“OPCE”體系中無機化學(xué)雙語課程線上線下混合教學(xué)模式研究*

葛素香，鄭 直，張艷鴿，關(guān)會娟，李彩霞，蔡 琨

(許昌學(xué)院表面微納米材料研究所，河南省微納米能量儲存與轉(zhuǎn)換材料重點實驗室， 許昌學(xué)院化工與材料學(xué)院，河南 許昌 461000)

2001年，教育部發(fā)布了教高[2001]4號文件《關(guān)于加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》，其中特意提出了“本科教育要創(chuàng)造條件使用英語等外語進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)”的要求[1]。在這種背景下，雙語教學(xué)在各層次高等院校逐步展開[2-5]。許昌學(xué)院辦學(xué)以“地方性、應(yīng)用型、服務(wù)性、國際化”為總體定位，在前期國際本科學(xué)術(shù)互認(rèn)(ISEC)項目建設(shè)的基礎(chǔ)上于2019年開始推進(jìn)全校雙語課程項目建設(shè)。

近年來，許昌學(xué)院化工與材料學(xué)院提出了“開放·實踐·創(chuàng)新”的教育理念，構(gòu)建了OPCE(Open， Practical， and Creative Education)教學(xué)體系，即把開放、實踐、創(chuàng)新的教育教學(xué)理念貫穿人才培養(yǎng)各環(huán)節(jié)，把科研和教學(xué)深度融合，以科研反哺教學(xué)，使學(xué)生在開放中實踐，在實踐中創(chuàng)新。在該理念指導(dǎo)下，材料科學(xué)與工程專業(yè)實施了“材料之星”計劃，以激勵學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。本專業(yè)學(xué)生在大二上學(xué)期進(jìn)入創(chuàng)新實驗班，他們需要閱讀英文文獻(xiàn)，掌握科技前沿信息，這對大二學(xué)生頗具挑戰(zhàn)性。而“材料之星”創(chuàng)新實驗中所合成的材料以無機材料為主，如果在大一上學(xué)期的無機化學(xué)課程學(xué)習(xí)中設(shè)立“雙語課堂”將大有利于學(xué)生掌握無機材料方面的專業(yè)術(shù)語及科技前沿知識，這也是掃除文獻(xiàn)閱讀障礙的基礎(chǔ)。

無機化學(xué)雙語教學(xué)從2019級材料科學(xué)與工程專業(yè)開始實施，一直采取線下為主的教學(xué)活動。該課程使用中文教材，學(xué)生初入大學(xué)處于學(xué)習(xí)適應(yīng)期，部分學(xué)生課前也沒有做好充分的預(yù)習(xí)，這造成雙語教學(xué)的過程中學(xué)生存在不少困難與挑戰(zhàn)，一定程度上影響了學(xué)習(xí)效果。另一方面，雖然學(xué)習(xí)通上有雙語課件和練習(xí)題，但一般都采取自主學(xué)習(xí)方式，無任務(wù)要求。而大一新生學(xué)習(xí)主動性差，學(xué)習(xí)能力弱，學(xué)習(xí)過程中存在諸多問題如知識點多掌握不透、死記硬背不會運用、依賴翻譯軟件不會靈活翻譯。因此，如何使無機化學(xué)雙語課程發(fā)揮其在“OPCE”體系中“材料之星”人才培養(yǎng)的作用值得深入思考。

基于此，無機化學(xué)采取線上線下混合模式實施教學(xué)，線上采取短視頻學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實踐問題討論相結(jié)合的模式，促進(jìn)創(chuàng)新實踐問題與無機化學(xué)理論模塊的融合。通過課前線上討論科學(xué)研究前沿英文論文中與理論模塊學(xué)習(xí)相關(guān)的問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)線上短視頻和搜索相關(guān)資料，課堂以科研前沿問題的解決為線索貫穿理論模塊知識的講述，課后引導(dǎo)學(xué)生建立包含創(chuàng)新實踐問題及理論解決思路的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過課前課中課后三部曲學(xué)習(xí)提高學(xué)生的知識歸納能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

1 發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的學(xué)習(xí)優(yōu)勢

無機化學(xué)作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程為后繼化學(xué)相關(guān)課程準(zhǔn)備必需的基礎(chǔ)知識?！安牧现恰庇媱澋膶嵤闊o機化學(xué)課程納入“OPCE”體系提供了一個有利的平臺，學(xué)生不僅能夠從科研前沿認(rèn)識無機化學(xué)知識的重要性，而且熟練掌握了很多大型儀器的使用和維護(hù)方法，由于大中型儀器面對本科生全面開放，儀器多為英文操作系統(tǒng)和英文應(yīng)用軟件，這提高了學(xué)生的實踐能力。這些平臺也為網(wǎng)絡(luò)平臺在無機化學(xué)雙語教學(xué)中的作用奠定了基礎(chǔ)。

鑒于大一學(xué)生對專業(yè)詞匯掌握較少，在課前把講授關(guān)鍵知識點的雙語小視頻上傳到學(xué)習(xí)通，結(jié)合針對性的練習(xí)題初步反饋學(xué)習(xí)情況，讓學(xué)生利用課余時間掌握專業(yè)詞匯，教師根據(jù)反饋情況在學(xué)習(xí)通上與學(xué)生交流，最后把共同的問題轉(zhuǎn)移到課堂解決。同時，教師把先進(jìn)科研工作者的個人奮斗經(jīng)歷和相關(guān)的科研前沿研究簡介以短英文和中文翻譯相結(jié)合的方式上傳到學(xué)習(xí)通，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時讓他們感受科技的力量，提高對專業(yè)知識應(yīng)用的認(rèn)識。在課后，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)以重點掌握的專業(yè)詞匯為關(guān)鍵詞查詢相關(guān)的科學(xué)研究前沿進(jìn)展，不限定具體的科學(xué)研究方向，學(xué)生課下進(jìn)行小組討論對科研前沿的認(rèn)識，最后以小組為單位把討論結(jié)果反饋到學(xué)習(xí)通，老師在學(xué)習(xí)通上根據(jù)討論的結(jié)果針對性的評價。另一方面，學(xué)生課下梳理包含科研前沿實例的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生理解知識的遷移及應(yīng)用，提高學(xué)生分析解決問題的能力。根據(jù)學(xué)生對知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的梳理情況初步判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，根據(jù)學(xué)習(xí)效果在線上對學(xué)生掌握較為薄弱的相關(guān)知識展開討論，提高了學(xué)習(xí)時間的利用率和學(xué)習(xí)的高效性。例如，在第二章化學(xué)熱力學(xué)初步中焓變(Enthalpy change)是一個難以理解的概念，因此教師在學(xué)習(xí)通上傳儲能材料Na2SO4·10H2O在失水和重新結(jié)合結(jié)晶水的過程發(fā)生的能量變化即焓變及其應(yīng)用的文獻(xiàn)，并提出Na2SO4·10H2O失去結(jié)晶水和得到結(jié)晶水過程中的能量變化如何測定及能量變化與化學(xué)反應(yīng)的焓變是否有關(guān)等問題，然后教師把文獻(xiàn)中這些問題解決途徑的段落發(fā)到學(xué)習(xí)通，嘗試通過學(xué)習(xí)通討論如何實現(xiàn)Na2SO4·10H2O作為儲能材料的功能和儲能功能實現(xiàn)過程能量的變化與化學(xué)反應(yīng)焓變聯(lián)系起來，讓學(xué)生在熟悉專業(yè)詞匯的同時理解焓變的內(nèi)涵。教師通過學(xué)生參與討論情況掌握他們對焓變的定義理解和分析應(yīng)用能力了解，為課堂雙語教學(xué)做好鋪墊。

2 圍繞應(yīng)用實例及科研前沿問題分析構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)

許昌學(xué)院辦學(xué)總體定位為“地方性、應(yīng)用型、服務(wù)性、國際化”，材料科學(xué)與工程專業(yè)以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主要目標(biāo)，因此基礎(chǔ)理論教學(xué)過程中應(yīng)用思維的培養(yǎng)顯得尤為重要，而教學(xué)過程中應(yīng)用實例和科研前沿問題的分析解決是應(yīng)用思維培養(yǎng)過程中的重要載體。作為應(yīng)用實例在引入的過程中不能只局限于提出問題引發(fā)學(xué)生思考，要把基礎(chǔ)理論知識結(jié)構(gòu)貫穿于應(yīng)用實例問題的分析解決過程中，從而能更好的把基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用于科學(xué)研究探索過程，這對于推動材料科學(xué)與工程專業(yè)應(yīng)用人才的培養(yǎng)具有重要的意義。而當(dāng)前英文是國際通用語言，當(dāng)前具有代表性的國際前沿問題都是以英文為載體進(jìn)行刊登發(fā)表。教師首先選出與本專業(yè)相關(guān)的前沿研究問題，從中提出與理論知識相關(guān)的問題引發(fā)學(xué)生思考，圍繞問題的解決以知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建為線索進(jìn)行雙語授課，充分體現(xiàn)雙語的實用性和前沿性。

例如：首先從文獻(xiàn)中In(OH)xSy光催化材料的制備過程中容易得到In2S3而不易得到In(OH)xSy為問題進(jìn)行引入提出第一個問題：出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生思考如何根據(jù)溶度積常數(shù)判斷沉淀生成的難易，然后教師根據(jù)本例進(jìn)行講解并分析容易生成In2S3的原因。隨后提出第二個問題，能否從In(OH)3轉(zhuǎn)變?yōu)镮n(OH)xSy？進(jìn)一步從沉淀生成的判斷方法引出溶度積常數(shù)在多相體系中的應(yīng)用，即沉淀的轉(zhuǎn)化過程。通過實例向?qū)W生展示多相平衡常數(shù)的計算方法，并根據(jù)平衡常數(shù)的大小判斷沉淀轉(zhuǎn)化的難易，從而在知識應(yīng)用的過程中建立起知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時學(xué)生在學(xué)習(xí)通上學(xué)習(xí)和討論晶體生長過程中的問題過程中對溶液(solution)，沉淀(precipitate)等名詞已經(jīng)比較熟悉，這大大減少了學(xué)生在課堂教學(xué)過程中的語言障礙。又例如，可以從著名的三國故事“七擒孟獲”中啞泉的解毒反應(yīng)為切入點進(jìn)行溶度積常數(shù)的應(yīng)用教學(xué)，以喝多少泉水能夠徹底解毒這一問題展開討論，讓學(xué)生在解決問題的過程中掌握溶度積常數(shù)的應(yīng)用方法，并根據(jù)解毒過程理清該部分知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生感知沉淀溶解平衡在生活中的重要應(yīng)用以更好的運用該部分理論去解決生產(chǎn)和生活中的問題。在教師知識網(wǎng)絡(luò)梳理的基礎(chǔ)上學(xué)生進(jìn)一步建立包含實例和科研前沿問題分析的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 創(chuàng)新實踐效果指導(dǎo)教學(xué)模式持續(xù)改進(jìn)

無機化學(xué)課程學(xué)期外學(xué)生參與“材料之星”創(chuàng)新實驗，學(xué)生需要調(diào)研和閱讀科技前沿文獻(xiàn)，然后根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研情況開展課題研究，主要包含無機新材料的合成、改性及性能研究。學(xué)生在參與創(chuàng)新實驗過程中需要進(jìn)行課題匯報及學(xué)年論文總結(jié)，根據(jù)學(xué)生對文獻(xiàn)的解讀和理解情況及學(xué)年論文寫作情況初步評估無機化學(xué)雙語課程的學(xué)習(xí)效果。例如在光催化材料制備及性能研究創(chuàng)新實踐過程中，通過光催化方法降解水溶液中羅丹明B為主要研究對象讓學(xué)生閱讀英文文獻(xiàn)中運用化學(xué)反應(yīng)速率理論討論羅丹明B的降解效率及速率的處理方法，而反應(yīng)速率的比較歸結(jié)于一級反應(yīng)的速率常數(shù)的大小比較，從而了解學(xué)生對第三章化學(xué)反應(yīng)速率方程的理解，同時利用材料結(jié)構(gòu)對光催化性能的影響指導(dǎo)學(xué)生運用溶度積原理設(shè)計高效光催化材料的合成。學(xué)生的理解應(yīng)用情況反饋教學(xué)，根據(jù)反饋情況對第三章和第四章教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法持續(xù)改進(jìn)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，通過雙語小視頻和科研創(chuàng)新案例能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索前沿課題的能力，但是學(xué)生在應(yīng)用無機化學(xué)基礎(chǔ)理論知識設(shè)計合成新材料的能力仍然較弱，反映出學(xué)生對知識的靈活應(yīng)用能力不足。而知識的靈活應(yīng)用建立在深刻理解基礎(chǔ)之上，因此，僅僅圍繞應(yīng)用實例和科研前沿問題的解決建立知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還不足以讓學(xué)生真正理解知識內(nèi)涵，而增加練習(xí)和討論是促進(jìn)知識消化和理解的良好方式。目前采取的線上討論為主的教學(xué)方式?jīng)]有達(dá)到預(yù)期的效果，雖然該方式有利于學(xué)生隨時隨地參與討論，但會存在周期長，且難以保證參與討論的覆蓋面。近年來發(fā)展起來的對分課堂是促進(jìn)知識消化和提高自學(xué)能力的一種優(yōu)勢教學(xué)模式，能夠提高課堂教學(xué)的學(xué)生參與度，補充線上討論覆蓋面窄的不足。因此，后期的雙語課堂教學(xué)擬采取對分課堂為主的教學(xué)模式，以期提高總體教學(xué)效果，實現(xiàn)科學(xué)思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

圖1 無機化學(xué)雙語課程線上線下混合教學(xué)模式研究思路簡圖Fig.1 The diagram for study on the online and offline mixed teaching mode for inorganic chemistry bilingual curriculum

4 結(jié) 語

線上線下混合教學(xué)模式研究，該課程以 “培養(yǎng)科學(xué)思維與創(chuàng)新能力、提升理論素養(yǎng)與實驗技能”為教學(xué)宗旨，在教學(xué)中遵循“啟發(fā)引導(dǎo)、興趣培養(yǎng)、促進(jìn)發(fā)展”的原則，注重理論聯(lián)系實際，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，形成活潑自由的教學(xué)氣氛；運用線上與線下相結(jié)合的教學(xué)模式把科研前言問題和創(chuàng)新實踐內(nèi)容融入教學(xué)，形成“融教書育人、知識傳授、創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)于一體”的教學(xué)理念，為培養(yǎng)具有開拓創(chuàng)新精神的“材料之星”打下了良好基礎(chǔ)。