知识快速增涨，知识生产模式不断变革，学科知识逐渐从分化走向交叉、融合，学科领域呈现多学科、交叉学科、跨学科乃至超学科等趋势。改变传统单一学科的人才培养模式，促进跨学科研究与教育已经成为世界高等教育的普遍共识^[1–3]。2015年10月，国务院印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》中特别强调“培育跨学科、跨领域的创新团队”，以人工智能、大数据、物联网等为特征的第四次工业革命，给世界高等教育和科学技术发展带来了根本性甚至是颠覆性的影响^{[4, 5]}。2018年8月，教育部、财政部、国家发改委印发《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》中提出打破传统学科壁垒，以“双一流”建设学科为核心，以优势特色学科为主体，以相关学科为支撑，整合相关传统学科资源，促进基础学科、应用学科交叉融合，在前沿和交叉学科领域培植新的学科生长点。2019年4月，教育部、中央政法委、科技部等13个部门联合启动实施“六卓越一拔尖”计划2.0，全面推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，实现高等教育内涵式发展。“四新”建设理念着重强调学科建设的实用性、交叉性和综合性。根据布鲁姆教学目标分类，认知领域的教学目标从低到高、从简单到复杂分为记忆、理解、应用、分析、评价和创新六个层级，每个层级都有特定的意义和行为特征，其中分析、评价和创新属于高阶能力^[6]。“四新”建设背景下，高等教育不仅要大力提倡开展跨学科合作研究，更要充分利用丰富的研究资源和智力资源构建多学科协同育人体系，注重高阶能力培养，学生能够运用多学科知识，提出、分析并创造性地解决跨学科问题。

“分析化学”是以化学基本理论和实验技术为基础，利用物理、生物、数学、计算机等其他学科的理论、方法、技术对目标物质的组成、状态、结构、形态、分布等性质进行全面分析的综合性学科。随着社会经济的飞速发展，分析化学的应用范围几乎涉及国民经济、国防建设、资源开发及人类衣食住行等各个方面。21世纪的生命科学、环境科学、材料科学和能源科学等新兴领域更是迫切地需求分析化学发展各种新的测量和表征手段以解决其疑难问题。分析化学课程是面向我校应用化学理科专业和化学工程与工艺、能源化工、生物工程、地下水科学与工程及材料类等工科专业本科生开设的专业基础课，现阶段“新工科”建设赋予了分析化学课程教学新的任务和挑战。为此，2017年课程组通过优化重组知识结构，拍摄系列微视频并建成在线开放课程，该课程2019年被认定为首批国家线上一流本科课程。2018年至今，课程组结合在线开放课程和雨课堂智慧教学工具开展多轮跨学科混合式教学改革。针对我校应用化学专业本科生，课程采用递进式OPPOs教学法开展教学，教学单元含线上课前预习与预习测验(On-line preview before class and pre-assessment)、思维导图预习汇报(Presentation with mind mapping)、参与式学习(Participatory learning)，以及线上课后测验及复习(On-line post-assessment and review after class)，教师全过程指导与督促学生学习。通过雨课堂和合理的教学设计，有机地将线上线下融合起来，实现了课程教学在时间和空间两个维度的延展，大幅度地提升了教学自由度。此外，将计算机技术基础、Matlab编程、统计分析等跨学科知识贯穿于整个分析化学课程教学中，从分析化学数据处理、各型体分布分数、滴定曲线绘制到终点误差计算，实现理论知识和公式推导的图形化演示，借助编程技术解决科研或实际生产过程中较复杂的数值计算问题。为培养学生多学科思维和解决实际问题的高阶能力，课程在教学方法上进一步大胆创新。递进式OPPOs教学法会在多个OPPOs教学单元结束后嵌入综合性强、挑战度高的跨学科课程任务，通过任务的完成，提升学生对知识的综合运用能力，实现思维的进阶发展。课程分设生物医学、食品营养、环境监测、化工生产等四大跨学科教学主题，多学科背景教师多师同堂开展教学指导，通过师师协作、师生互动、生生互助等方式，最大限度地释放教与学的能量。跨学科混合式教学模式是“四新”建设背景下课程改革的一种新的尝试，实践证明，通过跨学科多师协同混合式教学改革，极大地激发了学生的学习热情，大幅度提升了课程的两性一度。因此，本文将对近年来我们在分析化学教学新模式创新研究方面的做法进行介绍，希望能为教学管理部门和同行教师提供一些思路，对提高分析化学教学质量提供一定的参考。

互联网信息技术使得社会发展变得前所未有的高效，知识更新周期缩短，社会对人才的需求提出了新的标准，不仅需要具备较深的专业领域知识，还需要具备较好的知识宽度和广度，具备多学科领域知识相互转化和更新的能力。课程是教学质量的“根”，课程教学改革是打通人才培养质量提升的“最后一公里”。教育部专门印发《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》并明确提出“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰‘水课’、打造‘金课’，合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量”。

分析化学课程作为大多数理工科专业本科生的专业基础课，选课容量大，学生专业背景多样，教学中存在以下特点：(1) 课时大幅压缩，各专业教学课时及教学侧重点各不相同。我校应用化学专业安排分析化学理论72课时，分析化学实验48课时；化学工程与工艺和能源化工专业安排分析化学理论32课时，分析化学实验32课时；生物工程、地下水科学与工程及材料类专业安排分析化学40课时(含分析化学实验8课时)。其内容主要涉及化学分析和部分仪器分析。(2) 数值计算复杂，公式多记忆负担重。分析化学经典课程体系涉及到大量的数值计算和公式推导，包括数理统计方法的应用、化学平衡的计算、氢离子平衡浓度的计算、弱酸碱或金属络合物各型体分布分数的计算、四大滴定方法高精度滴定曲线的绘制以及终点误差的计算等，这些内容对学生的抽象能力和理论推导能力提出了更高的要求。(3) 学生因认知偏差导致内部学习动力不足。学生对课程知识点的学习和掌握是一种支离破碎、不成体系的状态，他们不会综合运用知识系统解决复杂问题，不能理解和感受到所学知识的真正意义，学科认同感相对较差。工科类专业学生容易对学习产生消极态度，认为课程内容与自己的专业领域相关性不大，修完学分即可，因此缺乏学习热情。(4) 课程学科交叉性强、理论与实践结合非常紧密。分析化学在实际生产或科学研究过程中往往产生的是相对复杂的跨学科问题，比如：环境水质监测、药物吸收率计算、硅酸盐矿物成分分析、人体酸碱度测定等。解决这些跨学科问题，学生应加强分析化学与其他学科的内在联系，在大科学观框架下发展跨学科思维。我校学生整体呈现基础相对较弱、动手能力强但理论水平不够、知识综合运用能力不强等特点，因此，探索新时期地方高校分析化学“金课”建设途径，培养学生高阶能力适应社会发展需求，具有非常重要的现实意义。

随着教育信息化快速发展，混合式教学已逐步成为课程实施的主流模式。从广义来看，混合式教学是指综合运用不同的学习理论、不同的技术和手段以及不同的应用方式来实施教学的一种策略，但当前主要是指面对面的课堂学习(Face to face)和在线学习(Online learning)有机融合的教学模式。混合式教学始终坚持“以学生为中心，以教师为主导”，强调教师主导作用与学生主体地位的有机结合。教师不再是知识的简单灌输者而成为学生学习的设计者、帮助者和支持者。学生不再被当成知识接受的“容器”，而成为认知的主体，通过虚实学习环境和教师、同伴、资源进行随时随地的交互，自主增加学习时间，主动建构知识意义。我校分析化学课程为兼顾学生共性提高与个性发展，按记忆、理解、应用、分析、评价和创新6个层级，以创新能力培养为主线构建了基于“MOOC+智慧教学课件+试题库APP+虚拟仿真实验”四大模块的信息化教学资源体系。分析化学MOOC课程共录制完成中、英文双语教学视频98个，总时长约800分钟，知识点覆盖率约60%。依托自建的分析化学MOOC课程，引入智慧教学工具“雨课堂”，开展MOOC+SPOC+翻转课堂的混合式教学，形成了一套覆盖课前、课中、课后全环节的互动性强的智慧教学“雨课件”，2019年被评为教育部在线教育研究中心智慧教学课件“雨课件”。自主开发的基于Android系统的高校化学试题库APP拥有试题量超3000题，含填空、选择、简答和计算题等题型，分为难、中、易三个等级，APP可实现自由组题、系统判题以及数据统计分析等多种功能。此外，分析化学实验研发具有自主特色的虚拟仿真实验资源，涉及滴定基本操作练习、水硬度测定、铅铋连续测定等实验项目，开启了虚实结合的实验教学探索。四大模块信息化平台均具有较强的交互功能和科学评价机制，特别是MOOC和雨课堂，可开展多种形式的在线交互学习并即时多元地形成性评价学生学习效果。这些信息化资源为开展混合式教学改革提供了有力支撑，有望实现学习模式从“同时同地”的实体课堂传授式被动学习向“同时同地/同时异地/异时异地”的多维虚实空间融合的碎片化、交互式自主学习转变，极大地激发了学生学习的内在动力，很大程度上延伸和拓展了教学的时间和空间。

跨学科教学，是在注重各学科内在逻辑的基础之上建立学科间的联系，进而在教学实践中实施的多学科融合的教学模式。跨学科教学的理论内涵在于建构主义，基于问题、现象、文献等重新建构知识及学科之间的内在联系，并依托实践将知识技能内化和外化。跨学科教学的目的是培养学生综合运用多学科知识解决跨学科问题的高阶能力。分析化学课程教学团队由八名成员构成，分别来自生化分析、植物代谢组学、核酸生物传感技术、化学信息学、高分子材料合成、环境毒理学和计算机信息技术等多个研究领域，这对建立跨学科教学模式具有积极的促进作用。团队成员在课程内容、教学方法、教学组织、教学策略等多个方面互相支持、取长补短，通过重构课程跨学科知识体系，采取“多师同堂”协同指导综合任务策略，能够让学生获得新的分析化学认知能力及问题解决的实践能力。与此同时，课程在围绕某一主题任务开展多师协同教学过程中，能够增强教师对其他相关学科的认识和再提高，能够有效增进各教师之间的互动、沟通和交流，促进教师间进行学术群体的协同创新。

跨学科混合式教学具有将上述两种教学模式加以优化组合的独特优势，将其用于分析化学课程教学改革，是人才培养模式的升级与完善。分析化学课程建设对标“两性一度”特征要求，注重课程内涵建设，深度挖掘“课程思政”元素，实施课程结构重组，在提升学生专业能力的同时树立学生正确的价值观以及良好的社会道德责任感，真正做到立德树人。

分析化学是获取物质化学成分和结构信息的科学，涉及生命、环境、食品、医药、农业等诸多学科领域，具有显著的多学科交叉融合特点。分析化学课程以往因教学课时有限，教学重点主要放在基础理论推导和实验操作技术上，内容涵盖绪论、分析试样的采取与制备、误差与实验数据的处理、四大滴定分析方法、沉淀重量分析法和分光光度法等。实施跨学科混合式教学改革后，分析试样的采取与制备4个课时和沉淀滴定分析法4个课时由学生结合自建的分析化学MOOC课程自主完成学习，其余章节结合MOOC和雨课堂开展混合式教学或翻转课堂教学，通过课前课后实施学生自主学习，使教学从课堂延伸至课外，学习和指导时间和空间更加开放和具有弹性。针对应用化学专业的分析化学理论课时从原来的72课时扩增至96课时，学生线上自主学习时长占总课时的25.0%，而其他专业分析化学理论课时从32课时增至56课时，学生线上自主学习时长达42.8%。

此外，分析化学经典课程体系涉及大量公式推导和复杂的数值计算，容易挫伤学生的学习兴趣和积极性，以往教学效果相对较差。为此，将Excel软件、Matlab编程、数据统计SPSS软件等计算机技术融入分析化学教学过程，在相应章节酌情引入公式图形化或编程等线上直播教学内容，并在学堂在线讨论区设置以资源共享为特色的开放式讨论专题，加强生生间的互助学习。比如在溶液中各级络合物型体分布章节讲完后，增设公式图形化教学环节，并以小组为单位系统绘制与NH₃、Cl⁻、CN⁻、F⁻、I⁻、SCN⁻、乙酰丙酮、乙二胺、磺基水杨酸、S₂O₃²⁻等发生络合的各金属离子各级络合物型体的分布曲线图，并将结果发布至学堂在线讨论区的指定讨论专题，相互检查并进行数据共享。通过自主绘制和数据共享，学生可非常形象直观地总结出络合物浓度及其与各金属离子间的累积形成常数对各级络合物型体分布分数的影响规律，为后续条件形成常数及如何提高络合滴定选择性等内容的学习提供重要的知识积累。

分析化学课程教学注重学以致用、以用促学，其基础知识和基本理论需要与生命科学、材料科学、医学、生态与环境化学、矿产、食品营养等学科和领域的发展相结合。我们以跨学科视角对课程内容进行了优化升级，改进后的课程内容着重体现了跨学科视角的两个层次。第一个层次围绕水质全分析、硅酸盐矿全分析和食品营养成分分析等科学问题开展跨学科主题教学。以成分分析为主线，融合各学科相关知识，有利于学生建立起各学科之间的联系，明确分析化学作为一门多学科性的综合性科学的中心地位。比如硅酸盐矿样品成分分析，通过融入地球化学和地质学等跨学科知识阐明硅酸盐矿的成矿原理，进而结合四大滴定分析方法、重量法以及分光光度法综合分析样品中硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、磷等成分的含量。又如，食品营养成分分析，需结合食品化学相关内容，阐明了食品的化学组成、结构、性质及在食品加工和贮藏中发生的化学变化以及这些变化对食品品质和安全性的影响，进而运用分析化学方法实现食品中水、糖类、脂类、蛋白质、维生素等营养成分含量的测定。第二个层次不受限于分析化学课程教学内容，而是站在分析化学整个学科角度引导学生了解和认识分析化学与生命、农业、环境、材料等诸多学科领域协同发挥作用，在人类社会发展中充当重要力量。这个层次我们主要通过最新文献导读以及MOOC讨论区设置的跨学科开放式专题讨论来实现。比如，在人类基因组测序计划的主题讨论中，从什么是基因，到基因测序技术所经历的第一代Sanger法测序、第二代高通量测序、第三代单分子/纳米孔测序，再谈到基因组学、疾病治疗等，让学生意识到科学研究并非单一学科研究人员的孤立活动，而是需要多学科背景、多研究领域协作的系统工程。

课程基于“MOOC+智慧教学课件+试题库APP+虚拟仿真实验”四大模块的分层次信息化课程资源体系，创新性提出递进式OPPOs教学法开展混合式教学。教学单元含线上课前预习与预习测验、思维导图预习汇报、参与式学习以及线上课后测验及复习，将线上线下有机融合，实现课前-课中-课后全链条指导与督促学生学习(图 1)。

每个OPPO教学单元结束后设置具有一定难度的课程任务；在整章内容结束后即多轮OPPOs后嵌入挑战度升级的大单元课程任务；在本门课程结束后围绕与分析化学相关的跨学科科学问题开展课程总结研讨。通过分层分级、难度进阶的课程任务，提升课程挑战度，加强学生对知识的综合运用能力，实现学生高阶能力的培养(图 2)。

实施混合式教学，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分体现学生主动性与创造性，体现培养学生核心素养的要求和深度学习的特点，提高课堂参与度，优化学习效果。简单说，教学单元可分为课前、课中和课后三个环节。课前，通过雨课堂向学生发布预习任务和预习测验，学生结合MOOC资源完成预习任务，教师通过雨课堂数据反馈，可较全面地掌握学生的预习情况，及时调整教学的重难点，使课堂教学变得高效。课中，通过角色代入、任务驱动、实验模拟、话题讨论、问题导入等方式引出课堂教学内容，同时融入一定的课程思政。接着，设置学生预习汇报环节，学生将他们事先绘制好的思维导图通过雨课堂进行投稿，随机抽取一名学生进行预习汇报。通过预习汇报，学生可再次梳理知识结构，带着问题进课堂。也使教师进一步了解学生对知识点的掌握情况，真正做到教与学的有的放矢。通过开展参与性极强的多元化教学组织形式，在保证完成课程教学目标的基础上，提升教学高阶性、创新性和挑战度。此外，还可通过随堂测验，即时检验课堂教学效果。课后，可回到线上进行复习、作业、答疑以及课外知识的拓展，学有余力的同学可自主选择试题库APP进行自我提升。至此，课程实现了课前-课中-课后的全链条教学，通过雨课堂有机地将线上线下融合起来，将形成性评价贯穿整个教学过程。

为加强学生对知识的综合运用能力，课程教学过程中融入了多元化教学活动。比如，在弱酸碱各型体分布分数、缓冲容量、酸碱滴定原理、金属络合物各型体分布分数等教学单元中要求学生结合计算机基础软件进行复杂数值计算图形化，选择完成出色的小组进行随堂讲解或在线直播，分享心得，促进生生间互助学习，实现问题共振、情感共鸣和智慧共生；在误差与实验数据的处理整章内容讲完后，结合真实的科研数据，组织小组讨论，学生通过任务的完成融会贯通本章全部教学内容；酸碱滴定法讲完后针对实际生产案例开展分析方法设计，并对方案进行组间互评，同时邀请多学科背景教师开展协同教学，学生还可结合虚拟仿真实验平台和开放实验平台进行方案验证与优化；本门课程结束后，围绕水质全分析、食品营养成分分析、硅酸盐矿全分析等大科学问题进行墙报学术交流，邀请课程组全体教师、高年级学生一起进行学术探讨。通过多元化教学活动的组织在完成教学目标的同时，一定程度上培养了学生的高阶思维，提升了课程的两性一度。

课程基于“MOOC+智慧教学课件+试题库APP+虚拟仿真实验”四大模块的开放共享信息化课程资源新体系，创新性提出并实践递进式OPPOs教学法，注重理论与实践并重、基础与前沿交融，实现了多维虚实空间、多元教学方法、多样教学关系、多重考核模式、理论和实践的五大融合。通过“四核五融”举措，构建跨学科混合式教学新模式(图 3)，实现教学目标从知识传授型向能力培养型转变，大幅提升了学生自主学习、跨学科思维、解决复杂生产问题的高阶能力。

课程考核采用“过程考核+终结考核”“线上考核+线下考核”相结合的方式。总评成绩含线上学习(20%)、线下学习(40%)和期末考试(40%)。线上学习包括视频学习、章节习题、线上活跃程度及线上期末测评；线下学习以雨课堂成绩为主，含预习测验、随堂测验、课堂任务完成情况等。

通过系统比对2017–2019年应用化学专业传统教学模式和跨学科混合式教学模式学生的学习成绩(表 1)，可以发现2017和2018级学生卷面成绩平均分分别高出传统教学模式11.2和18.5分，期末闭卷考试及格率呈现逐年上升趋势。

另外，我们进一步探讨了过程学习数据与课程期末考试成绩以及课程总成绩之间的相关性。通过分析跨学科混合式教学模式下2017级创新班学生的线上成绩、雨课堂成绩、期末考试成绩以及课程总成绩之间的相关系数(见表 2)，我们可以很明显地发现线上学习与课程总成绩的相关性高达0.6736，雨课堂学习过程与课程总成绩相关性高达0.6680，与期末考试成绩相关性也达到了0.5303，这意味着MOOC和雨课堂是一种很好地过程学习监督平台，有效覆盖了课前-课上-课后的每一个教学环节。

此外，图 4进一步描述了普通班(A模式)和2017级创新班(B模式)和学生的平时成绩(雨课堂成绩)与期末考试成绩以及MOOC成绩与期末考试成绩之间的相关性。左图为雨课堂成绩与期末考试成绩的相关性，右图为在线开放课程成绩与期末考试成绩间的相关性。其中A模式为浅层次混合式教学模式，即学生使用线上资源预习、复习，通过线上测试评价学习效果，教师参考线上数据指导线下教学；B模式为跨学科混合式教学模式。从左右两图中均可以看出，B模式落在第一象限的学生人数远多于A模式，过程学习对课程教学质量具有一定的积极促进作用。

为明确跨学科混合式教学对不同层次学生的影响，我们通过MyCOS系统对2017和2018级学生进行了问卷调查，见表 3。从问卷调查结果可以看出，通过教学模式创新，2017级和2018级分别有96.55%和100%的学生认为教学新模式对自己的课程学习、专业知识的延伸有帮助，有93.11%和96.55%的学生认为对自己专业技能和高阶能力提升有帮助。

通过对教学效果统计分析发现，新的教学改革模式在促进教师课堂教学、督促学生学习、培养学生综合技能中发挥了一定的积极作用。“四核五融”跨学科混合式教学模式融入多样化的教学方法，使学生由被动学习变为主动学习；采用新颖的课堂教学组织形式，激发了学生的学习热情；通过分层分级、难度进阶的课程任务，一定程度上提升了学生分析问题、解决问题的高阶能力。近年来学生获创新性实验项目国家级12项、区级8项，广西高校大学生化学实验技能竞赛一等奖3项、二等奖5项，获区级优秀指导教师1人。教学团队成员获各级各类教改课题8项，发表教改论文10篇，获各级各类教学竞赛奖励13项。分析化学课程2019年被认定为广西线上线下混合式一流本科课程，同年分析化学MOOC课程入选首批国家级线上一流本科课程。2020年课程英文版MOOC上线首批高校在线教学国际平台，成为广西首门国际慕课。

分析化学课程通过系列教学改革与实践，构建了“四核五融”的分析化学课程跨学科混合式教学新模式，为专业课程教学改革提供了参考。

(1) 课程通过重构课程教学内容、融入计算机软件和编程技术等跨学科知识，实现复杂数值计算简易化和公式推导图形化。针对实际生产案例或前沿科学问题，多学科背景教师多师同堂开展大单元跨学科协同教学，培养学生跨学科思维。

(2) 通过开发基于“MOOC+智慧教学课件+试题库APP+虚拟仿真实验”的四大模块信息化资源体系，实现学习模式从“同时同地”的实体课堂被动学习向“同时同地/同时异地/异时异地”的碎片化、交互式自主学习转变，显著延展教学时间和空间。依托信息化教学资源，创新提出并实践递进式OPPOs教学法，通过多维虚实空间、多元教学方法、多样教学关系、多重考核模式、理论和实践等有效融合，践行“以学生为中心”的教学理论，充分激活学生内生学习动力，大幅提升课程教学质量。

然而，社会需求不断发展，为使跨学科混合式教学模式持续发挥效力，需不断探讨现有MOOC教学资源的时效性和完备性，分析线上教学视频中需要进行革新的教学单元，删减过时、陈旧的教学内容，增加创新性、前沿性、实用性强以及体现学科发展趋势的知识点。同时学校层面应进行相应的组织和制度化建设，为广泛开展跨学科混合式教学提供支持与保障。