真實問題導向下《合成化學》混合式教學改革與實踐*

閆卓君 楊黎妮 姜毅 布乃順

（1.遼寧大學化學院 遼寧沈陽 110036；2.遼寧大學環(huán)境學院 遼寧沈陽 110036）

合成化學課程內容豐富，同時與環(huán)境、材料、醫(yī)藥、生命等眾多學科進行交叉，是講授轉化與創(chuàng)造新分子和新材料途徑的一門重要課程。該門課程有助于學生將有機化學的基礎知識與實驗室合成路線以及工業(yè)實際生產相結合。尤其是隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，煤、石油等天然物質不斷消耗，合成化學的重要性不斷凸顯。合成化學的授課內容主要介紹各類經典有機反應與精細化學品的合成實例相結合，其中包括合成的基礎知識、基本理論和基本方法等內容。因龐雜的教學內容和晦澀的有機反應機理，學生理解起來較為困難。為了提高學生的學習質量以及培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，教師將合成化學基礎理論與生產實踐相結合，有效地提高學生獨立分析問題及解決問題能力[1-2]。與傳統(tǒng)課堂相比，微型限制在線課程（SPOC）是更新穎的混合教學模式，倡導課堂以學生為中心，教師作為引導作用，不僅增加了課堂師生間的互動性，也培養(yǎng)了學生自主學習能力[3]。此外，雨課堂在課前、課內、課外三個主要的教學環(huán)節(jié)均有強大的數據統(tǒng)計功能，可利用平臺的數據反饋來調整每個教學環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)教學改革與實踐最優(yōu)化[4]。因此，為了保證教學質量，近年來我們開展了SPOC+雨課堂+傳統(tǒng)課堂相結合的教學模式，在彌補傳統(tǒng)課堂不足的同時發(fā)揮SPOC和雨課堂的優(yōu)勢，有助于教學安排更為合理。

一、探索“以真實問題為導向、以學生為中心”的教學模式

該模式的重心是將理論知識與生產實踐、線上輔導與線下授課整合為一體。在課堂中，一改教師作為主體的傳統(tǒng)思想，引導學生主動參與其中，以真實問題為導向，培養(yǎng)學生獨立思考能力。同時通過與教育實踐和“課前課后”學習規(guī)律相結合，形成“教育目的-教育方法-實踐評價”三位一體的混合教育模式，本文深入探討了三位一體教育模式在合成化學課程中的改革與實踐。

1.課前準備——制定教學大綱，創(chuàng)新優(yōu)化教學模式

（1）完善教學目的

目前，以教師作為中心的傳統(tǒng)教學模式依然被大多數課堂所采用，其教學特點只有教師單向對外輸出知識，而學生只能被動接受，使大部分學生對學習內容產生厭倦心理，教學質量難以提升?？紤]到《合成化學》這門課程的理論知識相對難以理解，學生學習興致不高，這在一定程度上加大了《合成化學》的教學難度。在此基礎上，我們參考了國內外高校教學優(yōu)秀研究成果，提出符合當下社會背景和學生特點的《合成化學》教學設計方案和改革模式，以真實問題為導向，將理論與實踐相結合，提升學生能力，從而為國家培養(yǎng)所需要的應用型創(chuàng)新人才。

（2）豐富教學內容

在傳統(tǒng)課堂中，由于教師作為授課主體，使學生在教學過程中的對問題和知識點來不及思考，很難做到基礎理論與生產實踐相關聯(lián)，導致學生沒有參與感，課堂互動性不好，學習效率低[5]。為使學生更加踴躍地參于到課堂教學環(huán)節(jié)中，教師需要引入更多新鮮有趣、與生活關聯(lián)的課程內容。在教學中，教師應注重學科前沿與課本基礎知識相結合、教材內容和最新文獻相結合，如將“Nature”“Science”等最新頂級期刊論文、專業(yè)最新技術進展、國家政策、指南、規(guī)范等融入教學，并通過雨課堂、微信群和中國大學MOOC平臺向學生發(fā)布課程內容，加深學生對本專業(yè)最前沿和最新技術的認知與了解。

（3）夯實教學計劃

在傳統(tǒng)課堂中，教師在講授完基本的內容后，學生很少有機會可以將所學知識真正應用于實驗中。因此，引導學生積極參與創(chuàng)新實踐活動是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。學生根據課程講授的目標分子合成方法、制備條件優(yōu)化等內容進行實驗操作驗證，進一步鞏固課程基礎知識。此外，以真實問題為導向，通過設計多種創(chuàng)新實驗，讓他們在實驗過程中將課堂所學內容融會貫通。因此，課后實踐對于學生來說是提升自身能力的重要途徑。

2.課堂引導——創(chuàng)新教學手段，完善學生學習方法

（1）激發(fā)學生興趣，提高自主學習積極性

一改傳統(tǒng)式教學方式，采用線上教學、線下教學、沉浸式教學（學生自主開展小組探討，提出疑問、互相解答）、實例教學等教學方法，使學生更高效地融入到教學活動中。教師在課堂上適當“留白”可以在一定程度上激發(fā)學生對知識的渴望，在課下時間自主翻閱相關資料，進一步深入了解課程基礎知識。

（2）線上教學與混合式教學模式

①探索以雨課堂為基礎的智慧課堂模式

近年來，雨課堂作為全新的智能教學平臺被廣泛應用，其強大的數據統(tǒng)計功能可將課前、課中、課后三大教學環(huán)節(jié)系統(tǒng)關聯(lián)起來。其分析能力和數據采集在所有教學環(huán)節(jié)中均能起到輔助作用，并能夠及時、有針對性地反饋教學效果。圖1為本研究的教學設計方案，采用雨課堂來作為線上教學平臺，教師起主導作用，學生可以實時參與進來，為了學生能夠更好地理解授課內容，在把同步和異步教學的“雙通道教學方式”結合好。

圖1 以雨課堂為基礎的智慧課堂模式Fig.1 The smart classroom model based on rain classroom

課前環(huán)節(jié)將提前制作好的課件、講義等課程材料通過“推送”功能發(fā)送到學生微信端，學生可以依據這些材料提前熟悉課堂知識；學生如果有看不懂內容的時候，可以在課堂上通過點擊屏幕上“我不懂”的按鈕，及時向老師反饋。對于學生線上完成的試卷可提供試卷數據分析，便于教師進行分析整理并在課堂上進行針對性講解。課中環(huán)節(jié)，老師可以分享二維碼的形式讓學生掃碼加入課堂學習并參與到課堂的互動討論之中。此外，雨課堂在屏幕上還設有“彈幕”功能，這種新型交流方式有利于教師實時了解學生的觀點和想法，促進了師生彼此之間的溝通和交流。

課后環(huán)節(jié)，教師可根據授課內容以及學生反饋有針對性地布置課后作業(yè)，推送相關資料，接收問題反饋，解答學生問題。同時，教師也能根據以上信息反饋，對課程內容及講課方式及時分析梳理，合理調整教學計劃，力爭提高每一堂課的教學質量。

②探索基于SPOC+雨課堂的課程教學設計

微型限制在線課程（SPOC）是一種微型、有限制的線上課程，也稱為“私人課程”。小的限制僅適用于在學校選擇此課程的學生。該課程由視頻、互動討論、線上測試等各類形式組成，是一種新型的教學方式。

SPOC課程可以在教學過程中建立單元學習模式和任務，提煉每個章節(jié)的知識點，利用線上平臺進行答疑，組織學生進行小組交流鞏固學習效果，根據學生反饋的知識難點進行線上討論和針對性考核，從而引導學生自主學習。這意味著教師可在課前全面掌握學生對知識點的學習和理解，根據在線學習的情況解答問題并組織討論。依據課堂所教的目標和內容，實施各種基于自我提升的混合教學方式，以達到較好的學習效果。

圖2 基于SPOC+雨課堂的課程教學設計Fig.2 Course teaching design based on SPOC+rain classroom

二、課后實踐——創(chuàng)新實踐考核，提升學習質量

1.豐富考核方式，促進學生發(fā)展

在教學過程中充分利用過程性考核模式。和傳統(tǒng)期末考試不同的是，過程性考核會及時反饋出學生的階段性學習活動。通過各項學習活動的實施，學生能夠將基礎知識和技能全面應用于實踐中；通過小組討論的形式，讓學生的溝通、協(xié)作和探究能力得到鍛煉和提升。這種考核模式能夠促進學生以工程教育專業(yè)認證提出的各項評價標準為基本，得到系統(tǒng)的、綜合性的訓練。具體考核方式如下：（1）通過雨課堂、騰訊會議、微信群等方式充分記錄考勤，如有遲到或缺勤將按比例扣分；（2）借助騰訊會議、微信群等方式記錄課堂態(tài)度表現(xiàn)，要求學生積極參與討論并回答問題3次以上，根據學生回答內容和測試情況相應的給予成績；（3）教師可根據課程內容設置相關思考題，布置課后作業(yè)，通過教師審閱、師生互動答題、互相評價等方式進行評定，發(fā)揮學生集體作用。同時，教師要把握好線上教學節(jié)奏，及時關注學生的學習動態(tài)，穩(wěn)步推進每個教學環(huán)節(jié)，確保線上授課和線下授課的教學質量沒有任何差別。

2.開展實踐活動，提高學生創(chuàng)新實踐能力

該課程要求學生系統(tǒng)地掌握有關精細化工產品的研制與生產過程中常用的重要反應和合成技術。在此基礎上，教師根據授課內容優(yōu)化實驗設計，要求學生重點掌握合成路線設計技巧。實驗前，教師可布置預習任務，讓學生提前了解實驗目的、實驗原理、實驗內容和注意事項等；實驗時，教師引導學生認真觀察和詳細反應過程中一些重要的實驗現(xiàn)象；學生實踐操作掌握分離提純產物的方法，并了解有機物的表征手段。學生在進一步深入學習時，以真實問題為導向，可開展拓展性的創(chuàng)新性實驗，由教師給出目標產物，學生就此提出設計不同的制備路線。如圖3為局部麻醉藥普魯卡因的制備，可以通過設計不同的合成路線制備目標分子。這種教學模式可以激發(fā)學生對科研工作的積極性，提高學生獨立思考能力，培養(yǎng)了學生嚴謹的科研態(tài)度。同時，學生在學校期間可參加多類實踐活動，例如學習實驗課程、專題研討、參加課外活動及社會實踐等，將理論與實踐融為一體，從而提高學生綜合能力和素質，爭取為國家新一輪產業(yè)變革和科技革命培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才。

圖3 鹽酸普魯卡因的不同合成方法Fig.3 Different synthesis methods of procaine hydrochloride

結語

基于SPOC+雨課堂的課程指導有助于增加學生主動參與學習的機會，與傳統(tǒng)教學有明顯不同，該模式下的《合成化學》能夠做到以學生為中心、以真實問題為導向，是對知識獲取、能力建設和價值建設有著獨特作用的教育改革。在實際授課中，顯著增加了學生參與課堂的興趣；在實驗實踐中，合成化學理論知識又能同生產實踐巧妙結合?？偠灾?，以真實問題為導向的《合成化學》教學改革對提高學生學習效率，在培養(yǎng)學生獨立思考能力及創(chuàng)新能力方面有著顯著作用。