基于新工科的混合式分層教學(xué)設(shè)計與實踐

夏靜芬 唐力 蘆群 張妮

摘 ?要：文章從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程評價等方面探討基于學(xué)生中心理念和成果導(dǎo)向原則的無機(jī)及分析化學(xué)“混合式分層教學(xué)”設(shè)計。實踐表明，該教學(xué)設(shè)計激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)效果，有助于實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：新工科;成果導(dǎo)向;無機(jī)及分析化學(xué);混合式分層教學(xué)

中圖分類號：G640 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）18-0054-04

Abstract： The learning design of "blended and layered teaching" of inorganic and analytical chemistry based on students-centered idea and the principle of outcome-based education was discussed in the paper from four aspects as course objectives， teaching content， teaching method and course evaluation. It has been proved that this design improved students' learning interest，enhanced the teaching quality， as well as contributed to realize personnel training goal of emerging engineering education.

Keywords： emerging engineering education; outcome-based education; Inorganic and Analytical Chemistry; blended and layered teaching

從2016年成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式成員到2017年先后形成“新工科”建設(shè)“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，我國的工程教育改革日新又新[1]。落實《華盛頓協(xié)議》精神，使新工科建設(shè)體現(xiàn)工程教育專業(yè)認(rèn)證的“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)”的理念就需要高校優(yōu)化升級專業(yè)建設(shè)、構(gòu)建交叉融合的人才培養(yǎng)體系、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，并持續(xù)完善質(zhì)量保障閉環(huán)[2]。課程是人才培養(yǎng)的基本單元，進(jìn)行基于新工科視域的課程教學(xué)模式改革已成為當(dāng)前教育改革的首要任務(wù)。

浙江萬里學(xué)院無機(jī)及分析化學(xué)是面向環(huán)境、食品和生物類應(yīng)用型本科大學(xué)一年級新生開設(shè)的核心基礎(chǔ)課，是專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的根基，多年來該課程的改革一直走在前列[3]。本文分析了新工科內(nèi)涵下課程建設(shè)的要求以及應(yīng)用型高校該課程教學(xué)中普遍存在的問題，從設(shè)定基于立德樹人和能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化課程內(nèi)容，設(shè)計教學(xué)模式，改革考核方法等方面做好角色轉(zhuǎn)換，從學(xué)生的角度思考并解決好為什么學(xué)，學(xué)什么，怎么學(xué)以及如何評價學(xué)習(xí)成效這四個最基本的問題，探索了遵循新工科理念的混合式課程教學(xué)模式。

一、新工科內(nèi)涵下課程建設(shè)的新要求

“新工科”是指在信息化背景下對工科注入新的理念以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而產(chǎn)生的工科新形態(tài)[4]。與“老工科”相比，“新工科”強(qiáng)調(diào)學(xué)科的應(yīng)用性與交叉融合性，教學(xué)過程應(yīng)以學(xué)為中心，堅持問題導(dǎo)向，注重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力、批判性思維、交流溝通以及開拓創(chuàng)新的能力。我們認(rèn)為基于新工科的課程建設(shè)需要遵循以下兩個基本理念。

1. 立德樹人。立德樹人是教育的根本任務(wù)，我國的高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義事業(yè)建設(shè)者和接班人的重大任務(wù)[5]，基于新工科的課程建設(shè)就需要堅守立德樹人的初心，在夯實知識傳授和能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上強(qiáng)化學(xué)生的家國情懷、專業(yè)熱情、法治意識、生態(tài)意識和工程倫理意識，以實現(xiàn)全程育人、全方位育人。

2. 學(xué)生中心，成果導(dǎo)向。成果導(dǎo)向式教育（Outcome-based Education，OBE）遵循反向設(shè)計理念，即由社會需求決定培養(yǎng)目標(biāo)，由培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求，由畢業(yè)要求決定課程體系和課程目標(biāo)，再由課程目標(biāo)決定課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。OBE理念強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”，更重視學(xué)生在教學(xué)過程中成果的獲得。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)將OBE理念貫穿始終，以確保畢業(yè)生達(dá)到或超過專業(yè)認(rèn)證既定的12條教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[6]。因此，基于新工科的課程建設(shè)就要求遵循OBE理念，以畢業(yè)能力達(dá)成為目標(biāo)，按標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才。

二、無機(jī)及分析化學(xué)課程教學(xué)普遍存在的問題

目前應(yīng)用型高校的近化學(xué)類專業(yè)在無機(jī)及分析化學(xué)教學(xué)中普遍存在以下問題，與新工科內(nèi)涵的課程教學(xué)之間存在沖突。

（一）忽視學(xué)生知識儲備的差異

浙江省從2017年開始啟動高考科目的“3+3”模式，全國其他省份也從2018年陸續(xù)實行“3+1+2”模式，而大部分應(yīng)用型高校的環(huán)境、食品和生物類專業(yè)對化學(xué)科目未做強(qiáng)制要求，這就導(dǎo)致學(xué)生化學(xué)知識儲備參差不齊，個體差異明顯。據(jù)統(tǒng)計，浙江萬里學(xué)院三大類近化學(xué)專業(yè)大約只有二分之一的學(xué)生高中選考科目為化學(xué)，其余學(xué)生在高中階段只學(xué)了1～2年化學(xué)。如果堅持“一視同仁”，采取“齊步走”的教學(xué)模式勢必難以確保全體學(xué)生達(dá)到專業(yè)認(rèn)證既定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無法培養(yǎng)合格的新工科人才。

（二）教學(xué)模式以知識傳授為主

無機(jī)及分析化學(xué)課程客觀上存在教學(xué)內(nèi)容多與學(xué)時數(shù)少之間的矛盾。在傳統(tǒng)線下課堂教師中以“PPT+板書”的形式進(jìn)行灌輸式的學(xué)科知識傳授，學(xué)生處于被動接受的沉默狀態(tài)，這不僅限制學(xué)生的主體性與能動性，而且由于上課節(jié)奏快，學(xué)生一旦遇到難點(diǎn)后跟不上節(jié)奏，積累的問題就會越來越多，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)興趣和動力降低。也有部分課程將啟發(fā)式和研討式教學(xué)方法應(yīng)用于課堂教學(xué)，然而在有限的學(xué)時內(nèi)，仍以知識傳授為主，難以引導(dǎo)學(xué)生主動地理論聯(lián)系實際。近年，又涌現(xiàn)了大量的無機(jī)及分析化學(xué)線上課程，但大多為知識點(diǎn)視頻集合，實時互動交流不足，學(xué)生僅進(jìn)行淺層的碎片化學(xué)習(xí)，缺乏目的性和系統(tǒng)性，也缺乏工程分析和研究能力的培養(yǎng)[7]。

（三）課程思政沒有落到實處

由于授課學(xué)時以及對無機(jī)及分析化學(xué)課程思政的理念認(rèn)識等多方面的原因，在實際教學(xué)中，教師往往只強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識傳授，忽略對學(xué)生正確的世界觀、人生觀和價值觀的引導(dǎo)，考核評價也以體現(xiàn)知識掌握的卷面考試和平時作業(yè)為主。這就導(dǎo)致很難達(dá)成認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中涉及非技術(shù)層面的素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)，也與新工科立德樹人的根本任務(wù)相悖。

三、遵循新工科內(nèi)涵的課程建設(shè)策略

（一）設(shè)定課程目標(biāo)，解決為什么學(xué)的問題

根據(jù)新工科課程建設(shè)立德樹人和成果導(dǎo)向的理念，圍繞環(huán)境、食品和生物類行業(yè)對無機(jī)及分析化學(xué)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學(xué)平衡與轉(zhuǎn)化、定量分析與檢測”等知識共同需求以及應(yīng)用型工科人才的畢業(yè)要求，從知識、能力和素質(zhì)三個層次設(shè)定課程的教學(xué)目標(biāo)，解決為什么要開設(shè)這門課程，課程想讓學(xué)生取得什么學(xué)習(xí)成果的問題。

1. 知識目標(biāo)：系統(tǒng)掌握物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)宏觀規(guī)律、四大平衡相關(guān)計算、容量分析原理、稀溶液依數(shù)性和膠體結(jié)構(gòu)等的基礎(chǔ)化學(xué)知識。

2. 能力目標(biāo)：根據(jù)結(jié)構(gòu)推測性質(zhì);判斷化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率，分析平衡及轉(zhuǎn)化體系主要形態(tài)的濃度;應(yīng)用滴定和分光光度原理設(shè)計定量分析方案，并科學(xué)處理實驗數(shù)據(jù);運(yùn)用依數(shù)性和膠體結(jié)構(gòu)原理指導(dǎo)實際工作。

3. 素質(zhì)目標(biāo)：通過誤差分析和數(shù)據(jù)處理培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求是的科學(xué)精神;宣揚(yáng)化學(xué)史和化學(xué)家事跡厚植愛國情懷;化“學(xué)”為“用”，激發(fā)專業(yè)熱情，挑“錯”檢“漏”，培養(yǎng)批判思維。

（二）優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，解決學(xué)什么的問題

無機(jī)及分析化學(xué)課程內(nèi)容豐富，理論知識抽象性強(qiáng)，涉及面寬，我們根據(jù)課程目標(biāo)，以“面向應(yīng)用，適量拓展，融合思政”為原則優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，特點(diǎn)如下。

1. 應(yīng)用導(dǎo)向，夠用實用，重點(diǎn)明確，目標(biāo)清晰。如化學(xué)計量誤差與數(shù)據(jù)處理部分的教學(xué)內(nèi)容精煉為合理表達(dá)并取舍測定數(shù)據(jù);正確評價準(zhǔn)確度和精密度;統(tǒng)計處理測量數(shù)據(jù)以及分析提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確度四個部分。

2. 拓展專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用、學(xué)科前沿、教師科研和高年級學(xué)生的創(chuàng)新研究項目，體現(xiàn)“兩性一度”。例如，在講到配位化合物與配位滴定時，拓展通過硫蛋白耐受重金屬污染的機(jī)制、污水處理廠利用配位原理去除重金屬的過程，CO和氰化物中毒的原因、金屬配位藥物的設(shè)計前沿、LED用稀土配合物發(fā)光材料的制備等激發(fā)學(xué)生的探索欲望和研究精神，增強(qiáng)挑戰(zhàn)意識和創(chuàng)新能力，更好地體現(xiàn)新工科的理念。

3. 立德樹人，教學(xué)內(nèi)容融合思政，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)與品格塑造的有機(jī)統(tǒng)一。如，根據(jù)專業(yè)設(shè)立“綠水青山就是金山銀山”“化學(xué)與生命健康”“食品安全與分析”等專題討論課程知識的應(yīng)用以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)熱情;在實驗數(shù)據(jù)處理中以氬元素發(fā)現(xiàn)等案例教育學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、誠信;在物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，講授化學(xué)史、化學(xué)家，豐富愛國主義情懷;通過酸堿判斷理解對立統(tǒng)一的辯證關(guān)系等。

（三）實施混合式分層教學(xué)方法，解決怎么學(xué)的問題

混合式教學(xué)將傳統(tǒng)的線下教學(xué)與“互聯(lián)網(wǎng)+”的線上教學(xué)相結(jié)合，不僅能極大延伸教學(xué)的時空維度，實現(xiàn)資源的最大化利用，還能更好地實施以“以學(xué)生為中心”的個性化教學(xué)，解決應(yīng)用型本科學(xué)生知識儲備差異以及課程學(xué)時數(shù)有限等問題，實現(xiàn)新工科人才知識、能力、素質(zhì)多元化的教學(xué)目標(biāo)。我們依托自建的省精品在線開放課程平臺，實施“課前分層自學(xué)+課堂集中導(dǎo)學(xué)+課后自選強(qiáng)學(xué)”以學(xué)生為中心的混合式分層教學(xué)方法（圖1）。

1. 課前分層自學(xué)，補(bǔ)齊短板

課前在“線上”進(jìn)行，教師創(chuàng)建知識點(diǎn)視頻資源、課程導(dǎo)學(xué)和課前測試，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)。每章的知識點(diǎn)視頻按目標(biāo)達(dá)成分成三類：A類為課程學(xué)習(xí)的預(yù)備知識，適合于化學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)科知識儲備不夠的學(xué)生;B類是章節(jié)必須掌握的知識點(diǎn)視頻;C類屬于延伸拓展內(nèi)容。如溶液和膠體這一章共12個知識點(diǎn)視頻，其中分散系概述、溶液濃度的表示方法、膠體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)3個視頻屬于A類;活度和活度系數(shù)、分散度與表面吸附、高分子溶液與乳濁液屬于C類視頻;其余稀溶液的蒸汽壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)、滲透壓以及依數(shù)性延伸、溶膠穩(wěn)定性和聚沉6個視頻為B類。不同層次的學(xué)生根據(jù)課程導(dǎo)學(xué)中的目標(biāo)要求必學(xué)B類資源，并在A類和C類中選擇一類進(jìn)行學(xué)習(xí)。完成視頻學(xué)習(xí)后，學(xué)生進(jìn)行分層的基礎(chǔ)性測試，并將學(xué)習(xí)過程中遇到的困惑提交到討論區(qū)，師生、生生可對提交的問題進(jìn)行課前探討，分享學(xué)習(xí)心得。

2. 課堂集中導(dǎo)學(xué)，提升解決問題能力

該階段基于學(xué)生已完成第1階段的分層自學(xué)，以線下授課為主，采用問題導(dǎo)向的教學(xué)法，教學(xué)設(shè)計以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。教學(xué)過程以案例引出問題（案例可以是學(xué)生在預(yù)習(xí)中反饋的疑點(diǎn)、難點(diǎn)，也可以是專業(yè)領(lǐng)域的實際應(yīng)用），以問題引出解決方法（教師提示引導(dǎo)，學(xué)生主動思考，師生共同討論解決問題），以解決方法形成基本概念和原理（師生總結(jié)升華知識點(diǎn)，歸納普適性原理），以原理指導(dǎo)問題解決（學(xué)生用知識點(diǎn)解決更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用問題，鞏固學(xué)習(xí)成果）。如稀溶液的通性這一節(jié)，教師可以在學(xué)生課前線上學(xué)習(xí)反饋的基礎(chǔ)上由“冬天在汽車內(nèi)燃機(jī)室水箱中加入乙二醇以防止水箱結(jié)冰”的案例提出問題“乙二醇的加入為什么能防止水箱結(jié)冰，所加的量如何計算”。然后討論學(xué)習(xí)相關(guān)的蒸汽壓下降、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)降低以及滲透壓四個知識點(diǎn)，期間以雨課堂為工具組織實時評測、搶答、投稿等活動[8]，打破傳統(tǒng)課堂滿堂灌方式和沉默狀態(tài)，使學(xué)生主動建構(gòu)知識，并研究問題的解決方法。在此基礎(chǔ)上，師生總結(jié)四個依數(shù)性的核心要點(diǎn)，并比較難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液與揮發(fā)性溶質(zhì)溶液、電解質(zhì)溶液、非稀溶液之間依數(shù)性的區(qū)別。最后，通過“設(shè)計一種鹽和冰混合制冷劑”和“計算說明為什么輸液用的是0.9%氯化鈉或5%葡萄糖或兩者的混合溶液”兩個問題加深對知識點(diǎn)的理解和應(yīng)用。在完成章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)行依數(shù)性在專業(yè)中應(yīng)用的專題討論。整個過程以問題解決為線，使學(xué)生獲取知識、解決問題的應(yīng)用能力得到提升;并將網(wǎng)上碎片化的淺層知識轉(zhuǎn)化為模塊化的深層知識。

3. 課后自選強(qiáng)學(xué)，拓展延伸

課后，教師布置線上線下分層作業(yè)，鞏固強(qiáng)化所學(xué)內(nèi)容。與課前分層自學(xué)一致，作業(yè)也分為三層。A類為線上作業(yè)，重點(diǎn)是打好課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，主要內(nèi)容為知識點(diǎn)以及預(yù)備知識的基本概念和基本理論，題型以選擇、判斷為主，學(xué)生通過復(fù)習(xí)較為容易找到答案。B類為線下作業(yè)，重點(diǎn)是鞏固知識點(diǎn)學(xué)習(xí)效果，包括課程總結(jié)以及需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的應(yīng)用問題解決練習(xí)。C類也為線上作業(yè)，教師在課程平臺設(shè)立化“學(xué)”為“用”和挑“錯”檢“漏”兩大開放型板塊，化“學(xué)”為“用”板塊根據(jù)專業(yè)設(shè)立“綠水青山就是金山銀山”“化學(xué)與生命健康”“食品安全與分析”三個主題，學(xué)生查閱知識點(diǎn)在專業(yè)中的應(yīng)用或知識點(diǎn)相關(guān)的科技前沿、熱點(diǎn)問題，培養(yǎng)研究探索能力;挑“錯”檢“漏”是給教材和教輔資料找錯或檢查漏洞，培養(yǎng)批判思維能力。B類為必做作業(yè)，A類和C類學(xué)生可以根據(jù)自身能力任意選擇一類完成，鼓勵學(xué)生“挑戰(zhàn)”C類作業(yè)，拓寬知識的深度和廣度。在此階段，學(xué)生可將自己在完成作業(yè)過程中遇到的問題和疑惑及時提交到課程討論區(qū)，教師及時給予學(xué)生答復(fù)，學(xué)生之間也可以互助答疑。 4. 改革課程評價方式，全面評價學(xué)得怎么樣

為激發(fā)學(xué)生全過程學(xué)習(xí)積極性，有效保障教學(xué)目標(biāo)達(dá)成，實施過程性評價與終結(jié)性評價并重的考核方式（表1），從多個維度對學(xué)生的學(xué)習(xí)成效進(jìn)行評價。過程性評價貫穿課前、課中和課后的每一個階段和每一項教學(xué)任務(wù)，包括課前的線上視頻預(yù)習(xí)和測試成績，課中的雨課堂點(diǎn)名、評測、搶答、投稿以及專題討論等成績，課后的線下作業(yè)和線上自選作業(yè)成績等。期末終結(jié)性評價采用閉卷形式，全面衡量學(xué)生對無機(jī)及分析化學(xué)理論知識掌握情況以及應(yīng)用知識進(jìn)行復(fù)雜問題分析和研究的能力。

四、結(jié)束語

本課程基于新工科理念，以學(xué)生為中心實施混合式分層教學(xué)模式既充分利用線上資源有效輔助學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、測試、討論和拓展，又利用線下課堂引導(dǎo)學(xué)生深度參與問題導(dǎo)向式學(xué)習(xí)，基本解決學(xué)生知識儲備參差不齊、課程教學(xué)內(nèi)容繁雜、課內(nèi)學(xué)時有限與新工科成果導(dǎo)向的多元教學(xué)目標(biāo)之間的教學(xué)沖突。2017年以來的教學(xué)實踐表明，該教學(xué)模式充分調(diào)動了各類學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣，不僅夯實了學(xué)生無機(jī)及分析化學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本能力，提高了學(xué)生自主獲取知識和解決問題的能力，而且增強(qiáng)了挑戰(zhàn)意識。統(tǒng)計顯示，學(xué)生選學(xué)C類視頻和選做C類作業(yè)的比例高達(dá)78.7%和83.3%，部分中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程發(fā)現(xiàn)了自身亮點(diǎn)，持之以恒學(xué)完所有類別視頻學(xué)習(xí)，完成三個層次作業(yè)。

但是，在實施過程中我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，首先，與傳統(tǒng)上課模式相比，混合式分層教學(xué)需要教師投入更多的精力且具有更強(qiáng)的教學(xué)科研能力，因此，建立一支高度負(fù)責(zé)、教學(xué)水平高的課程團(tuán)隊是順利實施混合式分層教學(xué)模式的關(guān)鍵;其次，少部分學(xué)生的學(xué)習(xí)仍處于被動狀態(tài)，很少參與線上討論，線上線下的作業(yè)也是為了完成而完成，我們認(rèn)為解決的關(guān)鍵還在于教師如何更積極有效地發(fā)揮主導(dǎo)作用。

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