創(chuàng)新拓展班“大學(xué)化學(xué)”自適應(yīng)拓展教學(xué)的探索

楚增勇，李效東，李義和，王孝杰，王春華

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長沙 410073)

創(chuàng)新拓展班“大學(xué)化學(xué)”自適應(yīng)拓展教學(xué)的探索

楚增勇，李效東，李義和，王孝杰，王春華

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長沙 410073)

拔尖創(chuàng)新人才是指具有厚實的專業(yè)基礎(chǔ)、寬廣的國際視野和超強的實踐動手能力的厚博精深型人才。針對國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢學(xué)森創(chuàng)新拓展班學(xué)員深厚的知識功底與強化拓展培養(yǎng)的需求，借鑒自適應(yīng)教學(xué)這種典型的因材施教、以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)活動，在“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)過程中進行了教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)內(nèi)容、考試內(nèi)容等自適應(yīng)拓展教學(xué)的探索。

錢學(xué)森創(chuàng)新拓展班；拔尖創(chuàng)新人才；自適應(yīng)教學(xué)；拓展教學(xué)

拔尖創(chuàng)新人才是科學(xué)、技術(shù)、管理等領(lǐng)域中的杰出者，一般來說，他們都具有合理的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和良好的個性品質(zhì)和素質(zhì)特征。具體而言，拔尖創(chuàng)新人才主要指具有厚實的專業(yè)基礎(chǔ)、寬廣的國際視野和超強的實踐動手能力的厚博精深型人才。拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要更新教育理念，改革人才培養(yǎng)體制，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，注重學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一、因材施教，推進大中小學(xué)有機銜接，緊密結(jié)合教學(xué)科研實踐，穩(wěn)步推進拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革[1-3]。

“錢學(xué)森創(chuàng)新拓展班”是國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的重要渠道，是建立拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制的重要舉措[4]。我校每年在全校新生中通過數(shù)學(xué)、英語等科目的考試選拔30人左右組成錢學(xué)森班，實行全程導(dǎo)師制培養(yǎng)，制定個性化培養(yǎng)方案，并對學(xué)員的學(xué)習(xí)生活進行全方位精細(xì)化管理。錢學(xué)森班的培養(yǎng)目標(biāo)是創(chuàng)新實踐能力突出、國際視野寬廣、具備國防科技領(lǐng)軍人物潛質(zhì)的拔尖創(chuàng)新人才[4]。

自適應(yīng)教學(xué)是因材施教的典型模式，就是根據(jù)學(xué)習(xí)者個性化的學(xué)習(xí)特征，滿足學(xué)習(xí)者自身發(fā)展的要求，以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)活動。自適應(yīng)教學(xué)的構(gòu)成要素包括教學(xué)目標(biāo)的自適應(yīng)、教學(xué)內(nèi)容的自適應(yīng)和教學(xué)方法的自適應(yīng)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括學(xué)習(xí)診斷、教學(xué)內(nèi)容的動態(tài)組織、教學(xué)模式的選擇[5]。

針對錢學(xué)森創(chuàng)新拓展班學(xué)員深厚的知識功底與強化拓展培養(yǎng)的需求，我們充分考慮到自適應(yīng)教學(xué)中教學(xué)行為的個性化與學(xué)習(xí)行為的個人化特征，盡可能提供滿足學(xué)習(xí)者個性需求的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，進行了如下“拓展”式自適應(yīng)教學(xué)的嘗試。

1 教學(xué)內(nèi)容自適應(yīng)“拓展”

大學(xué)化學(xué)主要介紹化學(xué)基本原理和化學(xué)技能，一方面，要求學(xué)員在有限的學(xué)時數(shù)條件下掌握精通的專業(yè)知識；另一方面，要求學(xué)員有更寬廣的知識面，以適應(yīng)學(xué)科融合、交叉和滲透背景下對復(fù)合型技術(shù)人才的需要。

開展自適應(yīng)教學(xué)與拓展教學(xué)，必須明晰高中化學(xué)與大學(xué)化學(xué)知識點的銜接[6]，即了解學(xué)員在高中掌握了哪些知識點，大學(xué)化學(xué)中哪些知識點對于他們整體或個人是全新的。丁偉等人2014年對此進行了細(xì)致而深入的對比分析[7]?，F(xiàn)行高中課程是2003年教育部推行的新課程改革，包括《普通高中課程方案》以及各學(xué)科高中課程標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了新課程的設(shè)置范圍，目前新課程已實行了十余年?，F(xiàn)行全國高中化學(xué)課程分為必修和選修兩大部分。

對于文科學(xué)生和高考不考化學(xué)科目的理科學(xué)生，通常只學(xué)習(xí)必修內(nèi)容。高中化學(xué)必修內(nèi)容主要涉及物質(zhì)的量等定量內(nèi)容，8個代表性的元素，元素周期律，電解質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率等化學(xué)原理，簡單的原子結(jié)構(gòu)，有機化學(xué)簡單基礎(chǔ)等。必修內(nèi)容是全體高中學(xué)生都要學(xué)習(xí)的，它為全體學(xué)生打下了化學(xué)學(xué)科的共同基礎(chǔ)，但如果學(xué)生僅學(xué)了這些必修內(nèi)容，面對大學(xué)化學(xué)的教學(xué)是不夠的。

對于理科學(xué)生，如果選擇化學(xué)作為高考科目或者選擇理科綜合考試，則這些學(xué)生會在高中化學(xué)必修課程學(xué)完之后繼續(xù)選擇學(xué)習(xí)指定選修模塊“化學(xué)反應(yīng)原理”，選擇學(xué)習(xí)選修模塊“有機化學(xué)基礎(chǔ)”或“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)”等。目前，各省市目前高考的化學(xué)必考范圍是《化學(xué)1》、《化學(xué)2》和《化學(xué)反應(yīng)原理》中的內(nèi)容，此外，高考化學(xué)試卷中還有一部分試題屬于選修內(nèi)容。這樣，參加化學(xué)學(xué)科高考或者理綜考試的高中學(xué)生，具備了化學(xué)必修內(nèi)容的知識和選修化學(xué)內(nèi)容的部分知識，這些知識是大學(xué)化學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)的最基本基礎(chǔ)。

總之，對于只是學(xué)習(xí)了高中化學(xué)必修內(nèi)容的文科學(xué)生和高考不考化學(xué)科目的理科學(xué)生而言，他們只具有化學(xué)知識的最基本知識框架；對于選擇化學(xué)作為高考科目或者選擇理科綜合考試的理科生，他們基本具有能夠支撐大學(xué)化學(xué)的主干知識框架[7]。然而，即使對于后者，由于各省考試內(nèi)容和學(xué)生選修內(nèi)容的不同，也會造成學(xué)生在物質(zhì)結(jié)構(gòu)和有機化學(xué)內(nèi)容上的知識基礎(chǔ)差異顯著。

因此，即使是綜合成績突出的錢學(xué)森班學(xué)員，由于學(xué)員化學(xué)知識背景不同，起點不同，造成學(xué)習(xí)起來難度也不一樣。因此，在錢學(xué)森班課程開課前，我們需要先進行一輪初步調(diào)研或評估，了解學(xué)員知識背景，再根據(jù)大學(xué)化學(xué)教學(xué)大綱進行自適應(yīng)性重點教學(xué)，即要注重知識點的銜接過渡，又要考慮新內(nèi)容的重點傳授與知識拓展。

比如，高中階段“有機化學(xué)基礎(chǔ)”是選擇學(xué)習(xí)選修模塊，大部分學(xué)員有機化學(xué)基礎(chǔ)較弱，而在錢學(xué)森班“大學(xué)化學(xué)”大綱中特意增加了有機化學(xué)、高分子化學(xué)、生物化學(xué)有機相關(guān)的拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，這部分內(nèi)容在教學(xué)時需要盡可能深入淺出，形象生動。

另外，我們發(fā)現(xiàn)，“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)”雖然也是選擇學(xué)習(xí)選修模塊，但由于學(xué)員通過大學(xué)物理的學(xué)習(xí)能夠較好理解量子現(xiàn)象及其能級躍遷問題，能夠很好的理解原子分子結(jié)構(gòu)，也能夠很好地理解原子核相關(guān)的核化學(xué)的內(nèi)容，接受起來并不困難。倒是無所不在的分子間的相互作用力，從分子的角度看世界萬象，讓學(xué)員們覺得新新鮮，興趣盎然，討論踴躍。

同樣，在化學(xué)原理部分，化學(xué)熱力學(xué)揭示了化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)及其驅(qū)動力，化學(xué)動力學(xué)揭示了化學(xué)反應(yīng)速度調(diào)控理論，這些與物理、數(shù)學(xué)結(jié)合較緊密的問題，對于數(shù)理基礎(chǔ)較好的錢學(xué)森班學(xué)員而言，接受起來也不困難。需要拓展的則是應(yīng)讓學(xué)員們理論緊密結(jié)合實踐，強化分析問題解決問題的能力。

2 學(xué)習(xí)內(nèi)容自適應(yīng)“拓展”

教材是供教學(xué)用的資料，教材的定義有廣義和狹義之分。狹義的教材即教科書，教科書是一個課程的核心教學(xué)材料。廣義的教材指課堂上和課堂外教師和學(xué)生使用的所有教學(xué)材料，包括教師自己編寫或設(shè)計的材料、計算機網(wǎng)絡(luò)上使用的學(xué)習(xí)材料等。廣義的教材不一定是裝訂成冊或正式出版的書本。凡是有利于學(xué)習(xí)者增長知識或發(fā)展技能的材料都可稱之為教材。

目前錢學(xué)森班使用的大學(xué)化學(xué)教科書編譯自新西蘭Blackman等人的南美暢銷教材Chemistry，從中式教學(xué)習(xí)慣的狹義的教科書來看，這樣一本編譯的教材語句不夠精練，部頭較重，攜帶不夠方便。但這本教材較好地體現(xiàn)了西方教材的理念，具有較強的趣味性和可閱讀性，是一本非常好的教學(xué)參考資料。

其實，很多國外一流大學(xué)在教學(xué)過程中并不指定教科書，也并不強調(diào)教科書。記得牛津大學(xué)有個故事，說一位教授向?qū)W生推薦一本教材，學(xué)生問老師考試內(nèi)容是否出自該教材，教授回復(fù)說除了這本教材之外都考，唯獨這本教材不考！這就是開放式的學(xué)習(xí)，并不拘泥于某一本教材。

因此，在教學(xué)中，我們在某種程度上淡化教科書的概念，向?qū)W員強調(diào)只要有利掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容都可以作為學(xué)習(xí)資料，都可以作為教材。事實上，一名學(xué)員不一定懂得所有知識，但一定要懂得文獻檢索，以及通過文獻檢索獲得問題解答的方法，這是必須具備的基本功。收集資料的途徑有很多種，查詢教科書，上網(wǎng)搜索，去圖書管查閱書刊報紙，拜訪有關(guān)人士等。資料的形式包括文字、圖片、數(shù)據(jù)以及音像資料等。對獲得的資料要進行整理和分析，從中尋找答案和探究線索。另外，淡化教科書后帶來的挑戰(zhàn)可能就是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，或者答案不唯一，甚至遇到錯誤答案。這就要求學(xué)員們有自己的主觀思考，主動探索后給出自己的觀點。

魏源在《默觚·學(xué)篇七》曾指出，“學(xué)問之道，其得之不難者，失之必易，唯艱難以得之者，斯能兢業(yè)以守之?！蓖ㄟ^探究過程獲得的知識才能理解到位，記憶深刻，也有利于創(chuàng)新思維，獲得思維方式的鍛煉[8]。在實施過程中，可以提出許多有趣的問題，讓學(xué)員帶著問題去思索，獲得自己的認(rèn)識與理解。

比如化學(xué)能在軍事中的應(yīng)用，即炸藥等含能材料的問題。最近南京理工大學(xué)胡炳成教授團隊成功合成世界首個全氮陰離子鹽，是全氮類物質(zhì)研究領(lǐng)域的一個歷史性突破，為全氮陰離子高能化合物的制備奠定了堅實基礎(chǔ)?；瘜W(xué)能來自何處？為什么舊鍵斷裂與新鍵生成會釋放能量？如何制備高能炸藥？事實上，金屬鋁與聚四氟乙烯的氧化還原反應(yīng)就可以釋放出TNT四倍的能量，可以用作裝甲破片。

再比如聲音滅火問題?；鹧媸堑湫偷幕瘜W(xué)反應(yīng)場所，致力于開發(fā)古怪科技產(chǎn)品的美國軍方組織DARPA正在開展聲音滅火的項目研究工作，對著火海一陣“河?xùn)|獅吼”或許就能將火熄滅。研究人員Matthew Goodman 說“這并不是一個新技術(shù)，實際上早在1900年，德國物理學(xué)家Heinrich Rubens 就有所嘗試，通過旋轉(zhuǎn)在天然氣管道中的揚聲器，可以控制火焰的高度?！蹦敲?，火焰的本質(zhì)是什么？為什么聲音能夠滅火呢？這就是當(dāng)今多學(xué)科交叉的一個問題，也是多學(xué)科融合的典型問題。由于實驗還處于研究過程中，我們鼓勵學(xué)生大膽提出自己的設(shè)想，自圓其說，鼓勵學(xué)生去實現(xiàn)或驗證自己的假說。

3 考試內(nèi)容自適應(yīng)“拓展”

考試是一種嚴(yán)格的知識水平鑒定方法，是對教學(xué)成果的檢驗，對學(xué)生而言，在某種程度上也是學(xué)習(xí)方向的指揮棒。為在最后考試環(huán)節(jié)考核學(xué)員主動思考問題、自我解決問題的能力，針對班錢學(xué)森班學(xué)員的知識結(jié)構(gòu)與能力特點，我們在考試試卷中增大了討論題的比例，達到45%，強調(diào)理解與拓展式回答問題。

有時我們會針對正在研究中的科學(xué)問題，設(shè)置一些沒有唯一標(biāo)準(zhǔn)答案的討論題，鼓勵學(xué)員提出新的各種假說，自圓其說地回答問題：“人們發(fā)現(xiàn)壁虎能夠在一塊垂直豎立的拋光玻璃表面以每秒一米的速度向上高速攀爬，而且‘只靠一個指頭’就能夠把整個身體穩(wěn)當(dāng)?shù)貞覓煸趬ι稀Ｕ垎柋诨⒅割^與拋光玻璃表面之間的作用力從分子層次上看有哪些類型？調(diào)控什么因素可以實現(xiàn)快速地加力又快速化解掉呢？壁虎每只腳上都有數(shù)百萬根細(xì)毛，請發(fā)揮想象力，寫出你心目中的作用原理？”要求學(xué)員要從化學(xué)的角度、從分子的角度提出合情合理的解答。首先，學(xué)員們大都能夠分析分子間作用力的各種類型(誘導(dǎo)力、色散力、取向力、氫鍵)，分析分子間作用力的相對大小。同時，這道拓展題也給學(xué)員提供發(fā)揮想象的空間，在閱卷過程中確實發(fā)現(xiàn)了不少閃光點。比如有的學(xué)員提出生物電機制，認(rèn)為生物電會強化分子的極性，增加細(xì)毛尖端與玻璃表面的分子間作用力；有的學(xué)員提出分泌液機制，提高分子間作用力和界面摩擦力；幾乎所有學(xué)員都能認(rèn)識到分子間距離是影響分子間作用力的重要調(diào)控因素，對分子間作用力積少成多的巨大威力感到震撼。

本題既考核了分子間作用力的知識點，又大大啟迪了學(xué)生的思維，也為實際問題提出了新的假說，得到綜合能力的鍛煉。

4 結(jié)束語

“錢學(xué)森創(chuàng)新拓展班”是拔尖創(chuàng)新人才的實驗班，創(chuàng)新、拓展是實驗班最基本的兩個特征。針對學(xué)員不同個性因材施教、自適應(yīng)地進行拓展式教學(xué)，是穩(wěn)步推進拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革的應(yīng)有之意。我們重點從教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)內(nèi)容、考試內(nèi)容等方面進行了一些拓展探索，提供了拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革的部分思考與借鑒，將在今后實踐中不斷完善。

[1] 郝嘉利, 康永征. 高校拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探討[J]. 山西高等學(xué)校社會科學(xué)學(xué)報, 2012, 24(4):102-103.

[2] 楚增勇, 歐 璇. 從牛津大學(xué)的本科生導(dǎo)師制看我國高校拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)問題[J]. 高等教育研究學(xué)報, 2012, 35(3): 33-35.

[3] 蘇成民, 劉曉才. 指揮人才創(chuàng)新拓展培養(yǎng)的思考[J]. 高等教育研究學(xué)報, 2013, 36(1): 39-41.

[4] 賈紅輝, 耿美華. 拔尖人才科研實踐能力培養(yǎng)探索—以學(xué)?！板X學(xué)森創(chuàng)新拓展班”為例[J]. 高等教育研究學(xué)報, 2013, 36(增刊): 12-14.

[5] 曹 偉. 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中自適應(yīng)學(xué)習(xí)機制的研究與實現(xiàn)[D]. 長沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2006.

[6] 謝九生, 鐘 華. 淺談大學(xué)化學(xué)教學(xué)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)的銜接[J]. 江西化工, 2009(2): 42-44.

[7] 丁 偉, 陸 靖. 高中化學(xué)與大學(xué)化學(xué)知識銜接的研究[J]. 大學(xué)化學(xué), 2014, 29(1): 11-21.

[8] 楚增勇, 李公義, 李效東. 借助專題研討課激發(fā)學(xué)生的化學(xué)思維與創(chuàng)新思維[J]. 高等教育研究學(xué)報, 2013, 36(2): 116-118.

(本文文獻格式：楚增勇，李效東，李義和，等.創(chuàng)新拓展班“大學(xué)化學(xué)”自適應(yīng)拓展教學(xué)的探索[J].山東化工,2017,46(7):179-180,182.)

Adaptive Teaching Exploration of University Chemistry for Innovation Development Class

ChuZengyong,LiXiaodong,LiYihe,WangXiaojie,WangChunhua

(College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073,China)

Top creative talents are those with solid professional foundation, broad international vision, and strong practice ability. Qian Class in National University of Defense Technology is such a class devoted on the top creative talents with profound knowledge and development training. In the teaching course of University Chemistry, we explored some approaches regarding adaptive teaching, learning and exams.

innovation development class; top creative talent; adaptive teaching; development teaching

2017-02-21

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)“十二五”本科教育教學(xué)研究課題(U2012108)

楚增勇(1974—)，男，山東聊城人，研究員，博士，從事分子科學(xué)研究工作。

G642

B

1008-021X(2017)07-0179-02