基于互聯(lián)網(wǎng)+“新工科”工程化學(xué)教學(xué)模式的構(gòu)建

宿 輝,原小寓，劉 英，肖 雪，王曉丹

(黑龍江工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

隨著國際競爭的日益激烈，我國開始實施“中國制造2025”“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國”等重大戰(zhàn)略，迫切需要培養(yǎng)大批“新工科”人才[1]。化學(xué)是重要的自然科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，推動著人類歷史的發(fā)展與變革，無論古時鉆木取火、冶銅煉鐵，還是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)，處處都有化學(xué)的功績，當(dāng)今隨著科技迅猛發(fā)展，化學(xué)的作用愈發(fā)重要。“工程化學(xué)”是高等院校土木、車輛、機(jī)械、材料等非化學(xué)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，密切聯(lián)系材料保護(hù)、食品檢驗、環(huán)境污染等實際應(yīng)用問題講授化學(xué)基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、探究意識等，是適應(yīng)“新工科”人才培養(yǎng)的重要課程。但一方面“新工科”人才培養(yǎng)需要增加學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)，另一方面又面臨課時壓縮、現(xiàn)有教學(xué)模式單一等不足，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果及適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[2-3]。十八大以來，我國各類學(xué)校互聯(lián)網(wǎng)接入比例已超過90%，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”為解決二者矛盾，培養(yǎng)“新工科”人才提供了契機(jī)[4-5]。本文以“工程化學(xué)”為例，探討基于互聯(lián)網(wǎng)+，適合“新工科”理念的課程體系、教學(xué)模式的構(gòu)建，通過互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)，將教學(xué)資源共享、網(wǎng)絡(luò)化，將微課、翻轉(zhuǎn)課堂、手機(jī)app、微信群等引入教學(xué)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使其自主學(xué)習(xí)、快樂學(xué)習(xí)，逐步把化學(xué)的知識理論規(guī)律與工程技術(shù)實踐結(jié)合起來，運(yùn)用化學(xué)的規(guī)律、原理，思考、分析、解釋環(huán)境、能源、材料、生命等領(lǐng)域的工程實踐問題。

1 “新工科”簡介

金融危機(jī)后，“再工業(yè)化”成為美國等發(fā)達(dá)國家提升競爭優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略，對我國的工業(yè)化進(jìn)程將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，迫切需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才。事實上，我國擁有世界上最大規(guī)模的工程教育。2016年，工科本科在校生達(dá)538萬人，畢業(yè)生123萬人[6-7]，但理論與實踐脫節(jié)，就業(yè)形勢并不樂觀。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力，更注重學(xué)科實用性、交叉性及綜合性的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。

“新工科”是我國工程教育改革的新探索，教育部先后出臺了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”——“新工科”建設(shè)三部曲，發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實踐項目的通知》等文件[8]，推進(jìn)“新工科研究與實踐”項目實施。

2 “工程化學(xué)”在“新工科”人才培養(yǎng)中的地位和作用

教育部教育發(fā)展研究中心馬陸亭研究員認(rèn)為，新工科更加凸顯學(xué)科交叉與綜合的特點，以理科為基礎(chǔ)的工科具有“新工科”的特點。中科院院長白春禮院士強(qiáng)調(diào)化學(xué)是最具有創(chuàng)新性的學(xué)科，引導(dǎo)著發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造，支撐了人類社會可持續(xù)發(fā)展，引領(lǐng)了科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步，并發(fā)展出材料、食品、環(huán)境、生物等多個分支學(xué)科。“工程化學(xué)”是高等院校非化學(xué)專業(yè)低年級開設(shè)的重要基礎(chǔ)課程，該課程從物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)出發(fā)，探討現(xiàn)代工程技術(shù)問題，如食品安全與檢測、環(huán)境污染與保護(hù)、生命健康及延續(xù)、新能源開發(fā)與利用、新材料制備與應(yīng)用等，深入淺出地介紹有現(xiàn)實和潛在應(yīng)用價值的化學(xué)知識，使學(xué)生在后續(xù)課程學(xué)習(xí)和未來工作中有意識地運(yùn)用化學(xué)的觀點去思考、分析和解決工程技術(shù)、社會現(xiàn)象中的相關(guān)問題。對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、創(chuàng)造意識、學(xué)科交融，提高其工程素質(zhì)具有重要作用。

3 “工程化學(xué)”課程改革的思路和舉措

3.1 聯(lián)系高中化學(xué)，由淺入深，增加親近感

3.2 更新教學(xué)內(nèi)容，貼近生活、專業(yè)，培養(yǎng)人文情懷

“工程化學(xué)”是土木、車輛、機(jī)械、能源等非化學(xué)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，但學(xué)生常會覺得離本專業(yè)較遠(yuǎn)，不重視或內(nèi)容枯燥，沒意思。因此要根據(jù)授課專業(yè)更新教學(xué)內(nèi)容。結(jié)合“新工科”的內(nèi)涵和授課專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，對課程基礎(chǔ)理論、基本應(yīng)用、知識拓展所占比例結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，增加如下內(nèi)容：1)生活中的實例：通過對生活中的一些常見現(xiàn)象，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生。例如講解稀溶液依數(shù)性時，提問北方冬天戶外水缸為什么比醬缸易凍裂？樹木頂端葉片蔫了，為什么根部澆水即可？生理鹽水為什么要控制一定濃度等？先聽學(xué)生的回答，再評價并通過化學(xué)原理加以解釋，從而激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心。2)科技發(fā)展前沿：引入專業(yè)發(fā)展的新成果、新發(fā)現(xiàn)，探討其中相關(guān)的化學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)化學(xué)學(xué)科對授課專業(yè)發(fā)展的重要作用，例如新能源工程、新汽車材料、安全工程監(jiān)控及橋梁防腐新技術(shù)等。將新知識、新技術(shù)融入教學(xué)之中，不但開拓學(xué)生視野，同時讓其知道學(xué)好課程將為后續(xù)學(xué)習(xí)和工作奠定必要的化學(xué)基礎(chǔ)。3)人文素質(zhì)培養(yǎng)：結(jié)合科學(xué)家軼事及學(xué)科發(fā)展史，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。例如敢于質(zhì)疑，最終以氧為核心的燃燒學(xué)說，推翻統(tǒng)治化學(xué)史100多年的燃素學(xué)說的拉瓦錫；堅持不懈、苦苦思索終完成科學(xué)勛業(yè)的門捷列夫；留學(xué)美國，學(xué)成后立志回國，把所學(xué)的知識獻(xiàn)給祖國制堿工業(yè)的侯德榜；熱愛教育事業(yè)，堅持真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的楊石先等。通過一個個生動形象的故事，培養(yǎng)學(xué)生不怕困難、勇于探索的精神和愛國、報國、敢于擔(dān)當(dāng)?shù)纳鐣?zé)任感。

3.3 編寫數(shù)字化教材，二維碼集成平臺突破空間、時間限制

教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展的同時，不可回避學(xué)時縮減的大趨勢，為此課題組編寫了“工程化學(xué)”新數(shù)字化教材，利用教材、電腦、手機(jī)打造互動性、操作性強(qiáng)的新數(shù)字媒體形式；引入二維碼集成平臺，使平面出版物更具可讀性，以有效吸引學(xué)生，實現(xiàn)傳統(tǒng)和創(chuàng)新教育的有機(jī)整合。教材具有以下特點：1)注重化學(xué)理論學(xué)習(xí)的同時，強(qiáng)調(diào)化學(xué)知識的應(yīng)用，同時引入了化學(xué)發(fā)展的新思想、新成果。2)適應(yīng)少學(xué)時的需要，教學(xué)內(nèi)容注重“少而精”的原則，盡量做到由淺入深，敘述簡潔。3)每章不設(shè)置教學(xué)要點、思考題與習(xí)題等，便于學(xué)生自學(xué)、自查。二維碼集成平臺整合圖片、文字、視頻、微課等多方化學(xué)資源，以解決出版物制作內(nèi)容多、占用空間大、授課時間有限等問題，實現(xiàn)三維呈現(xiàn)、動畫演示、實時交互等功能，給學(xué)生不受時間、空間限制的實時體驗。通過精心設(shè)計，使原本白紙黑字的枯燥內(nèi)容變的有聲有色，生動、靈活地展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時可以不受課堂、書包、教師限制，隨時學(xué)習(xí)，自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)習(xí)變得輕松有趣。教師可以減輕學(xué)時不足的壓力，填充更多內(nèi)容，因材施教，個性化培養(yǎng)。

3.4 拓展教學(xué)方式，靈活多元翻轉(zhuǎn)課堂

在教學(xué)過程中綜合運(yùn)用啟發(fā)式、問題式、小組討論及翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。引入“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式。將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)+、微課等現(xiàn)代化手段引入課堂，利用“三塊屏”(電腦、手機(jī)、 PAD)形成可實時互動、便于操作的新數(shù)字媒體教學(xué)形式。例如對于部分相對簡單的內(nèi)容，如第六章材料與化學(xué)、材料與環(huán)境的部分章節(jié)等，可讓學(xué)生講、教師聽，“翻轉(zhuǎn)課堂”。將學(xué)生分為多個學(xué)習(xí)小組，面對面建群，組員自主確定組長。在組長的組織下，各小組根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，查閱資料、制作PPT、輪流講課并做課程總結(jié)。學(xué)生間可以互動提問、討論、點評，教師做最終評價，并對關(guān)鍵知識點再次強(qiáng)調(diào)。教師根據(jù)學(xué)生授課，組員點評，其他學(xué)生提問情況給出成績評定，并記入平時成績。整個過程中學(xué)生沉浸在一種新奇和興奮中，相互討論、積極思考，老師成了“觀眾”，充分展現(xiàn)了課堂教學(xué)中學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用。

同時建設(shè)“工程化學(xué)”教學(xué)網(wǎng)站、微信群、QQ群等，在網(wǎng)絡(luò)平臺共享“工程化學(xué)”多媒體課件、動畫視頻、教學(xué)大綱、實驗指導(dǎo)書等教學(xué)資源，使學(xué)生更及時、有效地了解課程、學(xué)習(xí)課程，實現(xiàn)教學(xué)資源師生共享。教師還可通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，發(fā)布科技前沿信息、課后習(xí)題詳解并進(jìn)行輔導(dǎo)答疑，與學(xué)生交流互動。致力為學(xué)生提供一個交流便捷、豐富多彩、圖文并茂的教學(xué)平臺，使課內(nèi)教學(xué)和課外輔導(dǎo)互為補(bǔ)充, 共同促進(jìn)。

3.5 優(yōu)化實驗項目，鼓勵提高動手能力

“工程化學(xué)”是一門理論與實驗密切相關(guān)的基礎(chǔ)課程，提高理論的教學(xué)效果，離不開實驗過程的輔助。有人認(rèn)為化學(xué)實驗污染環(huán)境、消耗試劑并有安全隱患而縮減開出比例，這是欠考慮的。本文認(rèn)為在保證實驗安全的前提下，應(yīng)該鼓勵學(xué)生走進(jìn)實驗室，設(shè)計實驗方案、真實操作，探究實驗現(xiàn)象背后的理論知識。實驗內(nèi)容以驗證性實驗為基礎(chǔ)，綜合性、設(shè)計性實驗為提升，全面提高學(xué)生動手能力為目的。實驗項目可以來源于教材，也可以來源于教師的科研項目，例如對機(jī)械專業(yè)學(xué)生開設(shè)“低碳鋼表面Ni-P化學(xué)鍍層制備”“鋼中Mn含量測定”等實驗，介紹提高金屬耐蝕性的化學(xué)工藝；對于車輛專業(yè)的學(xué)生開設(shè)“乙醇汽油的制備及辛烷值測定”等，提高學(xué)生工程實踐能力，激發(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)實驗教學(xué)由“驗證已有實驗”到“設(shè)計未知實驗”的本質(zhì)轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)束語

“新工科”建設(shè)是應(yīng)對新經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)、服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來發(fā)展的必由之路，是當(dāng)前高等工程教育改革的時代使命?；ヂ?lián)網(wǎng)+的快速發(fā)展，為“新工科”人才培養(yǎng)提供了更多的契機(jī)，本文基于互聯(lián)網(wǎng)+，秉承“新工科”理念，以培養(yǎng)新工科人才為目的，探討了交叉廣泛、創(chuàng)新性強(qiáng)、密切聯(lián)系工程應(yīng)用但卻常被忽視的，大學(xué)通識教育課程“工程化學(xué)”教學(xué)模式的構(gòu)建，在一定程度上豐富了教學(xué)內(nèi)容，拓展了教學(xué)方式，活躍了課堂氣氛，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有利于培養(yǎng)立足未來，開拓創(chuàng)新，復(fù)合型、高素質(zhì)的 “新工科”人才。