1. 引言
在经济全球化与教育国际化的浪潮下，高等教育领域正经历着深刻变革。一方面，全球人才竞争日益激烈，使得国际化教育成为培养具备全球视野、跨文化交流能力和国际竞争力人才的关键路径。另一方面，国际环境正经历着复杂且深刻的变化，传统“出国留学”模式面临着诸多挑战。在此背景下，“在地国际化”(Internationalization at Home, IaH)理念应运而生并迅速发展[1]。它突破了地理和文化的限制，致力于在本土校园内为学生营造国际化的学习环境，将国际先进的教育理念、课程体系、教学方法以及多元文化元素有机融入日常教学。国际学界对IaH的研究中，核心在于将国际维度系统性融入本土教学，而非简单复制海外模式。同时，IaH强调全英文教学(EMI)需实现“内容–语言–文化”的三维融合。这一理念既契合了高等教育培养国际化人才的时代需求，又兼顾了教育的本土特色与实际情况，为高校教育教学改革开辟了新的方向，成为众多高校提升教育质量、培养适应全球化发展人才的重要战略选择。
《结构化学》作为化学学科的核心分支，聚焦于原子、分子和晶体的微观结构及其与宏观性质间的关联，是化学专业学生理解化学反应本质、探索物质特性的重要理论基石[2]。《结构化学》的每一次理论突破和技术革新，都极大地推动了整个化学领域的进步。随着“人工智能”技术的爆炸式发展，《结构化学》的重要性显得更为突出；其使得研究者可以从物质的底层结构出发，在材料设计、药物开发等应用中获得变革性的突破[3]。
但是，《结构化学》课程的特点，给其全英化授课带来了多方面的困难与挑战。一方面，作为一门理论化学课程，《结构化学》中的内容较为抽象，知识点众多，素来以“教师难讲，学生难学”而著称，是本科阶段相关专业难度最大的课程之一[4]。而全英教学不可避免地增加了教师教学与学生学习的难度。另一方面，与《结构化学》相匹配的英文教材非常稀缺，相关英文教科书的编排与中文教材多有区别，这也给全英教学的开展带来了挑战。此外，如何在全英教学中进行课程思政建设，同样是需要解决的问题。我校广州国际校区在2019年起探索“在地国际化”办学，实践“新工科”人才培养的新模式[5]。在此背景下，我们对《结构化学》全英文课程的建设进行了探索，在教学内容、教学方式、课程思政等方面做了改革，以实现“国际化与本土化平衡”的要求，与“专业知识与语言能力协同培养”的目标。
2. 课程目标
作为一门包含大量前沿科学内容的理论化学课程，本课程对学生学习的整体目标为：通过学习本课程，学生需要在“世界观”和“方法论”上面得到提升(图1)。一方面，学生在学完本课程之后，需要对客观物质世界的“底层”结构和运行规律有全新的认识。特别地，需要了解和接受微观世界“底层”的波动属性。在此基础上，对特定的物理、化学现象有更为深入和本质的理解。另一方面，学生在学习本课程之前，所了解的只有经典物理学范畴内的方法。而学生在学完本课程之后，需要掌握利用“波动力学”和“晶体学”分析微观体系的手段。
Figure 1. The course objectives of this course
图1. 本课程的课程目标
3. 课程内容的设计
教学内容既是教学目标的载体，也是课程设计的核心，直接影响着教学过程的各个环节以及最终的教学质量。《结构化学》全英课作为本校“分子科学与工程”与“软物质科学与工程”的专业核心课程之一，在整体教学内容上参照《高等学校化学类专业指导性专业规范》，保证基础知识框架稳定的同时，又充分考虑了英文原版教材的选用问题，以及学生对全英授课的适应性。
在设计全英课的教学内容时，我们首先对经典中文教材的内容进行梳理和重构，形成了模块化的内容板块。同时，根据新工科专业的特点及开展科研实践的需求，我们增加了部分与科研实践相关的内容。在此基础上，我们尝试使用多本原版英文教材的组合作为教学用书，并对教学内容的细节进行了完善。基于Sweller的认知负荷理论，课程内容的模块化重构(量子力学、晶体学等板块划分)具有明确合理性。通过梳理知识内在逻辑、匹配学生先修课程体系，可降低信息加工的认知负荷，这与认知负荷理论中“优化信息呈现以提升学习效率”的核心观点一致，为全英教学中抽象知识的传递提供了理论支撑。
Figure 2. Division of course content sections
图2. 课程内容的板块划分
在经典的《结构化学》中文教材中，包括了量子理论、原子结构、分子结构、分子对称性、晶体结构等章节(图2) [6]。基于知识的内在属性和逻辑关联，我们对这些内容重新进行了归属，将其分为“量子力学”、“晶体学”和“普通化学”等三部分内容。综合考虑学生的先修课程等因素，我们保留了量子力学和晶体学的部分，并补充了X射线衍射和电子衍射的相关内容。最终，我们将课程分成了三个板块(图2)。“板块一”为量子力学基础，主要介绍量子力学的基本原理和方法。课程以近百年的量子力学发展史为背景，结合重要的时间点和时间，对量子力学的重点内容进行介绍。本部分内容可以让学生对量子力学的知识体系有初步的了解，并初步掌握利用波动力学的方法对模型体系进行计算分析。“板块二”包括原子结构和分子结构，主要通过量子力学的基本方法处理实际的原子和分子体系，重点在于从量子力学的基础出发，获取对原子结构、分子结构、化学键的本质更为清晰的认识，加深对于相关专业知识的理解。“板块三”涵盖了晶体学的基本理论，重点在于帮助学生从点阵和对称入手，建立起晶体学的体系。同时，课程还对衍射的原理和方法进行了介绍，为学生在本科阶段开展科研实践提供指导。通过内容重构，可以使学生更为清晰地理解课程的底层逻辑，使其既见“树木”，又见“森林”。
4. 教材的选用
在《结构化学》全英课的建设中，教材的选用是重点和难点之一。长期以来，该课程面临着英文原版教材适配性不足的困境，难以满足教学需求。为了解决这一问题，本课程选择了三本英文原版教材共同作为教学用书，分别是《Atkins’ Physical Chemistry》(第七版，高等教育出版社影印版)、《Advanced Structural Inorganic Chemistry》(牛津大学出版社)和《Crystals and Crystal Structures》(Wiley出版社) (图3)。
Figure 3. The original English textbooks selected for this course
图3. 本课程选用的英文原版教材
《Atkins’ Physical Chemistry》内容全面且深入，尤其在量子力学、分子结构等方面，为学生提供了扎实的理论基础。其对复杂概念的阐述逻辑清晰，配合丰富的图表和实例，降低了学生理解抽象知识的难度。例如，在讲解分子轨道理论时，通过生动的图形展示和详细的数学推导，帮助学生直观地理解分子轨道的形成和性质，为后续深入学习结构化学知识奠定了坚实的基础。
《Advanced Structural Inorganic Chemistry》是北京大学周公度教授参与撰写的英文教材，其中的部分内容与周公度教授的经典中文教材《结构化学基础》具有一致性，方便学生对照学习。
《Crystals and Crystal Structures》由卡迪夫大学Richard Tilley教授编著，深入浅出地介绍了晶体学相关的内容，文字通俗易懂、配图清晰直观，是一本非常适用于初学者的教材。与传统教材中直接给出定义的方式不同，该书从点阵和对称性入手，清晰展示了晶体学的底层逻辑与表述方式。基于该教材，我们对于课程中的教学内容和讲授思路做了较大幅度的调整，帮助学生建立起清晰的知识框架。
组合式教材的选用，有效弥补了《结构化学》全英课教材的不足。它们在知识体系上相互补充，从不同角度为学生呈现了《结构化学》的丰富内涵，不仅满足了教学需求，还为学生提供了国际化的学习氛围，使学生能够接触到国际前沿的学术思想和研究成果，提升了学生的专业素养和国际视野，为培养具有国际竞争力的高素质人才提供了有力的支持。
5. 思政素材的挖掘
《结构化学》中含有大量的思政素材。这些素材在实现教学思政的同时，还可以提高学生的学习兴趣，提升教学质量[7]。在本课程中，我们将思政素材分为了两类：“历史素材”与“现实素材”。一方面，《结构化学》里面主要的内容都是近现代的科学进展。国内外的相关科学家是在过去一百年间显著影响人类科学发展、甚至世界格局的人物。这些科学家的生平事迹都是非常鲜活和真实的。通过科学家的事迹和近现代科学史，可以让学生知道“公式背后的故事”，了解人类科技进步的真实过程，启发学生思考如何利用自己所学的知识造福人类。例如，在量子力学的发展过程中，有很多著名的科学家都在某个阶段犯过“错误”，甚至阻碍过科学的发展。比如，著名的“薛定谔的猫”就是薛定谔提出的一个思想实验，用于质疑叠加态的存在；但事实最终证明态叠加是正确的[8]。又如，著名科学家尼尔斯·玻尔为自己的家族设计了族徽，其主体为中国传统的太极图案[9]。玻尔认为太极图案与其提出的“互补理论”之间具有哲学上的相似性。这一点不仅可以帮助同学更好地理解相关知识，也可以培养他们对于中华传统文化的热爱与文化自信。跨文化交际理论中的文化维度理论指出，思政元素的融入需兼顾文化共情与价值包容。本课程选取的素材，既避免单一文化视角的局限，又通过文化共通点增强学生的跨文化理解，恰是该理论在教学实践中的具体应用。
另一方面，《结构化学》中有大量与当前社会发展密切相关的内容，这些同样也是优质的思政素材。例如，在近十年(2013~2023)的“世界十大科技进展”和“中国十大科技进展”中，每年都有与《结构化学》相关的内容(表1)。向同学介绍这些前沿的科技成果，可以帮助他们加深对相关知识的理解，同时增强他们的学习兴趣。
Table 1. “Top 10 Scientific and Technological Advances in China/World” Related to the Content of Structural Chemistry in the past decade
表1. 近十年与《结构化学》中内容相关的“中国/世界十大科技进展”
年度 |
中国十大科技进展 |
世界十大科技进展 |
2023 |
玻色编码纠错延长量子比特寿命 |
迄今最小粒子加速器问世 |
2022 |
实现超冷三原子分子的量子相干合成 |
量子纠缠获得诺贝尔奖 |
2021 |
可编程二维62比特超导处理器“祖冲之号”的量子行走 |
科学家用Al技术破解蛋白质结构预测难题 |
2020 |
解析首个新冠病毒蛋白质三维结构 |
冷冻电镜技术突破原子分辨率障碍 |
2019 |
破解硅藻光合膜蛋白超分子结构和功能之谜 |
“量子优势”被成功演示 |
2018 |
首次在超导块体中发现马约拉纳任意子 |
科学家在原子层面“无缝缝制”两种晶体 |
2017 |
实验发现三重简并费米子、世界首台光量子计算机诞生 |
华人科学家宣布发现“天使粒子” |
2016 |
在国际上首次揭示水的核量子效应 |
科学家首次实现同处两地的“薛定谔猫”–量子双模式猫态 |
2015 |
首次实现多自由度量子隐形传态、剪接体高分辨率
三维结构获解析、首次发现外尔费米子 |
单个光子“纠缠”3000个原子 |
2014 |
合成出具有空前硬度和热稳定性的纳米孪晶金刚石 |
确认117号元素 |
2013 |
首次在实验中发现量子反常霍尔效应 |
首次发现人类DNA存在四链螺旋结构 |
6. 实施过程中遇到的问题及解决方案
在《结构化学》全英课的讲授过程中，主要遇到了两方面的问题。一方面，学生的英语水平参差不齐。部分学生英语基础扎实，能够轻松应对全英教学，可以积极参与课堂讨论、阅读英文文献；但也有相当一部分学生英语能力较弱，在理解专业英文术语、跟上全英授课节奏方面存在困难。这导致在教学过程中，教师难以把握教学进度和难度，难以满足不同层次学生的学习需求，部分英语薄弱学生学习积极性受挫。另一方面，与中文教学资源相比，本课程全英教学资源仍相对匮乏，难以全面覆盖课程的各个知识点和深度要求。同时，优质的多媒体教学资源，如与课程相关的英文动画、视频、模拟软件等也不足，无法充分满足多样化教学方法的实施需求，限制了教学效果的提升。
针对上述两个问题，我们提出了针对性的解决方案。学院增强了对一年级新生专业英文能力的培训和提升。例如，开设结构化学专业英语辅导班，针对课程中的重点词汇、语法和专业文献阅读进行专项训练；邀请外教开设了小班口语课及英语角，通过面对面的高强度交流，帮助学生提高英语水平。同时，我们成立了教学团队，尝试自主开发多媒体教学资源，如制作结构化学相关的英文动画、视频等。此外，针对现有教学资源进行合理调配，根据课程需求和学生实际情况，优先保障重点教学内容和关键教学环节的资源使用。
7. 结语局限性与未来挑战
尽管本课程在“在地国际化”框架下取得了一定的实践成效，但在推进过程中仍面临若干待解难题，需进行批判性反思。首先，课程思政的文化适配性存在局限。现有思政素材虽兼顾中外案例，但在国际学生占比提升的背景下，部分中国本土化案例的跨文化阐释力不足，可能导致非本土学生对思政内涵的理解流于表面。同时，思政元素与专业知识的融合仍存在“两张皮”风险。例如，在讲解晶体对称性时插入“中国传统剪纸艺术中的对称美学”，虽增强了文化关联，但部分学生反馈其与晶体学核心逻辑的衔接不够紧密，存在刻意植入感。第二，模块化教学的知识整合挑战。基于认知负荷理论的内容重构虽降低了抽象知识的理解门槛，但模块化划分可能导致知识碎片化。例如，量子力学板块与晶体学板块的衔接依赖学生自主关联，部分学生反映难以将“波函数对称性”与“晶体点阵对称性”形成逻辑闭环，需进一步设计跨板块的综合性案例。第三，评价体系的全面性不足。当前过程性评价侧重“专业英语表达”和“知识掌握”，但对“跨文化协作能力”“国际视野”等IaH核心目标的评估缺乏量化指标。例如，难以通过现有方式衡量学生是否真正理解“中外科学家在量子力学发展中的互补贡献”，需探索融入跨文化反思日志、国际议题辩论等新型评价工具。第四，教学资源的可持续性压力。组合式英文教材虽解决了适配性问题，但不同教材的术语体系、表述逻辑存在差异，需持续投入精力进行术语统一与内容衔接；自主开发的虚拟仿真资源虽受欢迎，但更新速度滞后于结构化学前沿，长期维护需依赖跨学科团队支持。
这些局限性既暴露了“在地国际化”课程建设中“本土化”与“国际化”的深层张力，也为后续改革指明了方向。需在文化融合的深度、知识体系的系统性、评价维度的全面性等方面持续突破，构建更具韧性的课程生态。
8. 结语
围绕新工科背景下的“在地国际化”人才培养需求，我们探索了《结构化学》全英课程的建设和教学改革。我们从教学内容、教材选用、教学方法等方面入手进行了课程建设。课程开设以来，课程在教学质量和学生学习效果方面均取得了显著提升。本研究基于华南理工大学广州国际校区的实践展开，其成果的形成依赖于特定情境：作为聚焦“新工科”的国际化校区，学生群体英语基础整体较好，且依托前沿软物质学院的学科优势，具备跨学科教学团队和充足的教学资源。因此，本课程的模式更适用于那些具备国际化办学基础、学科实力较强且学生英语能力适配的高校或校区。对于资源有限的院校，可简化教材组合，减少自主开发虚拟资源的投入，转而利用开源教育平台的共享素材。总之，“在地国际化”课程建设需避免“一刀切”，应根据高校的资源禀赋、学生特质和学科定位灵活调整，核心是在“国际化”与“本土化”、“专业性”与“可行性”之间找到动态平衡。
基金项目
本文获得了广东省本科高校教学质量与教学改革工程–高等教育教学改革项目、华南理工大学本科教研教改项目的资助。
NOTES
*通讯作者。