索授式授课模式在大学化学课程中的教学尝试

2021-08-29郝素娥范瑞清姚忠平唐冬雁杨春晖韩喜江

大学化学 2021年7期

关键词：大学化学学时化学

郝素娥，范瑞清，姚忠平，唐冬雁，杨春晖，韩喜江

哈尔滨工业大学化工与化学学院，哈尔滨 150001

人才培养是高校的主要任务，而教学模式在高校人才培养中起到了至关重要的作用，各种创新型教学模式不断涌现[1]，我们根据社会发展对人才的需求和目前教学现状，提出了索授式授课模式，并在大学化学课程教学中进行了应用探索。

1 索授式授课模式的应用背景

1.1 理论上大学化学教学意义重大

化学曾被誉为是一门“中心科学”，是一门以实验为根本，研究客观物质的组成、结构、性质、及其变化规律的基础科学。化学不仅具有悠久的历史，在改变人类物质文明和精神文明、推动社会发展的过程中也起到了不可或缺的作用，而且对当今科学技术的发展、人类生活的进步也将会起到更加重要的作用。因此，在高校培养计划中设置大学化学课程是非常必要的。

化学是自然科学，但更关乎人的生存和发展。现代化学不仅是认识生命过程和进化的手段，也是人类生存和获得幸福生活的重要基础，化学和人的衣食住行密切相关，轻暖健康衣料的开发、一日三餐的合理搭配、装修新房中污染物的去除、汽车燃料燃烧效率的提高等，可以说每个人每一天都离不开化学，化学已成为提高人类生活质量和生存安全的有效保障。化学对农业、工业、国防等领域的发展也具有重要作用，高新材料、尖端武器、新能源汽车、环境治理等，都离不开化学的支撑。化学与物理学、生命科学、材料科学、环境科学、能源科学、信息科学，甚至社会科学等许多学科，都呈现出了相互协作、交叉、渗透和融合的新趋势。所以，无论什么专业的学生，从知识结构和素质培养的角度，学习化学知识都是必要的。

1.2 实际上大学化学教学难达预期

虽然化学知识的重要性不言而喻，虽然有很多专家、学者、企业家都强调基础知识数学、物理、化学在学生未来发展中的重要作用，例如华为创始人任正非2019年5月在华为总部接受中外媒体采访和在央视《面对面》节目中，就强调了基础教育的重要性，并提到“大国竞争关键是人才的竞争，不是砸多少钱就能解决问题，而是砸数学家、物理学家、化学家。基础教育对一个国家的发展来说至关重要。要踏踏实实在数学、物理、化学、神经学、脑科学等各方面努力去改变，我们才可能在这个世界上站起来”，但目前高校鉴于学时调整的压力，对非化学类专业学生化学课程的设置学时越来越少。20世纪90年代，一些高校大学化学课程的课堂讲课学时曾为90学时，到了21世纪都开始不断缩减，开始减少到60学时、46学时、42学时、32学时，甚至到了目前的24学时，而且一些学校还将化学课程由考试课改为了考查课。因此，学生对课程的重视程度也明显下降，即使教师在课堂上讲的津津有味，学生仍可能是置若罔闻。大学化学课程在目前学时少且不受重视的形势下，如何保证知识传授的有效性，成为一个巨大的挑战。

2 索授式授课模式的应用探索

在目前形势下，我们提出了索授式授课模式。“索”是学生在课前通过预习、思考、提出问题，“授”是教师将学生“索求”的知识在课堂上“传授”给学生，就是教师在课堂上据“索”而“授”。学生对自己提出问题的解答从心理学角度有很强的期盼，因此教学效果必将事半功倍。以大学化学课程第一章化学反应热为例，对索授式授课模式的实施过程以及与传统授课模式的效果对比进行了分析，如图1所示。

图1 索授式授课模式的实施过程和效果图

索授式授课模式的实施包括知识预留、学生预习、提出问题、教师讲授、课堂讨论等过程。第一章化学反应热大纲要求课堂讲授2学时。传统授课模式中多数教师反映课堂上只讲授相关概念和原理，学时已比较紧张，没有在课堂上进行知识扩展和深化的时间。而索授式模式的实施，化学反应热通过2学时的课堂教学，不仅使学生对基本概念和原理的理解更深入、掌握更扎实，而且提高了学生对反应热理论本质的认知，形成了知识的融会贯通，并进一步了解了反应热在日常生活和科技发展中的重要应用。比如每天“吃什么，吃多少，怎么吃”更科学合理；从化学热力学和化学动力学角度如何设计超高含能材料。期末考试结果也表明，实施索授式授课班级学生的期末考试成绩显著提高，平均分、最高分、高分学生比例均明显高于平行班。

索授式授课模式(demand-based Teaching)，与目前国内外一些学校实施的基于问题的学习模式(problem-based learning)以及翻转课堂等有所不同，索授式授课模式是在课堂授课学时紧缩的现实下，针对大一学生自主学习能力比较差，还没有掌握大学的学习方法，为了培养学生自主获取知识的能力，吸引学生学到有效知识而建立的。在课堂上我们更强调和注重教师的讲授，主要是教师进行“授”；而学生“索”的过程主要是在教师的有效引导下在课前完成。教师通过学生“索求”的问题，能够清晰地了解每位同学的知识基础和学习状况，教师就可以在课堂上有的放矢地进行教学内容的讲授。索授式授课模式有利于与高中化学教学的衔接，既能在学时紧缩的前提下保证大学化学课程教学体系，又能提高学生学习兴趣，吸引学生课堂注意力，达到好的教学效果，同时又有助于培养学生的探索精神和创新意识。

2020年世界范围内新冠病毒大流行，学生不得不在家上网课，教师对学生的听课效果、教学内容掌握情况更是难以把握，因此索授式授课模式更凸显了其应用效果。通过索授式授课模式能够清晰准确地掌握每个学生的学习动态，及时了解学生所需所求，保证了在疫情期间的教学效果。2020年学生评教结果与往年的对比分析如图2所示。从图2可以看出，实施索授式授课模式后，学生调查中“吸引学生”“启发创新”“设计合理”“学习兴趣”“学习成效”等项目都得到了显著提升。

图2 2017–2020大学化学课程学生评教对比图

2.1 激发了学生学习的主动性

从图2可以看出，在2020年春季，虽然是网课，学生对课程吸引学生的评分达到94.9，高于2017年的90.8，2018年的92.2，2019年的93.8；学生对课程学习兴趣的评分达到94.5，高于2017年的89.2，2018年的93.0，2019年的93.60；学生对课程学习投入的评分达到95.5，高于2017年的90.6，2018年的93.4，2019年的93.8。说明通过索授式授课模式，激发了学生学习的积极主动性，提高了学生的参与度。学生在课前可以广泛涉猎、自由联想和独立思考，形成自我的观点和需求，并经过课堂教学评价自己的观点，对于知识的掌握不再是被动地接收，而是更加深刻的理解和认知。在哈尔滨工业大学基础学部组织学生进行的学生对授课教师的匿名评价中，学生反馈“老师传授知识有方法有针对性”，“老师授课对我有很大帮助，能及时纠正学生错误”，“上课保持同学们的参与度，根据问题讲解很仔细，收获良多”，“老师上课真的非常生动，收获很多”。

2.2 提高了知识掌握的有效率

目前网络发展，知识爆炸，信息井喷，而课堂授课学时又在减少，因此传统课堂教学模式难以满足学生真正渴求知识的欲望。而索授式授课模式，首先以学生问题为主要目标进行解惑，教师根据学生的问题，通过教授，实现学生对基本概念、基本原理的深入理解，把学生从“不听不学”的状态，带动到“肯听肯学”的状态。然后在教师的引导下，进行师生互动，对教学重点、教学难点进行深入讨论，进一步对基本概念、基本原理的延伸、拓展和应用进行探讨，并不断引导学生提出深层次、创新性的问题，将学生引导到“会听会学”的状态。受传统教学模式的影响，学生开始不习惯提问题，或者说提不出问题；而后能够提出一些基础性的问题，比如“焓变和反应系数的关系”“标准平衡常数、浓度平衡常数、压力平衡常数的区别”“能发生的反应就都是自发反应吗？什么样的反应可以发生但理论上却不是自发的”等，随着课程的进行，学生逐渐在基础问题讨论的基础上，深入到研究探讨一些前沿性有争议的问题，从封闭系统扩展到敞开系统，从经典热力学提升到不可逆反应、非平衡态的前沿热力学领域，对量子纠缠、化学键的本质、高熵合金等也进行了积极探索和深入讨论。索授式授课模式把传统课堂教学中教师单向传授知识的继承性学习，推动到激发学生探究欲的自主性学习、创新性学习。从图2学生评教结果反馈，可以看到在2020年春季疫情网课期间，学生对课程学习成效的评分达到95.7，远高于2017、2018、2019年的分数。可见，索授式授课模式不仅能充分调动学生的积极性和主动性，也更发挥了教师的主导和关键作用，即使在疫情形势下，也保证并提高了课堂知识传授的有效率和深入度，学生反馈“课程有趣，收获很多知识”“真正学到了知识，收获大”“对大学化学知识有了扩展”“知识扩展覆盖很多，收获大”。

2.3 实现了学习能力的培养

索授式授课模式是一种新的教学尝试，与目前实施的一些教学模式有所不同，例如，基于问题(problem-based learning)的学习模式[2]，是学生根据教师提出的问题进行学习，还是教师设计问题，虽然一定程度上能提高学生的学习兴趣，但难以真正激发学生的创造性思维，学生仍然处于“被问题驱使”的被动状态下。而索授式授课模式是教师根据学生提出的问题进行讲授，将学生真正置于积极“驱使问题”的主动状态下，更有利于改变学生长期以来形成的被动学习的习惯，培养了学生的创造性思维，提高了学生终身获取知识的能力。从图2学生评教结果反馈，我们可以看到2020年春季，学生对课程启发创新和知识前沿的评分都达到94.7，也高于2017、2018、2019年的分数。对实施索授式授课模式的材料学院和建筑学院学生的调查问卷也显示，85%的同学认为“索授式授课模式在高校课堂有可行性”，92%的同学认为“索授式授课模式对提高课堂教学效果，培养学生探索精神有帮助”，100%的同学认为“索授式授课模式与传统教学方法比较能激发学习兴趣，能激发课堂学习欲望和课后探索精神”。一些学生在课程结束后，还不断和老师进行交流探索，并进行实践活动。在后续学期开设的化学领域的创新研修课“稀土改性导电陶瓷材料”中，上过大学化学课程的非化学专业的学生比例达到了50%。在2020年秋季化工学院举办的第八届“聚合杯”化学实验技能竞赛中，所授课的非化学专业的大一学生有1组获得了二等奖，2组获得了三等奖，占全校获奖学生比例的16%。

3 索授式授课模式的应用意义

索授式授课模式的应用对于激发学生学习的主动性、提高学生知识掌握的有效率、培养学生的学习能力等方面起到了积极有效的作用，通过实践，我们从理论上总结出了索授式授课模式的应用意义。

3.1 从生理学角度，有助于学生大脑发育和思维形成

索授式教学过程，不是简单接受–记忆思维模式而是通过学生的思索–认知–再思索过程，来发展大脑的抽象能力和理性能力，帮助学生在自己头脑中建立起专业认知模型，并培养其模型创构能力，通过不断检验自己头脑中认知模型表征的准确性、逻辑的合理性、推论的真实性和可靠性等来培养批判性思维能力[3]。与以往的灌输式相比，索授式教学过程更能促进学生通过学习和思考而建立认知模型，帮助学生形成整体性和专业性的思维模式。

3.2 从心理学角度，能激发学生自我提高的内驱力

索授式授课模式，能根据学生的“学习需要”满足其“学习期待”，并进一步激发学生“自我提高的内驱力”[4]。通过索授式授课模式，能够满足学生自我价值实现的需要，使学生个人潜能和人格得到充分发展。教师也可以通过学生所提的问题，洞察学生的真实学习状况，因材施教，既考虑学习基础好、学习能力强的学生，同时也不能放弃基础薄弱、学习能力差的学生，既可以发挥强者的优势，同时也保护了弱者的受教权力和心理需求，并激发他们的求知欲望和学习潜能，使强者更强，而弱者不再弱。索授式更能体现学习者的主观能动性，能有效督促学生靠他们自己的努力来取得成效，是人本主义心理学理论在教育学领域的探索，体现了心理学原理在教育领域的应用。

3.3 从哲学角度，有助于通过内外因的相互作用而获得教学实效

索授式授课模式在强调学生主动性的同时，更注重发挥教师的讲授作用，有助于通过内外因的相互作用而获得教学实效。辩证唯物主义原理为索授式授课模式提供了哲学依据。在教学过程中，学生是内因，教师和教学方法是外因，虽说内因是关键，但在目前形势下，只靠学生的内因作用，难以取得教学实效。索授式授课模式更注重内外因的协同作用，根据我国目前高校课堂的现状，必须强调“外因是事物发展变化的不可缺少的条件”，需要通过教师的外因对事物的发展发挥重大作用。索授式授课模式也是以注重学生的起点、促进学生的自主性为前提，进行高等教育课堂教学模式的构建，在调动学生内在学习积极性、激发内因创造力的基础上，进一步通过课堂教师的解惑式授课过程，通过外因进一步刺激和强化内因发挥更有效的作用，使学生在不断质疑、接受、反思的过程中，实现高等教育对学生知识体系、创新思维和综合运用能力的培养。

3.4 从教育学角度，有益于学生身心的健康发展

教育学理论强调教学活动必须从受教育者的实际情况出发，有益于受教育者身心的健康发展[5]。爱因斯坦也曾说过“提出一个问题比解决一个问题更重要”，创新始于惊异和追问。索授式授课模式也是基于教育学的基本规律而实现教书育人，既强调学生提出问题的主体地位，也不忽视教师在教学过程中解决问题的关键作用。以从学生的需要出发为原则，通过教师与学生面对面的解惑和交流，影响学生的深度学习和知识内化的效果，有益于真正发挥教育者的作用和实现高等教育的育人目标。

3.5 从社会学角度，有助于学生学会沟通和创造

真正的教育应该是培养能力而不仅仅是知道事实或在考试时获取高分。教育意味着一个人能够将获取到的知识转化成外在应用。索授式授课模式不简单以学生获取知识为目标，是在保证学生知识体系构建的基础上，实现对学生思维方式、创新素质和综合能力的培养，使学生在获取知识过程中超越自我，获取智慧，更学会沟通和创造，以适应未来发展需求。