摘要
华北理工学院坚持以中学生成长为中心，提出新文科建设F计划，努力培养“三创型”（创新、创造、创业）文科领军人才。借鉴中国学院生化学学术大赛（CUPT）模式，笔者建立了“启发思辨”的学院数学教学模式，可将数学学术辩论有机融入文科学院数学的课程教学中。本文具体介绍了学院数学课程引入课堂化学学术辩论的教学实践，包括课堂学术辩论的选题、融入课堂学术辩论的教学安排、学术辩论课的流程设计，以及课堂学术辩论对文科中学生的益处。实践表明，课堂化学学术辩论有助提高学院数学课程的高阶性、创新性和挑战度，进而培养新时贴牌科学生的学习力、思想力和行动力。
关键词学院数学；课堂学术辩论；启发思辨；教学实践
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2019年，华东理工学院提出新文科建设F计划，努力培养“三创型”（创新、创造、创业）文科领军人才。“新文科建设F计划”可归纳为如下公式：F(p)=Pl×Pt×Pa，Pl（Powerof）代表学习力，Pt（Powerof）代表思想力，Pa（Powerof）代表行动力，只有拥有学习力、思想力和行动力（简称“三力”）的人才能在未来的不确定性中找到前行的方向[1]。怎么提升中学生的“三力”和创造性，并在教学中实现知识传授、能力培养和素养增强的紧密结合，进而使学院数学课程适应新文科人才的培养要求，是笔者在从事学院数学教学过程中始终思索的问题。海森堡以前讲过：“科学起源于讨论,植根于交流。”但是，传统的学院数学课堂教学通常只逗留在对一些“人为设计”和“理想化”的例题或数学定理进行讨论的阶段，欠缺对实际问题的深入探究，不利于须要处理复杂工程问题的新文科人才的培养。并且，课堂讨论常常是任课班主任主导的，中学生只是被动参与，不利于打造学生自身的学习力、思想力和行动力。
中国学院生化学学术大赛（以下简称CUPT），是在全省院校大专生中举办的中学生团体学术比赛，以团队合作的方式研究实际化学问题，以辩论的方式进行球赛[2]。华东理工学院是华北地区最早出席CUPT的院校，从2012年至今多次获得全省赛的二、三等奖。笔者从2013年开始始终参与华东理工学院CUPT参赛中学生的选拔和指导工作，并与化学实验中心老师一齐率领省队中学生出席了学院生化学学术大赛的中南地区赛和全省赛，亲眼见证了参赛中学生的综合素养和创新能力在参赛过程中的快速提高。鉴于此，笔者近些年来不断在探求和尝试将CUPT大赛模式应用到学院数学的理论教学当中。因为CUPT赛题都是紧贴实际生活的开放性化学问题，只要选择合适的数学问题，可使之成为学院数学教学中的重要一环，进而有效培养文科中学生剖析、思考、解决实际问题的学习力、思想力和行动力。下边将详尽介绍笔者近些年来在华东理工学院将数学学术辩论融入学院数学课堂的具体教学实践，涵盖课堂化学学术辩论的选题、融入课堂学术辩论的学院数学教学安排、物理学术辩论课的流程设计，以及课堂化学学术辩论对文科中学生的益处。
1课堂化学学术辩论的选题
近些年来，已有北京学院、西安交通学院、华东理工学院、中国矿业学院、重庆学院等院校先后提出CUPT大赛模式可以融入学院化学实验或化学专业实验的教学中，因而培养中学生的自主学习能力、综合实践能力和创新能力[3-7]。并且，CUPT模式却鲜见应用于学院化学的理论课教学中，其根本缘由是该大赛主要以实验探究为主，参赛中学生辩论时也主要围绕实验细节进行讨论，甚少会深入剖析其理论模型，但是绝大多数的指导老师都来自于各院校化学实验中心。解决此问题的关键在于选择适宜课堂辩论的题目。CUPT从2010年至今已举行了12届，按每年17道赛题估算，目前已积累204个数学问题，产生了一个初具规模的课堂化学学术辩论题库。但因为学院数学是理论课，通常不具备进行实验探求的条件，因而应当按照上课内容和进度选择数学模型清晰的CUPT赛题，不宜选择“自我发明”类或完全脱离教学大纲的题目。按照近些年来化学学术辩论在学院化学课堂教学的实践经验，笔者建议可以在学院化学第一学期（学院化学1）选择“牛顿摆”和“声漂浮”，学院化学第二学期（学院化学2）选择“磁力小列车”和“居里点引擎”（具体题目见表1）。
首先，这四道题紧贴实际生活、实验现象奇妙、物理内涵丰富，特别适宜在学院化学课堂上进行纯理论研究和讨论交流。学院化学1的教学重点是牛顿热学、刚体热学、机械震动和机械波、波动光学和热力学。“牛顿摆”涉及牛顿热学和质心热学，而“声漂浮”对应机械震动和机械波。学院化学2的教学重点是电磁学（电场、磁场、电磁感应、电磁波）和近代化学（狭义相对论和量子热学初步）。学院化学对近代化学理论的学习深度自然无法对相关题目进行深入讨论，所以“磁力小列车”和“居里点引擎”两道题都选自电磁学部份。课堂化学学术辩论题目既立足于课本的内容，也要求中学生查阅文献资料，能够对该问题进行更深入的研究，才能让文科中学生体验“跳一跳才才能得着”的学习挑战。比如在“牛顿摆”题目中，只考虑碰撞过程的动量和能量守恒，以及空气阻力对牛顿摆的能量耗散未能完全解释实验现象，还必须引入“弹簧质点”碰撞模型和“Hertz接触理论”[8]。CUPT赛题当中也有大量有关流体热学和自我发明的题目，假如选择这两类题目就偏离了学院化学的教学重点，不利于理论教学与学术辩论的内容衔接。据悉，题目的选择也应当尽可能地结合中学生的专业，比如笔者在给华东理工学院电力大学和机械与车辆工程大学上学院数学课程时，分别选择了“居里点引擎”和“磁力小列车”这两道题，这样更有利于学院数学课程与中学生将来的专业课程内容的有机衔接。
2融入课堂学术辩论的学院数学教学模式
为了让课堂学术辩论有机融入学院数学课程教学的全过程，笔者遵循“以中学生发展为中心”理念，提出建立“启发思辨”的学院数学教学模式（图1）：“启”——问题引导，启迪化学；“发”——观察现象，发觉化学；“思”——课后建模，思索化学；“辨”——学术辩论，辨物穷理。在学期开始之初，班主任在课堂上借助上述CUPT赛题及其视频或演示实验启发和引导中学生，谓之“启”；课堂上，中学生通过观察实验现象，自己初步发觉实验背后的数学知识和规律，谓之“发”；课后中学生构建化学模型，通过理论估算和实验模拟，让中学生进一步思索该问题更深层次的化学内涵，谓之“思”；在学期中后期，举办“物理学术辩论课”（该课堂的教学设计见下一节），通过翻转课堂进行学术辩论，最终实现辨物穷理，谓之“辨”。课堂学术辩论只是一个过程，最终让中学生慎思化学才是“启发思辨”大学化学教学模式的最终目的。通过“启发思辨”的学院化学教学模式培养中学生主动学习、研究性学习和创造性学习。将整体引导和某些指导相结合，通过“问题引导”和“观察现象”促进中学生的全员化发展，通过“课后建模”和“学术辩论”实现中学生的个性化发展。注重中学生在课堂中的主体地位，将课堂教学从封闭转向开放，通过“问题引导”和“观察现象”启迪中学生思索，通过“课后建模”和“学术辩论”培养中学生能力，逐渐构建探究性的学院化学教学模式。
3化学学术辩论课的流程设计
化学学术辩论课是课堂学术辩论有机融入学院化学课程教学的重要一环，也是建立“启发思辨”大学化学教学模式的最终呈现，其教学设计非常关键。CUPT赛题都是紧贴生活的开放化学问题，以化学知识为主体工科物理实验，囊括物理、计算机、电子、材料、机械等众多方面，重视探究性，特别适宜文科专业的专科生。CUPT即将大赛时，参赛中学生分成正方、反方和评论方，要求三方中学生就那些化学问题的基本知识、理论剖析、实验研究、结果讨论等进行辩论性交流，非常指出团队协作、开放思维和抒发能力。正方对某一问题做陈述时，要求重点突出，包括实验设计、实验结果、理论剖析以及讨论和推论等。辩题按照正方陈述中的不足或则谬论提出指责，总结正方报告的优点与缺点。评论方对正反方的陈述给出简略评析。简言之，化学学术辩论课可以通过“翻转课堂”的方式，根据表2所示流程进行。将上述“课后建模”环节完成度较好的中学生分成三个小组，分别饰演“正方”“反方”和“评论方”，借助一节课45分钟时间，参考CUPT的赛事方式（正方报告、正反方辩论、评论方总结）对该化学问题进行深入讨论，让中学生晓得自己化学模型的不足之处，并通过脑子风暴，建立并拓展该化学模型。任课班主任在此过程中用心倾听，中学生辩论后与中学生进行师生讨论，班主任点评强调问题所在并给出改进建议，最后按照中学生表现评定成绩。
4课堂化学学术辩论的益处
首先，学院化学传统的教学模式，中学生只是被动地接受，化学知识量不断降低，但获取知识的能力并没有增强。而通过CUPT赛题的引导让中学生“自主发觉”问题背后的数学知识，这除了可以提升中学生求知的热情和学习的主动性，更重要的是，在此过程中可以让中学生渐渐产生自身的“学习力”，让她们日后面对复杂的工程问题也可以快速提取和学习问题背后的关键点和规律。诸如“磁力小列车”（题目详情见表1）是一道很有趣的题目，两块吸铁石和一省电池就可弄成一辆动力爆棚的小列车，在各类铜螺线管搭建的轨道中快速穿输，略带点电磁轨道炮[9]的口感。那磁力小列车的动力来源是哪些呢？机械与车辆工程大学中学生通过查阅文献和自己思索就发觉，这个问题既可以用高中数学的通电铝线圈在外磁场中所受安培力的反斥力来解释[10]，也可以直接用学院数学的毕奥萨伐尔定理剖析吸铁石在闭合回路两端的不均匀磁场中所受合力[11]。这些多角度剖析实际化学问题的方式，渐渐都会打造中学生的“学习力”，让她们将来更好地解决复杂的车辆工程问题。
其次，学习知识的目的在于进一步延展甚至创造新的知识。学院化学作为所有文科专业的基础，就学科发展而言，化学在历史上曾延展并创造了目前诸多的工程学科和专业。文科中学生通过课后“探究式”的数学建模作业，将数学课堂学到的数学思想和方式延展至自己修读的文科专业，创造新的数学模型解决实际问题，因而练就自身的“思想力”。诸如电力大学能源与动力工程专业中学生在研究和讨论“居里点引擎”这道题时（图2），通过剖析其数学模型和实验现象，发觉居里点引擎目前不能用于实际发电的最主要诱因是能量转化效率很低，因而提出好多居里点底盘的新构象来提高转化效率，在这过程中渐渐产生自己的专业“思想力”。
最后，课堂化学学术辩论是一种“以中学生为中心，以行动力为主导”的课堂教学模式。中学生通过课前充分打算，在课堂上展示自己的研究成果，有助于培养中学生的抒发和分享知识的能力。中学生通过饰演“正方、反方和评论方”进行学术辩论和思维碰撞，晓得自身理解该数学问题的不足，重新多角度地思索并建立数学模型，进而培养出具有思辨精神的“行动力”。比如在“磁力小列车”题目中工科物理实验，计算机科学与工程大学中学生通过仔细观察实验现象发觉，小列车不但有顺着铝线圈轴向的平动，小列车还有绕自身对称轴的旋转。正方中学生一开始只晓得小列车平动的缘由，但不晓得是哪些形成了沿自身轴的扭矩，因而造成小列车旋转。经过正反双方的讨论和辩题的计算机模拟，最终她们发觉螺线管的实际构象（铜丝圈非严格垂直于轴线）形成了小列车的切向分力，致使其绕自身旋转。这些基于学术辩论的翻转课堂既培养了中学生的思辨精神，更打造了她们借助专业知识解决实际问题的“行动力”。
5结语
近几年化学学术辩论在华工学院化学课堂的教学实践表明，课堂化学学术辩论有助于建立学院化学课程的“两性一度”，这是教育部高等教育司局长吴岩所提出的“金课”标准，即高阶性、创新性、挑战度[12]。区别于理想化的课后习题，CUPT赛题是生活中的开放性化学问题，有利于培养中学生解决复杂问题的综合能力和中级思维，使学院化学课程更具“高阶性”。课堂学术辩论的教学方式彰显了良好的先进性和互动性，使参与中学生的学习结果具有探究性和个性化，使学院化学课程更具“创新性”。解决CUPT的实际化学问题并通过课堂化学学术辩论的方式呈现，对老师备课和中学生课下都有一定难度，须要“跳一跳才才能得着”，使学院化学课程更具“挑战度”。
同时，笔者也发觉化学学术辩论更适宜学院化学的大班教学，虽然每次真正参与课堂学术辩论的只有正反评三方共15名中学生，课堂上的其他中学生其实可以从三方的辩论中吸取化学“营养”，但她们的参与度是有待提升的。因而，在“反方打算”和“评论方打算”的环节，班主任可以约请现场其他中学生对正方或辩题进行提问；在“老师与朋友讨论交流”环节，班主任不仅与正、反、评三方讨论外，还要强化与现场其他中学生的互动，以降低她们的参与度。据悉，笔者也在尝试借助“雨课堂”[13]等新型智慧教学手段进一步提高课堂上其他中学生的参与积极性，使课堂化学学术辩论可以更好地应用于规模更大的学院化学教学。
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基金项目：2020年度江苏省高等教育教学变革项目（基于“学生中心内循环”建设学院化学一流课程），教育部高等中学学院化学课程教学指导委员会教研项目（），华北理工学院校级教研教改项目（,）。
作者简介：邝泉，男，华东理工学院副院长，主要从事汇聚态化学的教学与科研工作，研究方向为新型能源材料，。
引文格式:邝泉,邓文基,黄晓东,等.将课堂学术辩论融入文科学院化学的教学实践[J].化学与工程,2022,32(6):11-15.
Citethis:KUANGQ,DENGWJ,HUANGXD,etal.ofinto[J].and,2022,32(6):11-15.(in)
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