农林类高校分析化学一流课程建设实践
——以东北林业大学为例

2022-09-05 06:58牛娜陈立钢侯娟纪伟

大学化学 2022年8期

牛娜，陈立钢，侯娟，纪伟

东北林业大学化学化工与资源利用学院，哈尔滨 150040

课程建设是高等教育改革的关键和基础，2018年底，教育部提出了“建设金课、消除水课”的一流本科建设口号，决定实施“金课”建设计划，“金课”的建设标准为两性一度，即高阶性、创新性和挑战度[1]。2019年，新农科建设的三部曲——“安吉共识”“北大仓行动”“北京指南”依次奏响，高等农林教育担负着为我国新农业、新乡村、新生态建设提供人才保障的重要任务[2]。在此背景下，探索如何在农林类高校中开展特色鲜明的一流课程建设是十分必要的。

分析化学课程的主体内容是基于四大化学平衡建立的定量分析方法及相关的数据处理方法，课程的交叉性、实践性和应用性强[3–5]。分析检测是学生日后从事科研工作非常重要的工具，同时也是服务于农林生产实践的重要手段[6]。在东北林业大学，分析化学课程不仅是化学专业的核心课程，还是化学工程与工艺、林产化工、材料类、轻化工程等专业的一门重要的基础课程。目前，我校分析化学课程已获批国家一流课程，在课程改革的过程中，不仅要结合课程特点，更要体现出林业类院校的专业特点，化学基础课程与农林专业紧密结合，为农林类毕业生打下扎实的化学基础是十分重要的。因此，按照“两性一度”的一流课程建设标准，同时结合“新农科”对培养创新型、复合型、应用型农林人才的需求，探索了农林院校分析化学课程改革的模式。图1为分析化学课程综合改革实施示意图，从教学内容、教学方式、教学手段、考核评价多角度出发，并结合农林院校专业特点，开展课程改革。

1 教学内容

分析化学课程的主要内容四大滴定是经典的定量分析手段，以往教学中的一大难题也在于经典的内容难以激发学生的学习兴趣，在进行课程改革时要思考两方面的内容：(1) 从培养创新复合型农林人才角度出发，如何将分析化学与农林问题、科学前沿问题结合；(2) 从培养具有社会主义价值观的新型农林人才角度出发，如何在组织课程思政教学内容的过程中启发学生“知农爱农”的精神。为此，对课程内容进行了以下改革实践：

一是在课程内容中体现基础知识、农林交叉学科和前沿科学的融会贯通，使学生明白分析化学基础知识在解决实际农林问题和学科前沿问题中的作用，激发学生的学习兴趣。例如针对林产化工专业在教学内容中启发学生思考其常见的木质素、纤维素有哪些测定方法？能否用化学分析的手段检测？并引导学生在实验课的设计实验中利用氧化还原滴定法测定云杉叶片中的纤维素含量。在配位滴定法一章中讲解常见的金属离子分析，启发学生思考实际问题如黑木耳中钙镁铁含量的测定如何实现？引入新冠肺炎病毒的检测例子，并且用假阴性和假阳性的例子为学生说明分析化学中置信度和置信区间的意义。在不断更新的案例中引导学生将化学与农林科学结合起来，做好“新农科”建设的基石，夯实新农科人才的专业能力，有助于培养多学科交叉的创新农林人才。

二是在组织课程内容的过程中，充分发挥专业课程对于学生思想政治教育的堡垒作用[7]，培养具有社会主义价值观的新型农林人才。例如，通过讲授分析化学的任务是分析物质的组成、含量和结构，引导学生正确认知生命的本质，树立唯物主义价值观。通过滴定曲线中滴定突跃的计算引导学生体会事物的发展规律，总是由量变引起质变。通过有效数字的讲解引导学生树立严谨求实的科学态度。通过三聚氰胺、假疫苗等事件引导学生思考食品、药品等检测问题，树立正确的责任意识。同时，注重引导学生关注农业类国际问题，如澳洲山火、亚马逊大火引发的生态环境和气候问题，结合课程中如测定水样中化学耗氧量等内容，思考绿色化学、生态文明的重要性，使学生明确自身背负的目标和使命。

三是根据教学目标将重组的课程内容分解、细化为小模块，模块化的课程体系能更好地为学生呈现课程内容，使学生掌握知识之间的联系，并能自主、灵活地选择学习的侧重点，强化学生的分析思维养成。在实践过程中利用流程图、思维导图等梳理相关内容，为学生形成整体课程思维，如图2所示。

图2 学生所做课程内容思维导图举例

2 教学方式和手段

在教学改革中构建“三维4L”教学模式，将课堂教学实施、课下互联网+、课外创新活动三个维度结合起来，充分发挥LBL (基于讲授的学习)、PBL (基于问题的学习)、TBL (基于团队的学习)和CBL(基于案例的学习)教学法的优势，提高学生学习兴趣，引导学生自主学习，培养学生创新能力，为学生利用化学知识解决实际农林问题奠定基础。

将课堂教学实施、课下互联网+、课外创新活动三个维度结合起来，是强化分析化学教学的有效方式。一流的教学应具有优秀的课堂，但同时也不局限于课堂，这三个维度的有机结合也是课程探索分析化学混合式教学模式的基础。利用多种形式开展在线教学是提高学生学习效率的一种有效方式[8–10]。学生通过学习通、雨课堂在课下进行在线学习，通过小组任务、在线讨论、在线测试等方式完成在线任务。在实践过程中，线上与线下时间分配、内容分配，如何采用不同的教学手段推进线上与线下教学实施等是需要着重注意和思考的问题。课外创新活动是我校分析化学课程的又一重要举措，分析化学的学习离不开实验，课外实验不仅可以拓展学生的知识范围，巩固和深化理论与实验知识，而且可以培养学生的学习兴趣和科研热情。我校每年举办分析检测技能竞赛，并鼓励学生参加各种其他学科竞赛，鼓励学生在竞赛中锻炼自己。同时，注重学生的学与研结合，学生积极参加大学生创新训练项目，在进行创新实验的过程中，鼓励学生思考基础知识与科学研究的关系，并加以利用。例如，学生通过学习多元酸分布曲线的相关知识，可以明确了解物质在溶液中不同pH下的存在形式以及分布含量，在科研中结合分布曲线和pH对吸附的影响，可以分析吸附剂和被吸附物质在不同pH下的相互作用强弱。

引入多种教学手段，在分析化学和分析化学实验课中充分发挥LBL、PBL、TBL和CBL教学法的优势，提高学生学习兴趣，引导学生自主学习，培养学生创新能力。在课上，LBL融合问题启发式、引导式的教学，LBL + TBL，学生形成团队围绕教学单元中的核心问题开展主动学习，依据学生层次有机结合学生团队，强带弱，共促进。LBL + PBL，教师讲授中构建情境，提出问题，学生讨论、翻转课堂、回答问题，其他学生评价、进一步讨论问题，共同总结，搭建课程。LBL + CBL，融合与分析化学史相关、与生活相关、与科研结合的案例，并依据专业准备不同案例。CBL + PBL + TBL，如进行分析方法的综合运用内容时，教师由CBL案例引出，并提出分析问题，构建分析情境，利用PBL + TBL进行后续展开，在充分以学生为主的教学氛围中培养其为实际问题设计具体分析方案的能力。每种教学手段都不应是独立的，而是灵活的交互使用，不但有一节课堂中几种方法的交互，还要在分析化学理论与实验课中交互融合，例如TBL + PBL在学生设计性实验过程中的应用，理论课中完成小组搭建和问题提出，学生讨论完成方案后再在实验课中进行验证。

在实际课堂中，几种方法往往是交叉进行，有机结合的。例如在酸碱滴定法的应用一节课，首先采用问题引导的方法，引导学生复习酸碱滴定分析法的基础知识，搭建本章知识链，然后采用CBL先导案例引导，给出一混合碱分析案例，分析原理推导，然后TBL + LBL总结分析方案设计的一般步骤，之后布置讨论问题，构建分析情境，利用PBL + TBL进行后续展开，在充分以学生为主的教学氛围中培养学生为实际问题设计具体分析方案的能力。在进行第二个应用问题氮含量测定时，首先采用LBL + PBL，补充总结分析方案设计步骤，并进一步再结合CBL，逐级的案例问题引导讨论氮含量测定方法的发展应用。在课程最后，采用LBL问题引导的方式，引导学生思考本节课内容实质，总结分析方案设计的一般步骤。4L教学法的实施如图3所示。

图3 多种教学手段在课堂教学中的实施

3 考核评价方式

一种适合课程的考核方式能够达到很好的学习效果。考核要做到全面评价学生应用知识、创新能力等综合素质，并以合理的考核方式促进学生的学习。从考核形式、考核内容、试题合理性、理论课与实验课考核结合等方面进行课程考核的改革。同时，课程结构、教学方法的改革要求考核方式也要随之改变，考核内容要更加多元化。将学生自主学习情况、创新活动表现、学习过程情况、对专业知识的理解情况、课程思政精神的领悟情况和团队合作情况等纳入考核评价体系。图4为课程构建的多元考核方式。平时成绩中的小测、作业等为课程完成成绩，学生想获得加分，必须进行课程参与，学生参与的讨论、问题回答和小组活动都列入成绩评价，从课程参与度和参与质量两方面进行评价，参与达到一定次数可以获得加分，讨论获得一定点赞和回复获得加分，鼓励学生回答学生的问题，并可以获得一定加分，这在课堂上尤其是QQ群、钉钉群内得到了学生的认同，通过这个方式一方面激发了学生的成就感，提升了学生的参与度，另一方面教师通过学生回答也可以及时掌握学生的学习情况。课前的小测和阶段考试采用题库随机组题的方式，考查课程主要知识点，学生在网站完成，不占用过多时间，又可以随时进行，网上评价还可以及时获取学生答题情况统计，进行教学内容调整。整个课程评价方式重视线上和线下考核相结合，教师评价和学生评价、互评相结合。

图4 课程考核评价方式

4 教学效果与评价

教学创新改革并不是一蹴而就的，而是一个持续的过程。教学改革的效果首先体现在学生的成绩上，改革后学生的成绩尤其是方案设计题平均成绩有了显著提升，学生分析解决实际问题能力显著提升。在课程网站上的讨论区，学生提出了很多利用分析化学解决农林生产实践实际问题的思考，例如，学生提出酸碱滴定测定粮食、果蔬的酸度，并查阅相关标准；氧化还原滴定测定不同木材中纤维素的含量，从而对制出的纸张质量做出一定的预测；重铬酸钾法测定土壤中的有机质，评估土壤肥力等，互动交流达5000余次。学生对课程给予了非常积极的评价，学生说：“该教学模式更能吸引我们上课的注意力，提高了我们学习的主动性和积极性，学习效果明显提升，也锻炼了我们解决实际问题的能力，对我们将来的发展很有帮助。”

5 结语