新工科背景下無機化學教學法改革研究獲獎科研報告摘

要：2019年，為了順應陜西師范大學以及學院“新工科”發展統籌，材料科學與工程學院將《無機化學》課程由108課時壓縮到72課時。《無機化學》課程本身知識內容豐富，體系龐雜，所以新工科背景下《無機化學》課程的教學就面臨著課時少、容量大、任務重的困難，因此，如何改進《無機化學》教學方法進而提高其教學質量對教師提出了更高的要求。根據筆者在過去幾年執教《無機化學》的教學經驗和根據工科院校材料科學與工程學院《無機化學》課程的自身特點，提出本論文教學法改革研究。

關鍵詞：新工科;無機化學改革;翻轉課堂;模塊教學法

2017年2月，圍繞“中國制造2025”國家戰略實施，教育部發布了《教育部高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》，“新工科”開始進入公眾視野。新工科建設是國家主動應對新一輪科技革命與產業變革的戰略行動。陜西師范大學早在第十一屆黨代會上就提出了發展新工科的要求，加快新工科建設也是我校搶抓機遇，建設綜合性研究型大學的有力推動[1-3]。筆者所在學院材料科學與工程學院是一個存在于師范類院校下的一個完全非師范學院。其中新能源材料與器件即是基于新工科背景建設的本科專業。《無機化學》課程是新能源材料與器件專業一門重要的專業基礎課，也是大一學生入校的第一門專業必修課。因此，這門課程教學質量的高低對本科生整個大學四年期間的學習甚至畢業后的就業都起著舉足輕重的作用。如何提高《無機化學》課程的教學質量顯得尤為重要。2019年，材料科學與工程學院將之前本一學年學完的《無機化學》課程壓縮到一學期完成，《無機化學》課程本身知識內容豐富，體系龐雜，所以新工科背景下《無機化學》課程的教學就面臨著課時少、容量大、任務重的困難，對講授這門課程的我們也提出了更高的要求。

無機化學教材共分為兩部分[4]，上冊內容是理論部分，如原子結構、分子結構、熱力學、動力學、化學平衡（酸堿平衡、配位平衡、沉淀溶解平衡以及反應平衡等）、電化學、以及配位化學部分。下冊內容為元素化學，具體為根據核外電子排布分為s區，p區、d區、ds區。章節內容展開也是根據該順序進行的。上冊內容比較系統，公式多，理解的部分多。而下冊內容知識零散，龐雜，典型特點是翻開書全懂，合上書就懵。因此將上下冊書合為一學期講授，對學生的學來說壓力很大。經過2019年對新一屆大一新生的教學實踐，以及根據筆者在過去幾年執教《無機化學》的教學經驗和根據工科院校材料科學與工程學院《無機化學》課程的自身特點，從進一步提高學生學習效果出發，就工科院校《無機化學》課程的改革和建設，提出無機化學模塊教學法改革研究。

在進行模塊法系統講授該門課程的同時，在具體的教學過程中，做到以問題為引導，按照提出問題、總結分析、實踐應用等構建“翻轉課堂”，通過創新教學方法，如利用現代化教學手段“雨課堂”來使學生更好的參與課堂互動，使學生能準確、深刻理解無機化學這門課程。因此，本論文改革的主要內容從大學的“課堂革命”出發，通過改變授課策略和體系等方式，進一步改進我院的無機化學教學模式，順應我院短課時對無機化學教學的改革，打破傳統“滿堂灌”的授課方法，著重培養學生的三個“能力”，即學習能力、反思能力以及課題研究能力;同時，激勵、鼓舞、啟迪學生參與探究式學習，把“自主、合作、探究”落到實處。依托《無機化學》教學實踐，通過分析無機化學內容體系和教學優化方案，以提升培養學生化學專業素養的可操性以及學生學習化學的積極性為主要出發點，有為了更好的使學生在短期內掌握本門課，本論文提出模塊教學法改革。所謂模塊，也就是教材的知識結構，它是把無機化學教材按照某種課程體系分成幾個相對獨立的部分，目的是為了便于我們教師的教學。而且如果我們在教學中有意識地把我們建立模塊的標準及所建立的模塊教給學生，還有利于學生更好把握這門課的主線，能更有效地學習，從而使學生在有限的教學周期內更好的掌握這門課程。具體為將無機化學分為三個模塊，分別為化學原理部分、物質結構部分以及元素化學部分。

對無機化學教學進行創新設計與實踐，具體為改變傳統講授進程，按照教材體系和課程內容體系，以“模塊教學法”來為學生講授本門知識，形成“新工科”培養模式背景下無機化學課程體系的教學特色，便于學生在一學期內能牢固掌握本應一年學完的無機化學課程;通過創新實踐，達成新能源材料與器件專業學生學習無機化學的最佳效果，實現促進學生科學素養和優秀材料人才培養目標的落實，增強學生學習材料化學的積極性和主動性[5]。

具體措施為：課前為學生發布導學內容，由于無機化學上冊內容的理論性很強，學生很難把握重點，無法完全理解四大平衡以及物質結構的理論本質。根據該教學內容目標要求，對有關平衡原理的公式，思路讓學生提前預習，有利于學生更好的掌握該部分知識。下冊的元素化學則需要學生在課前多查一下與生活中相關的物質資料。如講授硼族元素一章節時，感覺上硼族元素中的硼距離我們很遠，這個時候，可以讓學生查一下資料，學生就能了解原來還有硼酸香皂、硼酸軟膏等，如果過敏了，大部分醫生都會給開硼酸軟膏來緩解癥狀，因此，一下子就能拉近學生的距離感。上課的時候學生才會更有積極性。比如講授到碳族元素的時候，還可以通過制造戰斗機的碳纖維的關鍵技術在日本企業手中，我們只能依賴進口來加強學生學習材料化學的使命感和責任感。課中，問題引導。翻轉式教學，在講解中盡可能地設置問題，引導學生理解理論知識，使學生真正理解平衡體系，達到該內容的教學效果。通過對具體細節問題的設計和提問，引導學生在預習的基礎上更細致地掌握重點難點，同時通過教學互動，加深學生問題思考。“雨課堂”軟件也能實時掌握學生的學習情況。及時回答學生的問題。課后，問題思考。通過學生做題和理解理論內容并加以應用，對課堂內容進行拓展延伸，進一步發揮學生的學習主動性。要求學生查閱相關文獻，多做習題，對其深入思考，理解更透徹，興趣更濃厚，有利于激發學習熱情，不斷改善教學效果按照教材的邏輯體系，模塊教學法可把兩本教材分為三部分來為學生講授：第一部分為化學原理部分，包括化學熱力學、動力學及四大平衡（化學平衡、酸堿平衡、氧化還原平衡和配位平衡），這一部分重點在于熟練利用平衡常數計算四大平衡的問題，所以重點是在化學平衡，掌握該部分知識后，后面的三個平衡體系都是根據化學平衡演化而來，計算方法以及思維模式都想通;第二部分為物質結構與性質部分，主要包括原子的結構和性質、分子（包括配位化合物）和固體的結構與性質，該部分在學生掌握了原子中的電子在核外運動的波動性及其波函數數學表達形式，并掌握了常見的原子軌道如s，p，d等軌道的實質的基礎上，介紹價鍵理論、雜化軌道理論、價層電子對互斥理論和分子軌道理論，其重點為分子結構以及配合物的理論體系。第三部分元素化學包括堿金屬、堿土金屬（材料科學與工程學院的教學大綱中，堿金屬和堿土金屬屬于自學尼內容）、非金屬元素和過渡金屬元素，重點在非金屬元素如鹵素、氧族、碳族、氮族等和過渡金屬元素如錳族、鐵族、銅族等。

在課時被壓縮的情況下，面臨的主要問題依然是教學時間緊張，內容多，所以很多知識點不能講解的特別詳細。因此，對教師的教學方法就提出了更高的要求。“翻轉式課堂”強調的是學生與教師角色的轉變，注重的是學生課后的學習。本論文提出“模塊”+“翻轉課堂”教學模式，旨在解決短時間內如何使學生能快速理解掌握無機化學重難點的突出問題。提高學生學習化學的興趣，增強學生科研積極性。在具體的教學過程中，做到以問題為引導，按照提出問題、總結分析、實踐應用等構建“翻轉課堂”，通過“雨課堂”教學軟件的使用，來增強與學生的互動，使學生能準確、深刻理解無機化學第一模塊-化學原理的概念與理論，