基于“实-理-实”模式的无机化学课程教学研究与实践——以应用化工技术专业无机化学为例

刘 勇

（眉山职业技术学院天府新能源新材料产业学院，四川眉山 620020）

1 概述

《无机化学》是我院应用化工技术专业的基础课程之一，它的功能是为后续有机化学、物理化学、分析化学、化工单元操作等课程提供必要的化学基础知识、基础技能、基础素养。当前，《无机化学》课程教学存在以下问题。

1）《无机化学》内容庞大、理论性强且难度大的知识系统，理论深度远超过学生的吸收水平，高职学生基础薄弱很不适应；课程理论教学时数一般在40~46学时，实验课一般在16学时，课程功能与教学时数的矛盾日益突出，课程标准和教学内容必须调整；

2）教材形式理实脱节较为严重，课程教学资源不多，课堂教学模式偏重知识，没有较好体现职业应用性，不能有效激活学习动力，课程教学模式需要改革；

3）新知识、新技术在教学内容的渗透太少，不能开阔学生视野，课程教学评价只着重结果评价，不重视过程评价，诸多的原因导致学生学习积极性不足，效果不佳。真正的知识应该在经验中，塞西尔说：一克经验抵得上一吨理论；实践是认识的源泉，教学应从学生实际、课程实践出发。获取知识的能力和养成工科的素养较之知识数量更为重要，提出“实践炼能力，过程获素养”的教育理念并实践“实-理-实”的课程教学模式，两年来，对应用化工技术专业无机化学课程目标、教学内容、教学模式、课程评价进行一系列的改革尝试，提高了课程的适应性、应用性、职业技术性。

2 “实-理-实”教学模式的内涵、依据

“实-理-实”教学模式的理论支撑是哲学的实践认识论，其本质就是从学生实际出发，按照科学技术的发展规律、人的认识规律培养学生。

第一个“实”是指引导性实践。泛指实验（生产）项目、相关的研究资料和文献线索、历史故事、化学困惑、工程实践中提取的案例等；教师的任务是设计能涵盖知识、锻炼能力和素养的实践活动；学生的任务是记录、描述现象或事实，提出困惑、准备汇报等；其目的激发学生对化学技术应用的求知欲，明确学习任务。

第二个“理”指理性的认识。泛指基于感性活动的联想、猜想、质疑等活动；教师的任务是设计从感性到理性的话题；学生的任务是对话题进行判断、推理、归纳、概括，这一教学环节的功能是组织驱动、激活思维、控制进程、生成知识和技术技能标准；其环节遵循教学的循序渐进、量力性的原则；其目的是学生从实践活动中得出概念、方法、原理。

第三个“实”指应用——回到实践中去。泛指生产应用性的实践活动，如：生产试验、应用设计、解决方案等；教师的任务是设计欲解决的实验或生产任务等；学生的任务是制定方案、准备汇报等；这一教学环节的功能是助学生迁移、飞跃，感受技术的价值，强化学习信心。该模式循环反复，促进学生的认知水平、认识方法、实践技能、工程技术应用能力由0到1、由低到高、由浅入深、螺旋上升。

3 “实-理-实”教学模式在无机化学教学改革的实践

3.1 以专业人才培养方案的要求为依据，修订课程教学标准，进一步明确课程“三基”目标。

根据后续课程的基础要求，重构原来的知识目标，进一步明确学生完成无机化学课程后应具备的基础能力和基础素养。

能力目标：

（1）学会运用文字、图表、符号、反应式和化学语言描述化学问题，并具有一定的数据处理和结果判断能力；

（2）能够运用基本热力学理论，判断并计算化学反应伴随的能量变化问题，能够运用基本动力学知识，初步判断生产和生活中的化学反应速度、化学平衡及其与影响因素之间的关系，并能进一步解释的能力；

（3）能够规范完成称量、溶解、加热、过滤、浓缩、结晶等基本实验操作；

（4）能初步判断常见化合物及其新物质的组成和结构特点，从而进一步理解其性质变化规律；

（5）能够较好地口头表达与书面表达、交流沟通、团队协作，有获取新知识的能力。

学科素养目标：

（1）养成严谨的学习态度，认真求实的工作作风；

（2）形成善于合作、勤于思考、勇于实践的科学精神；

（3）具备职业意识、安全意识、环保意识、质量意识；

（4）具有良好的心理素质，对民族振兴、社会进步有责任感和担当意识，有化工事业心；

（5）关注与化学有关的社会问题，逐步树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的观念。

课程目标细化为可操作、可衡量、有适应性和应用特点的指标点，引导学生有目的地学习；通过课程目标再逐条确定与之对应的教学内容，再确定所需的教学时数；重新修订后的课程标准明确体现“三基”（即基础理论、基础技能、基本素养）的要求，降低了理论难度，增强了能力和素养的诉求，无论是老师还是学生都十分清楚，自己所教或所学对达到课程目标的贡献，故而使老师教得明白、学生学得明白。

3.2 按照课程标准，抓住课程的“三基”，适时渗透“三新”（新知识、新技术、新方法），重构课程的教学内容。

根据课程标准，抓住课程的“三基”作为内容的主干，依托主干适时渗透“三新”，把无机化学课程重构为化学基础知识、物质结构基础、化学反应原理、元素化学、化学实验技能五大模块。对经典的无机化学教学内容进行删减优化，适当渗透化学前沿知识 技术。

（1）将当代无机化学前沿领域的技术研究成果结合到课程教学内容中。如：在绪言中介绍我国科学家在超导领域的研究成果，在新能源产业发展方面的成就；将金属有机化合物、碳纳米管、石墨烯、富勒烯等碳材料相关知识纳入到物质结构模块。

（2）引入一些化学史、化学重要发现的资料等，如：将合成氨的生产项目、合成氨的三次诺贝尔化学奖与化学平衡相结合；将燃料电池、锂电池、钠电池、钒电池，电解制氢、贮氢等新能源技术与电化学相结合，将超分子及超分子多功能材料等最新研究领域与分子结构教学相结合。

（3）将日常生活中与人类息息相关的一些无机化学知识引入到相应模块的教学当中，例如温室效应、眉山企业膜材料技术的应用结合到渗透压等教学中。课程内容重构之后，既避免教学内容的枯燥无味、空洞抽象，又拓宽了学生的视野，同时还能激发学生学习的兴趣和积极性，其意义重大。

3.3 按照“实-理-实”教学模式进行课程教学设计，打造能力素养课堂。

以图片、实验视频、演示实验、学生实验为载体，创设问题情景，设计一系列的教学活动，从实践经验体验中建构理论基础。

（1）如2022级化工1.2班化学基础知识模块中热力学术语、盖斯定律的教学，课前预习教学设计：

①观察锂电池放电、镁条燃烧、液氢火箭、光合作用等化学反应图片，描述化学反应中的能量转化；

②以H2+Cl2=2HCl反应为研究对象（体系），其他为环境，观看氢气与氯气在点燃或光照下的实验视频，描述实验中体系和环境的能量变化，查反应物和产物的键能数据，计算反应的热效应；

③查HCl的标准生成焓，比较两类数据，你有何结论？你是怎么理解的。

课中教学活动设计：组织学生逐一讨论①、②、③问题，要求画出点燃或光照下的状态变化图，自学找出描述状态的函数？通过数据比较，初步建立热力学的模型图，学生对给定模型描述状态函数、过程、途径、热力学能、焓等概念和热力学第一定律。阅读盖斯研究历程的资料，并根据教师给出实验数据计算反应的反应热。从书中表中查阅相关物质的生成焓，计算三个化工生产的标准焓变。

课后探讨设计：查热力学数据，计算石英砂和焦炭制硅的反应热，计算四氯化硅与氢气制纯度较高的硅的反应热，选择工业生产的条件。

学生从直观中感受、数据中找规律，学生学得主动、积极，思维会被彻底激活，更为关键的是这种教学模式既锻炼了能力，还熏陶了严谨的态度、勤于思考、勇于探究的精神。

（2）如2021级化工1.2班化学平衡的教学，课前预习教学设计：①阅读合成氨的历史故事、人工固氮的历程资料，观看炼铁工程师的烦恼视频，你的观点是什么？②回顾化学平衡的影响因素有哪些？每个因素的作用规律是什么？并画出状态变化图。

课中教学设计：①查阅世界合成氨工业当前生产氨的平衡含量是多少？根据给出的氨的平衡含量随T、P的变化关系图，你作为一个合成氨车间的CEO，你如何选择合成条件？你对提高氨的转化率有何措施？依据是什么？②查阅合成氨的三次诺贝尔奖的对象分别是谁？各有什么贡献？对提高氨的转化率，你今后选择怎样的研究的方向？为什么？

借经典案例创设情景，借生产实际问题催生严谨的态度、勤于思考、大胆探究的精神，是理论、能力、素养一举多得的教学模式。

（3）2021级化工1.2班原电池的教学，课前预习教学设计：①阅读科学史话伏打电池的发明，你的结论是什么？说出逻辑。②仿照伏打电池的构成，设计两个新的电池并实验验证，分别记录电流数据，你的结论是什么？

课中教学设计：①观看原电池的系列实验事实，归纳原电池的形成条件，并从微观上加以解释。②探究，查阅2021年我国在新能源电池的生产数据，为什么目前新能源动力电池主要是锂离子电池，选择锂的原因是什么？③为什么有专家说，钠离子电池今后会得到较广应用，它的依据是什么？更有专家说：三十年后，氢电池会是人类首选，这个判断是基于什么？说说你的观点。

借古说今可激发学生对科学技术的敬重之情、爱国情怀，实验设计可锻炼学生的实践能力。通过宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知活动，“三基”多维共赢。

（4）如2022级化工1.2班物质结构模块中元素周期表的教学，课前预习教学设计：①阅读元素周期表的发现史资料，说出112种元素汇成一张表的逻辑是什么？②画图，以原子序数为横坐标、以元素的有效核电荷、原子半径、电离能、电子亲和能、电负性、元素的氧化数等元素性质分别为纵坐标的曲线图，准确描述规律。

课中教学设计：①以第三周期为例，哪些性质体现了元素的金属或非金属活泼性。如何从结构上解释？②预测ⅠA族、ⅦA族元素性质的共性和差异，逻辑是什么？③根据价电子构型的特点，你把周期表分为几个区域？说出理由。枯燥抽象的内容设计为可识别、可作图、可猜想的活动，在判断、猜测、求证中达成“三基”。

（5）如2022级化工1.2班元素化学模块中S区元素及其化合物，课前预习教学设计：①查表阅读介绍：S区元素结构特点、元素通性；②阅读教材并归纳碱金属与碱土金属的单质和重要化合物的主要性质及应用。课中教学设计：①为什么在空气中燃烧碱金属所得的产物不同？②阅读碱金属溶于水的能量变化及标准电极电势图，回答锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势大，为什么 Li 与水反应没有其他金属与水的反应激烈？Li 的 Eq 值为什么最负？C.S区里，比锂、钠、氢元素活泼的元素很多，为什么它们成为当今新能源的重要材料？从自然界的存在、生产成本等方面比较。课后探讨教学设计：氢气是一种高能清洁能源；目前应用技术上存在的障碍是什么？预测锂、钠、氢三种新能源材料的应用前景并说出你的理由。

借元素化学内容渗透无机材料的“三新”教学模式既开阔学生的专业视野，达成“三基”拓展“三新”，又树立志向，一举多得。

3.4 遵循“实践炼能力，过程获素养”的教育理念，建立相应的教学评价体系

课程的考核重点在学习过程中的表现，重在考核学生的学习能力和基本素养，如课堂的发言、提问等占20%，实验技能包括实验项目操作的规范性、完成效果、实验报告占20%，作业和学习笔记等占20%，期末考试占40%。

4 “实-理-实”教学模式在课程教学实践中的体会

两年的研究与实践表明，“实-理-实”教学模式顺应了高职学生的学情，在引导学生自主学习方面，收到积极效果，对学生的基础理论、基本能力和基本素养的培养也得到多数学生的肯定；学生基础虽然薄弱，但对新知识、新技术的求知欲望远远超出想象，既意外又高兴，从另一个角度佐证“实-理-实”教学模式非常必要，“实践炼能力，过程获素养”这个路走对了，还需要不断丰富和完善。