大学化学, 2022, 37(11): 2206087-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202206087

教学研究与改革

无机化学课程思政与混合式教学的融合探索与实践

宋祖伟,, 钱备, 宁静, 梁爱琴, 惠妮

Exploration and Practice of the Integration of Ideological and Political Teaching and Blended Teaching of Inorganic Chemistry

Song Zuwei,, Qian Bei, Ning Jing, Liang Aiqin, Hui Ni

通讯作者: 宋祖伟, Email: szwlxy@qau.edu.cn

收稿日期: 2022-06-28   接受日期: 2022-08-26  

基金资助: 山东省本科教学改革研究项目.  Z2021220
山东省本科教学改革研究项目.  P2020020
山东省一流本科课程建设项目
青岛农业大学教改项目.  XJY2020017
青岛农业大学教改项目.  XJY2021016
青岛农业大学教改项目.  ZCJG202111
校级优秀本科教学团队培育项目

Received: 2022-06-28   Accepted: 2022-08-26  

Abstract

A student-centered, results-oriented and multi-dimensional teaching practice was fabricated, involving the integration of online and offline, the complementation of in and out of class, and the penetration of ideological and political education. The deep tillage of discussion-led, case edification, task reinforcement and the implementation of the competition is conducted. Ideological elements including scientific thinking and spirit, patriotism, cultural confidence and model demonstration, science development and social responsibility, and innovative thinking and professional identity are manifested in the whole process of blended teaching. Accordingly, knowledge exploration, ability cultivation and value guidance are accomplished.

Keywords: Inorganic chemistry ; Ideological and political education ; Blended learning ; Integration

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宋祖伟, 钱备, 宁静, 梁爱琴, 惠妮. 无机化学课程思政与混合式教学的融合探索与实践. 大学化学[J], 2022, 37(11): 2206087-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202206087

Song Zuwei. Exploration and Practice of the Integration of Ideological and Political Teaching and Blended Teaching of Inorganic Chemistry. University Chemistry[J], 2022, 37(11): 2206087-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202206087

普通高等学校人才培养的核心是育人,其根本在于立德铸魂[1]。我校在多年办学实践中,形成了“矢志三农、勤奋求实,自强不息、追求卓越,培养高素质应用型人才”的办学定位。如何将思政教育融入专业课程教学之中,是构建大学教育全方位育人体系的关键,是专业课程教师面临的一个现实问题。这迫切需要教师既精通专业知识、做好“经师”,又涵养德行、成为“人师”,努力做精于“传道授业解惑”的“经师”和“人师”的统一者[2]。

无机化学是我校化学化工类专业首先接触的专业基础课,对于大一学生及早进入大学角色、了解大学课堂、转变学习观念、为后续课程奠定基础,至关重要。然而,该课程承担的不仅仅是夯实基础,更应该在专业层面上,进行理想信念教育和爱国、敬业、诚信、友善的价值引领,帮助绝大多数新生成功度过刚步入成年阶段的这一敏感时期[3]。构建系统的无机化学学科知识框架,培养学生积极向上的人生观、价值观和世界观,成长为服务经济建设和社会发展需要、具有较强适应能力和创新创业能力的人才,是教师不可推卸的责任[4]。

有鉴于此,课程组与时俱进,以“立德树人”为中心,以混合式教学改革、一流课程建设为契机,将思政与学科、专业深度结合,使之融合到教学大纲、课程教案中,探索“线上线下思政渗透、课内课外融合互补”的教学模式,贯穿“教–导–学–做–用”始终,以期达到“知识传授+价值引领、课程显性教育+思政隐性教育”相统一的育人目标。

1 课程思政与混合式教学的融合实践

依据培养目标、课程特点、内容设置,探寻、优化思政内容供给,发掘如表 1所示的“课堂教学+思政育人”契合点。基于“一平三端”系统开展思政与混合式教学的协同实践,线上采取“自主学习+教师督学导学助学”模式,线下课堂利用问题链设计、故事分享、分组任务、课堂翻转等学生喜闻乐见的形式,从多个维度将思政元素融入“讨论引领–案例熏陶–任务强化–竞赛落地”环节,师生在快乐学习中受到启迪。

表1   思政元素与教学内容融合点

章节内容线下教学方式方法思政元素植入思政教学目标
绪论上好第一课/薄厚学习法化学史;名人传记理想信念教育
溶液依数性翻转课堂;启发教学玻璃水之研制(专创融合)创新思维、理论实践结合
化学热力学基础讲授与归纳;问题式教学化学史/名人传记、热力学三大定律理想信念教育、科学态度
化学热力学基础讲授与归纳;问题式教学合成氨与粮食生产“开源”科学态度、求真务实、绿色发展
酸碱反应(含配位反应)讲授与归纳;问题式教学1) 酸中毒与缓冲溶液(结合抗疫)
2) 自来水硬度测定(结合实验课)
1) 榜样力量、时代责任
2) 学以致用、探究精神
沉淀-溶解反应分组讨论;翻转课堂生活中的沉淀-溶解反应关注生活、学以致用
氧化还原反应PBL (Problem-Based Learning)教学+ CL (Case Learning)教学;翻转课堂1) 酸度对电极电势的影响
2) 复杂电对电极电势的计算
3) 可爱的暖宝宝/自发热产品揭秘
1) 团结协作、互帮互学精神
2) 创新思维
3) 探索精神、理论实践结合
原子结构课堂讲授;演绎法;比较-归纳法原子轨道能级分级依据(徐光宪)
实物元素周期表之创制
文化自信
创新思维、创业理念
分子结构(含配合物结构)启发讨论;比较-归纳法1) 氢键(中国首次拍到水分子内部结构)
2) 知识之树初长成
1) 科学态度、时代责任
2) 创新思维
s区元素案例/专题讲座锂铍的特殊性与对角线规则
侯氏制碱法的启示
科学思维、科学态度
家国情怀、民族精神
p区元素讨论/案例/专题讲座/分组任务1) 师徒五诺奖
2) 固氮为氨(铵)
3) 卤素的发现史
4) 巴特列特的意外收获
1) 勇攀科学高峰的使命感
2) 创新意识、学以致用
3) 探索未知、责任感
4) 科学态度、创新思维
d区元素专题讲座/案例/分组任务1) 小小金属水龙头前世今生与未来
2) 无机化合物颜色之谜、水解之惑
1) 创新创业思维;学以致用
2) 归纳演绎思维
ds区元素案例/专题讲座/分组任务
翻转课堂
1) 曾青得铁化为铜
2) 驯化贪食金属之怪兽
1) 文化自信
2) 双碳目标、匠心精神、社会责任感

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1.1 讨论引领

利用在线课程的便利,课前发布小讨论,引领学生快速步入学习情境;课中开展主题讨论,提升学生兴趣;课后发布话题加以归纳总结。为使学生体会科学态度、科学精神、科学思维的重要性,引导学生展开“巴特列特的意外收获、氟的制备史、诺贝尔化学奖”等讨论,教育学生在科研道路上学会运用广阔的视角看待现存的理论,匠心独具,才能收获成功;为鼓励学生勇于创新精神、萌发创业意识,引领学生参观“化学楼一楼大厅里的实物元素周期表”,并针对校友的创业成果展开研讨(图 1)。“侯氏制碱法的启示、CO2变淀粉的奥妙”讨论过后,学生的民族自豪感油然而生。“强碱溅到皮肤上如何处理、小小火柴的诞生”等话题,将令学生领悟学以致用、理论联系实践的真理。将校训、院训、迎新标语等嵌入课件首尾页动态展示,勿需多言即可意会。借助QQ群(王锗硅铼、锇钔钌钚锝、铑铁钔镓铀),微信公众号“爱上听天书”推送话题,在实时交流、分享中受到教育。

图1

图1   讨论话题展示


1.2 案例熏陶

结合实验内容、时代热点设计案例,融入思政元素,通过专题讲座或翻转课堂,让课堂活起来,启发思考,获取知识的同时,引导学生理论联系实践,主动关注案例背后的内容。

案例1:酸中毒与缓冲溶液

切入点:“部分新冠肺炎患者呈现难以纠正的酸中毒”症状,指出人体内pH保持稳定的必要性,引出缓冲溶液的概念。采用翻转课堂、问题链式教学(图 2)。

图2

图2   案例之“酸中毒与缓冲溶液”


提出/讨论问题:人体血液pH是如何稳定在7.35–7.45的?以抢答形式让学生讨论回答,弄清人体血液的缓冲机制。

精讲:如何计算缓冲溶液pH?如何衡量缓冲溶液的缓冲能力?如何配制缓冲溶液?

结合新冠肺炎疫情,从代谢、呼吸角度对症下药,以纠正酸中毒。顺势引入共和国勋章获得者钟南山院士的事迹[5],坚定人民至上、生命至上的信念。

启发:除了血液,还有哪些溶液具有缓冲能力?土壤的pH是多少?pH为8.0–8.5的海水中能种出水稻吗?随即开展“袁隆平院士的梦想”[6]小讨论,展示袁老为我校题词“矢志三农,特色立校”,学习袁老的科学探索精神,树立“爱农、懂农”意识,激发学习热情。

案例2:复杂氧化还原电对电极电势的计算

这是无机化学课程的难点之一。教学实践[7]中展示电极实物,以Ag+/Ag电极作为初级电极,通过引申、拓展、深化,完成知识迁移、组合与外化,在一步步推演、探究中,体会“换一个视角,问题将会迎刃而解”的真谛,求真务实的育人效果水到渠成。

课后发布有奖征集活动“细品其中意境,赋诗或作词或吟唱”,激发创作潜力。图 3展示了学生跨课程、跨专业、跨校合作的原创作品,从诗里、词间、乐声中,见证了学生在主动学习中对知识点内涵的把握,感受到学生那份喜悦与获得感,也促进了文化的传承。

图3

图3   学生作品(诗词、歌曲)展示


1.3 任务强化

设计实施了“自发热产品大揭秘[8]、玻璃水研发、乙硼烷结构模型解析、碳单质结构模型构建、H2O与H2O2的邂逅、金属水龙头的前世今生”等PBL分组任务,引领学生组建学习共同体,主动参与到活动中去发现、思考和解决问题。结合学院农化特色专业的建设,设计分组任务“合成氨反应-粮食生产开源”(图 4),从化学原理、实际应用和科学研究3个维度,探究“合成氨”中的热力学、动力学和氮化学知识,感受理论知识付诸工业生产实践的重要性。顺势介绍我校的农业特色和化学学科ESI排名全球前1%的优势,激发学生对无机化学的学习热情,意识到化学与农业的深度融合将大有可为,更加坚定自己的专业志向。

图4

图4   合成氨反应-粮食生产开源


课前(线上):通过学习通平台推送线上视频和课件学习,同期发布分组任务。

课中(线下):问题解析——课堂翻转,小组汇报,从热力学和动力学角度深度解析。

问题递进——合成氨领域三次诺贝尔化学奖的出现[8, 9],足见其对于化肥生产的重要性;“合成氨反应催化剂”的成功开发,离不开“实践-理论-实践”的数次循环。可以借助科学家屠呦呦获得诺贝尔生理学奖和国家最高科学技术奖的故事,强调以科学态度开展实验研究的重要性,同时提升文化自信与民族自豪感。

问题提升——节约粮食的同时,是不是也可以开源呢(思维迁移)?你能否想到其他的合成氨技术或固氮方法呢?结合团队的科研经历,结合科研课题、大创课题,介绍固氮的前沿技术,展示学长的实验室工作,增强学生感性认识,鼓励学生学会并提升文献检索能力。

引导学生:通过本次课的学习,作为一名化学专业的学生,你收获了什么?知识层面,知晓了催化剂在工业中的巨大作用,感触到无机化学在实际生活中的重要地位。素质层面,需要学以致用,为粮食开源做好基础研究工作,促进合成氨的可持续发展。

结合院训和大创课题展示、学长现身说“成果”,激发学生创新创业兴趣。

课后:邀请学生参访实验室;课外拓展,鼓励大家角色扮演,尝试作为一名技术人员、创业者、投资者,从知识储备、工厂立项、环评、人员等角度,撰写合成氨工厂计划书(大一下学期完成),开启创新思维训练、创业意识渗透。

1.4 竞赛落地

开展“思维导图、学习笔记”大比拼,引导学生归纳总结,促进化学思维建立与创新,帮助学生养成科学的学习方法和学习习惯。为减轻新生课业负担,改变每章绘导图的做法,代之以模块导图或课程导图(图 5),以团队PK形式完成。先后布置了TBL (Team-Based Learning)任务之1–4章思维导图、吹响知识集结号——开启模块融合之旅、p区元素思维导图之设计、思维导图收官之作等。导图在手,“将书本变薄,将知识点变厚”不再是难事,学习效率得以提升。

图5

图5   思维导图——知识之树初长成


实验设计创新大赛、大创课题,也为思政效果的落地提供了平台。2019级、2020级学有余力的同学,先后主持大学生科技创新项目国家级8项、省级4项,校级23项;获校级化学实验设计创新大赛一等奖4项、二等奖6项、三等奖5项,科学与创新思维能力和实践水平在比赛中得以提升。

2 课程思政教学成效

基于学生全面发展的培养目标,课程思政协同混合式教学过程,坚持过程性评价与终结性评价、教师评价与学生评价并重,以保证学生的获得体验。关于课程思政成效,针对2021级应化专业(70人)、功能材料专业(69人)开展了问卷调查,结果表明“教学融入思政的各种形式”中,学生对“分组任务”的印象最深(应用化学57.2%、功能材料46.4%)。表 2所示的满意度显示,学生高度认可教学中引入的思政内容和思政自然融入的形式;两个班合计有90.6%的学生认为,教学涉及的思政内容对其学习或生活有帮助。

表2   思政教学满意度问卷

专业
名称
你对本课程融入的思政内容教师上课时融入的思政内容,你的满意度是
非常感兴趣感兴趣一般无兴趣不清楚非常满意满意一般不满意很不满意
应用化学54.3%34.3%10.0%1.4%064.3%27.1%8.6%00
功能材料63.8%30.4%5.8%0073.6%23.5%2.9%00
专业
名称
教学涉及的思政内容,对你的学习或生活有帮助吗?根据内容自然融入思政内容的方式,你的满意度是
非常有帮助有帮助一般无帮助不清楚非常满意满意一般不满意很不满意
应用化学57.2%31.4%10.0%1.4%062.8%34.3%2.9%00
功能材料65.3%27.5%7.2%0072.1%25.0%2.9%00

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3 教学反思

无机化学课时有限,讲透原理与难点的同时,如何有效融入并利用好恰当的思政元素,仍是教学实践的一大难题。线上-线下、书内-书外、课前-课中-课后环节,无不蕴含着课程思政。合理开展混合式教学,统筹利用线上线下时间,有望成为上述难题的解决途径之一。作为师者,得体的言行举止、严谨的治学态度、公平公正的评价方式,实际上也属于课程思政的范畴,这些日常也在潜移默化地影响着学生。今后,将针对以下几个方向继续努力:

(1) 以集体智慧,合团队之力,解决“部分大一新生在合作学习等环节‘躺平’的问题”,提升学生学习动力,站好学生转变关键期的第一班岗。

(2) 参加思政教学培训与交流,借鉴先进经验,解决“课程思政点凝练力度不够、着力点不够集中”的问题,避免贪大求全。

(3) 构建多元学习共同体,强化“线上+线下”多维交流互动、知识共享,在尊重与创新中引领学生,实现传承、育人,真正成为“经师”和“人师”的统一者。

参考文献

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