首要教学原理视阈下《结构化学》课程改革探索

李文佐，刘绍丽

(烟台大学 化学化工学院，山东 烟台 264005)

2002年，美国教育技术与设计理论家、教育心理学家梅瑞尔(M. D. Merrill)[1]首次提出首要教学原理(First Principles of Instruction)，又称“五星教学模式”。梅瑞尔认为，优秀的教学应以最终促进学习者学习为目的，因此教学必须致力于(参见图1[2])：(1)聚焦问题，即学习者必须介入解决实际的生活问题或研究问题；(2)激活旧知识，即唤起学习者已有知识并将其作为新知识的基础；(3)示证新知识，即在学习过程中将新知识恰如其分的展示给学习者；(4)应用新知识，即学习者学会应用所学的新知识来促进自己学习；(5)融会贯通，即学习者将所学新知识与自己的生活或研究融于一体，应用自如，从而达到最终实现学习目的。

图1 首要教学原理

图2 波纹状教学设计模式

首要教学原理更加关注教学实施的程序问题。为了阐明如何使课堂教学更加合理，2007年，梅瑞尔[3]又提出了“波纹状教学设计模式”，展示了课程编制流程的8个环节(参见图2[4])：(1)聚焦问题，即根据课程内容制定具体的教学任务和教学目标，保证学生在教学结束时能完成任务并达到目标；(2)任务排序，即确定教学任务的先后顺序；(3)内容分析，即对教学任务中的知识成分进行分析，并确定采取哪些教学环节促使学生掌握相应知识；(4)策略适配，即确定教学总体策略和每一项具体任务具体知识章节对应的教学策略；(5)界面设计，即确定教学展示手段和必要的资源，如视频、文本、图像、模型等；(6)产品制作，即制作教学过程应用的多媒体课件、讲义、ppt等；(7)教师指导，转变角色，鼓励学生在教师指导下积极完成学习任务，体现学生学习主体性；(8)评估评价，综合运用多种过程性评价和终结性评价对教学环节和学生学习效果进行评估。

结构化学是化学专业学生的专业必修课程，它是在原子、分子水平上研究物质的性质与其结构(包括空间结构和电子结构)的关系的科学，结构化学以量子力学为基础，从微观结构研究物质的性质，因此结构化学课程理论性较强、内容抽象，要求学生具有较高的逻辑思维能力和较好的数学物理基础。在传统的结构化学教学中，以课堂教学为主，教学方式单一，学生处于被动接受的状态，学生学习起来普遍感觉课程难度大，不好掌握，教学效果一般。此外，由于结构化学课程理论性强，学生在本科期间接触到的化学研究性问题应用到结构化学的知识较少，学生普遍认为这门课与将来从事的工作关系不大，因此学生一般不喜欢该门课程。同时，同学们也普遍反映这门课的评价方式单一，主要以笔试为主，考试主要考查“要求背过的知识”，运用理论知识分析问题解决问题的题型严重不足。

针对上述这些问题，我们在结构化学教学过程中，以首要教学原理为指导，积极进行教学探索，从五个方面对结构化学教学进行论述和设计，具体包括：(1)教学的前端分析，即学生特征分析及结构化学课程教学目标阐述；(2)结构化学教学的五星教学模式；(3)根据教学目标进行结构化学课程教学内容分析；(4)结构化学课程教学实践探索，即对教学手段教学策略的改革探索；(5)改革测试与评估手段。

1 教学前端分析

学习结构化学课程的对象是大三本科生，他们已经学习了无机化学、分析化学、有机化学、物理化学等基础知识，具备了一定的化学知识储备和一定的科学素养，同时通过多年的不间断学习，也积累并具备了一定的逻辑思维能力、空间想象能力和假设演绎推演能力，对新知识具备较强的好奇心和较强的接受能力。基于此，结构化学的课程的教学目标旨在满足学生知识需求，培养学生创造性分析问题和解决问题的能力，教学过程中应注重提高学生的理论应用能力和研究探索能力。

2 结构化学教学的五星教学模式

为达成上述教学目标，我们在结构化学教学中积极遵循五星教学模式：(1)结构化学教学内容必须在围绕和联系实际问题中加以呈现；(2)教学过程中首先唤起同学们对已学四大化学的相关知识；(3)教学过程中不仅仅进行理论阐述，而是结合实际例子进行讲解；(4)不断强化练习，使同学们不断应用新学的结构化学知识；(5)积极鼓励同学们把所学结构化学知识应用到实践中，比如指导同学们更好的学习同步开设的仪器分析课程相关内容。

3 结构化学课程教学内容分析

结构化学课程内容多、涉及面广、理论性强，由于课时所限(48学时)，不可能在课堂教学中面面俱到。在首要教学原理指导下，对课程内容进行了调整。首先，根据主要教学内容确定一个逻辑主线：即使得学生在掌握量子力学基础知识的基础上，能够应用处理化学体系。通过系统讲解量子力学发展简史和量子力学基础知识，确定理论基础，在这一基础上，对原子(从单电子原子到多电子原子)、分子(从双原子分子到多原子分子)、配合物等体系进行处理，通过求解薛定谔方程来确定波函数进而求解这些体系所有可能的性质。其次，在处理每一部分体系时确定一种实验手段，讲解实验原理，使同学们能够意识到结构化学知识与化学实验紧密相连，同时体现结构化学知识的重要性。在上述思想指导下，我们对教学内容进行了合理取舍：首先学习量子力学基础知识，在此基础上学习原子的结构和性质、双原子分子的结构和性质、多原子分子的结构和性质、配合物的结构和性质。其中穿插学习分子对称性相关知识(群论初步知识)，这部分内容是为合理简化求解多原子分子的薛定谔方程的数学工具。最后学习晶体学基础知识。

4 结构化学课程教学设计和策略

在上述教学内容教学任务分析的基础上，每个章节进行单个任务设计，在教学设计时，首先注意激活旧知识，即引导学生回忆所学的四大化学相关知识，展示上一节课的内容，如在讲解原子的结构与性质这一章时，首先回忆学生之前在大学物理和无机化学等科目中学习到的原子的结构，并对上一章量子力学基础知识进行回顾，这样旧的知识被激活，学生学习起来更加容易接受。其次示证新知识，在每一章节对新知识进行系统讲解，满足学生的求知欲。比如分子对称性部分，讲到群的定义，让学生们认识到群不是一个简单多个元素的集合，而是满足了特定条件的多个元素的集合。再次应用新知识，比如讲完量子力学基础知识后，用来处理一维箱中粒子并结合花菁染料的电子光谱，这样可以使得同学们加深对理论知识的理解。第四融会贯通，在每个章节结束后可以布置一些主体作业，尤其是研究性任务，让同学们积极查阅和收集资料，激发学生学习兴趣，还可以在课堂上汇报研究结果，进而调动同学们主动学习的积极性。

在教学策略方面，注重理论与实践相结合。课堂上教师不是照本宣科，而是做一个引导者，以学生为主体进行学习。引导学生构建新的逻辑思维能力和思维方法，尤其是对微观世界的粒子的认知。在教学过程中，教师积极和学生互动，充分调动学生的积极性和参与性，注重用启发式、讨论式等方法进行讲述和沟通。布置课外作业时，注重增加实践性、探索性、研究性内容。同时，上课时注重应用现代教育技术，用好互联网，给学生推荐国内外有关结构化学学习的网站；用好有关计算程序、动画程序和手机客户端等，积极调动学生的学习主动性。此外，在某些内容难度不太大的章节，尝试翻转课堂模式，让学生在积极准备的前提下汇报和讲述相关内容等。

5 改革测试与评估手段

运用过程性评价和终结性评价相结合的方式形成综合评价。过程性评价包括学生出勤、课堂表现(包含随堂测验、回答问题、课堂参与等)、完成每个章节有关知识点任务的情况、课后作业、期中考试、学习同伴(同学)评价、教师评价等等，终结性评价主要是期末闭卷测试。过程性评价的比重加大到30-50%。此外，教师还根据学生的反馈随时修正自己的课堂设计和策略，以期不断改善教学过程，提高教学效果。

通过上述这些改革措施，使得同学们对结构化学课程有了更全面的认识，不再存在畏难情绪，大部分同学反馈说课程内容是有用的，在学习过程中有很强的获得感。教学开展较之以前更加顺畅。当然，教学改革永远在路上，随着互联网的发展学生获得新知识的手段和途径越来越多，对课堂教学的挑战也越来越大，我们将继续发扬以学生为中心的理念，扎扎实实做好教学各项工作。