基于“實(shí)-理-實(shí)”模式的無機(jī)化學(xué)課程教學(xué)研究與實(shí)踐
——以應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)無機(jī)化學(xué)為例

劉 勇

（眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院天府新能源新材料產(chǎn)業(yè)學(xué)院，四川眉山 620020）

1 概述

《無機(jī)化學(xué)》是我院應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，它的功能是為后續(xù)有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、化工單元操作等課程提供必要的化學(xué)基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)技能、基礎(chǔ)素養(yǎng)。當(dāng)前，《無機(jī)化學(xué)》課程教學(xué)存在以下問題。

1）《無機(jī)化學(xué)》內(nèi)容龐大、理論性強(qiáng)且難度大的知識系統(tǒng)，理論深度遠(yuǎn)超過學(xué)生的吸收水平，高職學(xué)生基礎(chǔ)薄弱很不適應(yīng)；課程理論教學(xué)時數(shù)一般在40~46學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課一般在16學(xué)時，課程功能與教學(xué)時數(shù)的矛盾日益突出，課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容必須調(diào)整；

2）教材形式理實(shí)脫節(jié)較為嚴(yán)重，課程教學(xué)資源不多，課堂教學(xué)模式偏重知識，沒有較好體現(xiàn)職業(yè)應(yīng)用性，不能有效激活學(xué)習(xí)動力，課程教學(xué)模式需要改革；

3）新知識、新技術(shù)在教學(xué)內(nèi)容的滲透太少，不能開闊學(xué)生視野，課程教學(xué)評價只著重結(jié)果評價，不重視過程評價，諸多的原因?qū)е聦W(xué)生學(xué)習(xí)積極性不足，效果不佳。真正的知識應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)中，塞西爾說：一克經(jīng)驗(yàn)抵得上一噸理論；實(shí)踐是認(rèn)識的源泉，教學(xué)應(yīng)從學(xué)生實(shí)際、課程實(shí)踐出發(fā)。獲取知識的能力和養(yǎng)成工科的素養(yǎng)較之知識數(shù)量更為重要，提出“實(shí)踐煉能力，過程獲素養(yǎng)”的教育理念并實(shí)踐“實(shí)-理-實(shí)”的課程教學(xué)模式，兩年來，對應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)無機(jī)化學(xué)課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、課程評價進(jìn)行一系列的改革嘗試，提高了課程的適應(yīng)性、應(yīng)用性、職業(yè)技術(shù)性。

2 “實(shí)-理-實(shí)”教學(xué)模式的內(nèi)涵、依據(jù)

“實(shí)-理-實(shí)”教學(xué)模式的理論支撐是哲學(xué)的實(shí)踐認(rèn)識論，其本質(zhì)就是從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，按照科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律、人的認(rèn)識規(guī)律培養(yǎng)學(xué)生。

第一個“實(shí)”是指引導(dǎo)性實(shí)踐。泛指實(shí)驗(yàn)（生產(chǎn)）項(xiàng)目、相關(guān)的研究資料和文獻(xiàn)線索、歷史故事、化學(xué)困惑、工程實(shí)踐中提取的案例等；教師的任務(wù)是設(shè)計能涵蓋知識、鍛煉能力和素養(yǎng)的實(shí)踐活動；學(xué)生的任務(wù)是記錄、描述現(xiàn)象或事實(shí)，提出困惑、準(zhǔn)備匯報等；其目的激發(fā)學(xué)生對化學(xué)技術(shù)應(yīng)用的求知欲，明確學(xué)習(xí)任務(wù)。

第二個“理”指理性的認(rèn)識。泛指基于感性活動的聯(lián)想、猜想、質(zhì)疑等活動；教師的任務(wù)是設(shè)計從感性到理性的話題；學(xué)生的任務(wù)是對話題進(jìn)行判斷、推理、歸納、概括，這一教學(xué)環(huán)節(jié)的功能是組織驅(qū)動、激活思維、控制進(jìn)程、生成知識和技術(shù)技能標(biāo)準(zhǔn)；其環(huán)節(jié)遵循教學(xué)的循序漸進(jìn)、量力性的原則；其目的是學(xué)生從實(shí)踐活動中得出概念、方法、原理。

第三個“實(shí)”指應(yīng)用——回到實(shí)踐中去。泛指生產(chǎn)應(yīng)用性的實(shí)踐活動，如：生產(chǎn)試驗(yàn)、應(yīng)用設(shè)計、解決方案等；教師的任務(wù)是設(shè)計欲解決的實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)任務(wù)等；學(xué)生的任務(wù)是制定方案、準(zhǔn)備匯報等；這一教學(xué)環(huán)節(jié)的功能是助學(xué)生遷移、飛躍，感受技術(shù)的價值，強(qiáng)化學(xué)習(xí)信心。該模式循環(huán)反復(fù)，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知水平、認(rèn)識方法、實(shí)踐技能、工程技術(shù)應(yīng)用能力由0到1、由低到高、由淺入深、螺旋上升。

3 “實(shí)-理-實(shí)”教學(xué)模式在無機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的實(shí)踐

3.1 以專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求為依據(jù)，修訂課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步明確課程“三基”目標(biāo)。

根據(jù)后續(xù)課程的基礎(chǔ)要求，重構(gòu)原來的知識目標(biāo)，進(jìn)一步明確學(xué)生完成無機(jī)化學(xué)課程后應(yīng)具備的基礎(chǔ)能力和基礎(chǔ)素養(yǎng)。

能力目標(biāo)：

（1）學(xué)會運(yùn)用文字、圖表、符號、反應(yīng)式和化學(xué)語言描述化學(xué)問題，并具有一定的數(shù)據(jù)處理和結(jié)果判斷能力；

（2）能夠運(yùn)用基本熱力學(xué)理論，判斷并計算化學(xué)反應(yīng)伴隨的能量變化問題，能夠運(yùn)用基本動力學(xué)知識，初步判斷生產(chǎn)和生活中的化學(xué)反應(yīng)速度、化學(xué)平衡及其與影響因素之間的關(guān)系，并能進(jìn)一步解釋的能力；

（3）能夠規(guī)范完成稱量、溶解、加熱、過濾、濃縮、結(jié)晶等基本實(shí)驗(yàn)操作；

（4）能初步判斷常見化合物及其新物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而進(jìn)一步理解其性質(zhì)變化規(guī)律；

（5）能夠較好地口頭表達(dá)與書面表達(dá)、交流溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作，有獲取新知識的能力。

學(xué)科素養(yǎng)目標(biāo)：

（1）養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，認(rèn)真求實(shí)的工作作風(fēng)；

（2）形成善于合作、勤于思考、勇于實(shí)踐的科學(xué)精神；

（3）具備職業(yè)意識、安全意識、環(huán)保意識、質(zhì)量意識；

（4）具有良好的心理素質(zhì)，對民族振興、社會進(jìn)步有責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)意識，有化工事業(yè)心；

（5）關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會問題，逐步樹立珍惜資源、愛護(hù)環(huán)境、合理使用化學(xué)物質(zhì)的觀念。

課程目標(biāo)細(xì)化為可操作、可衡量、有適應(yīng)性和應(yīng)用特點(diǎn)的指標(biāo)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生有目的地學(xué)習(xí)；通過課程目標(biāo)再逐條確定與之對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，再確定所需的教學(xué)時數(shù)；重新修訂后的課程標(biāo)準(zhǔn)明確體現(xiàn)“三基”（即基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)技能、基本素養(yǎng)）的要求，降低了理論難度，增強(qiáng)了能力和素養(yǎng)的訴求，無論是老師還是學(xué)生都十分清楚，自己所教或所學(xué)對達(dá)到課程目標(biāo)的貢獻(xiàn)，故而使老師教得明白、學(xué)生學(xué)得明白。

3.2 按照課程標(biāo)準(zhǔn)，抓住課程的“三基”，適時滲透“三新”（新知識、新技術(shù)、新方法），重構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容。

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，抓住課程的“三基”作為內(nèi)容的主干，依托主干適時滲透“三新”，把無機(jī)化學(xué)課程重構(gòu)為化學(xué)基礎(chǔ)知識、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、化學(xué)反應(yīng)原理、元素化學(xué)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能五大模塊。對經(jīng)典的無機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減優(yōu)化，適當(dāng)滲透化學(xué)前沿知識 技術(shù)。

（1）將當(dāng)代無機(jī)化學(xué)前沿領(lǐng)域的技術(shù)研究成果結(jié)合到課程教學(xué)內(nèi)容中。如：在緒言中介紹我國科學(xué)家在超導(dǎo)領(lǐng)域的研究成果，在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的成就；將金屬有機(jī)化合物、碳納米管、石墨烯、富勒烯等碳材料相關(guān)知識納入到物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊。

（2）引入一些化學(xué)史、化學(xué)重要發(fā)現(xiàn)的資料等，如：將合成氨的生產(chǎn)項(xiàng)目、合成氨的三次諾貝爾化學(xué)獎與化學(xué)平衡相結(jié)合；將燃料電池、鋰電池、鈉電池、釩電池，電解制氫、貯氫等新能源技術(shù)與電化學(xué)相結(jié)合，將超分子及超分子多功能材料等最新研究領(lǐng)域與分子結(jié)構(gòu)教學(xué)相結(jié)合。

（3）將日常生活中與人類息息相關(guān)的一些無機(jī)化學(xué)知識引入到相應(yīng)模塊的教學(xué)當(dāng)中，例如溫室效應(yīng)、眉山企業(yè)膜材料技術(shù)的應(yīng)用結(jié)合到滲透壓等教學(xué)中。課程內(nèi)容重構(gòu)之后，既避免教學(xué)內(nèi)容的枯燥無味、空洞抽象，又拓寬了學(xué)生的視野，同時還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，其意義重大。

3.3 按照“實(shí)-理-實(shí)”教學(xué)模式進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計，打造能力素養(yǎng)課堂。

以圖片、實(shí)驗(yàn)視頻、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)為載體，創(chuàng)設(shè)問題情景，設(shè)計一系列的教學(xué)活動，從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)體驗(yàn)中建構(gòu)理論基礎(chǔ)。

（1）如2022級化工1.2班化學(xué)基礎(chǔ)知識模塊中熱力學(xué)術(shù)語、蓋斯定律的教學(xué)，課前預(yù)習(xí)教學(xué)設(shè)計：

①觀察鋰電池放電、鎂條燃燒、液氫火箭、光合作用等化學(xué)反應(yīng)圖片，描述化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化；

②以H2+Cl2=2HCl反應(yīng)為研究對象（體系），其他為環(huán)境，觀看氫氣與氯氣在點(diǎn)燃或光照下的實(shí)驗(yàn)視頻，描述實(shí)驗(yàn)中體系和環(huán)境的能量變化，查反應(yīng)物和產(chǎn)物的鍵能數(shù)據(jù)，計算反應(yīng)的熱效應(yīng)；

③查HCl的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，比較兩類數(shù)據(jù)，你有何結(jié)論？你是怎么理解的。

課中教學(xué)活動設(shè)計：組織學(xué)生逐一討論①、②、③問題，要求畫出點(diǎn)燃或光照下的狀態(tài)變化圖，自學(xué)找出描述狀態(tài)的函數(shù)？通過數(shù)據(jù)比較，初步建立熱力學(xué)的模型圖，學(xué)生對給定模型描述狀態(tài)函數(shù)、過程、途徑、熱力學(xué)能、焓等概念和熱力學(xué)第一定律。閱讀蓋斯研究歷程的資料，并根據(jù)教師給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算反應(yīng)的反應(yīng)熱。從書中表中查閱相關(guān)物質(zhì)的生成焓，計算三個化工生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)焓變。

課后探討設(shè)計：查熱力學(xué)數(shù)據(jù)，計算石英砂和焦炭制硅的反應(yīng)熱，計算四氯化硅與氫氣制純度較高的硅的反應(yīng)熱，選擇工業(yè)生產(chǎn)的條件。

學(xué)生從直觀中感受、數(shù)據(jù)中找規(guī)律，學(xué)生學(xué)得主動、積極，思維會被徹底激活，更為關(guān)鍵的是這種教學(xué)模式既鍛煉了能力，還熏陶了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、勤于思考、勇于探究的精神。

（2）如2021級化工1.2班化學(xué)平衡的教學(xué)，課前預(yù)習(xí)教學(xué)設(shè)計：①閱讀合成氨的歷史故事、人工固氮的歷程資料，觀看煉鐵工程師的煩惱視頻，你的觀點(diǎn)是什么？②回顧化學(xué)平衡的影響因素有哪些？每個因素的作用規(guī)律是什么？并畫出狀態(tài)變化圖。

課中教學(xué)設(shè)計：①查閱世界合成氨工業(yè)當(dāng)前生產(chǎn)氨的平衡含量是多少？根據(jù)給出的氨的平衡含量隨T、P的變化關(guān)系圖，你作為一個合成氨車間的CEO，你如何選擇合成條件？你對提高氨的轉(zhuǎn)化率有何措施？依據(jù)是什么？②查閱合成氨的三次諾貝爾獎的對象分別是誰？各有什么貢獻(xiàn)？對提高氨的轉(zhuǎn)化率，你今后選擇怎樣的研究的方向？為什么？

借經(jīng)典案例創(chuàng)設(shè)情景，借生產(chǎn)實(shí)際問題催生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、勤于思考、大膽探究的精神，是理論、能力、素養(yǎng)一舉多得的教學(xué)模式。

（3）2021級化工1.2班原電池的教學(xué)，課前預(yù)習(xí)教學(xué)設(shè)計：①閱讀科學(xué)史話伏打電池的發(fā)明，你的結(jié)論是什么？說出邏輯。②仿照伏打電池的構(gòu)成，設(shè)計兩個新的電池并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分別記錄電流數(shù)據(jù)，你的結(jié)論是什么？

課中教學(xué)設(shè)計：①觀看原電池的系列實(shí)驗(yàn)事實(shí)，歸納原電池的形成條件，并從微觀上加以解釋。②探究，查閱2021年我國在新能源電池的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為什么目前新能源動力電池主要是鋰離子電池，選擇鋰的原因是什么？③為什么有專家說，鈉離子電池今后會得到較廣應(yīng)用，它的依據(jù)是什么？更有專家說：三十年后，氫電池會是人類首選，這個判斷是基于什么？說說你的觀點(diǎn)。

借古說今可激發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)的敬重之情、愛國情懷，實(shí)驗(yàn)設(shè)計可鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。通過宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知活動，“三基”多維共贏。

（4）如2022級化工1.2班物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊中元素周期表的教學(xué)，課前預(yù)習(xí)教學(xué)設(shè)計：①閱讀元素周期表的發(fā)現(xiàn)史資料，說出112種元素匯成一張表的邏輯是什么？②畫圖，以原子序數(shù)為橫坐標(biāo)、以元素的有效核電荷、原子半徑、電離能、電子親和能、電負(fù)性、元素的氧化數(shù)等元素性質(zhì)分別為縱坐標(biāo)的曲線圖，準(zhǔn)確描述規(guī)律。

課中教學(xué)設(shè)計：①以第三周期為例，哪些性質(zhì)體現(xiàn)了元素的金屬或非金屬活潑性。如何從結(jié)構(gòu)上解釋？②預(yù)測ⅠA族、ⅦA族元素性質(zhì)的共性和差異，邏輯是什么？③根據(jù)價電子構(gòu)型的特點(diǎn)，你把周期表分為幾個區(qū)域？說出理由?？菰锍橄蟮膬?nèi)容設(shè)計為可識別、可作圖、可猜想的活動，在判斷、猜測、求證中達(dá)成“三基”。

（5）如2022級化工1.2班元素化學(xué)模塊中S區(qū)元素及其化合物，課前預(yù)習(xí)教學(xué)設(shè)計：①查表閱讀介紹：S區(qū)元素結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、元素通性；②閱讀教材并歸納堿金屬與堿土金屬的單質(zhì)和重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。課中教學(xué)設(shè)計：①為什么在空氣中燃燒堿金屬所得的產(chǎn)物不同？②閱讀堿金屬溶于水的能量變化及標(biāo)準(zhǔn)電極電勢圖，回答鋰的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢比鈉或鉀的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢大，為什么 Li 與水反應(yīng)沒有其他金屬與水的反應(yīng)激烈？Li 的 Eq 值為什么最負(fù)？C.S區(qū)里，比鋰、鈉、氫元素活潑的元素很多，為什么它們成為當(dāng)今新能源的重要材料？從自然界的存在、生產(chǎn)成本等方面比較。課后探討教學(xué)設(shè)計：氫氣是一種高能清潔能源；目前應(yīng)用技術(shù)上存在的障礙是什么？預(yù)測鋰、鈉、氫三種新能源材料的應(yīng)用前景并說出你的理由。

借元素化學(xué)內(nèi)容滲透無機(jī)材料的“三新”教學(xué)模式既開闊學(xué)生的專業(yè)視野，達(dá)成“三基”拓展“三新”，又樹立志向，一舉多得。

3.4 遵循“實(shí)踐煉能力，過程獲素養(yǎng)”的教育理念，建立相應(yīng)的教學(xué)評價體系

課程的考核重點(diǎn)在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，重在考核學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和基本素養(yǎng)，如課堂的發(fā)言、提問等占20%，實(shí)驗(yàn)技能包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作的規(guī)范性、完成效果、實(shí)驗(yàn)報告占20%，作業(yè)和學(xué)習(xí)筆記等占20%，期末考試占40%。

4 “實(shí)-理-實(shí)”教學(xué)模式在課程教學(xué)實(shí)踐中的體會

兩年的研究與實(shí)踐表明，“實(shí)-理-實(shí)”教學(xué)模式順應(yīng)了高職學(xué)生的學(xué)情，在引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)方面，收到積極效果，對學(xué)生的基礎(chǔ)理論、基本能力和基本素養(yǎng)的培養(yǎng)也得到多數(shù)學(xué)生的肯定；學(xué)生基礎(chǔ)雖然薄弱，但對新知識、新技術(shù)的求知欲望遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出想象，既意外又高興，從另一個角度佐證“實(shí)-理-實(shí)”教學(xué)模式非常必要，“實(shí)踐煉能力，過程獲素養(yǎng)”這個路走對了，還需要不斷豐富和完善。