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首要教學(xué)原理視閾下《結(jié)構(gòu)化學(xué)》課程改革探索

2020-02-18 01:31李文佐劉紹麗
山東化工 2020年1期
關(guān)鍵詞:基礎(chǔ)知識原子學(xué)習(xí)者

李文佐,劉紹麗

(煙臺大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,山東 煙臺 264005)

2002年,美國教育技術(shù)與設(shè)計理論家、教育心理學(xué)家梅瑞爾(M. D. Merrill)[1]首次提出首要教學(xué)原理(First Principles of Instruction),又稱“五星教學(xué)模式”。梅瑞爾認(rèn)為,優(yōu)秀的教學(xué)應(yīng)以最終促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)為目的,因此教學(xué)必須致力于(參見圖1[2]):(1)聚焦問題,即學(xué)習(xí)者必須介入解決實(shí)際的生活問題或研究問題;(2)激活舊知識,即喚起學(xué)習(xí)者已有知識并將其作為新知識的基礎(chǔ);(3)示證新知識,即在學(xué)習(xí)過程中將新知識恰如其分的展示給學(xué)習(xí)者;(4)應(yīng)用新知識,即學(xué)習(xí)者學(xué)會應(yīng)用所學(xué)的新知識來促進(jìn)自己學(xué)習(xí);(5)融會貫通,即學(xué)習(xí)者將所學(xué)新知識與自己的生活或研究融于一體,應(yīng)用自如,從而達(dá)到最終實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目的。

圖1 首要教學(xué)原理

圖2 波紋狀教學(xué)設(shè)計模式

首要教學(xué)原理更加關(guān)注教學(xué)實(shí)施的程序問題。為了闡明如何使課堂教學(xué)更加合理,2007年,梅瑞爾[3]又提出了“波紋狀教學(xué)設(shè)計模式”,展示了課程編制流程的8個環(huán)節(jié)(參見圖2[4]):(1)聚焦問題,即根據(jù)課程內(nèi)容制定具體的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo),保證學(xué)生在教學(xué)結(jié)束時能完成任務(wù)并達(dá)到目標(biāo);(2)任務(wù)排序,即確定教學(xué)任務(wù)的先后順序;(3)內(nèi)容分析,即對教學(xué)任務(wù)中的知識成分進(jìn)行分析,并確定采取哪些教學(xué)環(huán)節(jié)促使學(xué)生掌握相應(yīng)知識;(4)策略適配,即確定教學(xué)總體策略和每一項(xiàng)具體任務(wù)具體知識章節(jié)對應(yīng)的教學(xué)策略;(5)界面設(shè)計,即確定教學(xué)展示手段和必要的資源,如視頻、文本、圖像、模型等;(6)產(chǎn)品制作,即制作教學(xué)過程應(yīng)用的多媒體課件、講義、ppt等;(7)教師指導(dǎo),轉(zhuǎn)變角色,鼓勵學(xué)生在教師指導(dǎo)下積極完成學(xué)習(xí)任務(wù),體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)主體性;(8)評估評價,綜合運(yùn)用多種過程性評價和終結(jié)性評價對教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評估。

結(jié)構(gòu)化學(xué)是化學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課程,它是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)(包括空間結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu))的關(guān)系的科學(xué),結(jié)構(gòu)化學(xué)以量子力學(xué)為基礎(chǔ),從微觀結(jié)構(gòu)研究物質(zhì)的性質(zhì),因此結(jié)構(gòu)化學(xué)課程理論性較強(qiáng)、內(nèi)容抽象,要求學(xué)生具有較高的邏輯思維能力和較好的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中,以課堂教學(xué)為主,教學(xué)方式單一,學(xué)生處于被動接受的狀態(tài),學(xué)生學(xué)習(xí)起來普遍感覺課程難度大,不好掌握,教學(xué)效果一般。此外,由于結(jié)構(gòu)化學(xué)課程理論性強(qiáng),學(xué)生在本科期間接觸到的化學(xué)研究性問題應(yīng)用到結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識較少,學(xué)生普遍認(rèn)為這門課與將來從事的工作關(guān)系不大,因此學(xué)生一般不喜歡該門課程。同時,同學(xué)們也普遍反映這門課的評價方式單一,主要以筆試為主,考試主要考查“要求背過的知識”,運(yùn)用理論知識分析問題解決問題的題型嚴(yán)重不足。

針對上述這些問題,我們在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)過程中,以首要教學(xué)原理為指導(dǎo),積極進(jìn)行教學(xué)探索,從五個方面對結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)進(jìn)行論述和設(shè)計,具體包括:(1)教學(xué)的前端分析,即學(xué)生特征分析及結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)闡述;(2)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的五星教學(xué)模式;(3)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容分析;(4)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐探索,即對教學(xué)手段教學(xué)策略的改革探索;(5)改革測試與評估手段。

1 教學(xué)前端分析

學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的對象是大三本科生,他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)知識,具備了一定的化學(xué)知識儲備和一定的科學(xué)素養(yǎng),同時通過多年的不間斷學(xué)習(xí),也積累并具備了一定的邏輯思維能力、空間想象能力和假設(shè)演繹推演能力,對新知識具備較強(qiáng)的好奇心和較強(qiáng)的接受能力。基于此,結(jié)構(gòu)化學(xué)的課程的教學(xué)目標(biāo)旨在滿足學(xué)生知識需求,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性分析問題和解決問題的能力,教學(xué)過程中應(yīng)注重提高學(xué)生的理論應(yīng)用能力和研究探索能力。

2 結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的五星教學(xué)模式

為達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo),我們在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中積極遵循五星教學(xué)模式:(1)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容必須在圍繞和聯(lián)系實(shí)際問題中加以呈現(xiàn);(2)教學(xué)過程中首先喚起同學(xué)們對已學(xué)四大化學(xué)的相關(guān)知識;(3)教學(xué)過程中不僅僅進(jìn)行理論闡述,而是結(jié)合實(shí)際例子進(jìn)行講解;(4)不斷強(qiáng)化練習(xí),使同學(xué)們不斷應(yīng)用新學(xué)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識;(5)積極鼓勵同學(xué)們把所學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)踐中,比如指導(dǎo)同學(xué)們更好的學(xué)習(xí)同步開設(shè)的儀器分析課程相關(guān)內(nèi)容。

3 結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容分析

結(jié)構(gòu)化學(xué)課程內(nèi)容多、涉及面廣、理論性強(qiáng),由于課時所限(48學(xué)時),不可能在課堂教學(xué)中面面俱到。在首要教學(xué)原理指導(dǎo)下,對課程內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整。首先,根據(jù)主要教學(xué)內(nèi)容確定一個邏輯主線:即使得學(xué)生在掌握量子力學(xué)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上,能夠應(yīng)用處理化學(xué)體系。通過系統(tǒng)講解量子力學(xué)發(fā)展簡史和量子力學(xué)基礎(chǔ)知識,確定理論基礎(chǔ),在這一基礎(chǔ)上,對原子(從單電子原子到多電子原子)、分子(從雙原子分子到多原子分子)、配合物等體系進(jìn)行處理,通過求解薛定諤方程來確定波函數(shù)進(jìn)而求解這些體系所有可能的性質(zhì)。其次,在處理每一部分體系時確定一種實(shí)驗(yàn)手段,講解實(shí)驗(yàn)原理,使同學(xué)們能夠意識到結(jié)構(gòu)化學(xué)知識與化學(xué)實(shí)驗(yàn)緊密相連,同時體現(xiàn)結(jié)構(gòu)化學(xué)知識的重要性。在上述思想指導(dǎo)下,我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理取舍:首先學(xué)習(xí)量子力學(xué)基礎(chǔ)知識,在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、雙原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、配合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。其中穿插學(xué)習(xí)分子對稱性相關(guān)知識(群論初步知識),這部分內(nèi)容是為合理簡化求解多原子分子的薛定諤方程的數(shù)學(xué)工具。最后學(xué)習(xí)晶體學(xué)基礎(chǔ)知識。

4 結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)設(shè)計和策略

在上述教學(xué)內(nèi)容教學(xué)任務(wù)分析的基礎(chǔ)上,每個章節(jié)進(jìn)行單個任務(wù)設(shè)計,在教學(xué)設(shè)計時,首先注意激活舊知識,即引導(dǎo)學(xué)生回憶所學(xué)的四大化學(xué)相關(guān)知識,展示上一節(jié)課的內(nèi)容,如在講解原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)這一章時,首先回憶學(xué)生之前在大學(xué)物理和無機(jī)化學(xué)等科目中學(xué)習(xí)到的原子的結(jié)構(gòu),并對上一章量子力學(xué)基礎(chǔ)知識進(jìn)行回顧,這樣舊的知識被激活,學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加容易接受。其次示證新知識,在每一章節(jié)對新知識進(jìn)行系統(tǒng)講解,滿足學(xué)生的求知欲。比如分子對稱性部分,講到群的定義,讓學(xué)生們認(rèn)識到群不是一個簡單多個元素的集合,而是滿足了特定條件的多個元素的集合。再次應(yīng)用新知識,比如講完量子力學(xué)基礎(chǔ)知識后,用來處理一維箱中粒子并結(jié)合花菁染料的電子光譜,這樣可以使得同學(xué)們加深對理論知識的理解。第四融會貫通,在每個章節(jié)結(jié)束后可以布置一些主體作業(yè),尤其是研究性任務(wù),讓同學(xué)們積極查閱和收集資料,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,還可以在課堂上匯報研究結(jié)果,進(jìn)而調(diào)動同學(xué)們主動學(xué)習(xí)的積極性。

在教學(xué)策略方面,注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。課堂上教師不是照本宣科,而是做一個引導(dǎo)者,以學(xué)生為主體進(jìn)行學(xué)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建新的邏輯思維能力和思維方法,尤其是對微觀世界的粒子的認(rèn)知。在教學(xué)過程中,教師積極和學(xué)生互動,充分調(diào)動學(xué)生的積極性和參與性,注重用啟發(fā)式、討論式等方法進(jìn)行講述和溝通。布置課外作業(yè)時,注重增加實(shí)踐性、探索性、研究性內(nèi)容。同時,上課時注重應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù),用好互聯(lián)網(wǎng),給學(xué)生推薦國內(nèi)外有關(guān)結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的網(wǎng)站;用好有關(guān)計算程序、動畫程序和手機(jī)客戶端等,積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。此外,在某些內(nèi)容難度不太大的章節(jié),嘗試翻轉(zhuǎn)課堂模式,讓學(xué)生在積極準(zhǔn)備的前提下匯報和講述相關(guān)內(nèi)容等。

5 改革測試與評估手段

運(yùn)用過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合的方式形成綜合評價。過程性評價包括學(xué)生出勤、課堂表現(xiàn)(包含隨堂測驗(yàn)、回答問題、課堂參與等)、完成每個章節(jié)有關(guān)知識點(diǎn)任務(wù)的情況、課后作業(yè)、期中考試、學(xué)習(xí)同伴(同學(xué))評價、教師評價等等,終結(jié)性評價主要是期末閉卷測試。過程性評價的比重加大到30-50%。此外,教師還根據(jù)學(xué)生的反饋隨時修正自己的課堂設(shè)計和策略,以期不斷改善教學(xué)過程,提高教學(xué)效果。

通過上述這些改革措施,使得同學(xué)們對結(jié)構(gòu)化學(xué)課程有了更全面的認(rèn)識,不再存在畏難情緒,大部分同學(xué)反饋說課程內(nèi)容是有用的,在學(xué)習(xí)過程中有很強(qiáng)的獲得感。教學(xué)開展較之以前更加順暢。當(dāng)然,教學(xué)改革永遠(yuǎn)在路上,隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展學(xué)生獲得新知識的手段和途徑越來越多,對課堂教學(xué)的挑戰(zhàn)也越來越大,我們將繼續(xù)發(fā)揚(yáng)以學(xué)生為中心的理念,扎扎實(shí)實(shí)做好教學(xué)各項(xiàng)工作。

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