“对分课堂”新模式下的研究型教学实践——以河南理工大学本科高年级化学专业为例

董喜燕，张会菊，梅雪澳，王少华,*，臧双全,2,*

1河南理工大学化学化工学院，河南 焦作 454003

2郑州大学化学学院，郑州 450001

大学化学本科专业，包括化学、应用化学和材料化学，前两年的课程设置侧重于基础理论知识的传授和讲解。河南理工大学在本科前两年开设的课程主要是无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、高等数学、大学物理、大学英语、大学语文、文献检索等。高年级化学专业的本科生经过前两年的学习积累，对大学阶段已经具备比较深刻的认知和理解，同时对于专业也有了更多的体会和思考。根据目前我国的形势和政策，研究生大幅扩招，越来越多化学专业的本科生选择考取国内研究生或选择出国留学，继续从事化学相关专业的研究。河南理工大学化学专业的学生计划考研的人数超过80%。因此本科高年级学生开始要求把自我能力的提高与专业知识相结合，为人生的下个阶段做好准备。在化学高年级教学过程中，专业提升训练、专业能力培养和学生自身素质教育提升，就变得尤为重要。然而，对本科高年级教学改革的探索则比较少，案例也很少。在“中国知网”搜索主题“本科高年级”的论文只有85篇，而以“本科高年级+化学”为主题搜索的教改论文仅仅有1篇，但也并没有涉及具体的教学改革内容。因此在如何做好高年级化学本科专业学生的专业素质提升和能力培养方面有很大的发展空间。这一阶段的教学效果也将直接关系到本科生毕业后的工作能力和参与人才竞争的能力。

超分子化学的概念由诺贝尔奖获得者Jean-Marie Lehn提出[1]，并将其定义为“超越分子层次的化学”(beyond molecular chemistry)。诺贝尔化学奖分别在1987年和2016年两次授予超分子化学家，表明超分子化学的活力和与时俱进性。超分子化学主要研究两个或两个以上的化学物种通过非共价分子间作用力缔合在一起而形成的具有更高复杂性和一定功能的组织化的结构。从一定程度上讲，超分子化学淡化了有机化学、无机化学、生物化学和材料化学之间的界限，将四大化学有机地融合为一个整体，着重强调了具有特定结构和功能的超分子体系。超分子化学是化学、物理、生物、材料、信息及环境等多个学科交叉构成的边缘科学，是化学发展的前沿领域，更是未来科学技术发展的一大动力，被普遍认为是21世纪新概念、新思想和高新技术的源头。

超分子化学课是河南理工大学本科三年级下学期或四年级上学期开设的专业选修课。该课程旨在开拓学生的视野，训练学生对已有知识的整合能力，以及培养学生对科学研究的兴趣，使学生掌握超分子化学的基本知识和主要研究方向以及超分子化学的历史和发展趋势，同时较为系统地学习科学研究的目的和思维方法[2]。然而，在传统的应试教学模式下，由于课程限制，学习的知识点被固定化，很难激发学生的学习兴趣，使得学生在学习过程中缺乏主观能动性。而且这种教学模式重点强调的是学生对知识的获得而不太重视获取知识的过程，以至于学生缺乏独立思考的空间和创新意识。所以传统的教学模式和超分子化学课程的教学目标不能很好地兼容，单纯的知识学习显然不能满足时代对人才的需求。习近平总书记强调，教育是民族振兴、社会进步的重要基石，是功在当代、利在千秋的德政工程，对提高人民综合素质、促进人的全面发展、增强中华民族创新创造活力、实现中华民族伟大复兴具有决定性意义[3]。教育是国之大计、党之大计。总书记同时指出，要深化教育体制改革，着重培养创新型、复合型、应用型人才[3]。同时，国务院总理李克强强调，要深化教育领域“放管服”改革，充分释放教育事业发展生机活力；要增强教育服务创新发展能力，培养更多适应高质量发展的各类人才[3]。

教育改革要求高校要进一步夯实本科教育人才的“本”，扎牢本科教育的“根”，形成高水平的人才培养体系，促进学生的全面发展以适应社会对人才的需要，鼓励本科教学工作进行创新性改革，对本科生的“素质培养”“能力培养”和“知识学习”实行并重。因此，对于高校的授课形式来说，有待开发出有用、新型的教学模式。翻转课堂作为近来兴起的一种新型教学模式，在很大程度上能引导学生去主动学习，从而激发学生的学习积极性，并达到事半功倍的效果。这种教学模式不仅帮助学生达成高阶认知目标，还提升学生发现、分析、解决问题的能力[4,5]，充分带动学生的兴趣，提高学生的课堂参与度并帮助学生转变传统观念，使得学生能真正掌握化学知识。综上，为了给学生们带来不一样的学习体验，河南理工大学的超分子化学课程，基于“生本课堂”的教学理念，采取了创新模式的“对分课堂”的教学形式来进行教学改革实践，并且取得了良好的教学效果。

1 “生本课堂”教学理念

传统的课堂教学模式重点强调学生对知识的获得，而如何获取知识的过程却没有引起足够的重视，学生难以具有独立思考的空间，因此学生学习的主动性大大缩减，创新意识也不断被削弱。这与过分依赖教师对教材知识的讲解有着必然的联系。化学是一门集理论和实验于一体的学科，不断创造新物质是化学的鲜明特色，因此化学家是最富创造力的群体之一。大学化学教育可以培养学生的客观认知、逻辑思维和实践应用的能力。现在的教育观念提出以学生为主体、教师为引导的生本教育理念。这种“生本课堂”的教育理念要求在教学活动过程中，一切以学生为主，学生处于教学的中心，教师通过引导来帮助学生开展学习。这种教育理念通过学生之间的交流协作、师生之间的探讨研究，营造积极向上、不畏学术权威的课堂氛围；激发学生的学习热情，激励学生自发自主学习，使学生体验“辛苦并快乐”的学习过程。如何基于化学或化学相关专业的学科特点和当前社会发展的趋势对化学专业人才的需要现状进行研究，如何贯彻“生本课堂”教学理念，为高校、科研院所以及社会输送优秀的化学毕业生，是高年级化学本科生需要上的非常重要的一课。

河南理工大学超分子化学课程改革以课堂教学为抓手，激励学生勤学悦学，突破传统的教与学的形态，实现课堂教学探究式、个性化、参与式、小组化课堂教学改革，涵盖“对分课堂”“翻转课堂[4,5]”“研讨式教学”“混合式教学”“拔高式教学”等新兴教学模式。从课下到课堂，每个环节都真正体现以学生为本、教师引导、学生实现自我管理的理念，提高学生主动学习、乐于探究、勤于动手的能力。课程教学的目标是：培养学生主动学习的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力，以适应未来教育发展的需要。让学生真正做到“坐到前排来、把头抬起来，提出问题来”。通过逐步递进式的教学模式(图1)，实现由“文本课程”向“体验课程”的转变。

图1 超分子化学课“对分课堂”教学模式(按时间轴)

2 教学内容革新：基础知识和科学前沿教学并重

科研与教学是相辅相成、相互促进的关系。进行科学前沿教学，可以极大激发高年级学生的好奇心和对未知世界的渴望，也使学生充分认识到所学基础知识的实用性，增强专业自信心和自豪感。本课程改革重点是加强课程建设，推动课堂教学模式创新，推进科学前沿教学和教育教学深度相融合，打造有深度、有难度、有挑战度的课程，充分彰显课堂教学的科学性、前沿性、针对性和实效性。为了保证教学内容的科学性、课程知识体系的完整性和基础性，本课程选用超分子化学之父、诺贝尔奖获得者，法国Jean Marie Lehn教授著的《超分子化学概念和展望》(沈兴海等译)的中文版本作为教材，讲授超分子的基本概念、类型和各种超分子相互作用如氢键、静电作用、π–π作用、离子–π作用、疏水作用、配位键等。为保证教学内容的前沿性、针对性和实效性，本课程选择国际著名超分子化学家发表在化学顶级综述期刊Chemical Review2015年的“Supramolecular Chemistry (超分子化学)”专刊[6]和Accounts of Chemical Research2018年“Supramolecular Chemistry in Confined Space and Organized Assemblies (在限域空间和有序组装体系内的超分子化学)”专刊[7]的综述性论文，作为课程专题，学生分组选择感兴趣专题，再进行分专题讲解。图2展示了部分本课程教学实践中给学生提供的专题综述论文。

图2 超分子化学课“对分课堂”供学生选择的部分讨论主题(topics)

3 教学方法革新：对分课堂新模式

普林斯顿大学博士、复旦大学心理学教授张学新提出“对分课堂”新型教学模式[8]。“对分课堂”目的在于突破灌输式的传统讲授法。原来的“对分课堂”在形式上把课堂时间一分为二，一半留给教师讲授，一半留给学生进行讨论，在讲授和讨论之间引入一个心理学的内化环节，让学生对讲授内容进行吸收之后，有目的地参与讨论，通过对讲授与讨论的有机整合，实现了“教法”与“学法”的对立统一。对分课堂可以融汇合作学习、翻转课堂、自主课堂、高效课堂、案例教学等多种教学法的优点，既强调教师不可或缺的指导作用，保证知识体系传递的效率，也充分发挥学生的主动性，从而促使学生进行个性化的深度学习和创造性学习。

“超分子化学对分课堂”教学新模式的构建是在充分认识河南理工大学应用化学专业特色，针对学生学习基础而进行的教学改革。旨在通过本课程的学习，培养学生素质(知识+能力+正确的三观)，创新高水平理科教学理念，使学生课下、课堂都忙起来。课下资料调研、材料整理、理解贯通、团队沟通，形成知识体系。忙碌、紧张、富有挑战是其鲜明的特色。课堂展现自己、师生讨论、气氛融洽并同时锻炼能力、增长知识，实现自我价值。使“我要学”成为学生学习的内驱力，从被动学到主动学，到自我展示，再到主动讲。学生经过艰苦且系统的锻炼，最终全面提升学生主动学习、思考、沟通和创新等方面的能力。因此，本课程立足于应用化学系高年级学生的心理特点和知识框架，结合超分子化学课程的特点，在保证教学效果的前提下，融合了“翻转课堂教学”“案例式教学”“讨论式教学”“专家讲座教学”和“特色实践教学”等方法，创立了超分子化学课程“对分课堂”教学新模式，包括以下几个递进式的教学模块，“学生课下准备讲义→对分课堂教学→特色实验→课后论文→专家讲座”，同时对课堂上的“对分教学”形式也进行了革新。

3.1 学生课下准备模块

本着以问题为导向、以专题为导向的教学思想，在课程教学实践中，学生以6–7人为一个小组(图1)，每组学生选择特定感兴趣的专题(图2)，带着任务和问题，以信息技术为手段，通过各种电子资源如文献、电子书、国内国际专利等，大量获取对解决问题有帮助的知识和资料，并在自己所学专业课的基础上进行批判式的消化和吸收。遇到难懂的知识点，先在同组同学之间、同班同学之间讨论解决，再和教师讨论解决。在深刻理解并解决问题的基础上，形成逻辑体系，制作各组特色PPT(图3)，为课堂讲解、讨论做充分准备，进一步深化对知识的理解。在此模块中，逐步培养学生分析问题、解决问题、交流沟通、归纳总结和PPT制作的能力。在这个过程中注重加强锻炼学生整合资源、沟通协作的能力，积极行动、主动配合的行为及尽责、担当、分享的精神。这些品质也是在每一个行业领域中一个优秀的员工或劳动者所必须具备的专业素质。这个模块涉及到组长的协调能力、队员配合的默契程度、对原有基础知识的理解、对新知识的探究和学习、对综述论文思想的把握，以及与教师进行高效的沟通等多个方面，虽费时费力，但非常重要。在这个模块的学习中，学生将体验到一定的难度，需要耗费较长时间和较多精力，整合自己所学的四大化学基础和一些专业课程的知识，进行挑战式学习，收获“辛苦并快乐”的学习体验，并获得一定的成就感。

图3 部分学生课堂上课照片和制作的PPT课堂讲义

3.2 对分课堂教学模块

该模块主要由学生环节→研讨环节→教师环节→评分环节等四环节递进式开展(图1)。

第一步为学生环节：为了进一步培养和锻炼学生针对性分析问题、解决问题、自我展示的能力和增强专业自信心，对分课堂的教学内容和教学方法要精心安排。学生环节的“翻转课堂”的教学内容包括“研究背景”+“导师介绍”+“基础知识”+“案例分析”+“行业前景展望”。如“导师介绍”，引导学生接触优秀的导师，鼓励学生和这些名师进行联系，拓宽自己的视野，作为研究生方向的选择之一。另外还有的导师，本科毕业学校比较一般，通过坚持不懈的努力，在某一研究领域取得突破性的成就，学生听了非常受鼓舞。如“案例分析”的方法，精心选择Peter Stang、Vivian Wing Wah Yam、Juyoung Yoon等著名超分子化学家的高水平综述性论文的某些典型的例子，学生追溯原文献，再拓展相关文献，理解作者思路和实验细节，深刻体会超分子化学前沿的科研工作。每组由3–4名学生进行PPT讲解，学生环节约占课堂教学50%的课堂时间，并可以根据主题内容的多少进行适当调节。

第二步为研讨环节：主讲小组讲解后，一方面，听课学生和教师提出问题；另一方面，主讲小组抛出问题，师生进行课堂讨论，有时甚至需要课下继续查资料解决。这一过程最能调动起学生的积极性，激起课堂的教学气氛，大家在争论中解决问题、学习知识、锻炼能力。研讨环节约占课堂教学20%的课堂时间。

第三步为教师环节：教师系统地讲授本专题应用到的基础知识和科学家的创新思路，强化学生对专题知识的理解，形成完整的知识体系。教师环节约占课堂教学25%的课堂时间。

第四步为评分环节：班长和各小组组长进行总体点评，给出评分理由，现场打分。评分环节约占课堂教学5%的课堂时间。

3.3 特色实验教学模块

针对课堂上学生选择的实验案例和主讲教师在超分子领域内的科研成果，选择具有代表性、易操作、且可以直观感受的实验，编辑成本科教学实验[9,10]，让学生深刻体会到学有所用，增强学业自信，同时使学生的知识体系和逻辑思维体系形成闭环，充分提升学习效果。

如特色实验一：自组装制备发光银团簇框架结构材料及其荧光响应检测。利用自组装制备了发光银团簇框架结构材料[(Ag12(StBu)8(CF3COO)4(bpy)4)]n[9]。利用自己制备的自组装材料进行氧气和多种溶剂分子的可视化监测。通过特色课程实验，使学生充分认识自组装过程，它的产生需要两个条件：自组装的动力及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用，它为分子的组装提供能量；自组装的导向作用指的是分子在空间上的互补性，也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排的要求，加深了学生对超分子化学的理解。

3.4 课后论文模块

课后总结应与课前、课堂环节一脉相承、互相补充，使整个教学模式得以完整。在解决了课上遗留的“疑难杂症”后，学生要通过一篇规范的课程论文对课题进行一次系统的总结，达到全面总结归纳、巩固知识要点以及构建自己的知识体系的目的。

3.5 专家讲座模块

专家学术报告与教学相结合，教学过程中引入“专家学者讲座”。为了使学生对超分子化学的科研工作有更深、更直接的体会，在邀约专家进行学术报告时，一要注重体现与“超分子化学”课程的相关性，二要体现学术报告主题的多样性，以期拓宽学生的学术视野。此外，还需要避免学术报告的“走过场”问题。要求学生做好报告前准备工作，即对学术报告的专家学者的研究背景加以初步了解，并建立激励机制，鼓励学生在学术报告中提出有针对性的问题，并将此列为学生的考核指标。在课程教学实践中，鼓励学生参加线上或线下的学术讲座，如“聚集态诱导发光技术前沿系列讲座”“第六届光电功能材料科学学术沙龙”等。

3.6 课程设计模块

鼓励部分对超分子化学某个领域感兴趣的学生，在后续课程设计和毕业设计阶段进行进一步实验学习和创新性研究。

4 学生收获

新型“对分课堂”为现代教育体系注入了新的活力。根据学生反馈，该教学模式显著增强了学生的自主学习能力，并提高了学生的学习积极性和学习效率。相较于传统的以教师为中心的教学方式，这种教学方式充分调动了课堂上学生的参与度，也带动了课堂教学的活跃程度。通过系统且紧凑的学习锻炼，最终全面提升了学生主动学习、思考、沟通和创新等方面的能力。在这种教学模式下，学生的学习效果不仅仅取决于在课堂上的表现，还包括课前学生自主学习和查阅文献的情况、课后总结的情况以及自己知识体系构建的情况。新型“对分课堂”能够实现学生的个性化学习，能够实现师生之间、学生之间的有效互动，在培养学生的学习兴趣、学习动力以及合作探究、解决问题等综合能力方面也得到了广泛的认可。经过这样一个经过自己的努力学习来实现自身能力提高的过程，学生获得的不仅仅是综合能力上的提高以及自身知识面的扩充，而且还获得了学习成就感和愉悦感，这对学生以后的学习产生了积极作用。

5 结语

总之，超分子化学对分课堂教学新模式，打破了单纯强调学科自身系统性、逻辑性的局限，在一定程度上弥补了传统教学方式的缺陷，既强调了教师不可或缺的指导作用，保证知识体系传递的效率，又体现了学生自主学习进而展现良好自我发展的功能。构建教师与学生之间新型的知识体系和技能结构。这种新模式着眼于促进每一个学生的发展和学生终身学习愿望与能力的培养，要求每一个学生的知识与技能、智慧与能力、情感态度和价值观等各方面的潜能得到最大限度的开发，且各方面的基本素质及综合素质得到显著提高。综上，这种对分课堂教学模式在超分子化学课程教学中的应用效果较好，对于学生综合能力的培养以及教学质量的提高等方面起到了积极的作用。