应用型本科院校“无机及分析化学”教学改革实践

屈佳,曹宝月,张国春,王建芳,陈凤英,元春梅

（1.商洛学院化学工程与现代材料学院，陕西 商洛 726000；2.陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西 商洛 726000；3.陕西省矿产资源清洁高效转化与新材料工程研究中心，陕西 商洛 726000）

“无机及分析化学”是食品科学与工程专业的第一门专业基础课。对食品专业的学生来说，许多食品添加剂都是无机化合物，食品质量检验需要应用到“无机及分析化学”的基本原理及操作。“无机及分析化学”课程内容包含物质结构、溶液与胶体、化学反应的基本原理、四大化学平衡和滴定分析、吸光光度分析、元素的基础知识和基本理论，是食品化学、食品营养学、食品分析与检验等专业主干课程的学习基础，对学生毕业后从事食品研发、食品检验、经营管理等工作均具有明显的实用性。因此，学习并掌握“无机及分析化学”的基础知识和基本技能是必要的。

然而，在多年的一线教学活动中，我们发现“无机及分析化学”课程教学仍然存在以下问题：首先，大一新生正值世界观、人生观、价值观的形成期，课堂教学在传授专业知识与技能的同时，应着重培养学生的思想品德、社会公德、家国情怀、人文素养、职业道德、法律规范等；另外，学生具备传统工科背景，在中学阶段有一定的化学学习基础，但是，中学阶段的学习大多拘泥于“老师教、学生学”，导致大多数学生缺乏科学思维以及自主分析问题、解决问题的能力，知识应用能力与创新能力培养欠缺，学生在学校掌握的知识与技能难以满足企业的需求；最后，“无机及分析化学”教学内容庞杂，受课时和课程安排的限制，丰富的教学资源得不到充分利用，难以及时跟踪学生的学习情况并处理学习中存在的问题，且传统教学模式与教学手段难以满足学生的个性化学习需求。

推动本科高校向应用型转变，是党中央、国务院的重大决策部署。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》明确提出，推动具备条件的普通本科高校向应用型转变。作为一所多学科协调发展的应用型本科院校，我校提出了“立足商洛、面向地方、服务基层”的特色发展道路，以建设国内一流应用型本科高校为发展目标。为了促进学校转型发展，提高应用型本科生的培养质量，我校“无机及分析化学”教学团队从教学方法、课程考核、教学团队建设三大方面对“无机及分析化学”课堂教学进行了改革，紧密结合学校“秦岭现代中药资源和绿色食品开发利用”的办学特色，努力提高学生利用专业知识服务社会的能力，达到培育出适应新时代的理论指导实践、知识产生效益的应用型工程技术人才的目标。

1 改革教学方法

1.1 充分发挥“课程思政”育人成效，落实“立德树人”根本任务

作为食品科学与工程专业学生的第一门专业基础课程，我们在尊重课程自身建设规律、完成课程知识传授、实现课程能力培养等基本功能的同时，充分挖掘并凸显专业课程的价值引领功能。通过教学设计，将思想品德、社会公德、家国情怀、人文素养、职业道德、法律规范等潜移默化地融入到每一节课的教学中，培养德学兼修的新型工科人才。例如，我们在“绪论”中引入绿色化学、生态文明的发展观。习近平同志在十九大报告中指出，加快生态文明体制改革，建设美丽中国。通过“绪论”，我们让学生认识到化学造就了繁荣、辉煌，但同时也造成了污染。发展绿色化学，实现人与自然可持续发展迫在眉睫。我们在讲授“分子结构”一章时，引入鲍林的事迹[1]，鲍林于1954年因对化学键本质和复杂分子结构理论的研究而获得诺贝尔化学奖，1962 年因在推动核大国缔结禁止核试验条约方面的杰出贡献而获得诺贝尔和平奖。在专业课堂中渗透科学伦理，有利于学生人生观、价值观的培养。在“碱金属”一章，引入侯德榜先生的爱国事迹[1]。在帝国主义对我国实施技术封锁，我国缺碱卡住了民族工业脖子的情况下，侯德榜先生毅然放弃在美国的舒适生活，返回祖国，用自己的知识报效祖国。“凡是黄头发蓝眼睛的人能办到的，我们黑头发黑眼睛的人也一定能办到”。侯德榜先生的爱国事迹有利于学生家国情怀、民族自信、社会责任感的培养。在元素部分引入“微量元素与人体健康”，在“酸碱平衡”中引入“食品添加剂中的智慧”，在“紫外可见吸光光度法”中引入“秦岭健康食品成分分析”，有利于培养学生的知识应用能力，提高学生利用专业知识服务地方经济发展的意识，并提升社会公德与职业道德。

1.2 科技创新、思维创新、意识创新“三创一体”，打造全方位创新课堂

2015 年5 月，国务院发布了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，明确提出“要全面深化高等学校创新创业教育改革”。科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑[2]。在基础课教学中及时引进学术界最新、最权威的科研成果是提升学生科技创新能力的重要方法，例如锂离子电池电极材料的研发、功能化MOFs材料的研发、先进分析检测技术在食品中有害物质残留量测定中的应用。此外，应用型本科教育应该有与产业需求相匹配的工程实践环境支持。加强校企合作是深入实施创新驱动发展战略的必然要求。继续坚持企业高校“双走进”，加强校企沟通与合作，立足地方社会经济发展，将本地企业亟待解决的问题引入“无机及分析化学”的课堂教学中。例如，在教学中引入商洛本地柿子醋口味的优化问题、核桃油质量检测问题等。

通过基础课培养学生的科研意识与科学思维是本科教育的内涵与精髓。在教学中引入化学史是培养学生科研意识与科学思维的有效方法。我们在“元素周期律”一节中通过“门捷列夫无意间发现同族元素的相对原子质量差是常数（偶然事件），通过敏锐的直觉、丰富的想象提出元素周期律，提出周期理论的几种预言并得到证实”来培养学生的科学思维。再以“原子结构的发展史”为例，我们在教学设计中通过原子结构模型的递推，培养学生的科学思维及发现问题、分析问题和解决问题的能力；通过每一个原子结构模型的诞生及最新的科学进展，培养学生的批判性思维和创新思维，激发学生的求知欲、创造欲；通过在课堂中引入前沿文献，推荐学生阅读其他参考读物并利用现代化教育资源，从基础课培养本科生的科研意识。以玻尔模型的诞生为例，我们在授课中将“课堂教学”与“科学思维”相结合，引导学生从实验中发现问题，对出现的问题进行分析并解决已有矛盾。从“卢瑟福原子行星模型无法解释原子的稳定性和线性光谱”的实验事实中“发现问题”，从“经典物理学理论可以很好地应用于宏观物体，但它不能用于解释原子世界的现象”的角度“分析问题”，通过“受普朗克量子论和爱因斯坦光子学说的启发，提出玻尔理论的三点假设——固定轨道、轨道能量量子化、能量的吸收和发射”来“解决问题”。

1.3 理论与实践相结合，重视“无机及分析化学”实验的训练

化学是一门实验学科。中国科学院院士黄鸣龙先生非常重视基本实验技能的训练，他经常说“所有各门实验科学，欲求深入必须做研究工作，欲做研究工作必须在基本操作上有充分经验，否则因操作上失误便得不到正确的结果，头脑中对各种基本操作方法不熟悉，遇到特殊变化和困难，便不能随机应变利用不同方法解决不同问题，于是工作便不能得到结果”[3]。我们提高了实验课在“无机及分析化学”课程中的比重，通过实验使学生加深对“无机及分析化学”基本概念的认识和理解，掌握常见元素的重要单质和化合物的典型性质，熟悉实验室中某些无机物质的一般制备方法和某些常数的测定方法。通过实验使学生学会准确、细致地观察、记录实验现象和作出正确的结论，并不断地提高学生的实验技能、技巧和分析问题、解决问题的能力，培养学生辨证唯物主义世界观、实事求是的科学态度和良好的实验习惯。针对实验教学，在巩固“预习-操作-报告”三步教学法的基础上，做了以下几方面的改革：

视频教学和传统教学相结合。在传统实验教学中，教师讲授实验通常是使用板书并在黑板前演示一些基本操作。我们在实验预习和复习巩固的环节中，引入视频教学，将实验操作要领直观地展示在学生面前，摆脱了实验室条件、实验时间等的限制，有利于教学效果的提升。2018 年，我校省级分析测试实验教学虚拟仿真项目获批。“无机及分析化学”实验视频、大型仪器使用自学电子书（e-book）等的制作，有效推进了分析测试虚拟仿真实验教学中心的建成，使学生通过更简单的方式体会到化学实验的乐趣与重要性。

在实验课堂引入当地生产生活实例。在加深学生对所学知识理解和实验技能熟悉的同时，培养理论联系实际的能力。例如EDTA 滴定法测定商洛自来水硬度的实验，进一步提升了学生面向地方、服务社会的意识与能力。

建设开放实验室平台。在传统的实验教学过程中，学生大多处于被动地位，教师则处于主导地位。实验项目选择、实验方案选择、实验仪器与试剂选择，都由实验老师预先完成。实行开放式实验教学模式，可以提高学生实验兴趣，强化教学效果。利用实验室空余时间开放化学实验室，教师指导学生巩固基本操作练习或设计实验方案，以达到全面锻炼学生的实验能力和提高综合素质的目的。例如变色花实验（酸碱指示剂）、水中花园实验（难溶硅酸盐的生成）都是学生非常喜欢的实验项目。

弘扬绿色化学，增强环保观念。“无机及分析化学”实验所需试剂量大且成分复杂，很大一部分化学实验试剂都有着不同程度的污染性，直接排放到自然界中会对环境造成严重的污染，每一个实验室都是一个不可忽视的环境污染源。我们在实施常规“三废”处理的同时，打破各实验室之间的壁垒，将“无机化学”“分析化学”“有机化学”“物理化学”等不同学科的实验项目进行合理安排，开展串连循环实验，使一些实验产物变为其他实验项目的原料。“三废”处理意识与能力对于增强学生的职业道德、社会公德等至关重要。

1.4 紧跟时代发展步伐，重视现代化学习资源的有效利用

随着人工智能、清洁能源、量子信息、生物医药等全新科技的发展，全球即将面临继蒸汽机技术、电力技术、计算机及信息技术之后的智能化革命浪潮。智能教育因其个性化、智能化、即时性、开放性等特点[4]，充分迎合了智能时代高校人才培养的需求。人工智能技术的发展将促使教学进一步向“以学习者为中心”的个性化、精准化和智能化方向发展[5]。我们在教学中积极引导学生使用“学堂在线”“小木虫论坛”“中国知网”等网络教学资源；采用慕课、雨课堂、钉钉、微信、QQ、虚拟仿真实验等手段，实现学习者自主选择学习时间、学习地点和学习内容，培养了学生终身学习的能力。学生在课前进行个性化学习，课中进行重难点知识升华的翻转式教学方法解放了学习生产力，让学生有更多的时间进行创造性活动。

另一方面，智能化教学手段同时解放了教学生产力，使得教师有更多的时间去思考世界和人类本身，有利于教师提升自身思想道德修养与业务水平。例如，我们都知道化学习题的重要性。徐光宪先生认为“物理化学教材中最有启发性的是Noyes 和Sherri 著的《Chemi⁃cal Principles》。我做完了书中498道习题，并把它归入了自己的框架，从此我自信物理化学读通了，过关了”，可见化学习题的重要性不言而喻。然而，大量习题的批改工作增大了教师的重复工作量。我们利用雨课堂配套了大量的习题。课后通过雨课堂可大大减轻评阅作业题、统计作业成绩的工作量，并能够更轻松地得到学生作业完成情况的反馈。

2 完善课程考核方式

成绩评定是教学考核的重要环节，以应用型人才培养为导向，我们在课程考核比例中增大了平时成绩和实验成绩的比重，且平时成绩考核内容更加丰富多样。平时成绩比例占到了课程考核总比重的20%，实验成绩占到了课程考核总比重的40%，期末理论笔试占课程考核总比重的40%。为了充分利用网络资源，拓展学生视野，提高教学质量，根据课程特点和网络资源现状，我们从2018年开始对“无机及分析化学”课程增加了在线学习环节，更加有利于翻转课堂的实施。平时成绩由考勤、文献查阅、课堂表现、作业、在线开放课程等方面按照比例合成。实验成绩按照实验考勤、实验预习、实验操作、实验报告、实验考核等方面按照比例合成。

3 提升教师教学水平

习近平总书记在第三十七个教师节来临之际，给全国高校黄大年式教师团队代表回信中提到“好老师要做到学为人师、行为世范”。为了更好地响应国家高等教育调控政策，促进学校向应用型本科转型发展，我们不断提高自身思想道德水准和业务水平。首先，作为教师，我们非常注重自身人文精神、科学素养、工科情怀等的培养，以便更好地发挥教师以身作则、教书育人的作用；第二，打造“双师型”教学团队。构筑校地企合作的教师培养平台，通过企业挂职、锻炼等方式进行校内外培训，进一步增强自身的工科素养和创新创业能力；第三，提高教师的计算机应用能力、数据挖掘与分析能力。学习如何运用人工智能系统促进学生学习，学习如何解释人工智能系统所收集到的学生数据并提供有效反馈，教师应能够利用人工智能应对日常的重复性任务并指导学生获得不易被机器所取代的技能和能力。

4 结束语

积极促进学校向应用型转型发展，提高学生服务地方、促进区域经济发展的能力与意识，我们从教学方法、课程考核、教学团队三大方面对食品科学与工程专业“无机及分析化学”课堂教学进行了改革。创新后的课堂教学更加注重学习方法及能力的培养，打破了传统教学中以教师为中心，给学生灌输知识的现象；打破了学生在传统化学学习中，死记硬背专业基础知识，只会考试、难以应用与创新的现象。采用理论教学与课程思政、科学思维、实验实践相结合的教学模式，可以调动学生学习兴趣，提高学生的思想品德、科研意识，培养学生的工程伦理意识、科学思维、创新思维。改革后的教学模式需要教师与学生的相互配合，以便达到更为理想的效果。