教学创新丨吴文源:大学基础化学课程的立体学习体系构建

2020-03-07

自2008年江苏省高考改革方案实现以来,化学变成选测科目,考核成绩也由绝对分值变为相对等级。这一变化导致大学新生入学后,授课班级有接近四分之一的同学高中阶段没有选学化学,我们称之为“非化新生”,同时班级也不乏化学尖子生,甚至奥林匹克化学竞赛获得者,学生层次差异大。如何有效地激发学生的学习主动性,提高学习效率,对不同基础的学生实现精准差异教学,一直是院校管理部门及一线教师们思索的问题。

 

2018-2019年,吴文源老师及其团队参与了第四届西浦全国大学教学创新大赛并获得年度教学创新三等奖。

 

针对大学新生的化学基础和学习特点,南京工业大学的吴文源老师及其团队贯彻以学习者的发展为中心的理念,构建了“无机与分析化学”立体学习体系,建设了相应的立体化资源平台。经过实践证明,该体系有助于不同层次的学生开展个性化自主学习,大大提升了学习的效率,重构能力导向的协同创新人才培养体系,育人效果明显,在理工科类基础课的教学工作中具有推广价值。

 

课程概况

大一化学基础课程 《无机与分析化学》

 

 “立体化学习体系”的创新教学模式——从谋划到构建

基于十几年来持续深入的学情调研,吴文源老师团队提出了学生在化学基础课学习中普遍存在的矛盾,总结为:

● 大学新生想学和不会学的矛盾;

● 教学要求的统一和学习者基础不统一的矛盾;

● 大班化授课效率与个体学习效率之间的矛盾;

 

基于这“三大矛盾”,为了凸显“以学习者为核心”的教学理念,吴文源老师团队提出了“立体化学习体系”这一创新解决方案,具体的思路和做法如下:

 

1、打通课程之间的壁垒,凸显课程承上启下的关键作用

调整教学内容 有精有简 突出重点

“无机与分析化学”后续的其他基础化学课程有“有机化学”和“物理化学”,共同构成了大学化学基础课程群。因此吴文源老师团队将“无机与分析化学”定位成化学课程体系的起点,不片面追求体系独立,将与后续课程简单重复的部分进行了精简与调整。

例如原来无机化学中的热力学函数部分需要精简。这些相对抽象的内容在一年级讲过了,但学不透,到了高年级 “物理化学”又讲一遍,学生似懂非懂,既浪费了原本就紧张的教学时数,学习上的重复也起不到1+1>2的效果。

又如原子轨道的杂化理论,非常重要,直接影响到有机化学中分子的空间构型问题,这些内容反而要加强。

打通与后续课程之间的壁垒,突破了单一学科教学定势,从整个学科体系培养人才的高度去看问题,调整教学内容,在精简的同时又更凸显了基础教学的重点,达到了承上启下的目的。

 

2、课程内涵的凝练——知识体系的立体化、层次化

首先,制定了符合学习者认知模式的学习路线图,以学生的视角重构教学要素的定位。同学在课程伊始就对于一门学科的整体性和知识点内在关联有了认识上的重视,与中学学习的碎片化、应试化有了鲜明的对照,是一种学习方式上的引导。

 

其次,进一步将具体章节内容按层次分解为点线面的立体元素。以基本概念为“点”,以几个点串联成基本理论及应用的“线”,又以几个线索编织成综合应用及思想方法的知识“面”,是一种高阶学习能力的培育。

 

以“原子结构”为例,这一章历来是学习的难点:在教学中先完成基本概念知识点的播种,然后将相关知识点串联形成“基本原理及应用”的线索,完成这一部分内容学习的重点,最后才升华到“整体认知目标”的高度,即一切化学问题的核心和起点就是原子结构问题,而原子中最重要的就是电子的状态和变化。这是一种在基本知识点掌握和理解基础上水到渠成的拔高,体现了化学学科独有的思想方法特点。

 

最后,有了学习层次的递进依据,可以做到根据不同的教学对象灵活授课。对于入学基础较差的学生,重点应向“基本概念”倾斜,确保达标率,为后续课程打好基础。对于入学基础较好、所在专业对化学要求较高的学生,可在“化学思想方法”的层次上进行启发,介绍一些所在学科的最新研究和成果,培养他们对所在专业的认同和热情,必定会起到“画龙点睛”的效果。

 

3、构建立体学习资源平台,为个性化自主学习提供完善的配套服务

 

吴文源老师团队构建的立体学习资源平台在“无机与分析化学”教学实施中的定位十分清晰,不是替代课堂教学,也不完全等同于混合式教学,是一个为课后自主学习提供保障的学习资源平台,是按照立体知识体系理念去还原了一座虚拟的山,让学生去自主攀登。

 

以学习的立体路线作为课程内容的主干,将课程的学习资源找准结合点,以不同形式的资源对接不同要求的学习内容。所有这些学习资源按照知识体系的内在逻辑有机地组织在一起,能够保证学习者找到自己的弱点和难点,精准发力,有针对地开展自主学习活动。

 

在线课程网络

目前“无机与分析化学”立体学习资源已建有总计607页的多媒体ppt课件,187个词条,27个微课视频。学习资源的封装和发布,依托北京超星世纪公司的泛雅网络教学平台及手机端的超星学习通app实现。学习者可以借助立体化的资源平台,探索立体知识体系,定制个性化的自主学习方式,有效加强学习效率,显著提升学习效果。平台现已完整运行三个学期,浏览数超过20万,师生互动热烈。

 

学习者可以借助立体化的资源平台,探索立体知识体系,定制个性化的自主学习方式,有效提高学习效率,显著提升学习效果。

 

将立体化学习延展至课堂外,提升到创新人才培养的高度

化学是一门以实验为基础的学科,应用和创新的实现在课堂之外。吴文源老师团队以实践和学科竞赛倒逼课堂教学和理论学习的推进,教师和学院在基础课程群建设过程中,积极与“江苏中丹集团”、“北京普析通用仪器有限责任公司”、“安莱立思仪器科技有限公司”等知名企业合作,共同主办化学实验技能大赛。

 

“立体化学习”结合社会热点和痛点,将生产、生活中的化学问题连同化学实验知识融会贯通于教学与竞赛中,以科研实践能力为培养导向,提升了学生科研素质,使学生的知识、能力和素质更加多元化。本着为学习者的明天谋发展的理念,不但能选拔出好的尖子,对于班级整体的学习氛围也有很强的带动作用,一些"非化新生"甚至能够后来居上,脱颖而出。

 

同时,吴文源老师充分利用多种软件与实验教学平台,实现立体化全方位的辅助学习。有效调动学生对于化学实验设计的兴趣,充分利用智能手机、平板电脑的网络资源来扩充教学内容和手段。

 

建设与使用实验教学中心网站,实行开放大学化学实验网上咨询答疑、开放实验网上预约、大型仪器使用预约等制度,有效拓展和延伸了实验室开放的时间与空间。补充了教学内容,实现实验预习、选课、答疑等课堂外教学互动,并充分利用图书馆及APP网络资源,拓展了学生除课堂和书本外获取知识的新途径。

 

教学成果反馈

 

南京工业大学工科专业学生经过化学基础课程的成功培养,动手实践意愿与能力普遍增强。积极参加校内竞赛,以及各项省级和全国赛事,频创佳绩。

 

基础化学教学的成功,对学生的后续影响力是持久和长远的。学生学习成绩提高了,层次差异也缩小了。在理论基础扎实和具有开放性思维能力的前提下,学生的创新能力和实践操作能力得到了显著提升。基础化学教学,大大提升了学生对化学学科的钻研兴趣,为创新人才的培育提供了沃土。

 

在老师的启发下学习,发现现在所学的东西得“悟”,而不是像高中时死板的去背、去做。

——轻化专业 张文杰同学

 

教材是分章节的,但学习的时候不要孤立分析,比如5、7、8、9这几章就有较深的联系,很多问题都只不过是大问题背景下的小分支。

——书院专业 刘超同学

 

2011学院建院以来,学生在学科竞赛、科学研究等方面取得了优异成绩,吴老师的基础化学课程起到的作用是深远而长久的。

——2011学院院长 姜岷

 

我院入学新生基础差异层次很大,“无机与分析化学”在这方面做了大量踏实的工作,去关心和帮助基础差、成绩落后的同学。

——食品学院教学副院长 汪海波

 

总结:

基础化学的立体学习体系站在学科的整体认知高度和创新人才的育人高度,跳出单一课程的限制,切实体现以学生的发展为中心,为学习者创造无时不在、无处不在的多维度立体学习的内容、方法、资源以及氛围。有助于不同层次的学生开展个性化自主学习,育人效果明显。

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