“一中心、双融合、三维度”应用化学基础课程教学改革研究与实践*

张小丽

(吉林工业职业技术学院 化学工程学院，吉林 吉林 132013)

“应用化学基础”是高职应用化工技术专业的专业基础课程，课程以初高中化学为基础，为后续的化工原理、化工生产工艺等专业课程服务，课程内容是初高中化学课程理论体系和实验体系的延伸。近几年来，课程组不断学习新的职业教育理论，不断探索教育教学改革，将原有的“基础化学”和“化学实验技术”课程有机整合，重构为以实验为引领的“应用化学基础”课程，取得了较好的教学效果。但是，面对生源多样、理论基础薄弱、动手能力不足等突出问题，凸显了个性化、分层次培养的迫切需求。课程组在“省精品课程+省优秀教学团队+省级示范性实训基地+国家石油化工虚拟仿真实训基地”建设的基础上，不断探索以学生为中心的分层次教学改革。

1 “应用化学基础”课程建设沿革

课程团队紧跟职业教育教学的改革步伐，不断探索教学改革的新模式，课程建设取得了系列化成果。课程先后被评为“吉林省优秀课程”“吉林省精品课程”和“吉林省精品在线开放课程”，课程团队也被评为吉林省优秀教学团队，团队成员是国家级“应用化工技术”专业教师教学创新团队的主要成员。

2 “应用化学基础”课程教学改革举措

2.1 “岗赛课”融通，重构模块化教学内容

该课程主要服务于我校应用化工技术专业，按着专业“一岗精、多岗通”的人才培养目标。结合吉林省区域石油化工类企业对专业人才培养的实际需求，确定该专业主要的工作岗位为化工生产现场操作，辅助岗位为化工工艺管理、化工生产中控操作和化工产品质量检验。课程组与合作企业(中国石油吉林石化有限公司培训部主要成员和吉化化肥厂技术骨干)组成课程改革研究团队，将企业对岗位的需求，按着教育教学规律重新凝练，形成了企业对从业人员在知识、技能、素质方面的具体要求，结合人才培养目标，确定了该课程三维的学习目标。依据三维教学目标，解构原有课程体系，重构了以学生为中心、以技能为主线、以实验为载体的模块化课程体系，将教学内容优化为五大模块、十九个教学项目、三十七个教学任务[1]。将岗位需求离散化，通过培养矩阵，融入到具体课程模块中，如表1所示。

表1 教学模块与岗位核心能力对应矩阵

2.2 “课赛”融通，优化教学项目和考核标准

与本课程直接相关的2个国家级竞赛项目，分别是教育部主办的全国职业院校技能竞赛化学实验技术赛项和人力资源与社会保障部主办的化学实验室技术赛项。间接相关的赛项包括教育部主办的全国技能竞赛化工生产技术赛项和人力资源与社会保障部主办的QHSE赛项。化学实验技术赛项、化学实验室技术赛项考查与本课程直接相关的职业核心能力[2-3]如表2所示，典型的工作任务如表3所示。

表2 化学实验技术、化学实验室技术赛项相关的岗位核心能力

表3 化学实验技术、化学实验室技术赛项考核的典型工作任务

课题组结合多年的承办竞赛、指导竞赛的经验，主要参考与本课程直接相关的2个国家级竞赛项，在课程内容优化和项目考核过程中有机融入两个国家级竞赛项目核心考核内容和考核标准，如表4所示。

表4 课程内容融入技能竞赛考核内容的对应关系

2.3 标准引领，完善硬件条件

课程组牢牢把握化学是以实验为基础的这一特征，围绕模块化教学内容设计，开展了标准化实验室建设[4]。从实验室软、硬件建设两个方面，优化完善实验室建设，制定了实验室建设规划和建设标准，完善了实验室使用和管理制度，形成了集教学、培训、技能竞赛为一体的化学实验、实训中心。中心共包含基本操作准备间、基本操作实验室、电子天平实验室、化学制备实验室、化学检测实验室、物性检测实验室和1个危化品药品库、1个三废缓存站。结合中心使用要求，进一步完善了校、院、教研室的三级管理体系，形成了三级安全教育机制。通过实验室的标准化建设，实验药品的规范化存取和实验三废的流程化处理，营造了良好的育人环境，有效实现了环境育人。

2.4 深化校企合作，共建优质资源

依托省级精品在线开放课程建设项目，课程组不断优化课程资源，与中国石油吉林石化分公司培训部、吉林石化化肥厂、北京东方仿真软件技术有限公司等企业合作，围绕安全教育、药品的存取和使用、实验“三废”的处理、典型实验的标准化操作、重大设备的标准化使用、重点难点理论知识的讲解等方面，开发了微课、实验操作、虚拟仿真等大量的优质教学资源。

2.4.1 制作经典理论微课和经典实验操作的视频资源

以经典化学理论为主线，设计录制了包括热力学基础知识、化学反应速率理论及影响因素分析、化学平衡基本理论及影响因素、酸碱质子理论、酸碱电离理论、溶液pH值计算、氧化还原基本理论、原电池、电极电势及其应用、配位化合物理论、烃类化合物的性质及用途、烃的含氧衍生物性质及用途、定量分析基础、有效数字及其运算、实验数据记录及处理等63个微课视频。

以典型实验规范操作为主线，设计了化学实验基本操作、物性测定、化学成份检测及物质制备四个模块，累计录制加热与冷却、溶解与蒸发、沉淀与过滤、干燥、结晶、萃取、升华、药品称量、沸点测定、密度测定、黏度测定、电导率测定、气体物质制备、液体物质制备、固体物质制备、滴定分析、电位分析、吸光光度测试法、色谱分析等在内的25个典型的化学实验操作项目视频。所有资源均上传教学平台，便于开展课前自学和课后拓学。

2.4.2 校企联合开发虚拟仿真实验实训资源

针对“应用化学基础”课程的三维教学目标，结合重点难点内容，分三个维度开发虚拟仿真教学资源。第一维度是虚拟仿真软件层，在专业机房开展教学，主要实现辅助教学目的。通过仿真软件，使学生熟悉实验操作流程、基本原理和注意事项等内容。第二维度是VR一体机操作层，通过桌面VR一体机，实现虚拟仿真操作练习，是对第一维度的升级，在第一维度的基础上强化技术技能训练和规范操作训练。目前已经开发的资源包括实验室安全资源、物质制备资源、物质的物理化学性质测定资源和大型仪器设备使用虚拟仿真资源。具体项目有化学实验室安全、正溴丁烷制备、乙酸乙酯制备、阿司匹林制备、气象色谱使用、液相色谱使用等VR虚拟仿真资源。第三维度是“云端”训练层，在学校虚拟仿真资源共享平台上，通过课程线上资源，预习或巩固学习内容，实现知识、技能双提升。包括典型的实验操作、物质物理化学实验测定等资源，具体包括高沸点溶剂DFM的减压蒸馏仿真实验系统、氯化氢高温制备苄脂虚拟仿真实验等。整体的资源建设如图1所示。通过虚拟仿真实验，有效的支撑了课前启智、课中强技、课后拓新的教学策略。

图1 校企合作开发的虚拟仿真资源

2.5 以学生为中心，分层教学服务学生个性发展

生源多样性，学习目标差异性，决定了以学生为中心的教学设计的必然性。综合构建理论和成果导向理论，以学习者为中心需要逆向开展教学设计，同时还需要在教学设计时充分考虑以下三个主要因素[5]：一是学生能够参与探究活动，提升学习迁移能力；二是充分调动学生自主学习和首创能力；三是通过学习评价，激发学生元认知和深度学习能力。以学生为中心的教学设计，充分体现了个性化发展需求，有利于学习目标达成。课题探索“线上线下结合+虚拟现实结合+课上课下结合”的三结合课程教学模式，实施了“课前启智、课中强技、课后拓新”的三段式教学法，通过“引、学、训、评、拓”五个教学步骤，充分体现以学生为中心的教学设计和以个性发展为需求的分层教学。以模块三项目四任务三：从茶叶中提取咖啡因为例，详细说明具体教学实施过程。

2.5.1 课前启智

课前启智主要借助网络教学平台实现。教师课前在平台上精心设计了教学资源，供学生课前完成自学。资源主要包括：学习任务单、授课PPT、理论微课、实验操作视频、学习测试和拓展视频等6类学习资源。通过授课PPT和微课，学生将学习到茶叶的成分、咖啡因及其临床应用、咖啡的提取原理等内容；通过观看实操视频，使学生初步熟悉脂肪提取装置操作、普通蒸馏操作、升华操作、普通过滤等典型化学实验标准操作规范和流程；结合学习内容，完成任务单中的内容，并通过学习测试题检验预习效果。在学生学习化学知识、原理和实验操作的基础上，课题组还精心设计了拓展视频，如：“影响世界的中国植物”“屠呦呦和青蒿素”等，有效的激发了学生爱国热情和严谨求实的科研精神。

2.5.2 课中强技

课中主要包含“学、训、评”三个核心的教学实施步骤。“学”是指小组研学、教师导学。教学实施过程中，首先由各小组汇报课前学习情况及学习过程中遇到的具体问题，然后展开小组间的讨论。教师在充分听取小组汇报和组间讨论后，结合课前启智阶段的学习情况和学习测试情况，教师详细讲解重点内容，并对关键操作做现场示范。通过小组学习、组间讨论、教师解惑、标准示范等环节，使“学”的环节充满激情。“训”主要指实操训练阶段。在课前启智和教师精讲示范的基础上，各组成员按照任务要求，探索自主完成从茶叶中提取咖啡因项目的所有实验操作。在“训”的过程中，教师需实时记录各组的实验过程，同时及时纠正各组实验过程中出现的不规范操作，并通过摄像头记录典型操作案例，便于教师点评。“评”主要指教学评价。评价包括过程评价和结果评价两部分，包括学生和教师两个主体，首先是学生自评和互评，结合实验过程和实验结果，完成自我评价和组间评价。教师则结合过程记录、实验结果和操作录像，解读教学实施过程中的重点、难点、易错点，并结合录像对优秀的做法和不规范做法进行点评。在学习知识的同时，培养学生合作、严谨、求实、创新的综合素质。

2.5.3 课后拓学

依据课前、课中的学习效果，结合学生技能大赛、专升本等不同的学习诉求，个性化安排拓学内容。对有意参加技能大赛的同学，在强技精技上下功夫，课后结合线下实验室开放和线上虚拟仿真进一步强化技能操作。对有意参加专升本考试的同学，在增知拓知上下功夫，主要安排更深、更成体系的理论知识学习。

3 “应用化学基础”课程的改革成效

1)学习目标有效达成

从学生学习热情角度来看，课程采用任务驱动、实验引领、小组教学模式，通过启智、强技、拓学三段式教学安排，充分激发了学生的学习热情，满足了学生个性化发展需求，教学目标有效达成。从学生的成绩角度看，通过改革课程考核方案，将技能竞赛标准有效融入到项目过程考核，既提高了学生学习的针对性，又提高了学生学习的主动性和技能的规范性。纵向对比3年来的学生平均成绩，由75.6分上升到了83.2分，整体学习效果不断提升。从学生素质发展角度看，通过系统化设计课程思政内容，逐步实现润物细无声，通过拓知识、强技能、精操作，培养了学生合作、严谨、求实、创新的综合素质，素质目标有效达成。

3)技能竞赛卓有成效

学生参加与本课程直接相关的化学实验技术赛项和化学实验室技术赛项，取得了骄人的成绩。参加教育部化学实验技术赛项，近三年获得国家二等奖1次，三等奖2次。连续两届参加人社部化学实验室技术赛项吉林省选拔赛，均获得第一名，两届获得第一名的学生均获得了吉林省技术能手称号。学生参加与本课程间接相关的化工生产技术赛项，近三年获得国赛一等奖1次，国赛三等奖2次。2021届毕业生，参加中国石油系统化工总控工赛项获得总分第一名的优异成绩。综上，通过组织学生参加高水平技能竞赛，不仅有效的将竞赛标准和考核标准融入到教学实践过程，更通过竞赛培训打造了一支高水平的师资队伍，提升了人才培养质量，有效的达成了分层教学目标，培养了拔尖学生，为学生的成长成才搭建了广阔的平台。

4 结束语

以学生为中心开展教学设计，以岗课融通、课赛融通重构模块化教学内容，实施“三段五步”教学法，通过课前、课中、课后的有效衔接，能够更好的满足当前生源多样，学习目标差异的性的迫切需求。从学生学习热情、学习成绩和技能竞赛等方面看，课程改革取得了初步成效。两年多的教学实践证明，学生知识、能力、素质三维学习目标有效达成，人才培养质量不断提升。