新工科背景下無機(jī)化學(xué)教學(xué)法改革研究獲獎科研報告

新工科背景下無機(jī)化學(xué)教學(xué)法改革研究獲獎科研報告摘

要：2019年，為了順應(yīng)陜西師范大學(xué)以及學(xué)院“新工科”發(fā)展統(tǒng)籌，材料科學(xué)與工程學(xué)院將《無機(jī)化學(xué)》課程由108課時壓縮到72課時?！稛o機(jī)化學(xué)》課程本身知識內(nèi)容豐富，體系龐雜，所以新工科背景下《無機(jī)化學(xué)》課程的教學(xué)就面臨著課時少、容量大、任務(wù)重的困難，因此，如何改進(jìn)《無機(jī)化學(xué)》教學(xué)方法進(jìn)而提高其教學(xué)質(zhì)量對教師提出了更高的要求。根據(jù)筆者在過去幾年執(zhí)教《無機(jī)化學(xué)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和根據(jù)工科院校材料科學(xué)與工程學(xué)院《無機(jī)化學(xué)》課程的自身特點(diǎn)，提出本論文教學(xué)法改革研究。

關(guān)鍵詞：新工科;無機(jī)化學(xué)改革;翻轉(zhuǎn)課堂;模塊教學(xué)法

2017年2月，圍繞“中國制造2025”國家戰(zhàn)略實(shí)施，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》，“新工科”開始進(jìn)入公眾視野。新工科建設(shè)是國家主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動。陜西師范大學(xué)早在第十一屆黨代會上就提出了發(fā)展新工科的要求，加快新工科建設(shè)也是我校搶抓機(jī)遇，建設(shè)綜合性研究型大學(xué)的有力推動[1-3]。筆者所在學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院是一個存在于師范類院校下的一個完全非師范學(xué)院。其中新能源材料與器件即是基于新工科背景建設(shè)的本科專業(yè)?！稛o機(jī)化學(xué)》課程是新能源材料與器件專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是大一學(xué)生入校的第一門專業(yè)必修課。因此，這門課程教學(xué)質(zhì)量的高低對本科生整個大學(xué)四年期間的學(xué)習(xí)甚至畢業(yè)后的就業(yè)都起著舉足輕重的作用。如何提高《無機(jī)化學(xué)》課程的教學(xué)質(zhì)量顯得尤為重要。2019年，材料科學(xué)與工程學(xué)院將之前本一學(xué)年學(xué)完的《無機(jī)化學(xué)》課程壓縮到一學(xué)期完成，《無機(jī)化學(xué)》課程本身知識內(nèi)容豐富，體系龐雜，所以新工科背景下《無機(jī)化學(xué)》課程的教學(xué)就面臨著課時少、容量大、任務(wù)重的困難，對講授這門課程的我們也提出了更高的要求。

無機(jī)化學(xué)教材共分為兩部分[4]，上冊內(nèi)容是理論部分，如原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、動力學(xué)、化學(xué)平衡（酸堿平衡、配位平衡、沉淀溶解平衡以及反應(yīng)平衡等）、電化學(xué)、以及配位化學(xué)部分。下冊內(nèi)容為元素化學(xué)，具體為根據(jù)核外電子排布分為s區(qū)，p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)。章節(jié)內(nèi)容展開也是根據(jù)該順序進(jìn)行的。上冊內(nèi)容比較系統(tǒng)，公式多，理解的部分多。而下冊內(nèi)容知識零散，龐雜，典型特點(diǎn)是翻開書全懂，合上書就懵。因此將上下冊書合為一學(xué)期講授，對學(xué)生的學(xué)來說壓力很大。經(jīng)過2019年對新一屆大一新生的教學(xué)實(shí)踐，以及根據(jù)筆者在過去幾年執(zhí)教《無機(jī)化學(xué)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和根據(jù)工科院校材料科學(xué)與工程學(xué)院《無機(jī)化學(xué)》課程的自身特點(diǎn)，從進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果出發(fā)，就工科院校《無機(jī)化學(xué)》課程的改革和建設(shè)，提出無機(jī)化學(xué)模塊教學(xué)法改革研究。

在進(jìn)行模塊法系統(tǒng)講授該門課程的同時，在具體的教學(xué)過程中，做到以問題為引導(dǎo)，按照提出問題、總結(jié)分析、實(shí)踐應(yīng)用等構(gòu)建“翻轉(zhuǎn)課堂”，通過創(chuàng)新教學(xué)方法，如利用現(xiàn)代化教學(xué)手段“雨課堂”來使學(xué)生更好的參與課堂互動，使學(xué)生能準(zhǔn)確、深刻理解無機(jī)化學(xué)這門課程。因此，本論文改革的主要內(nèi)容從大學(xué)的“課堂革命”出發(fā)，通過改變授課策略和體系等方式，進(jìn)一步改進(jìn)我院的無機(jī)化學(xué)教學(xué)模式，順應(yīng)我院短課時對無機(jī)化學(xué)教學(xué)的改革，打破傳統(tǒng)“滿堂灌”的授課方法，著重培養(yǎng)學(xué)生的三個“能力”，即學(xué)習(xí)能力、反思能力以及課題研究能力;同時，激勵、鼓舞、啟迪學(xué)生參與探究式學(xué)習(xí)，把“自主、合作、探究”落到實(shí)處。依托《無機(jī)化學(xué)》教學(xué)實(shí)踐，通過分析無機(jī)化學(xué)內(nèi)容體系和教學(xué)優(yōu)化方案，以提升培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)專業(yè)素養(yǎng)的可操性以及學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性為主要出發(fā)點(diǎn)，有為了更好的使學(xué)生在短期內(nèi)掌握本門課，本論文提出模塊教學(xué)法改革。所謂模塊，也就是教材的知識結(jié)構(gòu)，它是把無機(jī)化學(xué)教材按照某種課程體系分成幾個相對獨(dú)立的部分，目的是為了便于我們教師的教學(xué)。而且如果我們在教學(xué)中有意識地把我們建立模塊的標(biāo)準(zhǔn)及所建立的模塊教給學(xué)生，還有利于學(xué)生更好把握這門課的主線，能更有效地學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生在有限的教學(xué)周期內(nèi)更好的掌握這門課程。具體為將無機(jī)化學(xué)分為三個模塊，分別為化學(xué)原理部分、物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分以及元素化學(xué)部分。

對無機(jī)化學(xué)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐，具體為改變傳統(tǒng)講授進(jìn)程，按照教材體系和課程內(nèi)容體系，以“模塊教學(xué)法”來為學(xué)生講授本門知識，形成“新工科”培養(yǎng)模式背景下無機(jī)化學(xué)課程體系的教學(xué)特色，便于學(xué)生在一學(xué)期內(nèi)能牢固掌握本應(yīng)一年學(xué)完的無機(jī)化學(xué)課程;通過創(chuàng)新實(shí)踐，達(dá)成新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)無機(jī)化學(xué)的最佳效果，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和優(yōu)秀材料人才培養(yǎng)目標(biāo)的落實(shí)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)材料化學(xué)的積極性和主動性[5]。

具體措施為：課前為學(xué)生發(fā)布導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，由于無機(jī)化學(xué)上冊內(nèi)容的理論性很強(qiáng)，學(xué)生很難把握重點(diǎn)，無法完全理解四大平衡以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論本質(zhì)。根據(jù)該教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)要求，對有關(guān)平衡原理的公式，思路讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，有利于學(xué)生更好的掌握該部分知識。下冊的元素化學(xué)則需要學(xué)生在課前多查一下與生活中相關(guān)的物質(zhì)資料。如講授硼族元素一章節(jié)時，感覺上硼族元素中的硼距離我們很遠(yuǎn)，這個時候，可以讓學(xué)生查一下資料，學(xué)生就能了解原來還有硼酸香皂、硼酸軟膏等，如果過敏了，大部分醫(yī)生都會給開硼酸軟膏來緩解癥狀，因此，一下子就能拉近學(xué)生的距離感。上課的時候?qū)W生才會更有積極性。比如講授到碳族元素的時候，還可以通過制造戰(zhàn)斗機(jī)的碳纖維的關(guān)鍵技術(shù)在日本企業(yè)手中，我們只能依賴進(jìn)口來加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)材料化學(xué)的使命感和責(zé)任感。課中，問題引導(dǎo)。翻轉(zhuǎn)式教學(xué)，在講解中盡可能地設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生理解理論知識，使學(xué)生真正理解平衡體系，達(dá)到該內(nèi)容的教學(xué)效果。通過對具體細(xì)節(jié)問題的設(shè)計和提問，引導(dǎo)學(xué)生在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上更細(xì)致地掌握重點(diǎn)難點(diǎn)，同時通過教學(xué)互動，加深學(xué)生問題思考?！坝暾n堂”軟件也能實(shí)時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。及時回答學(xué)生的問題。課后，問題思考。通過學(xué)生做題和理解理論內(nèi)容并加以應(yīng)用，對課堂內(nèi)容進(jìn)行拓展延伸，進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。要求學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，多做習(xí)題，對其深入思考，理解更透徹，興趣更濃厚，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，不斷改善教學(xué)效果按照教材的邏輯體系，模塊教學(xué)法可把兩本教材分為三部分來為學(xué)生講授：第一部分為化學(xué)原理部分，包括化學(xué)熱力學(xué)、動力學(xué)及四大平衡（化學(xué)平衡、酸堿平衡、氧化還原平衡和配位平衡），這一部分重點(diǎn)在于熟練利用平衡常數(shù)計算四大平衡的問題，所以重點(diǎn)是在化學(xué)平衡，掌握該部分知識后，后面的三個平衡體系都是根據(jù)化學(xué)平衡演化而來，計算方法以及思維模式都想通;第二部分為物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)部分，主要包括原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、分子（包括配位化合物）和固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，該部分在學(xué)生掌握了原子中的電子在核外運(yùn)動的波動性及其波函數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)形式，并掌握了常見的原子軌道如s，p，d等軌道的實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)上，介紹價鍵理論、雜化軌道理論、價層電子對互斥理論和分子軌道理論，其重點(diǎn)為分子結(jié)構(gòu)以及配合物的理論體系。第三部分元素化學(xué)包括堿金屬、堿土金屬（材料科學(xué)與工程學(xué)院的教學(xué)大綱中，堿金屬和堿土金屬屬于自學(xué)尼內(nèi)容）、非金屬元素和過渡金屬元素，重點(diǎn)在非金屬元素如鹵素、氧族、碳族、氮族等和過渡金屬元素如錳族、鐵族、銅族等。

在課時被壓縮的情況下，面臨的主要問題依然是教學(xué)時間緊張，內(nèi)容多，所以很多知識點(diǎn)不能講解的特別詳細(xì)。因此，對教師的教學(xué)方法就提出了更高的要求?！胺D(zhuǎn)式課堂”強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生與教師角色的轉(zhuǎn)變，注重的是學(xué)生課后的學(xué)習(xí)。本論文提出“模塊”+“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，旨在解決短時間內(nèi)如何使學(xué)生能快速理解掌握無機(jī)化學(xué)重難點(diǎn)的突出問題。提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生科研積極性。在具體的教學(xué)過程中，做到以問題為引導(dǎo)，按照提出問題、總結(jié)分析、實(shí)踐應(yīng)用等構(gòu)建“翻轉(zhuǎn)課堂”，通過“雨課堂”教學(xué)軟件的使用，來增強(qiáng)與學(xué)生的互動，使學(xué)生能準(zhǔn)確、深刻理解無機(jī)化學(xué)第一模塊-化學(xué)原理的概念與理論，