摘要
華北理工學(xué)院堅(jiān)持以中學(xué)生成長為中心，提出新文科建設(shè)F計(jì)劃，努力培養(yǎng)“三創(chuàng)型”（創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)）文科領(lǐng)軍人才。借鑒中國學(xué)院生化學(xué)學(xué)術(shù)大賽（CUPT）模式，筆者建立了“啟發(fā)思辨”的學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)模式，可將數(shù)學(xué)學(xué)術(shù)辯論有機(jī)融入文科學(xué)院數(shù)學(xué)的課程教學(xué)中。本文具體介紹了學(xué)院數(shù)學(xué)課程引入課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論的教學(xué)實(shí)踐，包括課堂學(xué)術(shù)辯論的選題、融入課堂學(xué)術(shù)辯論的教學(xué)安排、學(xué)術(shù)辯論課的流程設(shè)計(jì)，以及課堂學(xué)術(shù)辯論對文科中學(xué)生的益處。實(shí)踐表明，課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論有助提高學(xué)院數(shù)學(xué)課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，進(jìn)而培養(yǎng)新時貼牌科學(xué)生的學(xué)習(xí)力、思想力和行動力。
關(guān)鍵詞學(xué)院數(shù)學(xué)；課堂學(xué)術(shù)辯論；啟發(fā)思辨；教學(xué)實(shí)踐
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2019年，華東理工學(xué)院提出新文科建設(shè)F計(jì)劃，努力培養(yǎng)“三創(chuàng)型”（創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)）文科領(lǐng)軍人才。“新文科建設(shè)F計(jì)劃”可歸納為如下公式：F(p)=Pl×Pt×Pa，Pl（Powerof）代表學(xué)習(xí)力，Pt（Powerof）代表思想力，Pa（Powerof）代表行動力，只有擁有學(xué)習(xí)力、思想力和行動力（簡稱“三力”）的人才能在未來的不確定性中找到前行的方向[1]。怎么提升中學(xué)生的“三力”和創(chuàng)造性，并在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和素養(yǎng)增強(qiáng)的緊密結(jié)合，進(jìn)而使學(xué)院數(shù)學(xué)課程適應(yīng)新文科人才的培養(yǎng)要求，是筆者在從事學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)過程中始終思索的問題。海森堡以前講過：“科學(xué)起源于討論,植根于交流。”但是，傳統(tǒng)的學(xué)院數(shù)學(xué)課堂教學(xué)通常只逗留在對一些“人為設(shè)計(jì)”和“理想化”的例題或數(shù)學(xué)定理進(jìn)行討論的階段，欠缺對實(shí)際問題的深入探究，不利于須要處理復(fù)雜工程問題的新文科人才的培養(yǎng)。并且，課堂討論常常是任課班主任主導(dǎo)的，中學(xué)生只是被動參與，不利于打造學(xué)生自身的學(xué)習(xí)力、思想力和行動力。
中國學(xué)院生化學(xué)學(xué)術(shù)大賽（以下簡稱CUPT），是在全省院校大專生中舉辦的中學(xué)生團(tuán)體學(xué)術(shù)比賽，以團(tuán)隊(duì)合作的方式研究實(shí)際化學(xué)問題，以辯論的方式進(jìn)行球賽[2]。華東理工學(xué)院是華北地區(qū)最早出席CUPT的院校，從2012年至今多次獲得全省賽的二、三等獎。筆者從2013年開始始終參與華東理工學(xué)院CUPT參賽中學(xué)生的選拔和指導(dǎo)工作，并與化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心老師一齊率領(lǐng)省隊(duì)中學(xué)生出席了學(xué)院生化學(xué)學(xué)術(shù)大賽的中南地區(qū)賽和全省賽，親眼見證了參賽中學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力在參賽過程中的快速提高。鑒于此，筆者近些年來不斷在探求和嘗試將CUPT大賽模式應(yīng)用到學(xué)院數(shù)學(xué)的理論教學(xué)當(dāng)中。因?yàn)镃UPT賽題都是緊貼實(shí)際生活的開放性化學(xué)問題，只要選擇合適的數(shù)學(xué)問題，可使之成為學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)中的重要一環(huán)，進(jìn)而有效培養(yǎng)文科中學(xué)生剖析、思考、解決實(shí)際問題的學(xué)習(xí)力、思想力和行動力。下邊將詳盡介紹筆者近些年來在華東理工學(xué)院將數(shù)學(xué)學(xué)術(shù)辯論融入學(xué)院數(shù)學(xué)課堂的具體教學(xué)實(shí)踐，涵蓋課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論的選題、融入課堂學(xué)術(shù)辯論的學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)安排、物理學(xué)術(shù)辯論課的流程設(shè)計(jì)，以及課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論對文科中學(xué)生的益處。
1課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論的選題
近些年來，已有北京學(xué)院、西安交通學(xué)院、華東理工學(xué)院、中國礦業(yè)學(xué)院、重慶學(xué)院等院校先后提出CUPT大賽模式可以融入學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)或化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，因而培養(yǎng)中學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[3-7]。并且，CUPT模式卻鮮見應(yīng)用于學(xué)院化學(xué)的理論課教學(xué)中，其根本緣由是該大賽主要以實(shí)驗(yàn)探究為主，參賽中學(xué)生辯論時也主要圍繞實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行討論，甚少會深入剖析其理論模型，但是絕大多數(shù)的指導(dǎo)老師都來自于各院校化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心。解決此問題的關(guān)鍵在于選擇適宜課堂辯論的題目。CUPT從2010年至今已舉行了12屆，按每年17道賽題估算，目前已積累204個數(shù)學(xué)問題，產(chǎn)生了一個初具規(guī)模的課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論題庫。但因?yàn)閷W(xué)院數(shù)學(xué)是理論課，通常不具備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探求的條件，因而應(yīng)當(dāng)按照上課內(nèi)容和進(jìn)度選擇數(shù)學(xué)模型清晰的CUPT賽題，不宜選擇“自我發(fā)明”類或完全脫離教學(xué)大綱的題目。按照近些年來化學(xué)學(xué)術(shù)辯論在學(xué)院化學(xué)課堂教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者建議可以在學(xué)院化學(xué)第一學(xué)期（學(xué)院化學(xué)1）選擇“牛頓擺”和“聲漂浮”，學(xué)院化學(xué)第二學(xué)期（學(xué)院化學(xué)2）選擇“磁力小列車”和“居里點(diǎn)引擎”（具體題目見表1）。
首先，這四道題緊貼實(shí)際生活、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象奇妙、物理內(nèi)涵豐富，特別適宜在學(xué)院化學(xué)課堂上進(jìn)行純理論研究和討論交流。學(xué)院化學(xué)1的教學(xué)重點(diǎn)是牛頓熱學(xué)、剛體熱學(xué)、機(jī)械震動和機(jī)械波、波動光學(xué)和熱力學(xué)。“牛頓擺”涉及牛頓熱學(xué)和質(zhì)心熱學(xué)，而“聲漂浮”對應(yīng)機(jī)械震動和機(jī)械波。學(xué)院化學(xué)2的教學(xué)重點(diǎn)是電磁學(xué)（電場、磁場、電磁感應(yīng)、電磁波）和近代化學(xué)（狹義相對論和量子熱學(xué)初步）。學(xué)院化學(xué)對近代化學(xué)理論的學(xué)習(xí)深度自然無法對相關(guān)題目進(jìn)行深入討論，所以“磁力小列車”和“居里點(diǎn)引擎”兩道題都選自電磁學(xué)部份。課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論題目既立足于課本的內(nèi)容，也要求中學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，能夠?qū)υ搯栴}進(jìn)行更深入的研究，才能讓文科中學(xué)生體驗(yàn)“跳一跳才才能得著”的學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)。比如在“牛頓擺”題目中，只考慮碰撞過程的動量和能量守恒，以及空氣阻力對牛頓擺的能量耗散未能完全解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還必須引入“彈簧質(zhì)點(diǎn)”碰撞模型和“Hertz接觸理論”[8]。CUPT賽題當(dāng)中也有大量有關(guān)流體熱學(xué)和自我發(fā)明的題目，假如選擇這兩類題目就偏離了學(xué)院化學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)，不利于理論教學(xué)與學(xué)術(shù)辯論的內(nèi)容銜接。據(jù)悉，題目的選擇也應(yīng)當(dāng)盡可能地結(jié)合中學(xué)生的專業(yè)，比如筆者在給華東理工學(xué)院電力大學(xué)和機(jī)械與車輛工程大學(xué)上學(xué)院數(shù)學(xué)課程時，分別選擇了“居里點(diǎn)引擎”和“磁力小列車”這兩道題，這樣更有利于學(xué)院數(shù)學(xué)課程與中學(xué)生將來的專業(yè)課程內(nèi)容的有機(jī)銜接。
2融入課堂學(xué)術(shù)辯論的學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)模式
為了讓課堂學(xué)術(shù)辯論有機(jī)融入學(xué)院數(shù)學(xué)課程教學(xué)的全過程，筆者遵循“以中學(xué)生發(fā)展為中心”理念，提出建立“啟發(fā)思辨”的學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)模式（圖1）：“啟”——問題引導(dǎo)，啟迪化學(xué)；“發(fā)”——觀察現(xiàn)象，發(fā)覺化學(xué)；“思”——課后建模，思索化學(xué)；“辨”——學(xué)術(shù)辯論，辨物窮理。在學(xué)期開始之初，班主任在課堂上借助上述CUPT賽題及其視頻或演示實(shí)驗(yàn)啟發(fā)和引導(dǎo)中學(xué)生，謂之“啟”；課堂上，中學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，自己初步發(fā)覺實(shí)驗(yàn)背后的數(shù)學(xué)知識和規(guī)律，謂之“發(fā)”；課后中學(xué)生構(gòu)建化學(xué)模型，通過理論估算和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，讓中學(xué)生進(jìn)一步思索該問題更深層次的化學(xué)內(nèi)涵，謂之“思”；在學(xué)期中后期，舉辦“物理學(xué)術(shù)辯論課”（該課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)見下一節(jié)），通過翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行學(xué)術(shù)辯論，最終實(shí)現(xiàn)辨物窮理，謂之“辨”。課堂學(xué)術(shù)辯論只是一個過程，最終讓中學(xué)生慎思化學(xué)才是“啟發(fā)思辨”大學(xué)化學(xué)教學(xué)模式的最終目的。通過“啟發(fā)思辨”的學(xué)院化學(xué)教學(xué)模式培養(yǎng)中學(xué)生主動學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。將整體引導(dǎo)和某些指導(dǎo)相結(jié)合，通過“問題引導(dǎo)”和“觀察現(xiàn)象”促進(jìn)中學(xué)生的全員化發(fā)展，通過“課后建模”和“學(xué)術(shù)辯論”實(shí)現(xiàn)中學(xué)生的個性化發(fā)展。注重中學(xué)生在課堂中的主體地位，將課堂教學(xué)從封閉轉(zhuǎn)向開放，通過“問題引導(dǎo)”和“觀察現(xiàn)象”啟迪中學(xué)生思索，通過“課后建模”和“學(xué)術(shù)辯論”培養(yǎng)中學(xué)生能力，逐漸構(gòu)建探究性的學(xué)院化學(xué)教學(xué)模式。
3化學(xué)學(xué)術(shù)辯論課的流程設(shè)計(jì)
化學(xué)學(xué)術(shù)辯論課是課堂學(xué)術(shù)辯論有機(jī)融入學(xué)院化學(xué)課程教學(xué)的重要一環(huán)，也是建立“啟發(fā)思辨”大學(xué)化學(xué)教學(xué)模式的最終呈現(xiàn)，其教學(xué)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。CUPT賽題都是緊貼生活的開放化學(xué)問題，以化學(xué)知識為主體工科物理實(shí)驗(yàn)，囊括物理、計(jì)算機(jī)、電子、材料、機(jī)械等眾多方面，重視探究性，特別適宜文科專業(yè)的專科生。CUPT即將大賽時，參賽中學(xué)生分成正方、反方和評論方，要求三方中學(xué)生就那些化學(xué)問題的基本知識、理論剖析、實(shí)驗(yàn)研究、結(jié)果討論等進(jìn)行辯論性交流，非常指出團(tuán)隊(duì)協(xié)作、開放思維和抒發(fā)能力。正方對某一問題做陳述時，要求重點(diǎn)突出，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、理論剖析以及討論和推論等。辯題按照正方陳述中的不足或則謬論提出指責(zé)，總結(jié)正方報(bào)告的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。評論方對正反方的陳述給出簡略評析。簡言之，化學(xué)學(xué)術(shù)辯論課可以通過“翻轉(zhuǎn)課堂”的方式，根據(jù)表2所示流程進(jìn)行。將上述“課后建模”環(huán)節(jié)完成度較好的中學(xué)生分成三個小組，分別飾演“正方”“反方”和“評論方”，借助一節(jié)課45分鐘時間，參考CUPT的賽事方式（正方報(bào)告、正反方辯論、評論方總結(jié)）對該化學(xué)問題進(jìn)行深入討論，讓中學(xué)生曉得自己化學(xué)模型的不足之處，并通過腦子風(fēng)暴，建立并拓展該化學(xué)模型。任課班主任在此過程中用心傾聽，中學(xué)生辯論后與中學(xué)生進(jìn)行師生討論，班主任點(diǎn)評強(qiáng)調(diào)問題所在并給出改進(jìn)建議，最后按照中學(xué)生表現(xiàn)評定成績。
4課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論的益處
首先，學(xué)院化學(xué)傳統(tǒng)的教學(xué)模式，中學(xué)生只是被動地接受，化學(xué)知識量不斷降低，但獲取知識的能力并沒有增強(qiáng)。而通過CUPT賽題的引導(dǎo)讓中學(xué)生“自主發(fā)覺”問題背后的數(shù)學(xué)知識，這除了可以提升中學(xué)生求知的熱情和學(xué)習(xí)的主動性，更重要的是，在此過程中可以讓中學(xué)生漸漸產(chǎn)生自身的“學(xué)習(xí)力”，讓她們?nèi)蘸竺鎸?fù)雜的工程問題也可以快速提取和學(xué)習(xí)問題背后的關(guān)鍵點(diǎn)和規(guī)律。諸如“磁力小列車”（題目詳情見表1）是一道很有趣的題目，兩塊吸鐵石和一省電池就可弄成一輛動力爆棚的小列車，在各類銅螺線管搭建的軌道中快速穿輸，略帶點(diǎn)電磁軌道炮[9]的口感。那磁力小列車的動力來源是哪些呢？機(jī)械與車輛工程大學(xué)中學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)和自己思索就發(fā)覺，這個問題既可以用高中數(shù)學(xué)的通電鋁線圈在外磁場中所受安培力的反斥力來解釋[10]，也可以直接用學(xué)院數(shù)學(xué)的畢奧薩伐爾定理剖析吸鐵石在閉合回路兩端的不均勻磁場中所受合力[11]。這些多角度剖析實(shí)際化學(xué)問題的方式，漸漸都會打造中學(xué)生的“學(xué)習(xí)力”，讓她們將來更好地解決復(fù)雜的車輛工程問題。
其次，學(xué)習(xí)知識的目的在于進(jìn)一步延展甚至創(chuàng)造新的知識。學(xué)院化學(xué)作為所有文科專業(yè)的基礎(chǔ)，就學(xué)科發(fā)展而言，化學(xué)在歷史上曾延展并創(chuàng)造了目前諸多的工程學(xué)科和專業(yè)。文科中學(xué)生通過課后“探究式”的數(shù)學(xué)建模作業(yè)，將數(shù)學(xué)課堂學(xué)到的數(shù)學(xué)思想和方式延展至自己修讀的文科專業(yè)，創(chuàng)造新的數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問題，因而練就自身的“思想力”。諸如電力大學(xué)能源與動力工程專業(yè)中學(xué)生在研究和討論“居里點(diǎn)引擎”這道題時（圖2），通過剖析其數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)覺居里點(diǎn)引擎目前不能用于實(shí)際發(fā)電的最主要誘因是能量轉(zhuǎn)化效率很低，因而提出好多居里點(diǎn)底盤的新構(gòu)象來提高轉(zhuǎn)化效率，在這過程中漸漸產(chǎn)生自己的專業(yè)“思想力”。
最后，課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論是一種“以中學(xué)生為中心，以行動力為主導(dǎo)”的課堂教學(xué)模式。中學(xué)生通過課前充分打算，在課堂上展示自己的研究成果，有助于培養(yǎng)中學(xué)生的抒發(fā)和分享知識的能力。中學(xué)生通過飾演“正方、反方和評論方”進(jìn)行學(xué)術(shù)辯論和思維碰撞，曉得自身理解該數(shù)學(xué)問題的不足，重新多角度地思索并建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而培養(yǎng)出具有思辨精神的“行動力”。比如在“磁力小列車”題目中工科物理實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程大學(xué)中學(xué)生通過仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)覺，小列車不但有順著鋁線圈軸向的平動，小列車還有繞自身對稱軸的旋轉(zhuǎn)。正方中學(xué)生一開始只曉得小列車平動的緣由，但不曉得是哪些形成了沿自身軸的扭矩，因而造成小列車旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過正反雙方的討論和辯題的計(jì)算機(jī)模擬，最終她們發(fā)覺螺線管的實(shí)際構(gòu)象（銅絲圈非嚴(yán)格垂直于軸線）形成了小列車的切向分力，致使其繞自身旋轉(zhuǎn)。這些基于學(xué)術(shù)辯論的翻轉(zhuǎn)課堂既培養(yǎng)了中學(xué)生的思辨精神，更打造了她們借助專業(yè)知識解決實(shí)際問題的“行動力”。
5結(jié)語
近幾年化學(xué)學(xué)術(shù)辯論在華工學(xué)院化學(xué)課堂的教學(xué)實(shí)踐表明，課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論有助于建立學(xué)院化學(xué)課程的“兩性一度”，這是教育部高等教育司局長吳巖所提出的“金課”標(biāo)準(zhǔn)，即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度[12]。區(qū)別于理想化的課后習(xí)題，CUPT賽題是生活中的開放性化學(xué)問題，有利于培養(yǎng)中學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和中級思維，使學(xué)院化學(xué)課程更具“高階性”。課堂學(xué)術(shù)辯論的教學(xué)方式彰顯了良好的先進(jìn)性和互動性，使參與中學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個性化，使學(xué)院化學(xué)課程更具“創(chuàng)新性”。解決CUPT的實(shí)際化學(xué)問題并通過課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論的方式呈現(xiàn)，對老師備課和中學(xué)生課下都有一定難度，須要“跳一跳才才能得著”，使學(xué)院化學(xué)課程更具“挑戰(zhàn)度”。
同時，筆者也發(fā)覺化學(xué)學(xué)術(shù)辯論更適宜學(xué)院化學(xué)的大班教學(xué)，雖然每次真正參與課堂學(xué)術(shù)辯論的只有正反評三方共15名中學(xué)生，課堂上的其他中學(xué)生其實(shí)可以從三方的辯論中吸取化學(xué)“營養(yǎng)”，但她們的參與度是有待提升的。因而，在“反方打算”和“評論方打算”的環(huán)節(jié)，班主任可以約請現(xiàn)場其他中學(xué)生對正方或辯題進(jìn)行提問；在“老師與朋友討論交流”環(huán)節(jié)，班主任不僅與正、反、評三方討論外，還要強(qiáng)化與現(xiàn)場其他中學(xué)生的互動，以降低她們的參與度。據(jù)悉，筆者也在嘗試借助“雨課堂”[13]等新型智慧教學(xué)手段進(jìn)一步提高課堂上其他中學(xué)生的參與積極性，使課堂化學(xué)學(xué)術(shù)辯論可以更好地應(yīng)用于規(guī)模更大的學(xué)院化學(xué)教學(xué)。
參考文獻(xiàn)
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基金項(xiàng)目：2020年度江蘇省高等教育教學(xué)變革項(xiàng)目（基于“學(xué)生中心內(nèi)循環(huán)”建設(shè)學(xué)院化學(xué)一流課程），教育部高等中學(xué)學(xué)院化學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會教研項(xiàng)目（），華北理工學(xué)院校級教研教改項(xiàng)目（,）。
作者簡介：鄺泉，男，華東理工學(xué)院副院長，主要從事匯聚態(tài)化學(xué)的教學(xué)與科研工作，研究方向?yàn)樾滦湍茉床牧希?span style="display:none">od1物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
引文格式:鄺泉,鄧文基,黃曉東,等.將課堂學(xué)術(shù)辯論融入文科學(xué)院化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐[J].化學(xué)與工程,2022,32(6):11-15.
Citethis:KUANGQ,DENGWJ,HUANGXD,etal.ofinto[J].and,2022,32(6):11-15.(in)
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