工科專業(yè)《工程化學(xué)》授課改革思考*

王旭裕，劉欣欣

(1 江蘇科技大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100；2 中山大學(xué)惠州研究院，廣東 惠州 516081；3 海南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院海南省電化學(xué)儲能與能量轉(zhuǎn)換重點實驗室；4廣東省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會，廣東 廣州 510030)

隨著國家對于高校高質(zhì)量發(fā)展的要求日趨嚴(yán)格，學(xué)生作為高校主體，學(xué)生發(fā)展是高校高質(zhì)量發(fā)展的基石和保證?；瘜W(xué)是自然科學(xué)中與物理、材料、生物、制藥、建筑等其他學(xué)科緊密聯(lián)系的基礎(chǔ)科學(xué)，《工程化學(xué)》是為工科非化學(xué)專業(yè)學(xué)生定制的一門化學(xué)基礎(chǔ)課程，詳細闡述了無機化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識，并結(jié)合相關(guān)能源、環(huán)境、材料等學(xué)科所面臨的具體問題，加深學(xué)生對各種化學(xué)與不同學(xué)科交叉問題的科學(xué)原理的認識與理解，滿足目前對化學(xué)基礎(chǔ)有相關(guān)需要的較高層次從業(yè)人才的需要。該課程主要講授的內(nèi)容包括物質(zhì)的聚集狀態(tài)、原子結(jié)構(gòu)和配合物、元素及其化合物的性質(zhì)與變化規(guī)律、化學(xué)反應(yīng)基本原理、水溶液化學(xué)、氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)、工程及材料中的化學(xué)、危險化學(xué)品的管理與消防等章目。通過該課程的講授，將有助于工科專業(yè)相關(guān)學(xué)生能夠理解學(xué)習(xí)化學(xué)與自己專業(yè)學(xué)科之間的聯(lián)系與區(qū)別、促進其化學(xué)科學(xué)理論與其自身專業(yè)的融合深入、學(xué)習(xí)掌握化學(xué)的基礎(chǔ)知識，應(yīng)對工科場景下的化學(xué)基礎(chǔ)知識需求。

1 《工程化學(xué)》課程教學(xué)中存在的主要問題

從工科專業(yè)培養(yǎng)體系來看，化學(xué)得基礎(chǔ)知識在許多工科專業(yè)中有著舉足輕重的地位，比如土木工程、船舶工程、生物工程、食品工程等，都涉及到很多的化學(xué)基礎(chǔ)知識[1]。但目前該課程的授課出現(xiàn)了許多問題：(1)許多工科專業(yè)學(xué)生在高中階段根本就沒有學(xué)過化學(xué)，其化學(xué)知識仍停留在初中階段。但目前《工程化學(xué)》課程的編排是以大學(xué)中化學(xué)學(xué)科的主干課程《無機化學(xué)》、《物理化學(xué)》中的部分知識為主要內(nèi)容，其知識難度與深度對于沒有扎實的高中化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生來說，直接攻克的難度較大，許多學(xué)生學(xué)習(xí)動力、上課積極性不足，無法跟上課程進度；(2)課程的學(xué)時較短，與專業(yè)相關(guān)應(yīng)用內(nèi)容無法較好的進行講授，學(xué)生無法認知化學(xué)知識對其專業(yè)的支撐性作用，導(dǎo)致學(xué)生不重視課程[2]；(3)高校教師對課程的鉆研及對學(xué)生的專業(yè)引導(dǎo)也存在不足，許多高校老師將更多的精力投入在學(xué)術(shù)論文的發(fā)表和科研項目的申請上；(4)工科專業(yè)最重要的就是實踐，而目前的授課在學(xué)時有限的情況下，幾乎沒有實踐機會，導(dǎo)致課程的教學(xué)與實踐脫節(jié)；(5)工科專業(yè)學(xué)生在未來工作中還需要有發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，這些能力的培養(yǎng)是建立在科學(xué)研究能力的培養(yǎng)之上的，而目前的教學(xué)根本就不涉及。經(jīng)過幾年《工程化學(xué)》的講授，期望通過有效的教學(xué)方法改革，解決上述問題。因此，本文將以江蘇科技大學(xué)工科專業(yè)學(xué)生為對象，設(shè)計構(gòu)思一種教學(xué)實踐科研一體化的教學(xué)模式，以期提出一種切實可行的方法改善高等院校在《工程化學(xué)》課程中相關(guān)問題，培養(yǎng)國家需要的復(fù)合型工科人才。

2 《工程化學(xué)》課程中教學(xué)、實踐、科研一體化教學(xué)的思路

2.1 理論教學(xué)改進思路

理論教學(xué)是高等教育培養(yǎng)高素質(zhì)人才的基礎(chǔ)，是高等教育傳授學(xué)生知識的最主要途徑。理論教學(xué)是高等教育知識傳播體系的根基。《工程化學(xué)》課程共有32學(xué)時，理論內(nèi)容一般安排28學(xué)時，主要有化學(xué)的基本原理、工程及材料中的化學(xué)、和危險化學(xué)品管理等三大部分，實驗部分內(nèi)容安排4學(xué)時，主要是基本的滴定、定容等化學(xué)基本實驗操作。課程的大部分時間主要是講授化學(xué)的基本原理，對于有高中化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生來講，通過這一部分的學(xué)習(xí)可以加深化學(xué)知識的深度與廣度，但對于沒有高中化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生而言，這部分的化學(xué)原理有相當(dāng)?shù)碾y度[3-4]；本文中所提出的教學(xué)建議主要針對兩方面展開，分別是課程開設(shè)建議和課程講授建議。

(1)課程開設(shè)建議。江蘇科技大學(xué)的《工程化學(xué)》課程均由化學(xué)專業(yè)的老師進行講授，與具體工科專業(yè)之間的聯(lián)系較少。各專業(yè)、各地域?qū)W生的高中化學(xué)基礎(chǔ)差距明顯，有部分學(xué)生沒有高中化學(xué)基礎(chǔ)，所以我建議對于工科不同專業(yè)同時存在《工程化學(xué)》授課需求時，可根據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)、專業(yè)需求進行靈活分班，同時授課老師需根據(jù)專業(yè)特點及專業(yè)需求進行課程大綱及教案的定制。這樣老師可以更好的掌控教學(xué)進度，相同基礎(chǔ)的學(xué)生在學(xué)習(xí)時也不會因為老師的進度過快或過慢導(dǎo)致失去學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)內(nèi)容上，對于基礎(chǔ)較差的班級，可適當(dāng)引入難度較低的高中化學(xué)知識，讓學(xué)生有一個充分的過渡；例如原子分子結(jié)構(gòu)的具體章節(jié)內(nèi)容，可從高中的原子分子內(nèi)容引入，原子的結(jié)構(gòu)：原子由質(zhì)子、電子和中子構(gòu)成，原子的假想結(jié)構(gòu)。然后引出電子層、能級、原子軌道等內(nèi)容，再進一步引出工程化學(xué)中更深入的內(nèi)容，如能級排布、電子排布等內(nèi)容。讓學(xué)生有一個知識由淺入深的同時，可以更好的積累相關(guān)知識。需要基礎(chǔ)較差的學(xué)生加強習(xí)題的練習(xí)，通過大量的習(xí)題，充分理解化學(xué)的相關(guān)概念及知識點，鞏固學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。(2)課程講授建議。目前《工程化學(xué)》使用的教材內(nèi)容均大同小異，前幾章主要介紹化學(xué)基礎(chǔ)，后面兩章介紹與工科專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用類知識點。但目前教材前后關(guān)聯(lián)性較差，在實際講授中實踐部分內(nèi)容過于缺乏。為了解決這一不足，本文建議在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上，要聯(lián)系各個工科專業(yè)進行相關(guān)專業(yè)關(guān)聯(lián)性的補充，做到化學(xué)的基礎(chǔ)原理能與工科專業(yè)中的具體內(nèi)容緊密結(jié)合，這樣可很好的幫助學(xué)生理解相關(guān)原理，認知課程與自己專業(yè)的相關(guān)性。比如與船舶工程相關(guān)專業(yè)結(jié)合時，適當(dāng)引入防腐蝕涂料的相關(guān)知識，從防腐原理出發(fā)，讓同學(xué)思考并強化防腐材料的相關(guān)設(shè)計思路和知識。

2.2 實踐教學(xué)改進思路

實踐教學(xué)是整個教學(xué)體系中重要的一環(huán)，它可極大促進化學(xué)專業(yè)學(xué)生將所學(xué)習(xí)的化學(xué)理論知識與其專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用場景進行關(guān)聯(lián)，是《工程化學(xué)》課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一[5-6]。實踐教學(xué)是最易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生掌握知識的關(guān)鍵教學(xué)手段。而《工程化學(xué)》課程目前存在明顯的實踐教學(xué)缺陷：(1)該課程的實踐部分目前僅僅有4個學(xué)時的基礎(chǔ)化學(xué)實驗，對于不同工科專業(yè)所需的實際應(yīng)用場景下的化學(xué)實驗不涉及，學(xué)生根本無法理解課程中的實踐內(nèi)容與自身專業(yè)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性及重要性；(2)實踐部分沒有設(shè)計實驗，學(xué)生缺乏參與感，也不知道實驗部分自己到底需要掌握哪些知識，更難理解這些實踐教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)聯(lián)性；(3)實踐教學(xué)和科學(xué)研究沒有緊密的聯(lián)系。學(xué)生無法理解為什么要做這些實驗，這些實驗和我們的科學(xué)研究及發(fā)展有什么關(guān)聯(lián)。目前實踐教學(xué)的具體內(nèi)容僅僅就是化學(xué)的基本實驗，完全沒有根據(jù)專業(yè)進行深度定制，缺乏系統(tǒng)性。針對目前實踐教學(xué)存在的問題，本文提出通過實驗設(shè)計及實際場景實習(xí)等方法補足實踐教學(xué)內(nèi)容。

(1)實驗設(shè)計。以船舶工程專業(yè)為例，該專業(yè)需全面了解船舶的材料性能及這些性能的檢測方法。我們在實驗設(shè)計中，可設(shè)計簡單的實驗，如《鋼材中碳含量的檢測》，該實驗不僅能讓學(xué)生充分了解船舶的主材-鋼的相關(guān)知識，同時與實踐相關(guān)的檢測方法、實驗手段等都有全面的呈現(xiàn)。將該實驗作為設(shè)計實驗，學(xué)生進行分組思考，在這一過程中，學(xué)生可全面掌握實驗所需的化學(xué)基礎(chǔ)知識、實驗相關(guān)的操作方法、與現(xiàn)實場景下應(yīng)用的聯(lián)系等。這種方式可很好的彌補理論教學(xué)的不足。

(2)實際場景實習(xí)。根據(jù)工科專業(yè)的特點，在專業(yè)實習(xí)時，引入《工程化學(xué)》的相關(guān)知識點。如食品工程專業(yè)學(xué)生在進行工廠實習(xí)時，學(xué)生對生產(chǎn)過程中的化工設(shè)備、化學(xué)反應(yīng)等均可具體了解。教授該課程的老師可前往附近的產(chǎn)業(yè)園進行調(diào)研，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與其專業(yè)契合的產(chǎn)業(yè)園，可帶領(lǐng)學(xué)生到場實習(xí)，并根據(jù)專業(yè)特征，具體給學(xué)生布置任務(wù)：1)了解設(shè)備：在員工帶領(lǐng)下，了解化工設(shè)備的原理及操作方法，并讓學(xué)生在實習(xí)后，回校將所了解的相關(guān)知識與理論教學(xué)中的知識相聯(lián)系，將抽象的理論知識與實際場景緊密結(jié)合。2)掌握化學(xué)反應(yīng)：在參觀學(xué)習(xí)過程中，嘗試了解其中進行的化學(xué)反應(yīng)，并在實習(xí)結(jié)束后通過老師講授或查閱資料進行論證；3)改進建議：在參觀過程中，主動發(fā)現(xiàn)記錄生產(chǎn)中可能存在的各種問題，并在實習(xí)結(jié)束后進行全班總結(jié)討論。

2.3 科學(xué)研究素養(yǎng)培養(yǎng)建議

科學(xué)研究素養(yǎng)是目前高精尖人才必須有的核心素養(yǎng)之一。盡管《工程化學(xué)》課程是一個偏重于工科實踐的課程，但是該課程實際上是非化學(xué)類工科專業(yè)學(xué)習(xí)化學(xué)的為數(shù)不多的化學(xué)類課程，所以該課程涉及許多重要的化學(xué)基本原理[2]。例如，許多工科專業(yè)涉及到材料相關(guān)知識，材料的各種物理性質(zhì)、功能等，都是建立在化學(xué)中材料的化學(xué)組成、化學(xué)鍵等基本科學(xué)原理基礎(chǔ)上的，對于工科專業(yè)在接觸運用材料相關(guān)知識時，非常依賴對于化學(xué)基礎(chǔ)理論的理解。然而，目前的教學(xué)并沒有引導(dǎo)學(xué)生從實踐及科學(xué)研究的知識中去尋找化學(xué)基礎(chǔ)理論，學(xué)生對于化學(xué)的基礎(chǔ)理論缺乏個人理解?？茖W(xué)研究可很好的提高學(xué)生對于化學(xué)的整體認知層次，學(xué)生建立科研思維和科研方法后，會主動認知化學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)理論，更進一步對于物理、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的學(xué)習(xí)，也可通過科學(xué)研究的思維進行拓展。另外，目前國家需要大量的研究生在各行各業(yè)建設(shè)，所以在本科進行科學(xué)研究對于學(xué)生的升學(xué)幫助很大，學(xué)生在繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位時，可以很快上手進行科學(xué)研究，這對于學(xué)生本人及培養(yǎng)他的老師提供良好的基礎(chǔ)。另外，所有的課程學(xué)習(xí)實際都需要有科學(xué)研究的素養(yǎng)-即發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的邏輯思維能力。科學(xué)研究的鍛煉不足，導(dǎo)致學(xué)生對于知識的掌握仍然是淺嘗即止，不會發(fā)現(xiàn)問題解決問題，所以無法體會解決問題的快樂，無法體會獲得新知識的喜悅感、成就感，沒有形成正反饋，導(dǎo)致學(xué)生普遍基礎(chǔ)不扎實又不愿意花時間精力去深入學(xué)習(xí)。通過在本科教學(xué)中引入對生基本科研素養(yǎng)培養(yǎng)的課程專題，可為學(xué)生掌握知識開辟新思路、新方法。

對于在《工程化學(xué)》課程中加入科學(xué)研究素養(yǎng)培養(yǎng)環(huán)節(jié)，主要基于以下兩方面：第一，化學(xué)是基礎(chǔ)理論要求較高的科學(xué)，所有與化學(xué)相關(guān)的應(yīng)用知識都必須在化學(xué)的地基之上，而這片地基也是前人在不斷的科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出來的，同時這門學(xué)科也需要我們不斷的去發(fā)現(xiàn)。科學(xué)研究素養(yǎng)可幫助我們發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題?？茖W(xué)研究素養(yǎng)的培養(yǎng)可為學(xué)生提供完整的思維邏輯鏈，讓學(xué)生對萬事萬物保持好奇心和探索心，讓學(xué)生對于所學(xué)的知識充滿敬畏和批判。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可更加了解自己究竟要“做什么”，同時可以建立自己“如何做”的方法，幫助學(xué)生進行知識體系的建立；第二，工科專業(yè)本科生許多還有升學(xué)的抱負，科學(xué)研究素養(yǎng)可以讓學(xué)生無縫鏈接本科和研究生階段，可讓學(xué)生在研究生階段快速上手研究課題，少走不必要的彎路。本課程的科學(xué)研究素養(yǎng)培養(yǎng)建議是根據(jù)專業(yè)特征，老師定制化的通過發(fā)布小的研究課題，考察學(xué)生綜合思辨能力，主要包括文獻調(diào)研及課題實踐。

(1)文獻調(diào)研。課程的理論知識及相關(guān)實踐知識有許多已滯后或被淘汰，文獻或者新知識的調(diào)研是學(xué)生必須具備的能力之一，也是立足社會所需的專業(yè)能力之一，學(xué)生可以充分利用現(xiàn)有的發(fā)達網(wǎng)絡(luò)更新自己的知識體系，彌補理論知識的不足。本文建議在課程講授中，引入文獻閱讀、文獻調(diào)研方法的講授，引導(dǎo)學(xué)生進行文獻的調(diào)研與閱讀，充分發(fā)揮現(xiàn)在年輕老師均在科研一線的優(yōu)勢，系統(tǒng)高效的傳授文獻調(diào)研經(jīng)驗。同時，老師在教學(xué)過程中發(fā)布與講授專業(yè)密切相關(guān)的微型研究課題，讓學(xué)生充分參與其中，通過具體案例，學(xué)習(xí)文獻調(diào)研及文獻閱讀的方法。通過不斷實踐，鞏固其文獻調(diào)研的能力。這樣在其學(xué)習(xí)任何知識遇到不懂時，能主動進行相關(guān)問題的查找和解決，提高其綜合素養(yǎng)。如對于船舶專業(yè)的同學(xué)來說，海洋深潛系統(tǒng)中包含一系列化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的運行方式可以讓學(xué)生調(diào)研，以PPT或者故事的形式在課程教學(xué)中讓學(xué)生進行呈現(xiàn)。

(2)課題實踐。以生物工程專業(yè)學(xué)生為例，目前的新冠疫情急需快速篩查陽性的方法，老師可發(fā)布如“高效快速篩查新冠疫情的方法”等研究課題，學(xué)生通過調(diào)研，可對相關(guān)課題的化學(xué)原理、檢測方法等有系統(tǒng)認知。同時，通過充分調(diào)研，可理解其專業(yè)目前最前沿的科學(xué)發(fā)展及自己的就業(yè)方向。另外，老師可通過這些小的課題，帶領(lǐng)學(xué)生參加各種學(xué)生競賽，以比賽的形式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)知識的積極性，充分培養(yǎng)其科研素養(yǎng)。在這一過程中，學(xué)生不僅可以鞏固所學(xué)的化學(xué)原理，同時可極大的培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣，充分增長其科研素養(yǎng)，為其今后發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語

《工程化學(xué)》在工科非化學(xué)專業(yè)本科生中的培養(yǎng)過程中非常重要。然而，當(dāng)前階段學(xué)生和相關(guān)專業(yè)的老師并沒有重視這門基礎(chǔ)課程。通過本人這幾年的教學(xué)實踐，本文提出一種可實施的教學(xué)、實踐和科研一體化的課程設(shè)計思路，對《工程化學(xué)》課程的改革發(fā)展提出了自己的思考與解決方法，期望通過這種先進模式的運作，更好的培養(yǎng)學(xué)生。同時，本文所提出的建議對于其他類似課程有一定的參考價值。