基于數(shù)字化教學(xué)空間的無機(jī)化學(xué)課程建設(shè)與實踐

摘 "要：文章以哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱、深圳和威海三個校區(qū)的基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊為依托，以建設(shè)“一校三區(qū)”化學(xué)虛擬教研室為契機(jī)，針對當(dāng)前在線教學(xué)中存在的教學(xué)模式思考不足、以“課程為中心”和難以滿足個性化學(xué)習(xí)需求等問題，提出建設(shè)并完善集合在線開放課程和智能學(xué)習(xí)空間一體化的數(shù)字化教學(xué)空間，探索基于數(shù)字化教學(xué)空間的教學(xué)新模式，旨在實現(xiàn)三個校區(qū)在人才培養(yǎng)能力上的互補(bǔ)與提升，并可為同類型的在線開放課程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化教學(xué)空間；多校區(qū)協(xié)同；教學(xué)新模式；在線開放課程；無機(jī)化學(xué)課程

中圖分類號：G642 " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " "文章編號：1673-7164（2024）29-0064-04

一、數(shù)字化教學(xué)空間建設(shè)的必要性

得益于大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術(shù)的快速發(fā)展應(yīng)用，人類文明已步入第四次工業(yè)革命時代，數(shù)字技術(shù)正在成為改變?nèi)蚋偁幐窬值年P(guān)鍵力量。近年來，為抓住新發(fā)展契機(jī)，培養(yǎng)出能擔(dān)當(dāng)起民族復(fù)興大任的社會主義建設(shè)者和接班人，教育部出臺了一系列文件，倡導(dǎo)高等教育將數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)教育范式深度融合，積極開展智能學(xué)習(xí)空間與在線開放課程建設(shè)，從而更加有效地支撐新工業(yè)浪潮中國家的可持續(xù)發(fā)展。

二、數(shù)字化教學(xué)空間建設(shè)與應(yīng)用面臨的問題

教育事業(yè)發(fā)展是國家發(fā)展的支柱基石和活力源泉，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的融合和發(fā)展，在新時代國家昌盛和民族復(fù)興中將擔(dān)負(fù)起重要的人才保障作用。自2012年以來，以MOOC/MOOCs（Massive Open On-line Course/Courses，又稱“慕課”）為代表的開放性在線教學(xué)方式在全世界高等教育領(lǐng)域獲得了快速的發(fā)展和應(yīng)用。但在開始的幾年中，MOOCs的實際完成率相當(dāng)?shù)?。有報告指出，超過90%的注冊者并沒有完成所注冊的課程，很多人甚至沒有進(jìn)入過課程。大量的MOOCs資源也沒有起到促進(jìn)學(xué)習(xí)的作用，許多人上完一門課后就不再學(xué)習(xí)了。這些數(shù)據(jù)說明，MOOCs在早期惠及的人群遠(yuǎn)小于宣傳和預(yù)期的數(shù)量。

新冠肺炎疫情期間，MOOCs等在線學(xué)習(xí)資源的建設(shè)和應(yīng)用在全球范圍內(nèi)再次備受關(guān)注。從國內(nèi)來看，在教育部“停課不停教、停課不停學(xué)”的意見指導(dǎo)下，全國高校依托教育部組織的22個在線課程教學(xué)平臺中的2.4萬余門課程，制定了多樣化的在線教學(xué)解決方案，基本滿足了本科12個大學(xué)科門類和專科高職18個專業(yè)大類學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。［1］過去三年間，在教育部的倡導(dǎo)下，全國在線開放課程及相關(guān)學(xué)習(xí)平臺建設(shè)快速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)教育資源的受眾迅速增加，為高質(zhì)量人才培養(yǎng)提供了全新的機(jī)會和可能。

作為數(shù)字化教學(xué)空間的一種形式，在線開放課程通過共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，開闊學(xué)生眼界、提升教學(xué)水平、提高教育公平。為了突出重點、刪繁就簡，目前大部分的在線開放課程以短視頻錄播的方式向?qū)W生傳授課程涉及的專業(yè)知識，實際上仍然是“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式。學(xué)生雖然能夠通過視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，但學(xué)到的知識更加碎片化，大部分學(xué)生仍保留著被動聽講的學(xué)習(xí)習(xí)慣，往往忽略主動思考甚至不知道該如何主動思考，這導(dǎo)致學(xué)生缺乏對課程體系整體知識框架統(tǒng)攬全局的意識或能力，學(xué)生學(xué)習(xí)成效的提升面臨挑戰(zhàn)。此外，線上教學(xué)中也普遍存在一些如“在線教學(xué)過程中平臺流暢度、靈活性受阻。教師在線教學(xué)操作不熟悉，師生互動未達(dá)到預(yù)期效果并缺乏良好的教學(xué)設(shè)計。學(xué)生自我管理難以把控并增加了學(xué)生的任務(wù)量，學(xué)生個人條件差異大”等問題。［2-3］

在習(xí)近平總書記的“不斷做強(qiáng)做優(yōu)做大我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)”的指導(dǎo)思想下，［4］“十四五”綱要對推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推動“互聯(lián)網(wǎng)+教育”持續(xù)健康發(fā)展和實施全民數(shù)字素養(yǎng)與技能提升行動作出了戰(zhàn)略部署。為了保障順利實施，2022年2月，教育部提出“教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動”，從教育信息化、智慧教育公共服務(wù)平臺建設(shè)、教育資源供給與共享、智慧教室與智慧課堂建設(shè)、評價方式改革、治理模式變革等方面系統(tǒng)布局，為教育數(shù)字化發(fā)展指明了方向。2022年春季學(xué)期多地疫情持續(xù)擴(kuò)大，教育部等五部門進(jìn)一步出臺了《關(guān)于加強(qiáng)普通高等學(xué)校在線開放課程教學(xué)管理的若干意見》，對在線開放課程的質(zhì)量，線上教學(xué)資源，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、自覺性，教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督等都提出了新的、更高的要求。［5］

從廣東省的情況來看，該省在線課程建設(shè)起步雖晚但速度很快。自2018年來，已建成省級系列在線開放課程85門，遴選省級精品在線開放課程103門，立項省級以上在線開放課程333門，截至2020年1月，MOOCs上線數(shù)總計已達(dá)479門。［6］為保障科學(xué)性，2018年廣東省教育廳還積極推動了粵港澳大灣區(qū)高校在線開放課程聯(lián)盟的成立，并于2019年組織成立了廣東省本科高校在線開放課程指導(dǎo)委員會，通過聯(lián)盟和委員會的雙重力量，有效地引導(dǎo)智能學(xué)習(xí)空間和在線開放課程的規(guī)劃、建設(shè)和優(yōu)化。2021年，《廣東省教育發(fā)展“十四五”規(guī)劃》在實施一流教學(xué)資源推廣應(yīng)用計劃中提出，依托粵港澳大灣區(qū)高校在線開放課程聯(lián)盟，開發(fā)建設(shè)面向粵港澳全體高校、自主運營的課程資源共享平臺，引進(jìn)、建設(shè)上線1000門左右省級精品在線開放課程，擴(kuò)大國家級、省級優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享應(yīng)用。［7］

因此，近年來以MOOCs代表的開放性在線課程建設(shè)雖然取得了快速的發(fā)展，但也面臨諸多問題，包括教學(xué)方法陳舊、教學(xué)模式思考不足，以“課程為中心”而非“以學(xué)生為中心”，難以滿足個性化學(xué)習(xí)需求等。面對持續(xù)疫情危機(jī)和全球發(fā)展減速，如何多元化地運用信息技術(shù)手段，多角度賦能教育實踐創(chuàng)新，成為全社會和教育系統(tǒng)共同關(guān)注的熱點問題，智能學(xué)習(xí)空間與在線開放課程的提質(zhì)增效勢在必行。

三、多校區(qū)協(xié)同下的數(shù)字化“化學(xué)智慧教學(xué)空間”建設(shè)

（一）多校區(qū)協(xié)同下的教學(xué)團(tuán)隊構(gòu)建

針對當(dāng)前在線教學(xué)中存在的教學(xué)方法陳舊、教學(xué)模式思考不足，以“課程為中心”而非“以學(xué)生為中心”，難以滿足個性化學(xué)習(xí)需求等問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊以建設(shè)“一校三區(qū)”化學(xué)虛擬教研室為契機(jī)，組織自哈爾濱工業(yè)大學(xué)本部、深圳和威海校區(qū)的十余名一線教師共同參與課程建設(shè)。團(tuán)隊成員長期從事教學(xué)科研工作，承擔(dān)無機(jī)化學(xué)、大學(xué)化學(xué)和大學(xué)化學(xué)實驗等相關(guān)課程，近年來，在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，團(tuán)隊成員合理協(xié)作，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，打破時空壁壘，實現(xiàn)教學(xué)思想上、理念上和實踐上的傳幫帶，在在線課程建設(shè)、在線輔助教學(xué)模式創(chuàng)新、數(shù)字化資源共建和教學(xué)方法研討方面展開了多維度的探索，取得了明顯成效。

（二）多校區(qū)協(xié)同下的數(shù)字化教學(xué)空間建設(shè)

過去幾年，團(tuán)隊依托國家精品在線“金課”、國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享平臺展示項目、省級精品在線“金課”和省級虛擬仿真“金課”等前期基礎(chǔ)，在“化學(xué)智慧教學(xué)空間”梳理、建設(shè)和完善方面進(jìn)行了積極探索。

數(shù)字化教學(xué)空間設(shè)置了“備課資源”“化學(xué)之美”“化學(xué)思政”“拓展園地”“虛擬教研室”等板塊，集成了大量的課件、視頻等學(xué)習(xí)資源和與化學(xué)相關(guān)的生產(chǎn)生活應(yīng)用案例，融入前沿科技成果和國家戰(zhàn)略需求的發(fā)展方向，集合了在線開放課程與智能學(xué)習(xí)空間，可以為學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)和拓展式學(xué)習(xí)提供教室物理空間之外的數(shù)字空間。此外，數(shù)字化教學(xué)還將對教室物理空間的教學(xué)過程同步采集，以供學(xué)生復(fù)習(xí)使用。通過線下與線上結(jié)合，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)知識的傳播與共享，促進(jìn)學(xué)生的交流與協(xié)作，進(jìn)而提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

四、基于“化學(xué)智慧教學(xué)空間”的教學(xué)應(yīng)用探索

團(tuán)隊依托“化學(xué)智慧教學(xué)空間”，圍繞立德樹人、知識育人和鑄魂正人的根本任務(wù)，結(jié)合教學(xué)模式、反饋模式和評價模式的改革創(chuàng)新，使學(xué)生掌握與本課相關(guān)的研究熱點、發(fā)展趨勢及前沿應(yīng)用，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造三位一體的人才培養(yǎng)目標(biāo)（圖1）。

在具體的“無機(jī)化學(xué)”課程教學(xué)活動中，教師依托“化學(xué)智慧教學(xué)空間”，從引入概念框架、構(gòu)建物理圖像、形成抽象思維、追蹤科技前沿等四個方面完成教學(xué)內(nèi)容，并在每堂課開始和結(jié)尾處用上講回顧和本堂小結(jié)兩種方式，及時梳理和加深學(xué)生對概念的理解。在反饋模式設(shè)計方面，打通“課前、課中、課后”反饋環(huán)節(jié)，實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)。在評價模式設(shè)計方面，降低“標(biāo)準(zhǔn)答案作業(yè)”比重，提升“開放答案作業(yè)”比重，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的批判性思維、 創(chuàng)新性思維和自主性思維能力。

團(tuán)隊積極探索教學(xué)模式改革，從“以課堂講授為主”改為“以課堂討論為主”，改革傳統(tǒng)課堂中“以課堂講授為主”，學(xué)生被動接受的教學(xué)模式。采用“以課堂討論為主”的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)模式改革，引導(dǎo)學(xué)生通過“化學(xué)智慧教學(xué)空間”和其他相關(guān)資源，鼓勵他們對所學(xué)知識進(jìn)行深入思考，再借助智慧教室的硬件資源，通過教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間豐富的交流討論，有助于學(xué)生摒棄傳統(tǒng)的碎片式知識結(jié)構(gòu)，建立框架式知識體系。針對比較抽象的化學(xué)原理和化學(xué)理論，運用圖片、視頻等可視化途徑，對抽象的知識點或者概念進(jìn)行解釋，讓抽象的理論知識形象起來，力求做到知識框架清晰，內(nèi)容豐富飽滿，重點突出，圖文并茂，從而幫助學(xué)生直觀地掌握四大平衡、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等抽象的基礎(chǔ)理論。在描述化學(xué)板塊，以元素周期表為主線，建設(shè)豐富的實驗案例資源庫和應(yīng)用案例資源庫，系統(tǒng)地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握周期表中各種主要元素的存在、制備、性質(zhì)和用途等，在結(jié)合前兩大知識板塊的概念和理論的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生歸納總結(jié)、舉一反三的能力。

大部分學(xué)生習(xí)慣于“課后反饋”，但在實際教學(xué)中，學(xué)生對枯燥的理論知識和公式產(chǎn)生興趣并保持長時間的注意力非常困難，這導(dǎo)致個體的學(xué)習(xí)效果差異較大，精準(zhǔn)施教、滿足個性化學(xué)習(xí)需求面臨挑戰(zhàn)。針對這一問題，教學(xué)團(tuán)隊對反饋模式改革進(jìn)行了探索，從“課后反饋”改為“課前、課中、課后”全環(huán)節(jié)反饋。改變了傳統(tǒng)課堂中主要通過課后的作業(yè)、考試環(huán)節(jié)對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考察的“課后評估”評價模式，采用“課前、課中、課后”評估反饋，通過運用“線上MOOC+課堂智能終端+課程群投票工具”等信息技術(shù)手段，把復(fù)雜的公式簡單化、抽象的概念圖片化、視頻化和游戲化，有助于提高學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)成效。

在實際教學(xué)中，大部分學(xué)生更加關(guān)注對具體問題是否回答正確，往往對課程知識的內(nèi)涵和外延知之甚少或無從下手，這不利于學(xué)生眼界的開拓和思維能力的提升，課程基礎(chǔ)知識與延伸知識的融合面臨挑戰(zhàn)。針對這一情況，團(tuán)隊積極嘗試評價模式的改革，探索從“標(biāo)準(zhǔn)答案作業(yè)”到“開放答案作業(yè)”的學(xué)習(xí)效果評估模式。改變傳統(tǒng)課堂中的課后作業(yè)有“標(biāo)準(zhǔn)答案”，用絕對對錯來衡量學(xué)生學(xué)習(xí)成效的評價模式。采用“開放答案作業(yè)”，通過教師引導(dǎo)、學(xué)生調(diào)研的理論聯(lián)系實際、基礎(chǔ)聯(lián)系前沿的評價模式，有助于拓寬學(xué)生視野，提升學(xué)生批判性思維、創(chuàng)新性思維和自主性思維能力。

通過基于“化學(xué)智慧教學(xué)空間”的教學(xué)應(yīng)用反饋，團(tuán)隊還及時調(diào)整、豐富和完善“PPT教案、展示動畫、視頻拓展、應(yīng)用案例”等內(nèi)容，提高團(tuán)隊整理和運用能與學(xué)生“同頻共振”的教學(xué)資料的能力，逐步豐富了包含課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)設(shè)計、教案、理論課程視頻、實驗課程視頻、學(xué)堂在線課程、MOOC課課程等豐富教學(xué)資源。通過微信群等信息化手段，向?qū)W生推送課程相關(guān)的科技成果，并通過設(shè)置“優(yōu)秀小論文”“實驗小能手”等獎勵，拓展學(xué)生分析思考問題的深度和廣度，激發(fā)學(xué)生從事科研工作的興趣。

邀請校內(nèi)外專家對教學(xué)過程及課程建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)評價，通過組織“教學(xué)觀摩、頭腦風(fēng)暴、課件診斷、匿名評價、評獎評優(yōu)”等活動，形成濃厚的教學(xué)研討氛圍，提高團(tuán)隊教學(xué)能力和業(yè)務(wù)水平。目前，哈工大一校三區(qū)有大量需要學(xué)習(xí)無機(jī)化學(xué)、大學(xué)化學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)化學(xué)課程的計算機(jī)、機(jī)電、經(jīng)管、材料、環(huán)境、土木等專業(yè)低年級本科生從中獲益。

五、結(jié)語

當(dāng)前，在線教學(xué)課程建設(shè)蓬勃發(fā)展，但在其教學(xué)應(yīng)用中仍存在知識碎片化、知識脈絡(luò)不清晰、師生互動弱和生生互動弱等問題。文章結(jié)合學(xué)生群體在應(yīng)用在線課件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)中遇到的問題，分析了教師在使用在線課程進(jìn)行輔助教學(xué)時存在的不足，以哈爾濱工業(yè)大學(xué)“化學(xué)智慧教學(xué)空間”建設(shè)與無機(jī)化學(xué)課程應(yīng)用為例，從數(shù)字化教學(xué)空間建設(shè)和課堂教學(xué)實踐的角度提出了一些有針對性的建議，可為打造傳統(tǒng)教育與數(shù)字教育相融合、課堂教育與實踐教育相融合的教學(xué)模式，促進(jìn)線上和線下融合教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效和提升教學(xué)質(zhì)量提供參考借鑒。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 教育部. 教育部應(yīng)對新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見［EB/OL］. （2020-02-04）［2024-06-14］. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-02/05/content_547 4733.htm.

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［5］ 教育部. 教育部等五部門關(guān)于加強(qiáng)普通高等學(xué)校在線開放課程教學(xué)管理的若干意見［EB/OL］. （2022-03-10）［2024-06-14]. ht tp：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202204/t20220401_612700.html.

［6］ 鄒園園，李成軍，謝幼如. 疫情時期高校在線教學(xué)“灣區(qū)模式”的構(gòu)建與實施［J］. 中國電化教育，2020（04）：22-28.

［7］ 廣東省人民政府. 廣東省人民政府關(guān)于印發(fā)廣東省教育發(fā)展“十四五”規(guī)劃的通知［EB/OL］. （2021-11-01）［2024-06-14］. https： //www.gd.gov.cn/zwgk/wjk/qbwj/yf/content/post_3602375.htm.

（責(zé)任編輯：張若琂）

基金項目：廣東省本科高校在線開放課程指導(dǎo)委員會研究課題項目“基于哈工大化學(xué)智慧教學(xué)空間的教學(xué)資源數(shù)字化建設(shè)與應(yīng)用”（課題編號：2022ZXKC563）；哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料學(xué)院教育教學(xué)研究類項目“工科高?！疅o機(jī)化學(xué)’課程思政的探索與實踐”（項目編號：HITSZMSE23002）。

作者簡介：袁群惠（1980—），女，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，研究方向為能源材料與器件；張興文（1972—），男，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院教授，研究方向為復(fù)合材料與器件；邱業(yè)君（1978—），男，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，研究方向為金屬納米材料與器件；馬清（1980—），男，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）實驗與創(chuàng)新實踐教育中心副研究員，研究方向為能源材料與器件；金劍（1985—），男，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）實驗與創(chuàng)新實踐教育中心實驗師，研究方向為有機(jī)化學(xué)；劉德麗（1976—），女，博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向為導(dǎo)電高分子聚合物制備及應(yīng)用研究。