“221”智慧教學(xué)模式在化工專業(yè)“分析化學(xué)”課堂教學(xué)中的實踐

李玉玲，王煥鋒，李曉靜，王利平

（鄭州工程技術(shù)學(xué)院化工食品學(xué)院，河南 鄭州 450044）

現(xiàn)代的科技發(fā)展使得教育不斷與互聯(lián)網(wǎng)信息化掛鉤升級，智慧教育的發(fā)展優(yōu)勢顯現(xiàn)，越來越受到重視。2017年《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》鼓勵學(xué)校利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開展對教育教學(xué)活動和學(xué)生行為數(shù)據(jù)的收集、分析和反饋，為推動個性化學(xué)習和針對性教學(xué)提供支持，同時支持各級各類學(xué)校建設(shè)智慧校園，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式。鑒于目前教育體系發(fā)展不均衡，優(yōu)質(zhì)教育資源緊缺，以及社會對于人才趨向?qū)I(yè)化、全面化的需求與傳統(tǒng)教育的不匹配等問題，智慧教育勢在必行。

智慧教育即教育信息化，是指在教育領(lǐng)域（教育管理、教育教學(xué)和教育科研）全面深入地運用現(xiàn)代信息技術(shù)來促進教育改革與發(fā)展的過程，其技術(shù)特點是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化，基本特征是開放、共享、交互、協(xié)作。以教育信息化促進教育現(xiàn)代化，用信息技術(shù)改變傳統(tǒng)教學(xué)模式。教育信息化的發(fā)展，帶來了教育形式和學(xué)習方式的重大變革，促進教育改革，對傳統(tǒng)的教育思想、觀念、模式、內(nèi)容和方法產(chǎn)生了巨大沖擊。教育信息化是國家信息化的重要組成部分，對于轉(zhuǎn)變教育思想和觀念，深化教育改革，提高教育質(zhì)量和效益，培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有深遠意義，是實現(xiàn)教育跨越式發(fā)展的必然選擇。

智慧教學(xué)模式下，教學(xué)的重點由以“教師為中心”轉(zhuǎn)化為“以學(xué)生為中心”，符合教育部高等教育司司長吳巖倡導(dǎo)的將“以課程為中心”的授課模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”的模式[1]。

1 智慧教學(xué)模式研究現(xiàn)狀

相對于傳統(tǒng)教育而言，智慧教育有其獨特的發(fā)展優(yōu)勢。它最大程度地解決了教育資源的空間限制，促進優(yōu)質(zhì)教育資源拓展和優(yōu)質(zhì)課程資源共享，這對于變革教育教學(xué)模式以及個性化發(fā)展具有極大的推動作用，比如2021年2月啟用的國家中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習云平臺，利用數(shù)字化教學(xué)平臺優(yōu)勢，實現(xiàn)了國家優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源合理共享，這本質(zhì)就是智慧教學(xué)提升的覆蓋面的典型案例；同時，作為一個開放包容的信息服務(wù)平臺，智慧教育突出強調(diào)學(xué)生的個性化，注重發(fā)揮學(xué)生的主動性。個性化的學(xué)習場景、具象化的交互體驗讓學(xué)習更加有趣生動，進而調(diào)動學(xué)生的積極性，比如，作者所在分析化學(xué)教學(xué)團隊采用線上線下混合式教學(xué)模式，針對不同學(xué)生的學(xué)習需求，拓展了不同廣度和深度的教學(xué)資源，同時充分利用線上交流平臺的優(yōu)勢，在SPOC 課程的互動平臺與老師學(xué)生進行溝通交流，極大地延展了線下課堂的時空維度，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習的主動性和積極性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VRT）和3D打印技術(shù)等智能技術(shù)支持下的智慧教學(xué)研究陸續(xù)進入課堂，突破了傳統(tǒng)教學(xué)的教師講授、學(xué)生接受的狀態(tài)，極大地方便了教師、學(xué)生、云端資源的多向互動，給學(xué)習者帶來了建構(gòu)式、情景式、交互式的學(xué)習體驗[2-3]。MOOC、SPOC、微課等新型輔助課堂教學(xué)模式同樣擴充了智慧教學(xué)的實施途徑，學(xué)生的學(xué)習方式也從傳統(tǒng)學(xué)習向探究學(xué)習、移動學(xué)習、個性學(xué)習等轉(zhuǎn)變。

雖然智慧教育在不斷蓬勃發(fā)展，但依然處于起步階段，普及程度偏低。對于目前的教育模式來說，還需要教育理念的改變、教師素養(yǎng)的提升、教學(xué)水平的升級等來適應(yīng)新時代智慧教育的發(fā)展。未來教師必須不斷重塑自身的角色和定位，堅守知識傳授和情感教育的主陣地，將價值矯正、倫理感悟、人文交流、整合學(xué)習等提升至核心位置，以便更好地展示社會主義育人方向下智慧教育的特色和優(yōu)勢。

2 “221”智慧教學(xué)模式在“分析化學(xué)”課程中的實踐

“分析化學(xué)”是我?；瘜W(xué)化工類、食品類以及材料類等專業(yè)學(xué)生的主干基礎(chǔ)課之一，是繼“無機化學(xué)”課程之后的第二門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。應(yīng)用型本科教育開設(shè)“分析化學(xué)”課程與綜合性大學(xué)、師范院校、醫(yī)學(xué)院和農(nóng)學(xué)院的“分析化學(xué)”課程在廣度和深度上有所不同，既要注重掌握化學(xué)基本理論、基本知識的傳授，還要注意介紹化學(xué)與工業(yè)生產(chǎn)之間的相互關(guān)系。“分析化學(xué)”課程的突出特點是理論與實踐教學(xué)并重，注重專業(yè)基本職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。本研究利用“雨課堂”和“釘釘”等數(shù)字化教學(xué)平臺，將“221”智慧教學(xué)模式（“兩培養(yǎng)”+“兩提升”+“一主體”，即培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和合作研究意識；提升學(xué)生參與課堂活動的積極性和課程考核評價機制，加上以價值引領(lǐng)為主體）有效運用到“分析化學(xué)”課堂教學(xué)中，重塑并構(gòu)建按需服務(wù)的教學(xué)新模式，實現(xiàn)高階學(xué)習體驗、高階內(nèi)容適配性、高階教學(xué)效率。

2.1 具體實施方案

課堂教學(xué)方面：依靠大數(shù)據(jù)讀懂學(xué)生，繪制學(xué)生逼真畫像，定制精準輔導(dǎo)。

整個教學(xué)環(huán)節(jié)實施如下：在開課前“分析化學(xué)”團隊任課教師將知識點拆分，通過“雨課堂”平臺發(fā)送MOOC或?qū)W習視頻，依據(jù)知識點定制課前測試內(nèi)容，同時發(fā)布投票，收集預(yù)習中遇到的問題及學(xué)生的學(xué)習意向，及時了解學(xué)生知識漏洞及學(xué)習動態(tài)，歸入學(xué)生電子檔案，納入歷年學(xué)生學(xué)習大數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)分析提供數(shù)據(jù)支撐。授課過程中以問題為導(dǎo)向（PBL），以案例為基礎(chǔ)（CBL），以教學(xué)團隊為支撐，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容與設(shè)計。綜合運用分析討論等方式，采用啟發(fā)式教授、互動式交流、探究式討論、非標準答案考核等方法，引入知識眾籌、思想實驗室、虛擬仿真軟件、詞云總結(jié)、康奈爾筆記、思維導(dǎo)圖[4]、公式消消樂、科學(xué)家關(guān)系圖譜及跨學(xué)科雙人教學(xué)等教學(xué)方法和手段，將數(shù)字化功能融于教學(xué)設(shè)計與技巧中，把課堂歸還給學(xué)生。不但培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習能力和科學(xué)思維方式，還要擴充課程思政的廣度和深度，又要讓學(xué)生的個性得到充分發(fā)揮，實現(xiàn)知識的集體創(chuàng)造，達到了學(xué)習知識與創(chuàng)新意識培養(yǎng)的雙贏目標[5]。課后：一方面利用大數(shù)據(jù)軟件分析學(xué)生的學(xué)習行為，實時預(yù)警落后學(xué)生，建立“后來居上”學(xué)習后援團，關(guān)注困難學(xué)生，將行為設(shè)計等心理學(xué)方法融入教學(xué)過程中，分析后進學(xué)生的學(xué)習軌跡，并及時矯正教學(xué)方式方法，建立“突飛猛進”數(shù)據(jù)案例庫，為歷屆后進生的學(xué)習提供精準、精確的指導(dǎo)資料；另一方面，我們利用“雨課堂”等數(shù)字化教學(xué)平臺，根據(jù)大數(shù)據(jù)提供的課堂教學(xué)信息的反饋，建立了課下鞏固的習題庫，針對課堂上易錯的問題進行有針對性的強化練習。智慧課堂教學(xué)模式的實施方案和方法如圖1。

圖1 智慧課堂教學(xué)模式的實施方案和方法

成績評定方面：加大過程性評價比例，增加平時成績，通過各種不同的考核形式激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習和自主學(xué)習的積極性。注重過程評價，以定量方式呈現(xiàn)評價結(jié)果，采用平時成績和考試（增加非標準答案的比例）成績相結(jié)合的形式，取消一考定終身，弱化記憶性考核內(nèi)容。平時成績的組成：數(shù)字化平臺綜合數(shù)據(jù)（包含考勤、課堂活躍度、雨課堂答題測試、討論、知識眾籌等）+作業(yè)（初次作業(yè)+訂正后作業(yè)+思維導(dǎo)圖總結(jié)（如圖2）+課外專題匯報等），其中作業(yè)成績的量化更側(cè)重作業(yè)的訂正情況；討論及課外專題匯報，更看重整個過程中提出的問題及解決的思路和設(shè)想，培養(yǎng)學(xué)生自我教育的能力。

圖2 思維導(dǎo)圖總結(jié)重要知識點

2.2 具體培養(yǎng)目標

培養(yǎng)學(xué)生“自我信任、自主學(xué)習、自我管理”的“三自”管理能力，構(gòu)筑“221”（“兩培養(yǎng)”+“兩提升”+“一主體”）智慧教學(xué)模式，即培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和合作研究意識；提升學(xué)生參與課堂活動的積極性和課程考核評價機制；加上以價值引領(lǐng)為本體的“221”課堂教學(xué)模式。設(shè)置課程梯度，優(yōu)化課堂教學(xué)設(shè)計；加強過程探究，突出規(guī)律方法；重視及時反饋，保證課堂訓(xùn)練到位；合理利用多媒體，放大智慧課堂效應(yīng)，全面提升課堂教學(xué)質(zhì)量[6-7]。

2.3 具體創(chuàng)新理念

（1）創(chuàng)新建構(gòu)模式，構(gòu)建師生共發(fā)展的原生態(tài)課堂?；诮?gòu)理論，課程的設(shè)計正如構(gòu)造一幢房子，“分析化學(xué)”的基本概念是房子的基石，“四大滴定分析法”和“重量分析法”是房子的支柱，也是本門課程的重中之重，“儀器分析”則為房子的上層建筑，各個知識點是房子的磚瓦，開放又有連接的思維方式是房子的門窗（如圖3）；堅持“知識傳授、技能培養(yǎng)、價值引領(lǐng)和育人導(dǎo)向”的智慧教育理念；實行學(xué)生“自我信任、自主學(xué)習、自我管理”的“三自”管理模式；在堅持課堂作為主陣地的前提下，借助數(shù)字化平臺積極推進課堂教學(xué)改革，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式化、僵硬化、單一化的課堂，走情境化、個性化的交互式學(xué)習道路，構(gòu)建師生共發(fā)展的原生態(tài)課堂。

圖3 基于建構(gòu)理論的“分析化學(xué)”知識框架

（2）CBL、PBL、TBL 深度融合課堂教學(xué)，構(gòu)筑“221”智慧教學(xué)模式。改變傳統(tǒng)授課模式，在大幅削減課時的背景下，建立以對話、溝通、交往、合作、探究和展示為主題的智慧課堂觀，CBL、PBL、TBL深度融合課堂教學(xué)，構(gòu)筑“221”（“兩培養(yǎng)”+“兩提升”+“一主體”）智慧教學(xué)模式。具體實施方式為以問題為導(dǎo)向（PBL），價值引領(lǐng)為本體，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識（TBL）和科學(xué)研究意識，提升學(xué)生參與課堂活動的積極性和課程考核評價機制。

2.4 具體實踐成效

目前，“分析化學(xué)”教學(xué)團隊已經(jīng)使用“雨課堂”和武漢大學(xué)《分析化學(xué)》MOOC，結(jié)合我校實際情況，對2019、2020和2021級的食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、化學(xué)工程與工藝、高分子材料與工程、應(yīng)用化學(xué)等五個專業(yè)的“分析化學(xué)”課程進行了三個學(xué)期的線上線下混合式教學(xué)改革，完成情況良好，受益學(xué)生約1 000 人。該教學(xué)團隊目前在建還有“雨課堂”習題庫和章節(jié)測試題庫（如圖4）、典型案例教學(xué)設(shè)計、團隊協(xié)作教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)信息收集等智慧教學(xué)方式。

圖4 學(xué)生“雨課堂”章節(jié)測試情況

為了更好地開展研究性教學(xué)，團隊5位主講教師根據(jù)所教專業(yè)特點，并結(jié)合自己碩士或博士階段研究特長，組織和引領(lǐng)學(xué)生積極申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。近三年來，該團隊共指導(dǎo)各類大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目6 項，其中國家級大創(chuàng)項目2項，該項目主持人分別為2018級化工專業(yè)本科生和2018 級食科專業(yè)本科生；指導(dǎo)中科院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目3項，項目主持人分別為2017級食科專業(yè)本科生、2018級高材專業(yè)本科生、2019級化工專業(yè)本科生；指導(dǎo)河南省大創(chuàng)項目1 項，項目主持人為2019級食科專業(yè)本科生。學(xué)生在將課本知識運用于實驗的過程中體會到了知識的價值和魅力，從而能更好地進行其他專業(yè)課的學(xué)習[8]。

隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的廣泛應(yīng)用，世界各國紛紛利用數(shù)字化教學(xué)平臺來組建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教學(xué)。各種各樣的課程管理系統(tǒng)、學(xué)習管理系統(tǒng)或者學(xué)習活動管理系統(tǒng)應(yīng)運而生。我們學(xué)校和學(xué)院也大力提倡數(shù)字化智慧教學(xué)改革。學(xué)校已引入“雨課堂”教學(xué)平臺多年，“分析化學(xué)”教研組的各位教師已經(jīng)可以熟練使用“雨課堂”進行教學(xué)，收集學(xué)生課堂信息，目前已在建“分析化學(xué)”習題庫，收集問題庫。另外，我們與教學(xué)改革經(jīng)驗豐富的河南理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院共建智慧教學(xué)改革項目，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，先進教學(xué)理念互通。無論在硬件配置還是在師資上都為智慧教學(xué)改革提供了堅實的支撐。我們依據(jù)“221”智慧教學(xué)模式，依靠智慧教學(xué)手段，重塑并構(gòu)建具備差異化的支持和按需服務(wù)的教學(xué)新模式，實現(xiàn)高學(xué)習體驗、高內(nèi)容適配性、高教學(xué)效率。同時，實驗課堂中，為了改掉學(xué)生“照方抓藥”的實驗習慣，我們教研組老師已經(jīng)嘗試采用“實測結(jié)合、進門測試”的方法，增加實驗成績的層次，同時在考試中增加實驗設(shè)計方面的命題，根據(jù)測試結(jié)果和數(shù)據(jù)分析學(xué)生實驗學(xué)習能力的規(guī)律并納入歷年學(xué)生學(xué)習大數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)實驗及理論教學(xué)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)束語

綜上所述，本校“分析化學(xué)”教研組運用“211”智慧教學(xué)模式在實踐教學(xué)中取得了一些成效，但是教師對教育理論和理念的學(xué)習和應(yīng)用，就像學(xué)生對知識的學(xué)習和應(yīng)用一樣，是一個反復(fù)實踐、反復(fù)優(yōu)化的復(fù)雜過程。學(xué)習這些理論和理念不是“喊口號”，而是為了學(xué)生真正從中獲益。如何將智慧教學(xué)理論與理念落到實處，需要任課教師長期的學(xué)習、積累和沉淀，利用現(xiàn)代化人工智能技術(shù)將教學(xué)內(nèi)容與時代銜接，符合國家、地方、學(xué)生的發(fā)展情況，保持前沿、創(chuàng)新、高階性，拔高教學(xué)內(nèi)容的適配性，拉近師生的心理和感情距離，實現(xiàn)同向同行、同頻共振，使課堂活起來，學(xué)生動起來，豐富學(xué)生的學(xué)習體驗。