“一中心、雙融合、三維度”應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐*

張小麗

(吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132013)

“應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)”是高職應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程以初高中化學(xué)為基礎(chǔ)，為后續(xù)的化工原理、化工生產(chǎn)工藝等專業(yè)課程服務(wù)，課程內(nèi)容是初高中化學(xué)課程理論體系和實(shí)驗(yàn)體系的延伸。近幾年來，課程組不斷學(xué)習(xí)新的職業(yè)教育理論，不斷探索教育教學(xué)改革，將原有的“基礎(chǔ)化學(xué)”和“化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程有機(jī)整合，重構(gòu)為以實(shí)驗(yàn)為引領(lǐng)的“應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)”課程，取得了較好的教學(xué)效果。但是，面對生源多樣、理論基礎(chǔ)薄弱、動手能力不足等突出問題，凸顯了個性化、分層次培養(yǎng)的迫切需求。課程組在“省精品課程+省優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)+省級示范性實(shí)訓(xùn)基地+國家石油化工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地”建設(shè)的基礎(chǔ)上，不斷探索以學(xué)生為中心的分層次教學(xué)改革。

1 “應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)”課程建設(shè)沿革

課程團(tuán)隊(duì)緊跟職業(yè)教育教學(xué)的改革步伐，不斷探索教學(xué)改革的新模式，課程建設(shè)取得了系列化成果。課程先后被評為“吉林省優(yōu)秀課程”“吉林省精品課程”和“吉林省精品在線開放課程”，課程團(tuán)隊(duì)也被評為吉林省優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員是國家級“應(yīng)用化工技術(shù)”專業(yè)教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的主要成員。

2 “應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革舉措

2.1 “崗賽課”融通，重構(gòu)模塊化教學(xué)內(nèi)容

該課程主要服務(wù)于我校應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)，按著專業(yè)“一崗精、多崗?fù)ā钡娜瞬排囵B(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合吉林省區(qū)域石油化工類企業(yè)對專業(yè)人才培養(yǎng)的實(shí)際需求，確定該專業(yè)主要的工作崗位為化工生產(chǎn)現(xiàn)場操作，輔助崗位為化工工藝管理、化工生產(chǎn)中控操作和化工產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)。課程組與合作企業(yè)(中國石油吉林石化有限公司培訓(xùn)部主要成員和吉化化肥廠技術(shù)骨干)組成課程改革研究團(tuán)隊(duì)，將企業(yè)對崗位的需求，按著教育教學(xué)規(guī)律重新凝練，形成了企業(yè)對從業(yè)人員在知識、技能、素質(zhì)方面的具體要求，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，確定了該課程三維的學(xué)習(xí)目標(biāo)。依據(jù)三維教學(xué)目標(biāo)，解構(gòu)原有課程體系，重構(gòu)了以學(xué)生為中心、以技能為主線、以實(shí)驗(yàn)為載體的模塊化課程體系，將教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化為五大模塊、十九個教學(xué)項(xiàng)目、三十七個教學(xué)任務(wù)[1]。將崗位需求離散化，通過培養(yǎng)矩陣，融入到具體課程模塊中，如表1所示。

表1 教學(xué)模塊與崗位核心能力對應(yīng)矩陣

2.2 “課賽”融通，優(yōu)化教學(xué)項(xiàng)目和考核標(biāo)準(zhǔn)

與本課程直接相關(guān)的2個國家級競賽項(xiàng)目，分別是教育部主辦的全國職業(yè)院校技能競賽化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)賽項(xiàng)和人力資源與社會保障部主辦的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)賽項(xiàng)。間接相關(guān)的賽項(xiàng)包括教育部主辦的全國技能競賽化工生產(chǎn)技術(shù)賽項(xiàng)和人力資源與社會保障部主辦的QHSE賽項(xiàng)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)賽項(xiàng)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)賽項(xiàng)考查與本課程直接相關(guān)的職業(yè)核心能力[2-3]如表2所示，典型的工作任務(wù)如表3所示。

表2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)賽項(xiàng)相關(guān)的崗位核心能力

表3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)賽項(xiàng)考核的典型工作任務(wù)

課題組結(jié)合多年的承辦競賽、指導(dǎo)競賽的經(jīng)驗(yàn)，主要參考與本課程直接相關(guān)的2個國家級競賽項(xiàng)，在課程內(nèi)容優(yōu)化和項(xiàng)目考核過程中有機(jī)融入兩個國家級競賽項(xiàng)目核心考核內(nèi)容和考核標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。

表4 課程內(nèi)容融入技能競賽考核內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系

2.3 標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，完善硬件條件

課程組牢牢把握化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的這一特征，圍繞模塊化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，開展了標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[4]。從實(shí)驗(yàn)室軟、硬件建設(shè)兩個方面，優(yōu)化完善實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，制定了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，完善了實(shí)驗(yàn)室使用和管理制度，形成了集教學(xué)、培訓(xùn)、技能競賽為一體的化學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)中心。中心共包含基本操作準(zhǔn)備間、基本操作實(shí)驗(yàn)室、電子天平實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)制備實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)檢測實(shí)驗(yàn)室、物性檢測實(shí)驗(yàn)室和1個?；匪幤穾臁?個三廢緩存站。結(jié)合中心使用要求，進(jìn)一步完善了校、院、教研室的三級管理體系，形成了三級安全教育機(jī)制。通過實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，實(shí)驗(yàn)藥品的規(guī)范化存取和實(shí)驗(yàn)三廢的流程化處理，營造了良好的育人環(huán)境，有效實(shí)現(xiàn)了環(huán)境育人。

2.4 深化校企合作，共建優(yōu)質(zhì)資源

依托省級精品在線開放課程建設(shè)項(xiàng)目，課程組不斷優(yōu)化課程資源，與中國石油吉林石化分公司培訓(xùn)部、吉林石化化肥廠、北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司等企業(yè)合作，圍繞安全教育、藥品的存取和使用、實(shí)驗(yàn)“三廢”的處理、典型實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化操作、重大設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化使用、重點(diǎn)難點(diǎn)理論知識的講解等方面，開發(fā)了微課、實(shí)驗(yàn)操作、虛擬仿真等大量的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

2.4.1 制作經(jīng)典理論微課和經(jīng)典實(shí)驗(yàn)操作的視頻資源

以經(jīng)典化學(xué)理論為主線，設(shè)計(jì)錄制了包括熱力學(xué)基礎(chǔ)知識、化學(xué)反應(yīng)速率理論及影響因素分析、化學(xué)平衡基本理論及影響因素、酸堿質(zhì)子理論、酸堿電離理論、溶液pH值計(jì)算、氧化還原基本理論、原電池、電極電勢及其應(yīng)用、配位化合物理論、烴類化合物的性質(zhì)及用途、烴的含氧衍生物性質(zhì)及用途、定量分析基礎(chǔ)、有效數(shù)字及其運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理等63個微課視頻。

以典型實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作為主線，設(shè)計(jì)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、物性測定、化學(xué)成份檢測及物質(zhì)制備四個模塊，累計(jì)錄制加熱與冷卻、溶解與蒸發(fā)、沉淀與過濾、干燥、結(jié)晶、萃取、升華、藥品稱量、沸點(diǎn)測定、密度測定、黏度測定、電導(dǎo)率測定、氣體物質(zhì)制備、液體物質(zhì)制備、固體物質(zhì)制備、滴定分析、電位分析、吸光光度測試法、色譜分析等在內(nèi)的25個典型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作項(xiàng)目視頻。所有資源均上傳教學(xué)平臺，便于開展課前自學(xué)和課后拓學(xué)。

2.4.2 校企聯(lián)合開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)資源

針對“應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)”課程的三維教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，分三個維度開發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源。第一維度是虛擬仿真軟件層，在專業(yè)機(jī)房開展教學(xué)，主要實(shí)現(xiàn)輔助教學(xué)目的。通過仿真軟件，使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)操作流程、基本原理和注意事項(xiàng)等內(nèi)容。第二維度是VR一體機(jī)操作層，通過桌面VR一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真操作練習(xí)，是對第一維度的升級，在第一維度的基礎(chǔ)上強(qiáng)化技術(shù)技能訓(xùn)練和規(guī)范操作訓(xùn)練。目前已經(jīng)開發(fā)的資源包括實(shí)驗(yàn)室安全資源、物質(zhì)制備資源、物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)測定資源和大型儀器設(shè)備使用虛擬仿真資源。具體項(xiàng)目有化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全、正溴丁烷制備、乙酸乙酯制備、阿司匹林制備、氣象色譜使用、液相色譜使用等VR虛擬仿真資源。第三維度是“云端”訓(xùn)練層，在學(xué)校虛擬仿真資源共享平臺上，通過課程線上資源，預(yù)習(xí)或鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)知識、技能雙提升。包括典型的實(shí)驗(yàn)操作、物質(zhì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)測定等資源，具體包括高沸點(diǎn)溶劑DFM的減壓蒸餾仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、氯化氫高溫制備芐脂虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等。整體的資源建設(shè)如圖1所示。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，有效的支撐了課前啟智、課中強(qiáng)技、課后拓新的教學(xué)策略。

圖1 校企合作開發(fā)的虛擬仿真資源

2.5 以學(xué)生為中心，分層教學(xué)服務(wù)學(xué)生個性發(fā)展

生源多樣性，學(xué)習(xí)目標(biāo)差異性，決定了以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)的必然性。綜合構(gòu)建理論和成果導(dǎo)向理論，以學(xué)習(xí)者為中心需要逆向開展教學(xué)設(shè)計(jì)，同時還需要在教學(xué)設(shè)計(jì)時充分考慮以下三個主要因素[5]：一是學(xué)生能夠參與探究活動，提升學(xué)習(xí)遷移能力；二是充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)和首創(chuàng)能力；三是通過學(xué)習(xí)評價，激發(fā)學(xué)生元認(rèn)知和深度學(xué)習(xí)能力。以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了個性化發(fā)展需求，有利于學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成。課題探索“線上線下結(jié)合+虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合+課上課下結(jié)合”的三結(jié)合課程教學(xué)模式，實(shí)施了“課前啟智、課中強(qiáng)技、課后拓新”的三段式教學(xué)法，通過“引、學(xué)、訓(xùn)、評、拓”五個教學(xué)步驟，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)和以個性發(fā)展為需求的分層教學(xué)。以模塊三項(xiàng)目四任務(wù)三：從茶葉中提取咖啡因?yàn)槔?，詳?xì)說明具體教學(xué)實(shí)施過程。

2.5.1 課前啟智

課前啟智主要借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)。教師課前在平臺上精心設(shè)計(jì)了教學(xué)資源，供學(xué)生課前完成自學(xué)。資源主要包括：學(xué)習(xí)任務(wù)單、授課PPT、理論微課、實(shí)驗(yàn)操作視頻、學(xué)習(xí)測試和拓展視頻等6類學(xué)習(xí)資源。通過授課PPT和微課，學(xué)生將學(xué)習(xí)到茶葉的成分、咖啡因及其臨床應(yīng)用、咖啡的提取原理等內(nèi)容；通過觀看實(shí)操視頻，使學(xué)生初步熟悉脂肪提取裝置操作、普通蒸餾操作、升華操作、普通過濾等典型化學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范和流程；結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容，完成任務(wù)單中的內(nèi)容，并通過學(xué)習(xí)測試題檢驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。在學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識、原理和實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上，課題組還精心設(shè)計(jì)了拓展視頻，如：“影響世界的中國植物”“屠呦呦和青蒿素”等，有效的激發(fā)了學(xué)生愛國熱情和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研精神。

2.5.2 課中強(qiáng)技

課中主要包含“學(xué)、訓(xùn)、評”三個核心的教學(xué)實(shí)施步驟?！皩W(xué)”是指小組研學(xué)、教師導(dǎo)學(xué)。教學(xué)實(shí)施過程中，首先由各小組匯報課前學(xué)習(xí)情況及學(xué)習(xí)過程中遇到的具體問題，然后展開小組間的討論。教師在充分聽取小組匯報和組間討論后，結(jié)合課前啟智階段的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)測試情況，教師詳細(xì)講解重點(diǎn)內(nèi)容，并對關(guān)鍵操作做現(xiàn)場示范。通過小組學(xué)習(xí)、組間討論、教師解惑、標(biāo)準(zhǔn)示范等環(huán)節(jié)，使“學(xué)”的環(huán)節(jié)充滿激情?！坝?xùn)”主要指實(shí)操訓(xùn)練階段。在課前啟智和教師精講示范的基礎(chǔ)上，各組成員按照任務(wù)要求，探索自主完成從茶葉中提取咖啡因項(xiàng)目的所有實(shí)驗(yàn)操作。在“訓(xùn)”的過程中，教師需實(shí)時記錄各組的實(shí)驗(yàn)過程，同時及時糾正各組實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的不規(guī)范操作，并通過攝像頭記錄典型操作案例，便于教師點(diǎn)評?！霸u”主要指教學(xué)評價。評價包括過程評價和結(jié)果評價兩部分，包括學(xué)生和教師兩個主體，首先是學(xué)生自評和互評，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成自我評價和組間評價。教師則結(jié)合過程記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和操作錄像，解讀教學(xué)實(shí)施過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、易錯點(diǎn)，并結(jié)合錄像對優(yōu)秀的做法和不規(guī)范做法進(jìn)行點(diǎn)評。在學(xué)習(xí)知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生合作、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、創(chuàng)新的綜合素質(zhì)。

2.5.3 課后拓學(xué)

依據(jù)課前、課中的學(xué)習(xí)效果，結(jié)合學(xué)生技能大賽、專升本等不同的學(xué)習(xí)訴求，個性化安排拓學(xué)內(nèi)容。對有意參加技能大賽的同學(xué)，在強(qiáng)技精技上下功夫，課后結(jié)合線下實(shí)驗(yàn)室開放和線上虛擬仿真進(jìn)一步強(qiáng)化技能操作。對有意參加專升本考試的同學(xué)，在增知拓知上下功夫，主要安排更深、更成體系的理論知識學(xué)習(xí)。

3 “應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)”課程的改革成效

1)學(xué)習(xí)目標(biāo)有效達(dá)成

從學(xué)生學(xué)習(xí)熱情角度來看，課程采用任務(wù)驅(qū)動、實(shí)驗(yàn)引領(lǐng)、小組教學(xué)模式，通過啟智、強(qiáng)技、拓學(xué)三段式教學(xué)安排，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，滿足了學(xué)生個性化發(fā)展需求，教學(xué)目標(biāo)有效達(dá)成。從學(xué)生的成績角度看，通過改革課程考核方案，將技能競賽標(biāo)準(zhǔn)有效融入到項(xiàng)目過程考核，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的針對性，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和技能的規(guī)范性?？v向?qū)Ρ?年來的學(xué)生平均成績，由75.6分上升到了83.2分，整體學(xué)習(xí)效果不斷提升。從學(xué)生素質(zhì)發(fā)展角度看，通過系統(tǒng)化設(shè)計(jì)課程思政內(nèi)容，逐步實(shí)現(xiàn)潤物細(xì)無聲，通過拓知識、強(qiáng)技能、精操作，培養(yǎng)了學(xué)生合作、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、創(chuàng)新的綜合素質(zhì)，素質(zhì)目標(biāo)有效達(dá)成。

3)技能競賽卓有成效

學(xué)生參加與本課程直接相關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)賽項(xiàng)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)賽項(xiàng)，取得了驕人的成績。參加教育部化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)賽項(xiàng)，近三年獲得國家二等獎1次，三等獎2次。連續(xù)兩屆參加人社部化學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)賽項(xiàng)吉林省選拔賽，均獲得第一名，兩屆獲得第一名的學(xué)生均獲得了吉林省技術(shù)能手稱號。學(xué)生參加與本課程間接相關(guān)的化工生產(chǎn)技術(shù)賽項(xiàng)，近三年獲得國賽一等獎1次，國賽三等獎2次。2021屆畢業(yè)生，參加中國石油系統(tǒng)化工總控工賽項(xiàng)獲得總分第一名的優(yōu)異成績。綜上，通過組織學(xué)生參加高水平技能競賽，不僅有效的將競賽標(biāo)準(zhǔn)和考核標(biāo)準(zhǔn)融入到教學(xué)實(shí)踐過程，更通過競賽培訓(xùn)打造了一支高水平的師資隊(duì)伍，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量，有效的達(dá)成了分層教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)了拔尖學(xué)生，為學(xué)生的成長成才搭建了廣闊的平臺。

4 結(jié)束語

以學(xué)生為中心開展教學(xué)設(shè)計(jì)，以崗課融通、課賽融通重構(gòu)模塊化教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施“三段五步”教學(xué)法，通過課前、課中、課后的有效銜接，能夠更好的滿足當(dāng)前生源多樣，學(xué)習(xí)目標(biāo)差異的性的迫切需求。從學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)成績和技能競賽等方面看，課程改革取得了初步成效。兩年多的教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生知識、能力、素質(zhì)三維學(xué)習(xí)目標(biāo)有效達(dá)成，人才培養(yǎng)質(zhì)量不斷提升。