現代媒體、新型教法、課程思政融合構建“新工科”分析化學課程

卜春苗，王固霞

北方民族大學化學與化學工程學院，銀川 750021

1 引言

2017年教育部高教司發表“新工科”建設行動路線，對高等教育的“工程素質培養”提出了更高的要求，正式開啟工程教學改革的新篇章[1]。實施工程教育專業認證是我國高等學校推進工程教育改革的重要舉措，是工程教育國際化的重要標志，對學校進一步提升人才培養質量、提高學校競爭實力具有非常重要的推動作用[2]?！耙詫W生為中心、以目標為導向、持續改性”是工程認證的核心理念，也是高校在工科專業教育中必須遵守的指導思想和原則[3]。

北方民族大學是一所綜合性高等院校，依據“新工科”建設要求，基于工程專業認證和“學生為中心”理念的課程教學，我校對各工科類專業人才的培養方案進行修訂，對各專業的學位課程進行了一系列教學改革，加強教育建設，提升學生解決復雜工程問題的能力。其中，化學知識領域主要以四大基礎化學：無機化學、有機化學、分析化學、物理化學構成，分析化學是我?；?、制藥、食品、生物技術、材料等各工科類專業的學科基礎課程。該課程既具有基礎性，又具有前沿性，是理論與實際結合非常緊密的實用性課程，對于各專業后續的學位課的學習以及畢業論文實踐環節起著非常重要的作用，在專業人才的培養過程中發揮著舉足輕重的作用[4]。

在新工科背景下，為了構建符合“新工科”背景要求的人才培養體系，和“以學生為中心”的教學理念，分析化學作為一門重要的自然科學課程，在社會發展進步中不斷進行著教學改革的創新[5–8]?！靶鹿た啤苯ㄔO對高等教育的“工程素質培養”提出了更高的要求，針對我校提出培養符合“新工科”要求的綜合素質全面發展的人才目標，對不同專業學生進行調查問卷，結果表明分析化學教學主要存在以下問題：(1) 課程內容與專業實踐融合欠缺。我校分析化學課程所授專業：制藥工程、化學工程、生物工程、食品工程等，教學內容依照：緒論–誤差分析及數據處理–化學分析(酸堿滴定、配位滴定、氧化還原滴定、重量分析)–儀器分析(光譜分析、電化學分析、色譜分析、波譜分析)，形成一個特定的講授過程；作業、知識點的應用、習題等缺乏各專業的差異；應用分析化學理論知識對分析和解決復雜工程問題能力的培養薄弱；課程目標設定以教材目標為主，重知識輕能力，與當前新工科重能力、重應用的要求相悖。(2) 完成教學內容與教學模式不匹配。培養方案中，分析化學核定為32學時。根據統計(中國大學MOOC)，分析化學學時一般為48–96。因此，32學時的教學，教學內容如何達成？如果采用教師講授為主的模式，教學目標如何達到？教學效果如何保證？(3) 課程教學中創新教育和育人不足。分析化學課程目標是使學生全方位掌握分析化學理論知識，依托知識體系使學生能夠對復雜工程體系建立科學的辯證思維和解決實際問題的能力，引領學生感悟科學的思維方式，強化科研強國意識、團隊合作精神、職業道德和社會責任感。當前教學理論知識構建可以達成，但將理論知識用于解決專業工程實際問題的能力得不到鍛煉。教學中，缺少對學生團隊合作、責任感、職業道德的培養。(4) 課程考核未體現課程目標和培養工科人才的要求。改革前該課程考核以過程作業和結課考試為主，考核“重結果輕過程”，沒有體現學生學習的各個環節，不能科學、全面地評價學生的學習效果，不能支撐新工科培育要求?？偟膩碚f，當前分析化學課程教學“以教師為中心，以課堂為中心，以教材為中心，以考試為目的”，不符合“新工科”培養人才要求和“以學生為中心”的教育理念，勢必需要改革。

2 教學中的創新舉措

針對上述問題，教學團隊基于“以學生為中心”的教育理念，從教學目標、教學內容、教學方法及評價機制等方面對課程體系進行重新構建，瞄準前沿，推進思政教育與教學內容有機融合的教學環節，培養符合新工科專業要求的應用型人才。

2.1 對標工程專業畢業要求，明確課程教學目標

根據工程教育畢業要求一級指標點，明確分析化學課程與畢業要求指標點對應支撐關系。以“學生為中心”的教學理念，確定課程目標、重構課程教學內容、優化課時安排。以制藥工程專業為例，基于專業教學質量國家標準和對新修訂制藥工程專業本科人才培養方案進行內涵解讀，表1為制藥工程專業畢業要求/指標點與分析化學理論課對應的關系矩陣，明確分析化學課程與畢業要求指標點的對應支撐關系，將該課程歸屬于支撐“問題分析”畢業要求中的“能夠針對復雜工程問題，利用數學、物理、化學及材料科學等知識識別和表達”二級指標點。

表1 制藥工程專業畢業要求與分析化學課程的對應關系矩陣

根據指標點確立課程目標，實現專業培養到課程育人。知識目標：從“化學分析-儀器分析”漸進層面全方位掌握分析化學理論知識；能夠根據實際任務合理選擇分析方法和測試條件，解決生產和科研中的測試問題。能力目標：使學生具備厚實的理論基礎和較強的知識應用能力、良好的科學素養、掌握科學研究的技能和較強的創新能力；課程大綱能夠通過各種分析方法的基本原理和技能的系統學習，對復雜體系進行分析，建立科學的辯證思維和解決實際問題的能力。情感目標：感悟科學的思維方式對工程創新的驅動作用；強化科研強國意識、團隊合作精神、職業道德和社會責任感。

2.2 對標學生專業，理論與實踐融合

“以學生為中心”教育理念的實質是以提高學生的能力為中心。本校分析化學課程面向不同專業，但在教學內容上未體現出課程與專業間的相互關系，使得學生不能建立分析化學理論知識與解決專業實際問題的關聯！因此，總學時立足教學大綱要求的前提下，基于課程目標，結合專業特點，重構課程內容，將理論知識與專業實踐有機融合，聚焦培養學生的工程意識和創新意識。制藥工程重構前后的課程內容和課時安排如表2所示，重點改進：第一，根據制藥專業特點，課程內容中加強理論知識與專業間的關聯，加大知識點在專業發展中的應用；第二，分析化學課程體系大類上可分為化學分析和儀器分析，針對當前儀器分析在解決實際問題中發揮著更重要的作用，課時安排上加大儀器分析內容，使學生了解多種儀器分析方法，面對復雜工程問題能夠合理選擇現代分析方法；第三，重點提升學生解決問題的能力，突出工程認證對畢業要求指標點的支撐。設計開放性案例，學生查閱文獻設計分析報告，完成課程論文，加強學生對課程內容的掌握及知識點應用，提高解決實際問題的能力。

表2 制藥工程分析化學課程重構前后教學內容和課時安排對比

2.3 現代媒體、新型教法、課程思政融合構建教學

基于產出導向教學理念，大力推進現代技術與教學深度融合，積極引導學生進行探究式學習、個性化學習、深度學習，推行線上線下、課前–課中–課后一體化教學服務。

(1) 設計教學內容。

基于重構分析化學課程內容，梳理每章節的基礎概念性知識和重點難點，基礎概念性知識作為線上課前預習內容，支撐畢業要求的重難點知識作為線下課堂教學內容，構建線下和線上深度融合的混合教學。如以第四章節酸解滴定分析法為例：酸堿滴定是重點授課章節，但根據4學時的安排，采用純講授的方式很難完成課程內容，需進行線上線下相結合的方式授課。如表3所示，4.1和4.2屬于基礎性概念知識，且無機化學課程中已有涉及，這部分內容采用線上學生自主學習，課堂通過提問、自測方式考查學生自學情況；4.3是酸堿滴定重點掌握知識點，課堂講授；4.4節內容在酸堿滴定中比較關鍵，但屬于基礎性概念知識，本部分內容采取學生線上預習，課堂翻轉形式加深理解授課；4.5酸堿滴定曲線是前面4節知識點的整合，采用課堂講授加強本章節知識點間的關聯，學生最終達到能夠繪制滴定曲線、選擇指示劑的高階目標；4.6酸堿滴定法的應用采用課程論文方式完成，教師點評、學生互評，提升學生運用酸堿滴定理論知識解決實際問題的能力。

表3 酸堿滴定章節混合式教學課程內容安排

(2) 搭建線上教學。

線上平臺搭建主要基于學生特點制定教學方案，合理選取優質線上教學資源，教師借助線上平臺監督學生學習，實現“優質線上教學+教師督學”的教學模塊，具體設計過程：第一，分析化學課程是一門基礎性課程，中國大學MOOC、愛課程、超星學習通等已經發布50多所學校，如湖南大學、西北大學、大連理工等建設的分析化學線上課程，可選取的線上資源較多。因此，教師全面梳理教學內容，整合優化知識點，精準化選取適合學生自學的線上教學資源，推送精細化課程視頻、課件以及配套練習；第二，為調動學生自主學習，借助公眾號(如色譜學堂)、嗶哩嗶哩網站等網絡平臺篩選趣味性視頻，推進學生理解難懂的知識點，調動學生學習的熱情；第三，基于專業特點構建的課程內容，則采用自己錄制的SPOC課件，自建教學資源，如儀器分析部分需要學生掌握相應的儀器構造，結合本學院實驗室平臺，錄制分光光度儀、氣相色譜儀、液相色譜儀等儀器構造介紹視頻，結合虛擬仿真實訓，協同加深學生對知識點的掌握，實現理論和配套實驗實踐的有機結合；第四，通過學習通平臺監督在線學習、推送測試題、考核學習成效，結合考核情況對接線下課堂，另外，為提升學習成效，需要學生歸納總結以思維導圖等方式對學習內容進行整合，線上提交作業，學生互評，監督學習情況。

(3) 課堂教學改革。

改革課堂教學是提升分析化學課程教學的重點，重點措施為：① 導課激發學生學習興趣。結合實際生活案例、故事、問題多種導課方法實施教學。如酸堿滴定采用如何區分酸和堿為問題導入知識內容；配位滴定則采用故事導入法，以云南女兒村為例展開重金屬超標對人體的危害及重金屬檢測的重要性，引出金屬離子測定方法；儀器分析概論以問題導入法：例如，含鐵量為0.01%的試樣，取樣1 g，對試樣中鐵進行測定？得出結論：微量、痕量組分，滴定操作無法進行，引出儀器分析新的授課內容。② 現代教法促進教學目標的達成。通過新型教法：問題為導向(PBL)的教學、翻轉課堂、5E (引導、探究、解釋、遷移、評價)教學法，推進知識傳播的有效性，具體案例見表4。③ 強化講解分析方法的共性與本質。分析化學相對于無機化學、有機化學、物理化學課程，體系復雜。該課程內容體系主要分為化學分析和儀器分析兩大模塊，常規教學模式按照先化學分析再儀器分析的授課方式，忽略了化學分析和儀器分析之間的相關性，以及酸堿、配位、氧化還原、沉淀四大滴定間的共性，光、電、色、波譜分析方法的差異以及在解決實際問題中的聯用，導致學生學習后，未建立一個完整的知識體系，解決實際問題時，學生無法合理選擇分析方法及制定分析步驟。針對該問題，采用新型教法，幫助學生構建知識框架體系，將零散知識一體化，加深學生對教學內容的理解和掌握，提高學習效果。

(4) 理論實踐一體化提升創新能力培養。

面向國家亟需創新型人才這一新形勢，分析化學課程應圍繞高素質、創新人才的培養。理論與實踐結合是培養高素質、創新型化學人才的基礎。首先，為提升學生解決實際問題的能力，授課中結合自己科研課題引入相關內容，如在講授色譜分析時，提前錄制色譜固定相的整個制備、裝柱過程，將理論和實踐結合起來。其次，依托本院仿真實訓中心，將虛擬仿真與理論教學融合，如在高效液相色譜教學中，學生借助虛擬仿真平臺完成國標“奶粉中三聚氰胺的檢測”實驗，將理論知識應用于實踐，更重要的是使學生理解，當前對于復雜樣品中痕量、超痕量物質的色譜分析，樣品前處理是真正制約色譜、質譜發展的關鍵問題，使學生了解色譜發展的研究前沿和熱點，拓展課本知識，提升學生對科學研究的興趣和促進創新人才的培養。再次，帶領學生到寧夏食品檢測研究院、寧夏藥物檢測院、寧夏糧油檢測站、寧夏進出口檢驗局等國家質監部門參觀交流，見圖1，將理論與實踐結合起來，提升學生對最新檢測方法、高端儀器的認知。

圖1 學生在寧夏糧油檢測站參觀交流照片

(5) 課程思政實現協同育人。

本課程遵循“以立德樹人為根本，培養更多有家國情懷與責任擔當的新工科人才”的育人理念，教學團隊對專業課程進行思政元素重構，將知識傳授和價值引領相結合，達到專業知識與課程思政的協同育人。教學團隊結合教學目標，制定課程思政案例，如：構建分析化學在衣食住行、工農業生產和科技強國中的作用，體現課程學習的意義和重要性，弘揚科學觀；與歷史人物相關的思政案例設計；公共安全事件與社會責任感相關思政案例設計；倡導健康生活方式思政案例設計；理論聯系實際相關案例設計；倡導綠色化學相關案例設計。分析化學教學中融入課程思政案例不難，但要服務于人才培養目標、適用于培養對象，做到恰到好處是難點。因此，教學團隊立足我校學科特點、專業特色、教學目標、人才培養目標專向設計思政案例，保證思政實施效果。

(6) 多元化的考核評價體系。

教學團隊打破目前“輕過程重結果”的考核評價，改革課程考核方式，具體實行四元評價體系：學習通平臺反饋(20%) + 課堂參與及作業(15%) + 課程論文及實踐(15%) + 結課閉卷考試(50%)。該體系關注學生對知識掌握的個體化差異，注重培養學生高階思維和解決復雜問題的綜合能力，實現過程性評價與結果性評價相結合，加強學生課堂內外、線上線下學習的評價，構建與教學目標、教學內容、教學過程相匹配的評價體系，使得課程成績能夠真正反映出學生的學習效果和教師的教學效果。

下面以“儀器分析概述”詳解現代媒體、新型教法、課程思政融合構建教學的實施：基于課程目標、學情分析，首先重構儀器分析概述教學內容；根據教學內容，選擇以5E教學模式實施教學內容；借助現代媒體：中國MOOC、學習通、Moolsnet虛擬仿真平臺實施教學過程，實現線上線下、課前–課中–課后的有機統一；課堂引入中國古代科學儀器，激發學生科學思維、民族自豪感和愛國情懷；根據教學實施環節，制定四元考核評價體系，客觀評價學習成效和教學成效(實施過程見圖2)。具體教學實施步驟如下：

圖2 儀器分析概述教學設計

(1) 學情分析確定教學目標：分析化學課程主要分為化學分析和儀器分析兩大體系。前期學生已完成化學分析內容的學習，但化學分析和儀器分析理論體系有著本質的區別，學生以化學分析學習方法認知儀器分析，勢必影響后期學習效果。本節在系統學習儀器分析之前，宏觀上給學生建立儀器分析的概念，促進學生認知從分析化學到儀器分析的轉變，區分化學分析與儀器分析在解決實際問題中方法和內容上的不同，構建新的學習方法，調動學生的學習熱情。

(2) 基于教材和教學目標確定教學內容：① 儀器分析的產生，② 儀器分析的特點，③ 儀器分析的分類，④ 儀器分析應用、學習方法。

(3) 采用5E教學方法：引導、探究、解釋、遷移、評價實施教學內容。構建新的認知結構，挖掘儀器分析背景知識、拓展思維方法、實現價值引領，教師引導學生接收共同完成教學任務。

具體實施見圖3，課前：① 學習通發布課前練習“含鐵量為0.01%試樣，取樣1 g，對試樣中鐵進行測定？運用前期化學分析知識如何解決？”② 借助中國大學MOOC上的儀器分析概述自學視頻，學生自建知識框架，學習通完成課前測試。課中：公布課前測試答案，結合前期知識點學生討論得出“微量、痕量組分，化學分析無法進行測定”的結論，實現與已知的化學分析法產生認知沖突，激發學生對學習任務的探究興趣，產生探究意愿。采用5E教法完成確定的4個教學內容，具體教學過程見表4。

圖3 課前作業及5E教學法實施教學內容

教學環節有效融合思政元素。在講授儀器分析概念中，突出借助特殊儀器實現認知物質組成、含量、結構的特征，引入中國古代的科學儀器，如天文觀測儀器——渾儀、簡儀；方向辨別儀器——司南，到現在的指南針等；讓學生意識到借助特殊儀器的科學思維自古就有。進一步介紹現代分析儀器在日常衣食住行中的作用，加強學生對儀器分析概念的認知，為后續探究儀器分析特點奠定基礎。實現結合實際教學，思政與專業知識有效融合，使學生感受科學精神、創新意識和民族自豪感。通過案例教學法：講解儀器分析法在病毒檢測、環境監測、食品安全、科學研究中的應用和作用。體會儀器分析法的重要性，理解“分析化學是科學技術的眼睛”的高度定位。通過構建分析化學對就業和從事研究的重要性，達到提高學生的學習積極性的目的。通過鐵粉案例分析，引導學生建立多種儀器分析聯用確定物質組成、含量、結構的科學思維，達到對物質綜合、立體、辯證的了解。實現課程教學與學科育人的同向同行、有機統一。

(4) 課后：借助虛擬仿真實驗平臺和學習通完成知識的鞏固和提升。具體實施見圖4，課后拓展借助虛擬仿真平臺，對于課堂中教學案例：含鐵量為0.01%試樣，取樣1 g，對試樣中鐵如何進行測定？指導學生借助鄰二氮菲分光光度法測定微量鐵的仿真實驗，加深學生對儀器分析的理解，及銜接下節教學內容光度分析法。以拓展性習題和課程報告為任務，以“學生組隊完成匯報和教師點評”的方式促進學生深度學習，培養學生的創新思維和團隊協作精神。借助現代媒體、現代教學方法真正實現線上線下、課內課外一體化教學，構建以學生為中心的有效課堂。

圖4 課后作業及評價標準

(5) 基于課程內容、課堂過程、課后拓展，制定四元考核評價體系。課前學習及測試考核借助于學習通平臺實現過程的準確記錄，實時監測及反饋，準確評價學生學習狀態；課堂實施過程設計回答問題、案例分析、小組討論，教師實施考核評價；借助學習通和虛擬仿真平臺，考核實踐探究和開放性報告成效(組內互評、組與組互評、教師評分)，明確過程性考核方式，調動學生的學習積極性，提升學生學習效果。

3 結語

針對本校多專業開設的分析化學課程中的教學問題，基于教學改革原理，提出對標學生需要，優化課程內容，借助現代媒體、新型教法讓學生成為課堂“中心”，融入課程思政，實現課程育人。構建多元考核評價體系，科學評價學習成效和教學效果，實現現代媒體、新型教法、課程思政融合構建“以學生為中心”的分析化學課程教學創新。優化課程資源，充分利用現代媒體技術，選擇適合學生學習的教學模式調動學生積極性與主動性，構建師生教學共同體，培養符合國家需要的新工科人才。