英语专业化学基础课程多模式融合教学

鲍丽丽,江辰,张晓进,周湘

中国药科大学理学院 (南京 211198)

培养适应社会发展的复合型人才是高校服务社会的主要目标,2018年全国教育大会提出,要大力培养掌握党和国家方针政策、具有全球视野、通晓国际规则、熟练运用外语、精通中外谈判和沟通的国际化人才,要有针对性地培养“一带一路”建设急需的懂外语的各类专业技术和管理人才。新时代的外语教育改革发展要立足全球坐标、服务国家战略,培养高质量外语人才[1]。外语教育需要打破传统意义上单一的对于工具性、交际性外语人才的培养模式,要紧跟社会需求,培养复合型外语人才。而化学有着“满足社会需要的中心科学”之称[2],化学与生物、材料、能源等众多学科的交叉、渗透、融合将是21世纪学科发展的必然趋势。同时学校以建设药学特色世界一流研究型大学为目标,要构建多学科交叉融合的学科生态体系,化学在学科建设的总体规划中被列为支撑学科之一。因此在药学相关的高校中,外语专业的学生学好化学是必然需求。

2018年学校面向英语专业学生开设了化学基础课程,但由于各省高考政策的不同和文理兼收的招生模式,导致英语专业的学生在化学知识背景、知识储备和化学兴趣等各方面存在明显差异。以2021级英语专业学生构成情况为例,学生总人数98,其中高考选考化学的理科生占13%,高考选考化学的文科生占8%,高考未选考化学的文科生占79%。高考选考化学的学生有一定的化学基础,学习本门课程难度不大,需要适当补充超过教学大纲的提优学习。英语专业的学生主体是高考未选考化学的文科生,他们过早失去了深入学习化学的机会,缺乏对化学学习的兴趣,化学基础非常薄弱。同时,“化学无用论”根深蒂固,他们面对化学学习有很大的畏难情绪,这也是主要矛盾所在。笔者主要研究如何在这样一个特殊群体中有效开展以有机化学为主要内容的化学基础(Ⅰ)课程,包括如何打破文科生心理上的“化学壁垒”,提升他们学习动机和兴趣;寻找有效适合的教学方法,帮助文科生在化学学习中找到熟悉感、提升自信度;构建规模化教学和分层引导相融合的模式,以满足不同层次学生的学习需求。

1 学习动机的提升

罗杰斯指出:人天生就有好奇心,寻求知识、真理和智慧以及探索秘密的欲望[3]。当学习者发现学习材料与自己的目标有关时,就会产生有意义的学习,学习动机的提升是整个学习过程的重要开端。

1.1 分析就业形势,打破文科生心理上的“化学壁垒”

大多数英语专业的学生依旧秉持“化学无用论”,并没有意识到社会对复合型人才的需求趋势,认为学习化学对自己未来的职业规划没有任何意义。因此首要任务是改变这种错误的意识形态,提供学习的原动力。教学团队在开课之初针对本校英语专业就业形势进行分析,收集往年的招聘信息以及往届毕业生的就业感受,并对第一届开展化学基础课程的2021届英语专业毕业生进行化学基础课程认知调查,并将该调查结果与2021级学生的调查结果作对比(图1),结果显示大部分2021届毕业生认为学习化学是有必要的,对就业是有帮助的,对化学基础课程的认可度远高于即将学习化学基础课程的2021级学生。该分析以最直观的数据打破文科生心理上的“化学壁垒”,让学生认识到学习化学对他们未来的职业规划很有助益,使他们坚定学习化学的决心和信念。

图1 化学基础课程认知度调查结果

1.2 提升化学的认可度和课程的趣味性

文科生往往认为化学就是无数原子、分子堆积的无趣学科,缺少色彩和魅力,对化学的认可度很低,教学团队需要针对这些方面做出积极的改善和引导。

1.2.1 分析社会热点,提升化学的认可度

教师可将一些与化学相关的社会热点引入相关知识点的讲解中,让学生认识到化学的重要性、与国计民生的亲密性,同时也能增加课程的趣味性。近几年,新冠疫情给大众的生活带来了严重的负面影响,笔者在讲解缩酮反应和酸酐的醇解反应时,引入世界上第一款上市的口服抗新冠病毒药物莫努匹韦(molnupiravir)的原始合成路线(图2)[4],该药于2021年11月4日经英国药品和保健产品管理局批准上市,能够降低50%新冠患者住院或死亡的风险。

图2 莫努匹韦的合成

航空航天已经成为21世纪最活跃和最有影响的科学技术领域,而航空航天的材料也与化学息息相关。教师可在苯酚章节中介绍氰酸酯树脂(CE)单体的合成(图3),氰酸酯树脂凭借本身出色的热稳定性、尺寸稳定性、耐微裂纹性、低吸湿性和低介电损耗性能,成为在航空航天行业中的首选树脂[5-6]。教师可在这些重大事件中挖掘化学知识,让学生认识到化学在社会发展中的重要作用,提高对化学的认可度。

图3 氰酸酯树脂合成

1.2.2 引入象形分子,增加化学的生动性和可爱度

大多数文科生认为化学是一门呆板无趣的学科,只是不同符号的无聊变换,教师可以通过引入形象逼真的象形分子让化学变得生动可爱。尝试从化学科普网站http://www.chm.bris.ac.uk/sillymolecules/sillymols.htm收集象形分子[7-8],用于相应章节的辅助教学。例如在芳香烃的教学中,教师引入释迦牟尼分子、晕苯等;在烃的衍生物教学中,引入青蛙分子、长颈鹿分子等;讲解酯化反应时引入纳米舞者的部分合成;讲解Aldol反应时引入企鹅酮的合成,让学生在感受到化学趣味性的同时也惊讶于化学的神奇。

1.2.3 融入生动而有意义的化学史教育

化学史教育和实验课教学被认为是克服在化学教学中向学生灌注科学知识的教条主义、实用主义教学方法的两种有效途径。这一观点最早由法国著名的科学家郎之万(Langevin)提出[9]。教师在理论教学中穿插介绍化学史既能增强课程的趣味性,活跃课堂氛围,又能让学生从国内外化学家的成功案例中获得启发,实现化学与思政的有机融合。例如笔者在讲解霍夫曼消除和霍夫曼降解反应时,介绍德国化学家霍夫曼(August Wilhelm von Hoffmann),他一生致力于研究胺类化合物[10]。1841年,23岁的霍夫曼发现并证明了煤焦油中含有苯胺和苯。1849年,提出“氨型”的概念,奠定了“类型说”的基础。1851年,霍夫曼发现了三甲基丙基氢氧化铵在加热条件下分解生成丙烯、三甲胺和水。30年后,季铵碱加热分解生成三级胺、烯烃及水的反应被称为霍夫曼消除反应。1881年,他又发现了著名的霍夫曼降解反应。学生从中收获兴趣的同时更体会到科学研究需要坚持不懈与不断探索创新的科研精神。

2 在化学教学中融入文科教学特色

文理科的教学模式差别很大,文科注重形象思维和语言描述,理科则更注重逻辑思维和理性推导。为了减轻文科生面对化学时的陌生感和畏难情绪,教师需要在化学的理科教学模式中,融入文科教学特色,增加文科生的熟悉感与自信度。

2.1 形象思维工具的应用

思维科学的研究表明,即使是最抽象的科学概念,也常常与具体的感性表象相联系,教师将文科中形象思维的工具应用得当,对抽象概念的表述可达到事半功倍的效果[11]。例如讲解手性概念时,教师可以让学生观察自己和镜子中的自己是否相同,左右手是否相同,从而引出手性的概念。生物体内酶和各种底物都是有手性的,由于特定的立体化学性质,只可以识别和作用于外消旋体中的一个对映体,手性药物的两个对映体基于这种识别,才具有不同的生理活性。例如左旋氯霉素有疗效,而右旋氯霉素没有疗效,布洛芬的活性成分只是右旋布洛芬。为了更形象地说明这种关系,笔者将右脚上的鞋子比作这里所说的酶,它是手性环境,左脚和右脚比作手性药物的两个对映体,此时右脚的鞋子只能和右脚相匹配,而对于右脚的对映异构体左脚是不匹配的,基于鞋子的这种识别和作用,才能使左右脚此时显示出不同。教师将抽象难理解的概念与熟悉的事物和场景联系起来,能够起到较好的教学辅助作用。

2.2 思维导图的运用

思维导图被越来越多的教师引入教学,尤其对于文科学习的特点及高考要求,学生需要记忆大量知识,思维导图经常被应用于他们的学习中,但是对于化学学科的应用主要集中在高中阶段,有关大学化学的内容相对较少[12]。教师可以将文科生熟悉的这种教学方式融入化学基础的教学中,让复杂的知识脉络更加清晰。

2.3 开展学后感英语演讲

文科生具有较强的文字编辑能力和语言表达能力,在以往的文科学习中常常需要书写文章读后感、电影观后感等,以此来总结文学作品的要义和发表自己的见解,并用流畅优美的语言表达出来。同时英语专业的学生英语功底深厚,教师可以在化学教学过程中让学生以学后感的形式对化学学科中相关的知识点进行阐述,并以此开展英语演讲。在陌生的领域发挥他们的自身优势,能有效提升学生在面对化学时的自信度,同时加深他们对相关知识的理解和掌握。

3 规模化教学和隐形分层引导相结合

2021级英语专业学生构成复杂,化学基础差异很大。单一的规模化教学无法满足不同层次学生的学习需求,具有较好化学基础和化学思维的学优群体,通过规模性教学能够轻松达到教学大纲的要求,这部分群体需要额外进行提优。对于化学基础薄弱,理科思维欠缺,但学习能力适中的基础群体,规模化教学基本可以达到教学大纲的要求,这部分群体需要向高分段努力。而仍然有一部分学困群体,通过规模化教学仍然很难达到教学大纲要求,这部分学生需要受到额外关注。针对上述情况,教学团队采用规模化教学和分层引导相结合的模式开展化学基础(Ⅰ)的教学。

3.1 线上教学和线下教学相结合的规模化教学

为了达到理想的教学效果,教师采用了多种教学模式,课堂讲解时间一定程度上减少,线上教学和线下教学相结合的模式可以有效缓解这一矛盾。学生可以通过“超星学习通”平台的《化学基础Ⅰ》课程资源和重难点视频讲解进行预习和复习,而教师课堂讲解更偏向于重点难点。同时教师将所有课后习题和补充习题进行录屏讲解并发布在平台上,学生可根据自身情况有针对性地观看。平台还会发布一些讨论题目,教师根据学生的回帖解答情况,给予一定的平时成绩奖励,以此激发学生讨论和思考的热情。考勤工作主要以在线发布5至10分钟的随堂测形式进行,这样既能达到考勤的目的,又能检测学生对相关知识点的掌握情况,也能督促学生及时复习。

习题分为三部分,一部分是需要学生线下完成并提交的教材课后习题;另一部分是教师自行编写的补充习题,学生可以根据自身学习情况和能力进行选做,习题提交完毕后,学生可以在学习通平台上看到答案和每道题目的视频讲解;还有一部分是在线练习系统,该系统是本教学团队教师以自主编写的开源化学信息学工具包Kekule.js为基础,独立开发的一套适用于有机化学课程的开源在线练习软件(organic.cpu.edu.cn/lesson/),用户可在桌面或移动端浏览器输入分子结构并提交至后端,服务器自动评分并进行统计分析,教师可以通过分析结果了解学生对相关知识点的掌握情况,再对错误率高的题目进行重点讲解。该系统不但能输入和判别有机结构式和反应式,还可提供一个特制的分子三维生成器,可根据学生输入的拓扑结构借助分子力学计算得到能量最低的构象,该成果体现了国际领先的技术水平,并在全球影响力最大的开源项目托管平台GitHub基于MIT协议发布了该系统的全部源码[13]。

3.2 教学设计的优化

针对不同水平的群体,教学团队将教学目标、教学方法进行了分层次优化(表1):基础群体的教学设计与教学大纲的要求高度吻合;学优群体的教学设计旨在满足学生的更高学习要求;学困群体的教学设计重点在于提升他们的学习能力,使他们掌握教学大纲要求的大部分知识点,达到结课要求。

表1 化学基础(Ⅰ)分层教学设计

3.3 分层引导

学优生可以通过自主学习中国大学MOOC平台的《有机化学》和《有机化学进阶课程》,拓展学习广度和深度。基础群体学生可以自主学习中国大学慕课平台的《有机化学》,巩固知识点,加深理解。对于学困群体,除了规模化教学以外,相关教师需要进行额外的个体化关注。为了使学生能够及时查漏补缺,每个月会进行月考考核,教师对每次月考成绩进行分析,对于不及格的学习困难群体学生,进行一对一的督学和辅导,督促他们及时完成作业、及时进行错题订正,教师进行强化知识点讲解。通过规模化教学和分层引导相融合的模式,该课程每次月考的中高分群体有所增多,不及格人数明显减少(图4)。

图4 月考成绩分析

本学期,开展化学基础(Ⅰ)课程的专业还有信息管理和工商管理等专业,学生人数564,他们中未选考化学的文科生比例大概占60%左右。为评价本次教学改革的效果,教学团队将参与改革的2021级英语专业的化学基础(Ⅰ)期末成绩与2021级开设本门课程的其他专业学生期末成绩做横向对比,并将2021级和2020级英语专业学生的化学基础(Ⅰ)成绩做纵向对比(表2)。结果显示,对于实施教学改革的班级,其成绩均分显著高于其他班级,同时其不及格率更低、优秀率更高,教学改革效果初见成效。

表2 实施教学改革的班级与其他班级化学基础(Ⅰ)期末考试成绩对比

4 结语

英语专业以化学基础非常薄弱的文科生为绝对主体,他们在大学阶段的化学学习显得异常困难,同时群体中又有基础较好的少数人群,因此教师将提升学习动机和兴趣的工作穿插到该课程各个章节中,为了满足不同水平群体的学习需要,教学团队采用了规模化教学和分层引导相结合的方式。线上线下教学资源为学生的学习提供了多样化的选择,团队利用自身化学信息学的学科背景自主开发的有机化学在线练习系统达到了国际领先的技术水平,为学生提供了更加便利高效的练习平台。月考考核让学生能够及时地查漏补缺,教师也可以根据每次的月考成绩分析结果、精准定位学习困难生群体,进行重点督学和辅导。课程注重化学与思政的有机融合,帮助学生树立积极的人生观和正确的科学观,培养学生成为国家发展需要的复合型人才。