一流本科教育背景下分析化学课程教学模式创新与实践

郑 静，张 敏,王金杰,万洁琼,尹学博

(上海工程技术大学 化学化工学院，上海 201620)

为全面落实立德树人根本任务，提升人才培养质量,促进信息技术与教育教学的深度融合，根据《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》《上海高等学校创新人才培养机制推进一流本科建设试点方案》等文件精神，上海工程技术大学坚持“现代化工程应用型特色大学”的办学定位，“以产业发展对人才需求为导向、以产学研战略联盟为平台、以工程实践能力培养为核心”的培养要求,遵循高等教育教学规律和人才成长规律，以学生成长成才为中心，全面提升学生的创新能力和发展能力，建设适应新形势的一流本科课程.

1 分析化学课程教学改革背景

分析化学是研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息分析方法及相关理论的一门学科.它是上海工程技术大学化学化工学院制药工程、环境工程、化学工程与工艺及高分子等本科专业的必修课程.该课程重在培养学生牢固树立“量”的概念，使其掌握物质的组成、含量、结构和性能关系等各类分析方法的原理和实验操作技能，以增强学生的工程意识和分析能力.分析化学课程担负着“眼睛”课程的作用，在生命科学、环境科学、材料科学和新能源等新兴领域发挥着十分重要的作用.现代科学的最新研究极大地丰富了分析化学的内容.目前分析化学课程教学面临的主要问题有：

(1)分析化学知识覆盖面广、内容繁杂、理论与实践脱节等，不利于学生对知识的吸收和应用.如何在有限的课时内使知识系统化、完整化、实践化，是分析化学课程教学首要思考和解决的问题.

(2)网络世界丰富多彩，在智能手机如此便捷的今天，海量信息冲击着学生的思想.如何在分析化学课程教学中融入思政教育，有效地引导学生树立正确的人生观和价值观，突出“立德树人”，如何引进最新技术和科研成果实现“科研育人”，是目前分析化学课程教学亟须解决的问题.

(3)分析化学知识理论抽象，公式和推导较多，且每次课讲授的内容较多，导致大一新生很难适应，学习压力倍增，学习兴趣下降.因此，创新分析化学课程，激发学生的学习积极性势在必行.

基于上述问题，上海工程技术大学全面深化开展课程体系改革、教学内容改革和教学形式改革，倡导专业使命与价值引领相融合，专业教学与课程育人相融合，打造“学生中心，产出导向，持续改进”的一流分析化学课程(图1)，让学生主动学习和实践，引导学生遵循认知规律，引领学生的思维向全面、深刻的方向发展.

图1 一流本科教育背景下的分析化学课程Fig.1 The analytical chemistry course in the view of first-class undergraduate education

2 分析化学课程教学模式改革

2.1 打造分析化学新型教学体系

分析化学课程的基本内容包括误差及分析结果的统计处理、滴定分析、酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法.分析化学课程学习的目的是使学生掌握分析化学的基本知识和基本原理，培养学生分析和解决化学问题的初步能力.了解分析化学学科的整体特点是学好分析化学的必要条件.根据新形势下人才培养的要求，本教学团队构建了新的分析化学课程教学体系，通过优化重构教学内容与课程体系，以及分析化学课程核心教学内容和知识点，打造优化“以学生为中心”的立体化教学体系，开展以课堂、网络、实验室“三位一体”多样化教学.该体系由理论教学主课程、理论教学系列子课程、网络教学、教学资料库等构成.其中，很多子课程以单独设课、综合设课或讲座等形式开展.作为分析化学课程的教师，应在知识传授中引出分析化学产生的时代背景、发展的历史轨迹，从而拓宽学生的视野，启发学生汲取渗透于化学知识中的科学思想；引导学生在学习过程中注重知识的关联性，综合运用已学过的无机化学、高等数学、大学物理学、物理化学等理论知识去理解分析化学中的问题；超越教材，在充分了解学生的知识储备和学习能力的基础上，引导学生进行课外阅读与思考，启发他们把分析化学的理论知识与实践知识与自己的专业相联系，使学生的思维驰骋于专业领域外更广阔的空间.例如，在讲授分析化学中的酸碱滴定这一章节时，教师可先一步步地引出酸碱电离理论、电子理论和质子理论，通过酸碱理论的发展使学生逐渐形成化学思维，引导学生深入思考酸碱的本质，加深对酸碱理论的理解，并结合具体的应用实例和生活常识，启发学生深入理解一些本质共性的问题.如：如何通过酸碱平衡常数得出不同物质水溶液的pH值，从而准确判断该物质的酸碱性.通过这个案例使学生理解如何利用分析化学的理论知识来解决一些基本问题.

2.2 融思政元素于分析化学课堂

教育是国之大计，教师要用好课堂教学这个主渠道，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同育人效应[1].分析化学课程的知识体系、方法原理和实践应用等内容蕴藏着丰富的意识形态和思政元素，教师在教授分析化学课程时，应深入挖掘学科知识所蕴含的思想政治教育理论知识、价值理念等“思政元素”，并将科学精神、创新意识、逻辑思维等渗透到分析化学课堂教学中，引导学生知行合一、学以致用，达到学科知识与思政教育的融合，实现专业课程教学的教书与育人统一[2].为积极探索开展课程思政，本教学团队根据分析化学课程的特点，对教学内容中的思政元素进行挖掘和分类，以立体化渗透课程思政为出发点科学设计教学环节，采用灵活的教学形式实现科学性与思想性的有机结合.具体做法是：挖掘思想政治素材，并将其以“化学家故事”“分析化学与哲学”“分析化学应用”等模块形式体现在实体课堂教学中(表1)，解读融于分析化学知识中的价值观和意识形态.如：在分析化学课程教学中，教师可引入化学家的故事，介绍一些化学家的相关史实，使学生了解科学家们当时的一些想法和做法，理解化学家的家国情怀，以培养学生实事求是和勇于攀登的科学精神；在酸碱理论讲授中，教师可通过化学史的介绍，一步步地引入阿伦尼乌斯酸碱电离理论、布朗斯特酸碱质子理论和路易斯酸碱电子理论，说明科学家对事物的认识过程并不是一成不变的，而是用发展的眼光来看待的，从而引入哲学思维，如对立统一、共性与个性、量变和质变的规律等辩证思维，帮助学生用普遍联系的观点看待事物；在讲授分析化学的应用中，教师可以结合新冠疫情，从分析化学的角度介绍新冠病毒感染检测方法(CT检测和核酸检测)的区别，总结分析化学技术在疫情防控中所起的作用，并结合疫情防控中医务人员的全力以赴、政府和民间多部门的协同作战、群众的全力配合和自我管理能力等进行课程思政教育，激励学生认真学好科学本领，为祖国未来的发展作贡献.

表1 分析化学思政教学Tab.1 The ideological and political theory teaching of the analytical chemistry course

2.3 分析化学教学方法手段改革

2.3.1 引入案例

案例教学是一种以实践案例为基础，通过教师引导学生独立思考来达到教学目的的一种教学方法[3-5].教师在课程教学中引入案例，可以帮助学生更好地理解和掌握相关理论，鼓励学生独立思考，激发学生学习的积极性和主动性，从而大大提升教学效果.分析化学是不断发展的学科，教师选择与分析化学学科前沿相关的案例进行教学，目的是培养学生的辩证思维、科学精神、创新思维和实践能力等.如：在具体的教学中，教师可以先把学生分成若干3～5人的小组，让他们通过网络、图书馆、期刊等查找资料，并对老师提出的案例所涉及的问题进行小组讨论，然后再进行课堂讨论，从而提升学生的自主思考能力、沟通能力和团队协作精神；设置病毒检测案例(表2)，教师课前布置学生查阅文献，并完成相关知识的自学，在课堂教学时有针对性地对病毒检测进行分析讨论，科普病毒知识及其检测技术，并把COVID-19检测的实验原理和检测技术等阐述到分子层面，展现出分析化学课程的应用价值，同时结合COVID-19检测中的“假阴性”问题，使学生明白分析质量控制的重要性.这种案例教学可以使学生更加深刻地认识分析化学的概念，让学生在学习过程中获得参与感.这一过程更是一个师生共同探索的过程.又如：把科研案例引入分析化学课程教学中，设计纳米材料在尿酸检测中的应用案例(表2)，教师可先安排学生自行查阅文献，引导学生了解纳米材料中类过氧化物酶的性质[6]，然后介绍课题组的最新科研成果，使学生进一步了解纳米材料的应用价值，从而激发他们的创新欲望和创新思维，培养他们的创新能力.

表2 分析化学案例教学Tab.2 Case study of the analytical chemistry course

2.3.2 引入信息技术教学资源

在“互联网+”时代背景下，数字化信息技术给传统的教学模式带来了前所未有的冲击.上海工程技术大学利用信息技术进行教学模式更新和教学资源开发，实现了课堂教学的数字化和智能化，最终构建了“开放、共享、交互、协作”的新型教学模式[7].根据“互联网+教学”课程特征与需求，上海工程技术大学分析化学教学团队根据各专业分析化学课程的教学目标和基本要求构建了在线开放式分析化学MOOC课程[8]，并运用学习通等新媒介资源构建了新型的智能化多元化三维立体课程教学系统平台.通过这个平台，教师和学生可进行签到、讨论、考试、抢答、问卷等活动，实现有效互动.同时，本教学团队以分析化学的每一个知识点作为单元，录制课程短视频和习题讲解视频，并将视频上传至平台.通过这个平台，学生可以随时从系统中索取分析化学的背景知识和习题等资源，大大提升了学生的学习积极性和主动性.通过利用“互联网+”背景下信息技术教学资源的智能化课程教学系统，可以促使学生进行深度学习，拓展和延伸课堂教学，提高学生的学习效率，增加师生之间的互动性，增强学生的体验感，达到“课前自学引导、课上实时反馈、课后学情监督”的目标.

3 结 论

本文结合“一流本科教育”的背景，对分析化学课程的教学内容、教学手段和教学方式进行了综合改革：通过优化重构教学内容与课程体系，构架核心教学内容和知识点，突出课程思政及学科前沿，使学生的知识能力素质达到有机融合；通过搭建传统纸质教材和在线课程混合的线上线下立体化教学资源，构建以实体课堂为主、在线学习为辅的混合型教学模式；通过优化案例教学法，引导学生通过自主、探究、合作的学习形式主动获取知识、能力，体现课程的创新性，从而构建以学生为中心的教学模式，有效提升分析化学课程教学效果.