非化学专业大学化学课程体系化教学改革探索

王大伟，包河彬，肖 楚，廖梓珺，刘妹静

（中国人民解放军陆军勤务学院基础部，重庆 401331）

化学与能源、环境、材料、信息技术、生命科学等关键科学均密切相关，近年一直肆虐不休的新冠疫情更让大众认识到化学、生物等基础学科的重要性。因而，在大学生中开展化学素质教育成为培养新世纪综合型人才的必然要求，在高校中对非化学专业开设“大学化学”公共基础课也已成为普遍共识[1]。

我院“大学化学”课程是面向全体本科二年级学生的公共必修课程。在教学过程中发现，一方面由于“大学化学”课程课时较少，但教学大纲要求的课程覆盖内容较多，造成老师在传统课堂教学过程中被迫加快进度，既严重影响教学效果，又容易使基础薄弱的学生产生畏难情绪，挫伤学习积极性；另一方面，由于不同专业生源彼此差异较大，化学知识储备水平参差不齐，学生在传统课堂教学过程中难以找到学习的兴趣点，使得学习目的不清，主动学习意愿不强，课程学习对核心素养的提升作用不明显。为此，采取贴近专业背景需求、线下教学与线上自学互补、讲授与研讨融合等方式，进一步提高学生在学习过程中的参与度，从教学内容、教学模式、教学方法等方面对“大学化学”课程教学进行了体系化改革探索。

1 贴近专业需求设计教学内容

对于非化学专业的本科生来说，“大学化学”课程的教学目标主要是培养其正确的科学观、社会观、价值观，使学生在接受“大学化学”课程教育后从中学化学水平提高到大学化学水平，并成为基础扎实、知识面宽、具有开拓创新能力的人才[2]。

现行“大学化学”教学内容通常包括化学热力学、化学动力学、化学平衡、电化学基础、物质结构等理论内容，同时还会介绍化学与其他学科之间的关系，如化学与环境、化学与材料、化学与生活等，所含知识面较广。由于各个专业学生的背景需求各不相同，不能要求他们像化学系学生那样面面俱到，学习较深的化学理论知识。否则一方面学生会因缺乏自主学习动力而挫伤学习的积极性，另一方面教师也会深陷“内容多、课时少”的矛盾中无法自拔。以物联网工程专业学生为例，相当部分学生直觉上会认为自己的专业更多应该只与计算机、传感器、数据处理等方面内容关系密切，而与化学毫不相干，会不同程度出现学习目的不清、主动性不强的情况。针对这种情况，最重要的是帮助学生激发学习化学的兴趣，明确学习化学的意义。这就要求教师在教学过程中需要针对不同专业的授课对象对教学内容重新设计，同时主动控制理论深度，侧重引入与学生专业背景相关的应用。

1.1 充分发挥绪论的重要作用，激发学生学习兴趣

绪论课是大学化学课堂教学的第一课，通过绪论课，学生应该明确本课程的学习目的、任务和主要内容。同时，一堂生动有趣、贴近生活的绪论课能够激发学生的学习兴趣，为后续学习创造一个良好的开端[3]。因此，在绪论课教学过程中引入与专业背景相关的案例就显得尤为重要，在拓宽学生视野的同时，也能起到关联专业需求的作用。如，对环境专业的学生，选择重点地介绍化学在监测环境质量、治理环境、保护环境中的应用，还可以引入绿色化学教育，向学生介绍绿色工艺、清洁生产、能源利用等的积极意义；对材料专业的学生，重点阐述智能材料、纳米材料、液晶材料、新型陶瓷材料、光电转换材料等新材料的结构性能及应用；对物联网工程专业的学生，则重点联系我国在信息化时代下高速发展的成绩及困境，透过“芯片制造”等一系列“卡脖子”的技术难题凸显出化学等基础学科的重要性。

1.2 强化对专业课程支撑，吸引学生主动学习

通过明确教学对象专业课程需求，关联相关教学内容，强化对后续专业课程的支撑，提升学生学习的主动性。以物联网工程专业为例，物联网的定义和覆盖范围已不再单纯指基于RFID 技术的物联网，因此该专业学生后续课程中除了类似“传感器原理及应用”的主干课程，同时也包含了仓储和物流等方面相关的课程。在大学化学课程教学过程中，可以分别从化学对该专业主干课程及拓展课程两方面的关联或支撑作用进一步强化联系，从而在提高教学针对性的同时，吸引学生的注意力，激发学生的好奇心，促进学生主动学习，以提升教学的有效性。一方面，在介绍物质结构部分内容时，可适时穿插部分传感器的基本原理。阐明传感器是可以实现将非电物理量转换成与非电量有一定关系的电量的器件，这种转换技术很大程度上依赖于半导体、功能金属等新功能材料技术，而且传感器技术发展趋势之一就是新材料的开发和应用[4]。让学生认识到理解掌握传感器的基本原理及发展趋势，都要求有一定的化学知识基础。另一方面，由于现代仓储、物流都涉及物资的物理、化学特性，以及物资的包装、防护等方面的内容，均需要具备一定的化学基础知识。可以在介绍化学热力学、化学动力学、氧化还原与电化学等部分内容时，给学生布置开放性的作业，如结合化学变化与仓储条件、物资变质与防护包装、金属腐蚀与防护等方面搜集资料形成小论文，在锻炼学生自主学习能力的同时，开阔学生视野，为后续学习奠定基础。

2 合理利用优质互联网资源，改革传统教学模式

“大学化学”课程内容涵盖了物质结构基础、化学反应基本规律及化学实验基础三大部分，可划分为50个左右相对独立的知识单元，但包含实验在内的总学时仅有32学时，因此内容多与课时少的矛盾比较突出。对于传统课堂，老师为了完成教学进度，需要被迫加快教学进度，难免会给基础较薄弱的同学带来更大的学习障碍，进而磨灭他们主动学习的积极性。随着互联网及信息技术的快速发展，“互联网+”背景下的新型教学模式对传统的教学模式产生了巨大的冲击，也为教师解决传统课堂教学过程中的矛盾问题提供了新的解决思路[5]。

为了解决内容多与课时少的尖锐矛盾，同时考虑到学生基础差异较大，基于网络教育资源，综合线上自学和线下讲授，引导学生进行一定程度的混合式学习，对“大学化学”教学进行了教学改革。混合式学习（Blended Learning）主要指学生的学习活动混合了线上学习行为和线下学习行为，是指将传统的面对面课堂教学与现代的网络学习有机结合，实现学习目标最优化的教学模式[6-7]。混合式学习不是线上学习和传统课堂学习的简单叠加，而是学生在教师的引导启发、监督服务下自由自主地开展学习，实现知识传授、能力培养和价值塑造的融合，体现了“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念[8]。

2.1 结合教学模式调整，梳理教学内容

结合我院学生相关知识基础情况及实际学习需求情况，首先对“大学化学”教学内容进行了筛分，将主要知识点分为三大类别，让学生明确不同部分知识点的不同学习方式。一是“线上学习”类，主要包括相对较简单、与中学知识联系紧密的部分，由老师课前布置任务，学生主要通过利用相关平台资源进行线上学习。如原子结构理论的发展、元素周期律与元素周期表、元素性质的周期性、氢键与分子间力、热力学第一定律、盖斯定律、勒夏特列原理、氧化还原反应方程式的配平等。第二是“线上学习+线下串讲”类，主要包括相对较复杂或抽象、中学期间接触较少的知识，先由学生课前利用线上资源进行自学，并将学习过程中的疑问汇总给老师，然后老师在课堂上针对重难点及汇总的问题进行串讲。如电子运动的特点、多电子原子核外电子的排布、现代价键理论、晶体微观结构与宏观性能间的关系、化学热力学基本概念、反应进度、热力学第二定律与熵、化学反应速率及其表示形式、化学反应速率的影响因素、化学平衡的特点和平衡常数的表达形式、原电池的概念等。第三是“线上预习+线下精讲”类，主要包括更为抽象复杂或者体系化较强的部分，先由学生利用线上资源预习，重点由老师在课上梳理讲解，帮助学生建立重难点知识框架体系。如波函数与原子轨道、量子数的取值、杂化轨道理论、分子轨道理论与能带理论、基本热力学函数概念及计算方法、熵判据及吉布斯自由能判据、反应级数与化学反应速率方程、标准平衡常数与标准摩尔吉布斯自由能、酸碱理论及pH 的相关计算、原电池电动势与吉布斯自由能的关系、电极电势及能斯特方程等。

2.2 结合学生实际情况，推荐适宜网络学习资源

基于知识点覆盖情况、讲解深度及相关视频长度等因素，向学员推荐合适的线上优质资源。如网易公开课平台中南大学公开课“大学化学”资源，以及清华大学的“大学化学”课程资源。这两个公开课的课程资源均由一百余个视频组成，各视频时长范围由几分钟到十几分钟不等。一方面该课程资源对我院“大学化学”课程教学大纲要求均有覆盖，且难度讲解适中。另一方面该课程资源单个视频时长均较短，这种微课形式更利于学生利用碎片化的业余时间进行自学、预习或复习，更贴近我院学生实际情况需求。

3 改进教学方法，激发学生学习主动性

课堂教学是大学化学教学活动的重要组成部分，在教学过程中实现师与生、生与生相互交流、相互沟通、相互启发、相互补充，同时在这种互动中交流分享彼此的思考、经验、情感、体验，丰富教学内容，才能达成共识、共享、共进[9]。为此，在教学过程中，需要以学生为教学活动的主体，要重视激发学生的主观能动性；在教和学的方式上，要由单向输导向多向交流转变，在教与学的关系上要多向互动。

3.1 要求学生每次课后利用思维导图总结梳理知识体系

思维导图是基于人类大脑的自然思考方式将思维形象化的方法，作为一种图像式思考辅助工具，应用在学习上具有独特的优势。一方面，思维导图可以帮助学生对所学知识进行整理、巩固。在梳理知识脉络的过程中，学生能够逐步建立起结构化、模块化的知识体系。这不仅能够加深对所学知识的记忆、理解和运用，同时也能够减弱甚至消除线上学习可能造成的知识碎片化的影响。另一方面，绘制思维导图的过程，也是学生再思考和再创造的过程。思维导图能够体现绘制者自身的思维方式和特点。在绘制的过程中，学生需要结合自身的理解和掌握程度对所学知识进行总结，这实际上是对之前混合式学习过程的补充和完善，也是学生主动发现不足并能够针对性补强的过程。

3.2 划分学习小组，通过组内互助和组间竞争刺激学生的学习兴趣和投入程度

一方面，每次课安排一个小组结合课程布置的专业相关的开放作业做一个小型报告，并安排听众提问及答疑环节，以提升学生学习的主动参与度，锻炼学生提炼总结和口头表达的能力，活跃课堂氛围，激发学习兴趣。另一方面，每次课随机抽取一名同学，要求利用思维导图梳理复习前次课相关内容，并安排听众质疑和补充环节。每次课对各小组的表现情况进行量化评价，并将评价结果引入最终考核结果，进一步激发学生学习的主动性。

3.3 充分发挥实验教学的作用

提高学生的主动性与积极性，锻炼学生独立动手解决问题的能力。在完成大纲规定实验要求基础上，鼓励学生利用实验探索未知事物，通过更加开放的实验教学形式，引导学生把理论课学习的知识、原理与实验相结合，在动脑的同时培养其动手能力、观察能力和分析能力，形成独立思考、分工合作的良好习惯，提高其分析问题、解决问题的能力，反过来加深对基础知识、基本原理的理解，使学生的创新意识和创新能力得到锻炼。

4 结束语

教学是一个师生互动的过程。面向非化学专业的“大学化学”教学应该发挥知识教育和综合素质培养双层功能，需要教师不断提高自身的能力水平，合理运用教学方法和教学手段，充分调动学生的主动性、积极性，更好地培养学生的创新精神和创造能力，教会学生运用已学知识去分析问题、解决问题，满足新时代综合型人才培养需求，真正做到符合素质教育的全面发展。