创新拓展班“大学化学”自适应拓展教学的探索

楚增勇，李效东，李义和，王孝杰，王春华

(国防科学技术大学 理学院，湖南 长沙 410073)

创新拓展班“大学化学”自适应拓展教学的探索

楚增勇，李效东，李义和，王孝杰，王春华

(国防科学技术大学 理学院，湖南 长沙 410073)

拔尖创新人才是指具有厚实的专业基础、宽广的国际视野和超强的实践动手能力的厚博精深型人才。针对国防科学技术大学钱学森创新拓展班学员深厚的知识功底与强化拓展培养的需求，借鉴自适应教学这种典型的因材施教、以学习者为中心的教学活动，在“大学化学”教学过程中进行了教学内容、学习内容、考试内容等自适应拓展教学的探索。

钱学森创新拓展班；拔尖创新人才；自适应教学；拓展教学

拔尖创新人才是科学、技术、管理等领域中的杰出者，一般来说，他们都具有合理的知识结构、能力结构和良好的个性品质和素质特征。具体而言，拔尖创新人才主要指具有厚实的专业基础、宽广的国际视野和超强的实践动手能力的厚博精深型人才。拔尖创新人才的培养需要更新教育理念，改革人才培养体制，创新人才培养模式，注重学思结合、知行统一、因材施教，推进大中小学有机衔接，紧密结合教学科研实践，稳步推进拔尖创新人才培养模式改革[1-3]。

“钱学森创新拓展班”是国防科学技术大学培养拔尖创新人才的重要渠道，是建立拔尖创新人才培养机制的重要举措[4]。我校每年在全校新生中通过数学、英语等科目的考试选拔30人左右组成钱学森班，实行全程导师制培养，制定个性化培养方案，并对学员的学习生活进行全方位精细化管理。钱学森班的培养目标是创新实践能力突出、国际视野宽广、具备国防科技领军人物潜质的拔尖创新人才[4]。

自适应教学是因材施教的典型模式，就是根据学习者个性化的学习特征，满足学习者自身发展的要求，以学习者为中心的教学活动。自适应教学的构成要素包括教学目标的自适应、教学内容的自适应和教学方法的自适应，关键环节包括学习诊断、教学内容的动态组织、教学模式的选择[5]。

针对钱学森创新拓展班学员深厚的知识功底与强化拓展培养的需求，我们充分考虑到自适应教学中教学行为的个性化与学习行为的个人化特征，尽可能提供满足学习者个性需求的教学内容和教学方式，进行了如下“拓展”式自适应教学的尝试。

1 教学内容自适应“拓展”

大学化学主要介绍化学基本原理和化学技能，一方面，要求学员在有限的学时数条件下掌握精通的专业知识；另一方面，要求学员有更宽广的知识面，以适应学科融合、交叉和渗透背景下对复合型技术人才的需要。

开展自适应教学与拓展教学，必须明晰高中化学与大学化学知识点的衔接[6]，即了解学员在高中掌握了哪些知识点，大学化学中哪些知识点对于他们整体或个人是全新的。丁伟等人2014年对此进行了细致而深入的对比分析[7]。现行高中课程是2003年教育部推行的新课程改革，包括《普通高中课程方案》以及各学科高中课程标准，规定了新课程的设置范围，目前新课程已实行了十余年。现行全国高中化学课程分为必修和选修两大部分。

对于文科学生和高考不考化学科目的理科学生，通常只学习必修内容。高中化学必修内容主要涉及物质的量等定量内容，8个代表性的元素，元素周期律，电解质、氧化还原反应、化学平衡和化学反应速率等化学原理，简单的原子结构，有机化学简单基础等。必修内容是全体高中学生都要学习的，它为全体学生打下了化学学科的共同基础，但如果学生仅学了这些必修内容，面对大学化学的教学是不够的。

对于理科学生，如果选择化学作为高考科目或者选择理科综合考试，则这些学生会在高中化学必修课程学完之后继续选择学习指定选修模块“化学反应原理”，选择学习选修模块“有机化学基础”或“物质结构和物质”等。目前，各省市目前高考的化学必考范围是《化学1》、《化学2》和《化学反应原理》中的内容，此外，高考化学试卷中还有一部分试题属于选修内容。这样，参加化学学科高考或者理综考试的高中学生，具备了化学必修内容的知识和选修化学内容的部分知识，这些知识是大学化学继续学习的最基本基础。

总之，对于只是学习了高中化学必修内容的文科学生和高考不考化学科目的理科学生而言，他们只具有化学知识的最基本知识框架；对于选择化学作为高考科目或者选择理科综合考试的理科生，他们基本具有能够支撑大学化学的主干知识框架[7]。然而，即使对于后者，由于各省考试内容和学生选修内容的不同，也会造成学生在物质结构和有机化学内容上的知识基础差异显著。

因此，即使是综合成绩突出的钱学森班学员，由于学员化学知识背景不同，起点不同，造成学习起来难度也不一样。因此，在钱学森班课程开课前，我们需要先进行一轮初步调研或评估，了解学员知识背景，再根据大学化学教学大纲进行自适应性重点教学，即要注重知识点的衔接过渡，又要考虑新内容的重点传授与知识拓展。

比如，高中阶段“有机化学基础”是选择学习选修模块，大部分学员有机化学基础较弱，而在钱学森班“大学化学”大纲中特意增加了有机化学、高分子化学、生物化学有机相关的拓展学习内容，这部分内容在教学时需要尽可能深入浅出，形象生动。

另外，我们发现，“物质结构和物质”虽然也是选择学习选修模块，但由于学员通过大学物理的学习能够较好理解量子现象及其能级跃迁问题，能够很好的理解原子分子结构，也能够很好地理解原子核相关的核化学的内容，接受起来并不困难。倒是无所不在的分子间的相互作用力，从分子的角度看世界万象，让学员们觉得新新鲜，兴趣盎然，讨论踊跃。

同样，在化学原理部分，化学热力学揭示了化学反应发生的本质及其驱动力，化学动力学揭示了化学反应速度调控理论，这些与物理、数学结合较紧密的问题，对于数理基础较好的钱学森班学员而言，接受起来也不困难。需要拓展的则是应让学员们理论紧密结合实践，强化分析问题解决问题的能力。

2 学习内容自适应“拓展”

教材是供教学用的资料，教材的定义有广义和狭义之分。狭义的教材即教科书，教科书是一个课程的核心教学材料。广义的教材指课堂上和课堂外教师和学生使用的所有教学材料，包括教师自己编写或设计的材料、计算机网络上使用的学习材料等。广义的教材不一定是装订成册或正式出版的书本。凡是有利于学习者增长知识或发展技能的材料都可称之为教材。

目前钱学森班使用的大学化学教科书编译自新西兰Blackman等人的南美畅销教材Chemistry，从中式教学习惯的狭义的教科书来看，这样一本编译的教材语句不够精练，部头较重，携带不够方便。但这本教材较好地体现了西方教材的理念，具有较强的趣味性和可阅读性，是一本非常好的教学参考资料。

其实，很多国外一流大学在教学过程中并不指定教科书，也并不强调教科书。记得牛津大学有个故事，说一位教授向学生推荐一本教材，学生问老师考试内容是否出自该教材，教授回复说除了这本教材之外都考，唯独这本教材不考！这就是开放式的学习，并不拘泥于某一本教材。

因此，在教学中，我们在某种程度上淡化教科书的概念，向学员强调只要有利掌握学习内容都可以作为学习资料，都可以作为教材。事实上，一名学员不一定懂得所有知识，但一定要懂得文献检索，以及通过文献检索获得问题解答的方法，这是必须具备的基本功。收集资料的途径有很多种，查询教科书，上网搜索，去图书管查阅书刊报纸，拜访有关人士等。资料的形式包括文字、图片、数据以及音像资料等。对获得的资料要进行整理和分析，从中寻找答案和探究线索。另外，淡化教科书后带来的挑战可能就是没有标准答案，或者答案不唯一，甚至遇到错误答案。这就要求学员们有自己的主观思考，主动探索后给出自己的观点。

魏源在《默觚·学篇七》曾指出，“学问之道，其得之不难者，失之必易，唯艰难以得之者，斯能兢业以守之。”通过探究过程获得的知识才能理解到位，记忆深刻，也有利于创新思维，获得思维方式的锻炼[8]。在实施过程中，可以提出许多有趣的问题，让学员带着问题去思索，获得自己的认识与理解。

比如化学能在军事中的应用，即炸药等含能材料的问题。最近南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界首个全氮阴离子盐，是全氮类物质研究领域的一个历史性突破，为全氮阴离子高能化合物的制备奠定了坚实基础。化学能来自何处？为什么旧键断裂与新键生成会释放能量？如何制备高能炸药？事实上，金属铝与聚四氟乙烯的氧化还原反应就可以释放出TNT四倍的能量，可以用作装甲破片。

再比如声音灭火问题。火焰是典型的化学反应场所，致力于开发古怪科技产品的美国军方组织DARPA正在开展声音灭火的项目研究工作，对着火海一阵“河东狮吼”或许就能将火熄灭。研究人员Matthew Goodman 说“这并不是一个新技术，实际上早在1900年，德国物理学家Heinrich Rubens 就有所尝试，通过旋转在天然气管道中的扬声器，可以控制火焰的高度。”那么，火焰的本质是什么？为什么声音能够灭火呢？这就是当今多学科交叉的一个问题，也是多学科融合的典型问题。由于实验还处于研究过程中，我们鼓励学生大胆提出自己的设想，自圆其说，鼓励学生去实现或验证自己的假说。

3 考试内容自适应“拓展”

考试是一种严格的知识水平鉴定方法，是对教学成果的检验，对学生而言，在某种程度上也是学习方向的指挥棒。为在最后考试环节考核学员主动思考问题、自我解决问题的能力，针对班钱学森班学员的知识结构与能力特点，我们在考试试卷中增大了讨论题的比例，达到45%，强调理解与拓展式回答问题。

有时我们会针对正在研究中的科学问题，设置一些没有唯一标准答案的讨论题，鼓励学员提出新的各种假说，自圆其说地回答问题：“人们发现壁虎能够在一块垂直竖立的抛光玻璃表面以每秒一米的速度向上高速攀爬，而且‘只靠一个指头’就能够把整个身体稳当地悬挂在墙上。请问壁虎指头与抛光玻璃表面之间的作用力从分子层次上看有哪些类型？调控什么因素可以实现快速地加力又快速化解掉呢？壁虎每只脚上都有数百万根细毛，请发挥想象力，写出你心目中的作用原理？”要求学员要从化学的角度、从分子的角度提出合情合理的解答。首先，学员们大都能够分析分子间作用力的各种类型(诱导力、色散力、取向力、氢键)，分析分子间作用力的相对大小。同时，这道拓展题也给学员提供发挥想象的空间，在阅卷过程中确实发现了不少闪光点。比如有的学员提出生物电机制，认为生物电会强化分子的极性，增加细毛尖端与玻璃表面的分子间作用力；有的学员提出分泌液机制，提高分子间作用力和界面摩擦力；几乎所有学员都能认识到分子间距离是影响分子间作用力的重要调控因素，对分子间作用力积少成多的巨大威力感到震撼。

本题既考核了分子间作用力的知识点，又大大启迪了学生的思维，也为实际问题提出了新的假说，得到综合能力的锻炼。

4 结束语

“钱学森创新拓展班”是拔尖创新人才的实验班，创新、拓展是实验班最基本的两个特征。针对学员不同个性因材施教、自适应地进行拓展式教学，是稳步推进拔尖创新人才培养模式改革的应有之意。我们重点从教学内容、学习内容、考试内容等方面进行了一些拓展探索，提供了拔尖创新人才培养模式改革的部分思考与借鉴，将在今后实践中不断完善。

[1] 郝嘉利, 康永征. 高校拔尖创新人才培养模式探讨[J]. 山西高等学校社会科学学报, 2012, 24(4):102-103.

[2] 楚增勇, 欧 璇. 从牛津大学的本科生导师制看我国高校拔尖创新人才的培养问题[J]. 高等教育研究学报, 2012, 35(3): 33-35.

[3] 苏成民, 刘晓才. 指挥人才创新拓展培养的思考[J]. 高等教育研究学报, 2013, 36(1): 39-41.

[4] 贾红辉, 耿美华. 拔尖人才科研实践能力培养探索—以学校“钱学森创新拓展班”为例[J]. 高等教育研究学报, 2013, 36(增刊): 12-14.

[5] 曹 伟. 网络教学系统中自适应学习机制的研究与实现[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2006.

[6] 谢九生, 钟 华. 浅谈大学化学教学与中学化学教学的衔接[J]. 江西化工, 2009(2): 42-44.

[7] 丁 伟, 陆 靖. 高中化学与大学化学知识衔接的研究[J]. 大学化学, 2014, 29(1): 11-21.

[8] 楚增勇, 李公义, 李效东. 借助专题研讨课激发学生的化学思维与创新思维[J]. 高等教育研究学报, 2013, 36(2): 116-118.

(本文文献格式：楚增勇，李效东，李义和，等.创新拓展班“大学化学”自适应拓展教学的探索[J].山东化工,2017,46(7):179-180,182.)

Adaptive Teaching Exploration of University Chemistry for Innovation Development Class

ChuZengyong,LiXiaodong,LiYihe,WangXiaojie,WangChunhua

(College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073,China)

Top creative talents are those with solid professional foundation, broad international vision, and strong practice ability. Qian Class in National University of Defense Technology is such a class devoted on the top creative talents with profound knowledge and development training. In the teaching course of University Chemistry, we explored some approaches regarding adaptive teaching, learning and exams.

innovation development class; top creative talent; adaptive teaching; development teaching

2017-02-21

国防科学技术大学“十二五”本科教育教学研究课题(U2012108)

楚增勇(1974—)，男，山东聊城人，研究员，博士，从事分子科学研究工作。

G642

B

1008-021X(2017)07-0179-02