英語專業化學基礎課程多模式融合教學

鮑麗麗,江辰,張曉進,周湘

中國藥科大學理學院 (南京 211198)

培養適應社會發展的復合型人才是高校服務社會的主要目標,2018年全國教育大會提出,要大力培養掌握黨和國家方針政策、具有全球視野、通曉國際規則、熟練運用外語、精通中外談判和溝通的國際化人才,要有針對性地培養“一帶一路”建設急需的懂外語的各類專業技術和管理人才。新時代的外語教育改革發展要立足全球坐標、服務國家戰略,培養高質量外語人才[1]。外語教育需要打破傳統意義上單一的對于工具性、交際性外語人才的培養模式,要緊跟社會需求,培養復合型外語人才。而化學有著“滿足社會需要的中心科學”之稱[2],化學與生物、材料、能源等眾多學科的交叉、滲透、融合將是21世紀學科發展的必然趨勢。同時學校以建設藥學特色世界一流研究型大學為目標,要構建多學科交叉融合的學科生態體系,化學在學科建設的總體規劃中被列為支撐學科之一。因此在藥學相關的高校中,外語專業的學生學好化學是必然需求。

2018年學校面向英語專業學生開設了化學基礎課程,但由于各省高考政策的不同和文理兼收的招生模式,導致英語專業的學生在化學知識背景、知識儲備和化學興趣等各方面存在明顯差異。以2021級英語專業學生構成情況為例,學生總人數98,其中高考選考化學的理科生占13%,高考選考化學的文科生占8%,高考未選考化學的文科生占79%。高考選考化學的學生有一定的化學基礎,學習本門課程難度不大,需要適當補充超過教學大綱的提優學習。英語專業的學生主體是高考未選考化學的文科生,他們過早失去了深入學習化學的機會,缺乏對化學學習的興趣,化學基礎非常薄弱。同時,“化學無用論”根深蒂固,他們面對化學學習有很大的畏難情緒,這也是主要矛盾所在。筆者主要研究如何在這樣一個特殊群體中有效開展以有機化學為主要內容的化學基礎(Ⅰ)課程,包括如何打破文科生心理上的“化學壁壘”,提升他們學習動機和興趣;尋找有效適合的教學方法,幫助文科生在化學學習中找到熟悉感、提升自信度;構建規?；虒W和分層引導相融合的模式,以滿足不同層次學生的學習需求。

1 學習動機的提升

羅杰斯指出:人天生就有好奇心,尋求知識、真理和智慧以及探索秘密的欲望[3]。當學習者發現學習材料與自己的目標有關時,就會產生有意義的學習,學習動機的提升是整個學習過程的重要開端。

1.1 分析就業形勢,打破文科生心理上的“化學壁壘”

大多數英語專業的學生依舊秉持“化學無用論”,并沒有意識到社會對復合型人才的需求趨勢,認為學習化學對自己未來的職業規劃沒有任何意義。因此首要任務是改變這種錯誤的意識形態,提供學習的原動力。教學團隊在開課之初針對本校英語專業就業形勢進行分析,收集往年的招聘信息以及往屆畢業生的就業感受,并對第一屆開展化學基礎課程的2021屆英語專業畢業生進行化學基礎課程認知調查,并將該調查結果與2021級學生的調查結果作對比(圖1),結果顯示大部分2021屆畢業生認為學習化學是有必要的,對就業是有幫助的,對化學基礎課程的認可度遠高于即將學習化學基礎課程的2021級學生。該分析以最直觀的數據打破文科生心理上的“化學壁壘”,讓學生認識到學習化學對他們未來的職業規劃很有助益,使他們堅定學習化學的決心和信念。

圖1 化學基礎課程認知度調查結果

1.2 提升化學的認可度和課程的趣味性

文科生往往認為化學就是無數原子、分子堆積的無趣學科,缺少色彩和魅力,對化學的認可度很低,教學團隊需要針對這些方面做出積極的改善和引導。

1.2.1 分析社會熱點,提升化學的認可度

教師可將一些與化學相關的社會熱點引入相關知識點的講解中,讓學生認識到化學的重要性、與國計民生的親密性,同時也能增加課程的趣味性。近幾年,新冠疫情給大眾的生活帶來了嚴重的負面影響,筆者在講解縮酮反應和酸酐的醇解反應時,引入世界上第一款上市的口服抗新冠病毒藥物莫努匹韋(molnupiravir)的原始合成路線(圖2)[4],該藥于2021年11月4日經英國藥品和保健產品管理局批準上市,能夠降低50%新冠患者住院或死亡的風險。

圖2 莫努匹韋的合成

航空航天已經成為21世紀最活躍和最有影響的科學技術領域,而航空航天的材料也與化學息息相關。教師可在苯酚章節中介紹氰酸酯樹脂(CE)單體的合成(圖3),氰酸酯樹脂憑借本身出色的熱穩定性、尺寸穩定性、耐微裂紋性、低吸濕性和低介電損耗性能,成為在航空航天行業中的首選樹脂[5-6]。教師可在這些重大事件中挖掘化學知識,讓學生認識到化學在社會發展中的重要作用,提高對化學的認可度。

圖3 氰酸酯樹脂合成

1.2.2 引入象形分子,增加化學的生動性和可愛度

大多數文科生認為化學是一門呆板無趣的學科,只是不同符號的無聊變換,教師可以通過引入形象逼真的象形分子讓化學變得生動可愛。嘗試從化學科普網站http://www.chm.bris.ac.uk/sillymolecules/sillymols.htm收集象形分子[7-8],用于相應章節的輔助教學。例如在芳香烴的教學中,教師引入釋迦牟尼分子、暈苯等;在烴的衍生物教學中,引入青蛙分子、長頸鹿分子等;講解酯化反應時引入納米舞者的部分合成;講解Aldol反應時引入企鵝酮的合成,讓學生在感受到化學趣味性的同時也驚訝于化學的神奇。

1.2.3 融入生動而有意義的化學史教育

化學史教育和實驗課教學被認為是克服在化學教學中向學生灌注科學知識的教條主義、實用主義教學方法的兩種有效途徑。這一觀點最早由法國著名的科學家郎之萬(Langevin)提出[9]。教師在理論教學中穿插介紹化學史既能增強課程的趣味性,活躍課堂氛圍,又能讓學生從國內外化學家的成功案例中獲得啟發,實現化學與思政的有機融合。例如筆者在講解霍夫曼消除和霍夫曼降解反應時,介紹德國化學家霍夫曼(August Wilhelm von Hoffmann),他一生致力于研究胺類化合物[10]。1841年,23歲的霍夫曼發現并證明了煤焦油中含有苯胺和苯。1849年,提出“氨型”的概念,奠定了“類型說”的基礎。1851年,霍夫曼發現了三甲基丙基氫氧化銨在加熱條件下分解生成丙烯、三甲胺和水。30年后,季銨堿加熱分解生成三級胺、烯烴及水的反應被稱為霍夫曼消除反應。1881年,他又發現了著名的霍夫曼降解反應。學生從中收獲興趣的同時更體會到科學研究需要堅持不懈與不斷探索創新的科研精神。

2 在化學教學中融入文科教學特色

文理科的教學模式差別很大,文科注重形象思維和語言描述,理科則更注重邏輯思維和理性推導。為了減輕文科生面對化學時的陌生感和畏難情緒,教師需要在化學的理科教學模式中,融入文科教學特色,增加文科生的熟悉感與自信度。

2.1 形象思維工具的應用

思維科學的研究表明,即使是最抽象的科學概念,也常常與具體的感性表象相聯系,教師將文科中形象思維的工具應用得當,對抽象概念的表述可達到事半功倍的效果[11]。例如講解手性概念時,教師可以讓學生觀察自己和鏡子中的自己是否相同,左右手是否相同,從而引出手性的概念。生物體內酶和各種底物都是有手性的,由于特定的立體化學性質,只可以識別和作用于外消旋體中的一個對映體,手性藥物的兩個對映體基于這種識別,才具有不同的生理活性。例如左旋氯霉素有療效,而右旋氯霉素沒有療效,布洛芬的活性成分只是右旋布洛芬。為了更形象地說明這種關系,筆者將右腳上的鞋子比作這里所說的酶,它是手性環境,左腳和右腳比作手性藥物的兩個對映體,此時右腳的鞋子只能和右腳相匹配,而對于右腳的對映異構體左腳是不匹配的,基于鞋子的這種識別和作用,才能使左右腳此時顯示出不同。教師將抽象難理解的概念與熟悉的事物和場景聯系起來,能夠起到較好的教學輔助作用。

2.2 思維導圖的運用

思維導圖被越來越多的教師引入教學,尤其對于文科學習的特點及高考要求,學生需要記憶大量知識,思維導圖經常被應用于他們的學習中,但是對于化學學科的應用主要集中在高中階段,有關大學化學的內容相對較少[12]。教師可以將文科生熟悉的這種教學方式融入化學基礎的教學中,讓復雜的知識脈絡更加清晰。

2.3 開展學后感英語演講

文科生具有較強的文字編輯能力和語言表達能力,在以往的文科學習中常常需要書寫文章讀后感、電影觀后感等,以此來總結文學作品的要義和發表自己的見解,并用流暢優美的語言表達出來。同時英語專業的學生英語功底深厚,教師可以在化學教學過程中讓學生以學后感的形式對化學學科中相關的知識點進行闡述,并以此開展英語演講。在陌生的領域發揮他們的自身優勢,能有效提升學生在面對化學時的自信度,同時加深他們對相關知識的理解和掌握。

3 規?；虒W和隱形分層引導相結合

2021級英語專業學生構成復雜,化學基礎差異很大。單一的規?；虒W無法滿足不同層次學生的學習需求,具有較好化學基礎和化學思維的學優群體,通過規模性教學能夠輕松達到教學大綱的要求,這部分群體需要額外進行提優。對于化學基礎薄弱,理科思維欠缺,但學習能力適中的基礎群體,規?；虒W基本可以達到教學大綱的要求,這部分群體需要向高分段努力。而仍然有一部分學困群體,通過規?；虒W仍然很難達到教學大綱要求,這部分學生需要受到額外關注。針對上述情況,教學團隊采用規?；虒W和分層引導相結合的模式開展化學基礎(Ⅰ)的教學。

3.1 線上教學和線下教學相結合的規?；虒W

為了達到理想的教學效果,教師采用了多種教學模式,課堂講解時間一定程度上減少,線上教學和線下教學相結合的模式可以有效緩解這一矛盾。學生可以通過“超星學習通”平臺的《化學基礎Ⅰ》課程資源和重難點視頻講解進行預習和復習,而教師課堂講解更偏向于重點難點。同時教師將所有課后習題和補充習題進行錄屏講解并發布在平臺上,學生可根據自身情況有針對性地觀看。平臺還會發布一些討論題目,教師根據學生的回帖解答情況,給予一定的平時成績獎勵,以此激發學生討論和思考的熱情?？记诠ぷ髦饕栽诰€發布5至10分鐘的隨堂測形式進行,這樣既能達到考勤的目的,又能檢測學生對相關知識點的掌握情況,也能督促學生及時復習。

習題分為三部分,一部分是需要學生線下完成并提交的教材課后習題;另一部分是教師自行編寫的補充習題,學生可以根據自身學習情況和能力進行選做,習題提交完畢后,學生可以在學習通平臺上看到答案和每道題目的視頻講解;還有一部分是在線練習系統,該系統是本教學團隊教師以自主編寫的開源化學信息學工具包Kekule.js為基礎,獨立開發的一套適用于有機化學課程的開源在線練習軟件(organic.cpu.edu.cn/lesson/),用戶可在桌面或移動端瀏覽器輸入分子結構并提交至后端,服務器自動評分并進行統計分析,教師可以通過分析結果了解學生對相關知識點的掌握情況,再對錯誤率高的題目進行重點講解。該系統不但能輸入和判別有機結構式和反應式,還可提供一個特制的分子三維生成器,可根據學生輸入的拓撲結構借助分子力學計算得到能量最低的構象,該成果體現了國際領先的技術水平,并在全球影響力最大的開源項目托管平臺GitHub基于MIT協議發布了該系統的全部源碼[13]。

3.2 教學設計的優化

針對不同水平的群體,教學團隊將教學目標、教學方法進行了分層次優化(表1):基礎群體的教學設計與教學大綱的要求高度吻合;學優群體的教學設計旨在滿足學生的更高學習要求;學困群體的教學設計重點在于提升他們的學習能力,使他們掌握教學大綱要求的大部分知識點,達到結課要求。

表1 化學基礎(Ⅰ)分層教學設計

3.3 分層引導

學優生可以通過自主學習中國大學MOOC平臺的《有機化學》和《有機化學進階課程》,拓展學習廣度和深度?；A群體學生可以自主學習中國大學慕課平臺的《有機化學》,鞏固知識點,加深理解。對于學困群體,除了規?；虒W以外,相關教師需要進行額外的個體化關注。為了使學生能夠及時查漏補缺,每個月會進行月考考核,教師對每次月考成績進行分析,對于不及格的學習困難群體學生,進行一對一的督學和輔導,督促他們及時完成作業、及時進行錯題訂正,教師進行強化知識點講解。通過規?；虒W和分層引導相融合的模式,該課程每次月考的中高分群體有所增多,不及格人數明顯減少(圖4)。

圖4 月考成績分析

本學期,開展化學基礎(Ⅰ)課程的專業還有信息管理和工商管理等專業,學生人數564,他們中未選考化學的文科生比例大概占60%左右。為評價本次教學改革的效果,教學團隊將參與改革的2021級英語專業的化學基礎(Ⅰ)期末成績與2021級開設本門課程的其他專業學生期末成績做橫向對比,并將2021級和2020級英語專業學生的化學基礎(Ⅰ)成績做縱向對比(表2)。結果顯示,對于實施教學改革的班級,其成績均分顯著高于其他班級,同時其不及格率更低、優秀率更高,教學改革效果初見成效。

表2 實施教學改革的班級與其他班級化學基礎(Ⅰ)期末考試成績對比

4 結語

英語專業以化學基礎非常薄弱的文科生為絕對主體,他們在大學階段的化學學習顯得異常困難,同時群體中又有基礎較好的少數人群,因此教師將提升學習動機和興趣的工作穿插到該課程各個章節中,為了滿足不同水平群體的學習需要,教學團隊采用了規?；虒W和分層引導相結合的方式。線上線下教學資源為學生的學習提供了多樣化的選擇,團隊利用自身化學信息學的學科背景自主開發的有機化學在線練習系統達到了國際領先的技術水平,為學生提供了更加便利高效的練習平臺。月考考核讓學生能夠及時地查漏補缺,教師也可以根據每次的月考成績分析結果、精準定位學習困難生群體,進行重點督學和輔導。課程注重化學與思政的有機融合,幫助學生樹立積極的人生觀和正確的科學觀,培養學生成為國家發展需要的復合型人才。