鄢红，北京化工大学化学学院教授。

中国大学MOOC课程“计算化学”课程负责人，主讲的该课程2020年获得首批国家级一流本科课程（线上线下混合式一流课程）认定。

“计算化学”是化学、数学和计算机科学等多学科知识相结合的一门新兴的综合性交叉课程。它运用数学与计算机科学的方法，进行化学、化工的数据与信息处理、实验设计、物质结构和反应分析与预测，是我们基于多学科交叉的学科发展趋势，结合我校“全面提高学生素质，培养学生创新能力”的人才培养目标，面向化学类相关专业开设的特色课程。经过20多年的研究与实践，目前“计算化学”已建设成为同名国家级精品课程、国家级精品资源共享课以及MOOC。2020年该课程获得“首批国家级一流本科课程（线上线下混合式一流课程）”认定。

一、开展线上线下混合式教学的实践基础

“计算化学”的教材选用我校自编的计算化学教材，课程内容充分体现了理论密切联系实践的思想，理论课（24学时）以化学中常用的数值计算方法为主线，系统介绍化学与化学工程中的应用实例，内容体现基础性和前沿性。实践课教学（32学时）以化学的二级学科分类为主线，始终围绕解决化学、化工中的实际课题，让学生自己动手建立相关的数学模型，选择恰当的数值计算方法和分子模拟软件，完成编程、上机操作及大作业，使学生通过上机实践，掌握和理解各种计算方法在化学中的应用，内容具有实践性和挑战性。在以往纯线下教学中，学生在课堂上对理论课中的计算方法原理很难理解透彻，课堂的互动性不够；在实践课中，学生预习不充分，完成实践后的结果不能很好地进行分析。针对这些教学中的痛点，自2018年以来，我们开展了基于MOOC的线上线下混合式教学实践，在教学中，以学生学习为中心，做到线上线下、课内外密切融合，以达到课程在知识、能力和素质三方面的教学目标。

二、混合式教学的基本环节

“计算化学”混合式教学过程如图1所示。

图1 “计算化学”混合式教学的基本环节

学生首先通过线上观看视频完成预习，完成相关课前练习，线下课堂基于成果导向（OBE）理念，采用BOPPPS有效教学结构，以学生的探究活动为主线，教师创设情境启发、引导，学生自主探究、思考、讨论、课后在相关的实践课上进行上机实践，并完成线上练习和测验。课堂注重发挥学生的主体作用，让学生在学习中探究、在探究中学习，培养学生实现理论知识和实践知识相融合、创新思维和计算机技能相融合的学习能力。

在教学设计上体现一定的创新性、挑战度，充分发挥学生的主观能动性并与实践相结合，采用基于MOOC的混合式教学手段及多元教学方法进行教学。通过学生的探索加上教师的引导，使学生的探究逐步走向深入，从中体会到探究的乐趣、知识的魅力、实践的价值，锻炼学生的反思性思维，并培养学生严谨求实的科学素养。突出了课外调动学生学习的主动性，课内注重体现师生互动，调动学生学习的积极性，以达到实现 学生学习为中心，线上线下、课内课外密切融合 的目标。

三、混合式教学的实现

“计算化学”通过国家级精品课程、国家级精品资源共享课的建设，积累了丰富的线上资源基础。我们自行建设开发的“计算化学”MOOC于2018年在中国大学MOOC平台上线，是目前该平台上唯一的同类课程,目前已开课5轮，截至2020年12月20日，总选课人数达9300人。MOOC上的视频讲授与理论课程同步，同时提供丰富的练习和测验习题，在授课视频中均穿插课间提问，并提供作业上传通道、课堂讨论区和答疑讨论区。

在教学中，我们线上线下密切结合，在理论课程部分的每一章节中安排线上预习，慕课堂互动等环节共6学时；在实践课中安排线上预习，线上完成报告等环节共6学时。线上学时占总学时21%。在线上线下混合式教学中，学生通过线上预习，对理论课中的计算方法原理在课堂上达到了充分理解；通过慕课堂互动、翻转课堂及学生线上作业互评、线上讨论区互动，增强了学生的课程参与度；在实践课中，学生通过线上预习，对上机原理加深了理解，实践报告形成电子版上传，促进了学生对实践结果及其与化学知识的联系进行更深入的分析。

图2 学生使用慕课堂参加课堂测验

在课程内容的改革中，注重全面提升知识和能力素质，强调学科交叉与融合，突出课程创新。 采用多种现代化教学手段及多元教学方法进行教学，达到线下线上的深度融合。 树立新的质量观，重视课程的过程性评价，考核方式多元化使学生忙起来。 期末总成绩构成包括： 期末上机大作业（40%），线上MOOC成绩（15%），上机实践作业（线下25%，线上15%），平时理论课考勤及小测验（5%）。

教学设计突出高阶性，注重培养学生的高级思维能力。教师与部分本科生、研究生组成团队共同参与改革，用具有挑战性的化学、化工中的实际课题带动探索式的改革，使之转化为计算化学课程内容。形成以教师为主导，学生为主体并积极参与，师生结合共同进行改革，教学相长、科教相长的师生双赢新局面。经过线上线下混合教学实践，学生应用计算化学方法解决实际问题的能力显著提高。学生对课程普遍持肯定和欢迎态度。

在以往的教学改革中，包含“计算化学”课程建设的成果获国家级优秀教学成果奖2项，“计算化学”课程团队获北京市高等教育教学成果一等奖2项，二等奖1项，获北京化工大学优秀教学成果一等奖2项，优秀教学软件一等奖1项，公开发表教学研究论文共13篇。2021年，课程获评北京化工大学课程思政示范课程，团队获北京化工大学首届教师教学创新大赛特等奖并进入北京市市赛现场评审环节。

当前，学科交叉已成为科学发展的趋势，一流课程的建设更需要进一步强化。我们将抓住这个难得的发展机遇，继续依托我校化学学科优势，进一步深化计算化学的课程建设改革，进一步加强内涵发展，将实践论、认识论、辩证唯物主义等课程思政元素不断融入课程的教学中，完善和构建更适合本课程的线上线下混合教学模式。

北京化工大学 鄢红

化学与数学、计算机科学的交叉融合——这就是计算化学。把计算方法变成编程语言，或利用计算工具软件，让复杂的化学、化工问题变得简单而有趣。本课程主要内容是运用数学、统计学与计算机科学的方法，进行化学、化工中的数据与信息的处理、分类、解析和预测。 返回搜狐，查看更多