塊在最后兩層，擬安排在最后。物理化學(xué)研究方法課程和固體結(jié)構(gòu)分析課程需要先開(kāi)設(shè)，且需要協(xié)調(diào)進(jìn)度。在實(shí)際中，教師把所有的課程安排在一個(gè)學(xué)期完成，有利于協(xié)調(diào)統(tǒng)一考核。在一個(gè)學(xué)期中，學(xué)校將納米材料制備方法課程安排在后八周開(kāi)設(shè)，將物理化學(xué)研究方法課程和固體結(jié)構(gòu)分析課程安排在前八周開(kāi)設(shè)。學(xué)校將物理化學(xué)研究方法課程安排在周前段開(kāi)設(shè)，將固體結(jié)構(gòu)分析課程安排在周后段開(kāi)設(shè)。教師要利用調(diào)休等機(jī)制，使物理化學(xué)研究方法課程整體比固體結(jié)構(gòu)分析課程的進(jìn)度快一周，以確保文獻(xiàn)檢索與總結(jié)分析模塊提前完成。這樣，圖1中第二層面的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論概述兩個(gè)模塊就可以并行進(jìn)行。在進(jìn)入第三個(gè)層面的知識(shí)模塊教學(xué)時(shí)，物理化學(xué)研究方法課程的教師先講授熱分析、衍射分析和電子顯微分析技術(shù)，固體結(jié)構(gòu)分析課程的教師先講授光譜、色譜、質(zhì)譜、光學(xué)顯微及探針?lè)治黾夹g(shù)，再講授熱分析、衍射分析和電子顯微分析技術(shù)。這樣，在相同的講授內(nèi)容部分，教師就能保證基礎(chǔ)課程物理化學(xué)研究方法先講。固體結(jié)構(gòu)分析課程的教師要在已講授知識(shí)的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)例分析。如此一來(lái)，教師就可以遵循知識(shí)的先后順序?qū)θT課程進(jìn)行講解，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不會(huì)出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)倒置的問(wèn)題。

為了凸顯以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，教師要將三門課程中共有的理論知識(shí)制作成網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，并進(jìn)行共享。為了增強(qiáng)演示學(xué)習(xí)的效果，教師要采用薩蒙帕孜教學(xué)媒體選擇流程[6]，利用多媒體對(duì)已有的基礎(chǔ)物理化學(xué)概要、基本物理原理、操作單元結(jié)構(gòu)、分析設(shè)備工作原理等內(nèi)容進(jìn)行展示。教師可以將部分內(nèi)容作為學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，節(jié)省寶貴的課堂資源，也為沒(méi)有全部選修三門課程的學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。疫情期間，教師可以嘗試運(yùn)用遠(yuǎn)程直播開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用好科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳的教學(xué)效果。

（三）課程雙語(yǔ)教學(xué)與國(guó)際化升級(jí)

不同專業(yè)的學(xué)生都可以選修物理化學(xué)研究方法課程，學(xué)生基礎(chǔ)不一，導(dǎo)致雙語(yǔ)課程的教學(xué)效果會(huì)受到影響。教師對(duì)物理化學(xué)研究方法課程的基礎(chǔ)部分進(jìn)行了中文講解，并制作了視頻課件，在校內(nèi)教學(xué)系統(tǒng)中分享。如果學(xué)生提前預(yù)習(xí)了課程內(nèi)容，教師就可以在某些環(huán)節(jié)采用全英文授課。對(duì)于學(xué)生難以理解的熱分析、衍射分析和電子顯微分析技術(shù)，光譜、色譜、質(zhì)譜、光學(xué)顯微及探針?lè)治黾夹g(shù)，學(xué)?？梢匝?qǐng)國(guó)外知名教授進(jìn)行全英文授課。教師可以采用網(wǎng)絡(luò)交互課程和錄像課程的方式開(kāi)展教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以引入外文文獻(xiàn)閱讀環(huán)節(jié)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，能充分了解該領(lǐng)域的熱點(diǎn)信息。

（四）提升課程思政水平

案例分析教學(xué)是三門課程的共性，教師要發(fā)揮科研導(dǎo)向，不斷提升案例分析教學(xué)的品質(zhì)。教師開(kāi)展案例分析教學(xué)可以提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力。教師要在突出物理化學(xué)學(xué)科、固體結(jié)構(gòu)分析學(xué)科和納米材料學(xué)科的學(xué)科知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，將國(guó)內(nèi)外著名學(xué)者的科研事例及事例蘊(yùn)含的辯證思維融入課堂教學(xué)中，促進(jìn)課程思政建設(shè)的升級(jí)。

每門課程的教師都建立了交流群，教師能在群內(nèi)發(fā)布自學(xué)通知，并布置相關(guān)的預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生也可以在交流群中提問(wèn)。教學(xué)不止步于課堂。

（五）教學(xué)梯隊(duì)的穩(wěn)定與對(duì)中青年教師教學(xué)能力的提升

教學(xué)團(tuán)隊(duì)和梯隊(duì)建設(shè)是近年來(lái)的薄弱點(diǎn)，重科研、輕教學(xué)的現(xiàn)象比較普遍。學(xué)校要以科研促教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教科共進(jìn)，達(dá)到提高教師的教學(xué)能力的目的。

在課程群建設(shè)中，學(xué)校優(yōu)化教育資源配置可以提高教學(xué)對(duì)人才培養(yǎng)的契合度，提升教師和學(xué)生的國(guó)際化參與能力，提高教師的教學(xué)科研水平，達(dá)到以課育人、以課程帶動(dòng)科研、以課程培養(yǎng)教師和教學(xué)團(tuán)隊(duì)的目的。目前，青年教師的教學(xué)科研能力都有所提高，職稱得到晉升。

四、課程群建設(shè)的意義

課程群建設(shè)提高了本學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)生的綜合能力，提升了中青年教師推動(dòng)學(xué)科教學(xué)改革的能力。

（一）學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)

課程群具有綜合性、前沿性、交叉性等優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)三門課程，知識(shí)得到了融會(huì)貫通，物理化學(xué)邏輯思維能力得到了提升，綜合能力也得到了大幅提高。國(guó)家的快速發(fā)展迫切需要更多的高水平交叉學(xué)科型人才，課程群的建設(shè)將為學(xué)校培養(yǎng)更多高水平交叉學(xué)科型人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性顯著增強(qiáng)，學(xué)生的外語(yǔ)交流能力得到了提高。導(dǎo)師認(rèn)為研究生課題易上手、出成果早。學(xué)生獲得了各種各樣的獎(jiǎng)勵(lì)，選擇繼續(xù)深造的學(xué)生不斷增多。

（二）年輕教師課堂操控能力的訓(xùn)練

學(xué)校將三門課程按教師的教學(xué)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行組織和包裝，逐步建立了課程群知識(shí)庫(kù)。教師要通過(guò)教學(xué)實(shí)踐（即課堂）來(lái)進(jìn)一步推理出學(xué)習(xí)者所需的課程群知識(shí)，這對(duì)青年教師的課堂操控能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。課程群的建設(shè)使學(xué)校組建了一支愿景共融、相互協(xié)作、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的教師團(tuán)隊(duì)。

五、總結(jié)與思考

課程群的建設(shè)達(dá)到了課程體系層層深入、教育資源得以優(yōu)化、學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量得到提高的效果。課程群的建設(shè)取得了一定的效果，幫助學(xué)校組建了一支穩(wěn)定的課程教師隊(duì)伍，提升了中青年教師的教學(xué)能力。在網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)上，教師要提供更豐富的課內(nèi)學(xué)習(xí)資源和高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課。課程案例的進(jìn)一步研究是教師需要去解決的問(wèn)題，還需要教師繼續(xù)努力探索。