摘要
華北理工學院堅持以中學生成長為中心，提出新文科建設F計劃，努力培養“三創型”（創新、創造、創業）文科領軍人才。借鑒中國學院生化學學術大賽（CUPT）模式，筆者建立了“啟發思辨”的學院數學教學模式，可將數學學術辯論有機融入文科學院數學的課程教學中。本文具體介紹了學院數學課程引入課堂化學學術辯論的教學實踐，包括課堂學術辯論的選題、融入課堂學術辯論的教學安排、學術辯論課的流程設計，以及課堂學術辯論對文科中學生的益處。實踐表明，課堂化學學術辯論有助提高學院數學課程的高階性、創新性和挑戰度，進而培養新時貼牌科學生的學習力、思想力和行動力。
關鍵詞學院數學；課堂學術辯論；啟發思辨；教學實踐
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2019年，華東理工學院提出新文科建設F計劃，努力培養“三創型”（創新、創造、創業）文科領軍人才。“新文科建設F計劃”可歸納為如下公式：F(p)=Pl×Pt×Pa，Pl（Powerof）代表學習力，Pt（Powerof）代表思想力，Pa（Powerof）代表行動力，只有擁有學習力、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]。怎么提升中學生的“三力”和創造性，并在教學中實現知識傳授、能力培養和素養增強的緊密結合，進而使學院數學課程適應新文科人才的培養要求，是筆者在從事學院數學教學過程中始終思索的問題。海森堡以前講過：“科學起源于討論,植根于交流。”但是，傳統的學院數學課堂教學通常只逗留在對一些“人為設計”和“理想化”的例題或數學定理進行討論的階段，欠缺對實際問題的深入探究，不利于須要處理復雜工程問題的新文科人才的培養。并且，課堂討論常常是任課班主任主導的，中學生只是被動參與，不利于打造學生自身的學習力、思想力和行動力。
中國學院生化學學術大賽（以下簡稱CUPT），是在全省院校大專生中舉辦的中學生團體學術比賽，以團隊合作的方式研究實際化學問題，以辯論的方式進行球賽[2]。華東理工學院是華北地區最早出席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院CUPT參賽中學生的選拔和指導工作，并與化學實驗中心老師一齊率領省隊中學生出席了學院生化學學術大賽的中南地區賽和全省賽，親眼見證了參賽中學生的綜合素養和創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大賽模式應用到學院數學的理論教學當中。因為CUPT賽題都是緊貼實際生活的開放性化學問題，只要選擇合適的數學問題，可使之成為學院數學教學中的重要一環，進而有效培養文科中學生剖析、思考、解決實際問題的學習力、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院將數學學術辯論融入學院數學課堂的具體教學實踐，涵蓋課堂化學學術辯論的選題、融入課堂學術辯論的學院數學教學安排、物理學術辯論課的流程設計，以及課堂化學學術辯論對文科中學生的益處。
1課堂化學學術辯論的選題
近些年來，已有北京學院、西安交通學院、華東理工學院、中國礦業學院、重慶學院等院校先后提出CUPT大賽模式可以融入學院化學實驗或化學專業實驗的教學中，因而培養中學生的自主學習能力、綜合實踐能力和創新能力[3-7]。并且，CUPT模式卻鮮見應用于學院化學的理論課教學中，其根本緣由是該大賽主要以實驗探究為主，參賽中學生辯論時也主要圍繞實驗細節進行討論，甚少會深入剖析其理論模型，但是絕大多數的指導老師都來自于各院校化學實驗中心。解決此問題的關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個數學問題，產生了一個初具規模的課堂化學學術辯論題庫。但因為學院數學是理論課，通常不具備進行實驗探求的條件，因而應當按照上課內容和進度選擇數學模型清晰的CUPT賽題，不宜選擇“自我發明”類或完全脫離教學大綱的題目。按照近些年來化學學術辯論在學院化學課堂教學的實踐經驗，筆者建議可以在學院化學第一學期（學院化學1）選擇“牛頓擺”和“聲漂浮”，學院化學第二學期（學院化學2）選擇“磁力小列車”和“居里點引擎”（具體題目見表1）。
首先，這四道題緊貼實際生活、實驗現象奇妙、物理內涵豐富，特別適宜在學院化學課堂上進行純理論研究和討論交流。學院化學1的教學重點是牛頓熱學、剛體熱學、機械震動和機械波、波動光學和熱力學。“牛頓擺”涉及牛頓熱學和質心熱學，而“聲漂浮”對應機械震動和機械波。學院化學2的教學重點是電磁學（電場、磁場、電磁感應、電磁波）和近代化學（狹義相對論和量子熱學初步）。學院化學對近代化學理論的學習深度自然無法對相關題目進行深入討論，所以“磁力小列車”和“居里點引擎”兩道題都選自電磁學部份。課堂化學學術辯論題目既立足于課本的內容，也要求中學生查閱文獻資料，能夠對該問題進行更深入的研究，才能讓文科中學生體驗“跳一跳才才能得著”的學習挑戰。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驗現象，還必須引入“彈簧質點”碰撞模型和“Hertz接觸理論”[8]。CUPT賽題當中也有大量有關流體熱學和自我發明的題目，假如選擇這兩類題目就偏離了學院化學的教學重點，不利于理論教學與學術辯論的內容銜接。據悉，題目的選擇也應當盡可能地結合中學生的專業，比如筆者在給華東理工學院電力大學和機械與車輛工程大學上學院數學課程時，分別選擇了“居里點引擎”和“磁力小列車”這兩道題，這樣更有利于學院數學課程與中學生將來的專業課程內容的有機銜接。
2融入課堂學術辯論的學院數學教學模式
為了讓課堂學術辯論有機融入學院數學課程教學的全過程，筆者遵循“以中學生發展為中心”理念，提出建立“啟發思辨”的學院數學教學模式（圖1）：“啟”——問題引導，啟迪化學；“發”——觀察現象，發覺化學；“思”——課后建模，思索化學；“辨”——學術辯論，辨物窮理。在學期開始之初，班主任在課堂上借助上述CUPT賽題及其視頻或演示實驗啟發和引導中學生，謂之“啟”；課堂上，中學生通過觀察實驗現象，自己初步發覺實驗背后的數學知識和規律，謂之“發”；課后中學生構建化學模型，通過理論估算和實驗模擬，讓中學生進一步思索該問題更深層次的化學內涵，謂之“思”；在學期中后期，舉辦“物理學術辯論課”（該課堂的教學設計見下一節），通過翻轉課堂進行學術辯論，最終實現辨物窮理，謂之“辨”。課堂學術辯論只是一個過程，最終讓中學生慎思化學才是“啟發思辨”大學化學教學模式的最終目的。通過“啟發思辨”的學院化學教學模式培養中學生主動學習、研究性學習和創造性學習。將整體引導和某些指導相結合，通過“問題引導”和“觀察現象”促進中學生的全員化發展，通過“課后建模”和“學術辯論”實現中學生的個性化發展。注重中學生在課堂中的主體地位，將課堂教學從封閉轉向開放，通過“問題引導”和“觀察現象”啟迪中學生思索，通過“課后建模”和“學術辯論”培養中學生能力，逐漸構建探究性的學院化學教學模式。
3化學學術辯論課的流程設計
化學學術辯論課是課堂學術辯論有機融入學院化學課程教學的重要一環，也是建立“啟發思辨”大學化學教學模式的最終呈現，其教學設計非常關鍵。CUPT賽題都是緊貼生活的開放化學問題，以化學知識為主體工科物理實驗，囊括物理、計算機、電子、材料、機械等眾多方面，重視探究性，特別適宜文科專業的專科生。CUPT即將大賽時，參賽中學生分成正方、反方和評論方，要求三方中學生就那些化學問題的基本知識、理論剖析、實驗研究、結果討論等進行辯論性交流，非常指出團隊協作、開放思維和抒發能力。正方對某一問題做陳述時，要求重點突出，包括實驗設計、實驗結果、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，總結正方報告的優點與缺點。評論方對正反方的陳述給出簡略評析。簡言之，化學學術辯論課可以通過“翻轉課堂”的方式，根據表2所示流程進行。將上述“課后建模”環節完成度較好的中學生分成三個小組，分別飾演“正方”“反方”和“評論方”，借助一節課45分鐘時間，參考CUPT的賽事方式（正方報告、正反方辯論、評論方總結）對該化學問題進行深入討論，讓中學生曉得自己化學模型的不足之處，并通過腦子風暴，建立并拓展該化學模型。任課班主任在此過程中用心傾聽，中學生辯論后與中學生進行師生討論，班主任點評強調問題所在并給出改進建議，最后按照中學生表現評定成績。
4課堂化學學術辯論的益處
首先，學院化學傳統的教學模式，中學生只是被動地接受，化學知識量不斷降低，但獲取知識的能力并沒有增強。而通過CUPT賽題的引導讓中學生“自主發覺”問題背后的數學知識，這除了可以提升中學生求知的熱情和學習的主動性，更重要的是，在此過程中可以讓中學生漸漸產生自身的“學習力”，讓她們日后面對復雜的工程問題也可以快速提取和學習問題背后的關鍵點和規律。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？機械與車輛工程大學中學生通過查閱文獻和自己思索就發覺，這個問題既可以用高中數學的通電鋁線圈在外磁場中所受安培力的反斥力來解釋[10]，也可以直接用學院數學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]。這些多角度剖析實際化學問題的方式，漸漸都會打造中學生的“學習力”，讓她們將來更好地解決復雜的車輛工程問題。
其次，學習知識的目的在于進一步延展甚至創造新的知識。學院化學作為所有文科專業的基礎，就學科發展而言，化學在歷史上曾延展并創造了目前諸多的工程學科和專業。文科中學生通過課后“探究式”的數學建模作業，將數學課堂學到的數學思想和方式延展至自己修讀的文科專業，創造新的數學模型解決實際問題，因而練就自身的“思想力”。諸如電力大學能源與動力工程專業中學生在研究和討論“居里點引擎”這道題時（圖2），通過剖析其數學模型和實驗現象，發覺居里點引擎目前不能用于實際發電的最主要誘因是能量轉化效率很低，因而提出好多居里點底盤的新構象來提高轉化效率，在這過程中漸漸產生自己的專業“思想力”。
最后，課堂化學學術辯論是一種“以中學生為中心，以行動力為主導”的課堂教學模式。中學生通過課前充分打算，在課堂上展示自己的研究成果，有助于培養中學生的抒發和分享知識的能力。中學生通過飾演“正方、反方和評論方”進行學術辯論和思維碰撞，曉得自身理解該數學問題的不足，重新多角度地思索并建立數學模型，進而培養出具有思辨精神的“行動力”。比如在“磁力小列車”題目中工科物理實驗，計算機科學與工程大學中學生通過仔細觀察實驗現象發覺，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。正方中學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。經過正反雙方的討論和辯題的計算機模擬，最終她們發覺螺線管的實際構象（銅絲圈非嚴格垂直于軸線）形成了小列車的切向分力，致使其繞自身旋轉。這些基于學術辯論的翻轉課堂既培養了中學生的思辨精神，更打造了她們借助專業知識解決實際問題的“行動力”。
5結語
近幾年化學學術辯論在華工學院化學課堂的教學實踐表明，課堂化學學術辯論有助于建立學院化學課程的“兩性一度”，這是教育部高等教育司局長吳巖所提出的“金課”標準，即高階性、創新性、挑戰度[12]。區別于理想化的課后習題，CUPT賽題是生活中的開放性化學問題，有利于培養中學生解決復雜問題的綜合能力和中級思維，使學院化學課程更具“高階性”。課堂學術辯論的教學方式彰顯了良好的先進性和互動性，使參與中學生的學習結果具有探究性和個性化，使學院化學課程更具“創新性”。解決CUPT的實際化學問題并通過課堂化學學術辯論的方式呈現，對老師備課和中學生課下都有一定難度，須要“跳一跳才才能得著”，使學院化學課程更具“挑戰度”。
同時，筆者也發覺化學學術辯論更適宜學院化學的大班教學，雖然每次真正參與課堂學術辯論的只有正反評三方共15名中學生，課堂上的其他中學生其實可以從三方的辯論中吸取化學“營養”，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”的環節，班主任可以約請現場其他中學生對正方或辯題進行提問；在“老師與朋友討論交流”環節，班主任不僅與正、反、評三方討論外，還要強化與現場其他中學生的互動，以降低她們的參與度。據悉，筆者也在嘗試借助“雨課堂”[13]等新型智慧教學手段進一步提高課堂上其他中學生的參與積極性，使課堂化學學術辯論可以更好地應用于規模更大的學院化學教學。
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作者簡介：鄺泉，男，華東理工學院副院長，主要從事匯聚態化學的教學與科研工作，研究方向為新型能源材料，。
引文格式:鄺泉,鄧文基,黃曉東,等.將課堂學術辯論融入文科學院化學的教學實踐[J].化學與工程,2022,32(6):11-15.
Citethis:KUANGQ,DENGWJ,HUANGXD,etal.ofinto[J].and,2022,32(6):11-15.(in)
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