汪快兵 呂 波

南京農業(yè)大學理學院化學系 江蘇南京 210095

一、背景與問題

(一)新形勢、新要求

分析化學是一門以實驗為基礎的學科,其理論和規(guī)律源自對大量實驗事實的總結和提煉,因此,實驗性的展示在整個分析化學教學過程中占有重要地位。新農科背景下,對于農業(yè)大學的動物醫(yī)學、農學、食品、植物保護等專業(yè)學生而言,分析化學不僅是引導學生正確樹立“定量”的概念,同時,也是對學生細致的觀察能力、創(chuàng)新思維能力、分析實際問題能力、嚴謹科研態(tài)度的培養(yǎng)。更為重要的是,讓學生意識到分析化學可以應用到食品、農業(yè)、生物醫(yī)藥、環(huán)境等領域,并能切實解決生活與生產過程中產生的實際問題,培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。新形勢下,通過“分析化學實驗”課程的系統學習,并將其深入農業(yè)學科核心課程當中,為發(fā)展農業(yè)科技,培養(yǎng)跨專業(yè)背景新型農業(yè)人才培養(yǎng)添磚加瓦,踔厲奮發(fā),努力實現“藏糧于地、藏糧于技”的發(fā)展戰(zhàn)略。

(二)現狀與問題

在新農科大背景環(huán)境下,幾所兄弟農業(yè)院校的“分析化學實驗”課程改革不得不提。華中農業(yè)大學,目前正根據授課對象所屬專業(yè)的不同,對“分析化學實驗”課程嘗試分類教學;西北農林科技大學,推動化學基礎課程的改革與優(yōu)化,以更好地實現與生命科學等學科的交叉融合;華南農業(yè)大學、山東農業(yè)大學等,要求從師資建設、教材建設、課堂教學、教學方法與手段改進等方面,對化學基礎課程教學進行全方位的優(yōu)化與改革,可見,改革已刻不容緩。筆者學校內部也在積極倡導交叉融合,促進化學走進農科專業(yè)教學甚至專業(yè)科學研究之中,還專門成立前沿交叉研究院,切實解決農業(yè)學科中的“卡脖子”化學問題。即便如此,也在實際優(yōu)化與實踐的過程中遇到了一些問題,尤其是傳統“分析化學實驗”教學中,往往存在教師授課枯燥,學生對實驗內容、現象理解不深,操作欠規(guī)范,遇到問題無法自查等諸多問題。究其原因,主要在于現有教學模式與學生學習能力之間存在矛盾,更有一部分同學認為容量分析老舊[1],不適合現有科技發(fā)展的需要,認為完全可以被儀器分析所取代等。具體表現為以下幾個方面:

(1)課時少,均分課程內容不夠。容量分析方法,又叫滴定分析方法,作為一種重要的化學分析方法,在“分析化學實驗”課程中占比較大,包括酸堿滴定、沉淀滴定、配位滴定和氧化還原四大滴定分析方法,看似內容較多,但主要側重化學學科的滴定分析,均分到每個學期后,每種類型的滴定課程內容較少,難以融合農學專業(yè)核心課程。

(2)與大農學類專業(yè)與核心課程交叉融合不夠。四大容量分析滴定中,主要側重于針對化學本科專業(yè)的滴定反應與類型,包括酸堿比較滴定與標定、多元弱酸堿的滴定、水的硬度與鋁離子含量測定以及高錳酸鉀法與重鉻酸鉀法氧化還原滴定實驗,與食品、動醫(yī)、環(huán)境等專業(yè)的交叉不足、融合不夠充分。

(3)不同專業(yè)、不同知識基礎的學生缺乏針對性教學。我?！胺治龌瘜W實驗”課程受眾專業(yè)廣、人數多,目前規(guī)?？蛇_1800余人。這些學生當中,根據高考情況,又大致可分為三類:①因當地省份政策的原因,未選擇報考化學。這類學生化學基礎知識薄弱、理論知識匱乏,對化學課程無好感,甚至有心理抵觸情緒。②部分少數民族學生,高中時期化學基礎差。這兩類學生因理論課程成績不理想,從而牽連實驗課程,表現為理論學習不自信、動手操作不自信,實際操作能力較差。③第三類是正常選考化學的學生,排除個別特殊情況,相對前兩類同學,動手操作以及實驗聯系理論的情況掌握的更扎實。因此,即便在“一人一組”的小課堂實驗教學模式條件下,也很難保證因材施教、分類教學。

(4)對新理論、技術、應用介紹不夠。因交叉融合的較少,在課堂上提及的新知識、新技術、新應用未能及時反饋給學生,教材和教法還比較落后。

(5)研究性、探究性和討論式教學[2]較少。實驗課程往往注重的是動手操作能力,忽略了與之聯系的理論課程的講解與拓展。與之對應的“全討論”“重點討論”的內容少,學生往往“照葫蘆畫瓢”式的流程化試驗,缺乏創(chuàng)新型的研究與思考。

(6)如何合理使用MOOC、手機存在爭議?？萍嫉陌l(fā)展,一方面加速了信息的更迭,拉進了我們與世界的距離。隨著信息技術的發(fā)展,各種基于“互聯網+”的線上教學方式,比如MOOC、SPOC、超星學習通、學堂云、雨課堂等應運而生,改變著傳統的教學形式,學生可隨時隨地通過手機APP學習并掌握課程內容,加深對分析化學理論知識的了解。但同時,手機也催生了“迷戀”現象,尤其是缺乏自我管理的學生,耽誤了學習。

(7)中國大學MOOC上,“分析化學實驗”課程在線視頻內容少,難以覆蓋。對“分析化學實驗”課程而言,目前只有武漢大學、大連理工大學、東北大學以及湖南大學等幾所高校有符合他們教學大綱的一套“分析化學實驗”線上課程。容量分析滴定基礎內容部分雖有重疊,但仍有大部分內容無法覆蓋,且并未過多涉及與“農”交叉的內容。

(8)實驗課程成績評價方式單一。目前多數實驗課程按照筆者學?？偟恼?實驗課程平時成績占比70%,操作考試占比30%。評價的方式較為單一,過程性評價、創(chuàng)新性評價依然較少。

在“分析化學實驗”教學過程中,學生如果不能充分認識實驗課程學習的重要性,短期內看,可能只會影響到學生本課程的學習效果;中期來看,可能會影響到學生專業(yè)課程乃至核心專業(yè)課程的學習;如果長遠來看,還會影響到學生升學深造和個人職業(yè)生涯的發(fā)展。因此,如何更好地開展“分析化學實驗”教學,是值得每一位分析化學工作者深思的問題。

二、課程優(yōu)化的策略與實踐

根據兄弟院?！胺治龌瘜W實驗”課程的教學改革情況以及筆者所在學校的培養(yǎng)方案與實際問題,基于“互聯網+”技術手段,結合前期問卷調查與探討,在近些年的教學過程中,從實踐角度出發(fā),對目前已存在的“分析化學實驗”課程做了部分優(yōu)化與調整,以“成果導向型”教學理念,經過三年的具體落地,已有近6000余人次實施了新調整的教學方案,教學效果良好,在教學主觀與客觀評價中受到了農學專業(yè)學生的一致好評。具體優(yōu)化的措施如下:

(1)大學生實驗課程的“開學第一課”?！胺治龌瘜W實驗”課程的受眾是大一新生,進入實驗室后的第一節(jié)課至關重要,除了必要的安全教育外,對“分析化學實驗”課程的認知教育同樣重要。

(2)以新農科為背景,以容量分析為典型,建立與農結合的應用案例。有了第一課的理論支撐,還需要切實讓同學們親身體驗。為了更好地適應大農特色“分析化學實驗”教程,學院應積極調研兄弟院校的分析化學教學模式,探討出符合自己學院應化專業(yè)需求的教學案例,筆者初步以容量分析方法為著力點,逐步輻射到其他理論章節(jié)。案例式教學[3]是近幾年廣泛被采用的一種新型教學方法,是以學生為教學過程的主體,教師為引導,通過展示分析化學應用的典型案例,激發(fā)學生興趣,帶領學生進入某特定案例場景,從而調動其發(fā)揮自身主觀能動性去分析、思考、解決問題的互動型開放式教學過程。

據此,目前筆者根據近三年所教專業(yè)的不同,增設了“學校池塘污水中COD含量的測定”“銨態(tài)氮肥中氮含量的測定”“農藥中氮、磷含量的測定”“土壤中Ca、Mg含量的測定”等容量分析實驗。

(3)輔助混合式線上/線下教學,打造優(yōu)化后實驗課程的教學視頻,提升教學質量。案例構建的同時,借助“互聯網+”技術、MOOC與超星等平臺,積極打造線上課程資源,完善分析化學理論與實驗課程;為了解決線上資源不足的情況,借助于筆者所在教研組的其他任課教師的幫助,錄制了理論與實驗操作分離的線上資源。視頻內容主要以容量分析為突破口,可以更好地同步分析化學理論與實驗課程的教學,“可視化”幫助同學理解容量分析方法的原理,尤其是四大滴定實驗過程中的滴定曲線、指示劑工作原理、連續(xù)與分步等復雜滴定過程,乃至進一步了解其在實際生產與生活中的運用。

(4)依據專業(yè)特性,進行針對性教學。落地三年來,針對不同專業(yè)的學生,以植物保護學院為例,除分別增設“農藥中氮、磷含量的測定”以及“土壤中Ca、Mg含量的測定”實驗外,課堂理論講解部分,更多地引入分析化學在抗水稻紋枯病、納米農藥的開發(fā)和農藥殘留與講解方面的相關知識背景,闡述相關的化學與植保的學科交叉前沿知識與熱點。類似地,對于資源與環(huán)境學院與農學院的學生,除了復制以上的實驗,還另外增設“學校池塘污水中COD含量的測定”“銨態(tài)氮肥中氮含量的測定”等實驗,闡述前沿環(huán)境、環(huán)保與生態(tài)學方面的相關知識。諸如此類,于筆者而言,這些交叉學科的知識疊加與儲備在多遍教學反饋的課堂中,勢必會深層次地將植保、環(huán)境與農業(yè)學科有機聯系在一起,從而將融合后的知識傳達給越來越多的學生。

(5)依據學生知識基礎,分層次教學。前面提到各地高考政策的差異,班級知識情況差異顯著。據此,開學第一課時會開展問卷調查,摸清學生“底細”,了解初步的基礎知識掌握情況。根據化學知識的掌握情況,將學生采取分組實驗,具體做法如下:①先依據強、中、弱三種類型大致分成三組,再依次按照強、中、弱的順序,三人成一小組;②基礎較弱的兩位同學輔助動手強的同學率先完成一組預定實驗;③動手強的同學分別輔助基礎弱的兩位同學各自完成一組實驗;④三人獨立各自完成一組實驗;⑤以偏差計算誤差的方式計算六組數據的精密度和準確度;⑥誤差在允許范圍內,即過關,如誤差不合理,需要每位同學繼續(xù)獨立完成一組,再計算,以此類推。

(6)在教材基礎上,課程教學內容進一步優(yōu)化,增加研究型學習內容。在部分容量分析實驗后面增設研究型實驗。研究型實驗包含兩個部分:一是筆者方面,學生親自動手檢驗,如鹽酸滴定氫氧化鈉的實驗中,將指示劑從甲基橙換成在滴定突躍范圍內的酚酞指示劑,讓學生進一步掌握滴定突躍、滴定指示劑的選擇依據以及酸堿滴定中的指示劑顏色變化;二是學生自主思考,依據當天的實驗,自行設計實驗方案并檢驗,如自來水硬度的測定實驗后,學生會自行設計出不同類型的水樣來進行實驗,有農田水、池塘水、礦泉水等,由此,產生的實驗報告也會獨立,不會千篇一律,往往學生的積極性非常高。

(7)開設顏色記錄的實驗比賽。滴定實驗過程中,指示劑顏色的變化豐富,尤其是自身帶有顏色滴定劑與被滴定劑的氧化還原反應,滴定前后顏色絢麗,學生會情不自禁地掏出手機實時記錄。針對這一情況,讓實驗課程更加生活化、開放化,合理允許的范圍內以攝影、攝像的方式記錄顏色變化,允許將拍攝成果附在實驗報告本上,一方面將其作為自己滴定終點的展示,另一方面作為攝影作品質量的考核,也將其納入成績評測中。相較于上一部分,這一部分最受同學們歡迎。

(8)實驗課程考核方式的優(yōu)化。成績的評價不再是簡單的“七三開”分配,而是將前述幾個措施都納入考核評價中,讓學生不是為了“學習而學習”。具體操作大致如下:操作考試仍保留,比重為20%;三人獨立小組評分,占比10%;小組成員間互評占比10%;筆者平時觀察記錄操作規(guī)范分值占比30%;平時的實驗報告占比10%,以及最終的攝影成果占比10%。細化后雖然煩瑣,但能更好地體現每個人的參與程度,讓學生轉變學習態(tài)度,體驗為自己而學的樂趣。

通過這些舉措,旨在將“分析化學實驗”課程內容與大農類專業(yè)課程知識進行交叉融合,對課程的內容進行“農特色”優(yōu)化,在培養(yǎng)學生運用化學基礎知識解決專業(yè)問題能力的同時,讓學生充分認識交叉學科的必然性趨勢,培養(yǎng)他們自主學習和探究問題的能力。此外,探索多元化的評價方式,讓學生不再是“唯成績論”,有利于挖掘自身的學習潛力,提升自己的學習興趣。

結語

新農科背景下,為培養(yǎng)新型跨學科農業(yè)特色綜合型人才,通過心理建設、“互聯網+”科技手段、創(chuàng)新課程考核評價方式,進一步優(yōu)化“分析化學實驗”課程;通過討論式教學、案例式教學、線上/線下混合式教學模式尋求課程交叉融合的同時,提升教學質量,為實現“藏糧于地、藏糧于技”打下堅實的基礎。