“一中心、雙融合、三維度”應用化學基礎課程教學改革研究與實踐*

張小麗

(吉林工業職業技術學院 化學工程學院，吉林 吉林 132013)

“應用化學基礎”是高職應用化工技術專業的專業基礎課程，課程以初高中化學為基礎，為后續的化工原理、化工生產工藝等專業課程服務，課程內容是初高中化學課程理論體系和實驗體系的延伸。近幾年來，課程組不斷學習新的職業教育理論，不斷探索教育教學改革，將原有的“基礎化學”和“化學實驗技術”課程有機整合，重構為以實驗為引領的“應用化學基礎”課程，取得了較好的教學效果。但是，面對生源多樣、理論基礎薄弱、動手能力不足等突出問題，凸顯了個性化、分層次培養的迫切需求。課程組在“省精品課程+省優秀教學團隊+省級示范性實訓基地+國家石油化工虛擬仿真實訓基地”建設的基礎上，不斷探索以學生為中心的分層次教學改革。

1 “應用化學基礎”課程建設沿革

課程團隊緊跟職業教育教學的改革步伐，不斷探索教學改革的新模式，課程建設取得了系列化成果。課程先后被評為“吉林省優秀課程”“吉林省精品課程”和“吉林省精品在線開放課程”，課程團隊也被評為吉林省優秀教學團隊，團隊成員是國家級“應用化工技術”專業教師教學創新團隊的主要成員。

2 “應用化學基礎”課程教學改革舉措

2.1 “崗賽課”融通，重構模塊化教學內容

該課程主要服務于我校應用化工技術專業，按著專業“一崗精、多崗通”的人才培養目標。結合吉林省區域石油化工類企業對專業人才培養的實際需求，確定該專業主要的工作崗位為化工生產現場操作，輔助崗位為化工工藝管理、化工生產中控操作和化工產品質量檢驗。課程組與合作企業(中國石油吉林石化有限公司培訓部主要成員和吉化化肥廠技術骨干)組成課程改革研究團隊，將企業對崗位的需求，按著教育教學規律重新凝練，形成了企業對從業人員在知識、技能、素質方面的具體要求，結合人才培養目標，確定了該課程三維的學習目標。依據三維教學目標，解構原有課程體系，重構了以學生為中心、以技能為主線、以實驗為載體的模塊化課程體系，將教學內容優化為五大模塊、十九個教學項目、三十七個教學任務[1]。將崗位需求離散化，通過培養矩陣，融入到具體課程模塊中，如表1所示。

表1 教學模塊與崗位核心能力對應矩陣

2.2 “課賽”融通，優化教學項目和考核標準

與本課程直接相關的2個國家級競賽項目，分別是教育部主辦的全國職業院校技能競賽化學實驗技術賽項和人力資源與社會保障部主辦的化學實驗室技術賽項。間接相關的賽項包括教育部主辦的全國技能競賽化工生產技術賽項和人力資源與社會保障部主辦的QHSE賽項。化學實驗技術賽項、化學實驗室技術賽項考查與本課程直接相關的職業核心能力[2-3]如表2所示，典型的工作任務如表3所示。

表2 化學實驗技術、化學實驗室技術賽項相關的崗位核心能力

表3 化學實驗技術、化學實驗室技術賽項考核的典型工作任務

課題組結合多年的承辦競賽、指導競賽的經驗，主要參考與本課程直接相關的2個國家級競賽項，在課程內容優化和項目考核過程中有機融入兩個國家級競賽項目核心考核內容和考核標準，如表4所示。

表4 課程內容融入技能競賽考核內容的對應關系

2.3 標準引領，完善硬件條件

課程組牢牢把握化學是以實驗為基礎的這一特征，圍繞模塊化教學內容設計，開展了標準化實驗室建設[4]。從實驗室軟、硬件建設兩個方面，優化完善實驗室建設，制定了實驗室建設規劃和建設標準，完善了實驗室使用和管理制度，形成了集教學、培訓、技能競賽為一體的化學實驗、實訓中心。中心共包含基本操作準備間、基本操作實驗室、電子天平實驗室、化學制備實驗室、化學檢測實驗室、物性檢測實驗室和1個危化品藥品庫、1個三廢緩存站。結合中心使用要求，進一步完善了校、院、教研室的三級管理體系，形成了三級安全教育機制。通過實驗室的標準化建設，實驗藥品的規范化存取和實驗三廢的流程化處理，營造了良好的育人環境，有效實現了環境育人。

2.4 深化校企合作，共建優質資源

依托省級精品在線開放課程建設項目，課程組不斷優化課程資源，與中國石油吉林石化分公司培訓部、吉林石化化肥廠、北京東方仿真軟件技術有限公司等企業合作，圍繞安全教育、藥品的存取和使用、實驗“三廢”的處理、典型實驗的標準化操作、重大設備的標準化使用、重點難點理論知識的講解等方面，開發了微課、實驗操作、虛擬仿真等大量的優質教學資源。

2.4.1 制作經典理論微課和經典實驗操作的視頻資源

以經典化學理論為主線，設計錄制了包括熱力學基礎知識、化學反應速率理論及影響因素分析、化學平衡基本理論及影響因素、酸堿質子理論、酸堿電離理論、溶液pH值計算、氧化還原基本理論、原電池、電極電勢及其應用、配位化合物理論、烴類化合物的性質及用途、烴的含氧衍生物性質及用途、定量分析基礎、有效數字及其運算、實驗數據記錄及處理等63個微課視頻。

以典型實驗規范操作為主線，設計了化學實驗基本操作、物性測定、化學成份檢測及物質制備四個模塊，累計錄制加熱與冷卻、溶解與蒸發、沉淀與過濾、干燥、結晶、萃取、升華、藥品稱量、沸點測定、密度測定、黏度測定、電導率測定、氣體物質制備、液體物質制備、固體物質制備、滴定分析、電位分析、吸光光度測試法、色譜分析等在內的25個典型的化學實驗操作項目視頻。所有資源均上傳教學平臺，便于開展課前自學和課后拓學。

2.4.2 校企聯合開發虛擬仿真實驗實訓資源

針對“應用化學基礎”課程的三維教學目標，結合重點難點內容，分三個維度開發虛擬仿真教學資源。第一維度是虛擬仿真軟件層，在專業機房開展教學，主要實現輔助教學目的。通過仿真軟件，使學生熟悉實驗操作流程、基本原理和注意事項等內容。第二維度是VR一體機操作層，通過桌面VR一體機，實現虛擬仿真操作練習，是對第一維度的升級，在第一維度的基礎上強化技術技能訓練和規范操作訓練。目前已經開發的資源包括實驗室安全資源、物質制備資源、物質的物理化學性質測定資源和大型儀器設備使用虛擬仿真資源。具體項目有化學實驗室安全、正溴丁烷制備、乙酸乙酯制備、阿司匹林制備、氣象色譜使用、液相色譜使用等VR虛擬仿真資源。第三維度是“云端”訓練層，在學校虛擬仿真資源共享平臺上，通過課程線上資源，預習或鞏固學習內容，實現知識、技能雙提升。包括典型的實驗操作、物質物理化學實驗測定等資源，具體包括高沸點溶劑DFM的減壓蒸餾仿真實驗系統、氯化氫高溫制備芐脂虛擬仿真實驗等。整體的資源建設如圖1所示。通過虛擬仿真實驗，有效的支撐了課前啟智、課中強技、課后拓新的教學策略。

圖1 校企合作開發的虛擬仿真資源

2.5 以學生為中心，分層教學服務學生個性發展

生源多樣性，學習目標差異性，決定了以學生為中心的教學設計的必然性。綜合構建理論和成果導向理論，以學習者為中心需要逆向開展教學設計，同時還需要在教學設計時充分考慮以下三個主要因素[5]：一是學生能夠參與探究活動，提升學習遷移能力；二是充分調動學生自主學習和首創能力；三是通過學習評價，激發學生元認知和深度學習能力。以學生為中心的教學設計，充分體現了個性化發展需求，有利于學習目標達成。課題探索“線上線下結合+虛擬現實結合+課上課下結合”的三結合課程教學模式，實施了“課前啟智、課中強技、課后拓新”的三段式教學法，通過“引、學、訓、評、拓”五個教學步驟，充分體現以學生為中心的教學設計和以個性發展為需求的分層教學。以模塊三項目四任務三：從茶葉中提取咖啡因為例，詳細說明具體教學實施過程。

2.5.1 課前啟智

課前啟智主要借助網絡教學平臺實現。教師課前在平臺上精心設計了教學資源，供學生課前完成自學。資源主要包括：學習任務單、授課PPT、理論微課、實驗操作視頻、學習測試和拓展視頻等6類學習資源。通過授課PPT和微課，學生將學習到茶葉的成分、咖啡因及其臨床應用、咖啡的提取原理等內容；通過觀看實操視頻，使學生初步熟悉脂肪提取裝置操作、普通蒸餾操作、升華操作、普通過濾等典型化學實驗標準操作規范和流程；結合學習內容，完成任務單中的內容，并通過學習測試題檢驗預習效果。在學生學習化學知識、原理和實驗操作的基礎上，課題組還精心設計了拓展視頻，如：“影響世界的中國植物”“屠呦呦和青蒿素”等，有效的激發了學生愛國熱情和嚴謹求實的科研精神。

2.5.2 課中強技

課中主要包含“學、訓、評”三個核心的教學實施步驟。“學”是指小組研學、教師導學。教學實施過程中，首先由各小組匯報課前學習情況及學習過程中遇到的具體問題，然后展開小組間的討論。教師在充分聽取小組匯報和組間討論后，結合課前啟智階段的學習情況和學習測試情況，教師詳細講解重點內容，并對關鍵操作做現場示范。通過小組學習、組間討論、教師解惑、標準示范等環節，使“學”的環節充滿激情。“訓”主要指實操訓練階段。在課前啟智和教師精講示范的基礎上，各組成員按照任務要求，探索自主完成從茶葉中提取咖啡因項目的所有實驗操作。在“訓”的過程中，教師需實時記錄各組的實驗過程，同時及時糾正各組實驗過程中出現的不規范操作，并通過攝像頭記錄典型操作案例，便于教師點評。“評”主要指教學評價。評價包括過程評價和結果評價兩部分，包括學生和教師兩個主體，首先是學生自評和互評，結合實驗過程和實驗結果，完成自我評價和組間評價。教師則結合過程記錄、實驗結果和操作錄像，解讀教學實施過程中的重點、難點、易錯點，并結合錄像對優秀的做法和不規范做法進行點評。在學習知識的同時，培養學生合作、嚴謹、求實、創新的綜合素質。

2.5.3 課后拓學

依據課前、課中的學習效果，結合學生技能大賽、專升本等不同的學習訴求，個性化安排拓學內容。對有意參加技能大賽的同學，在強技精技上下功夫，課后結合線下實驗室開放和線上虛擬仿真進一步強化技能操作。對有意參加專升本考試的同學，在增知拓知上下功夫，主要安排更深、更成體系的理論知識學習。

3 “應用化學基礎”課程的改革成效

1)學習目標有效達成

從學生學習熱情角度來看，課程采用任務驅動、實驗引領、小組教學模式，通過啟智、強技、拓學三段式教學安排，充分激發了學生的學習熱情，滿足了學生個性化發展需求，教學目標有效達成。從學生的成績角度看，通過改革課程考核方案，將技能競賽標準有效融入到項目過程考核，既提高了學生學習的針對性，又提高了學生學習的主動性和技能的規范性。縱向對比3年來的學生平均成績，由75.6分上升到了83.2分，整體學習效果不斷提升。從學生素質發展角度看，通過系統化設計課程思政內容，逐步實現潤物細無聲，通過拓知識、強技能、精操作，培養了學生合作、嚴謹、求實、創新的綜合素質，素質目標有效達成。

3)技能競賽卓有成效

學生參加與本課程直接相關的化學實驗技術賽項和化學實驗室技術賽項，取得了驕人的成績。參加教育部化學實驗技術賽項，近三年獲得國家二等獎1次，三等獎2次。連續兩屆參加人社部化學實驗室技術賽項吉林省選拔賽，均獲得第一名，兩屆獲得第一名的學生均獲得了吉林省技術能手稱號。學生參加與本課程間接相關的化工生產技術賽項，近三年獲得國賽一等獎1次，國賽三等獎2次。2021屆畢業生，參加中國石油系統化工總控工賽項獲得總分第一名的優異成績。綜上，通過組織學生參加高水平技能競賽，不僅有效的將競賽標準和考核標準融入到教學實踐過程，更通過競賽培訓打造了一支高水平的師資隊伍，提升了人才培養質量，有效的達成了分層教學目標，培養了拔尖學生，為學生的成長成才搭建了廣闊的平臺。

4 結束語

以學生為中心開展教學設計，以崗課融通、課賽融通重構模塊化教學內容，實施“三段五步”教學法，通過課前、課中、課后的有效銜接，能夠更好的滿足當前生源多樣，學習目標差異的性的迫切需求。從學生學習熱情、學習成績和技能競賽等方面看，課程改革取得了初步成效。兩年多的教學實踐證明，學生知識、能力、素質三維學習目標有效達成，人才培養質量不斷提升。