“新工科”背景下《大學(xué)化學(xué)》課程教學(xué)改革探索*

劉 楠，高建峰，李延斌，王曉晴，宋江鋒

(中北大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，山西 太原 030051)

自2017年教育部提出“新工科”計(jì)劃以來，“五個(gè)新”理念引起教育界的廣泛關(guān)注。在目前以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展形式下，如何培養(yǎng)具備更高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的新型工程技術(shù)人才，提高學(xué)生的責(zé)任感、空間感、關(guān)聯(lián)力以及宏思維等工程素養(yǎng)，成為廣大高等教育者的研究重點(diǎn)[1-2]。《大學(xué)化學(xué)》課程以化學(xué)學(xué)科的基本原理為主要內(nèi)容，同時(shí)密切聯(lián)系工程實(shí)際，是高等工科院校不可缺少的一門通識教育基礎(chǔ)課，對于培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新意識強(qiáng)、發(fā)展全面的工科人才不可或缺。

1 《大學(xué)化學(xué)》授課現(xiàn)狀分析

1.1 授課對象龐雜，學(xué)生知識儲(chǔ)備不一

目前，我校學(xué)習(xí)《大學(xué)化學(xué)》的專業(yè)主要集中在材料科學(xué)、機(jī)械工程、機(jī)電工程、土木工程等工科專業(yè)，目的是培養(yǎng)工科學(xué)生的科學(xué)文化素質(zhì)和工程素養(yǎng)，全面拓展未來工程技術(shù)人才的知識結(jié)構(gòu)和能力，在化學(xué)和工程之間構(gòu)建橋梁?！洞髮W(xué)化學(xué)》的教學(xué)目的，決定了該課程要在學(xué)生高中化學(xué)知識的基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)，并適當(dāng)了解當(dāng)前化學(xué)學(xué)科發(fā)展的特點(diǎn)及與其它學(xué)科的聯(lián)系，從而使學(xué)生獲得在工程實(shí)踐中采用化學(xué)理論和方法分析及處理問題的能力。自2019年第三批高考綜合改革試點(diǎn)啟動(dòng)后，河北、遼寧、江蘇、福建、湖北、湖南、廣東、重慶等8個(gè)省份高考采用“3+1+2”模式，化學(xué)只是四門再選科目(思想政治、地理、化學(xué)、生物)之一。此外，四門再選科目中化學(xué)難度較大，在現(xiàn)有賦分機(jī)制下選擇物理但棄考化學(xué)的學(xué)生比例較高，導(dǎo)致這部分工科專業(yè)學(xué)生化學(xué)知識儲(chǔ)備嚴(yán)重不足，對后續(xù)《大學(xué)化學(xué)》的課程學(xué)習(xí)造成很大的影響[3]。

1.2 授課內(nèi)容與專業(yè)聯(lián)系不多，學(xué)生上課意愿不強(qiáng)

《大學(xué)化學(xué)》基本上采用是教師主講的講授式教學(xué)法。由于課程內(nèi)容體系龐雜，教授內(nèi)容包括化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律、變化過程中的能量關(guān)系以及物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律等等，其中部分熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容理論性強(qiáng)、抽象難懂，再加上部分課本知識沒有體現(xiàn)與生活及相關(guān)專業(yè)的緊密聯(lián)系，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，結(jié)束課程后普遍反映收獲不大，很難達(dá)到現(xiàn)在“新工科”要求的培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的目的。

1.3 現(xiàn)有考核模式單一，無法有效衡量學(xué)生學(xué)習(xí)情況

課程考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要方式之一。《大學(xué)化學(xué)》課程最初的考核方式以考試為主，該方式能夠衡量學(xué)生對于理論知識的掌握程度，但是無法有效衡量學(xué)生采用化學(xué)理論和方法分析及處理工程問題的能力[4]。自2017年起，《大學(xué)化學(xué)》課程的考核模式由考試改為考察，通過綜合論文來考察學(xué)生對化學(xué)及機(jī)械、材料等相關(guān)專業(yè)的關(guān)系的理解。通過數(shù)年的考核，我們發(fā)現(xiàn)以“大學(xué)化學(xué)和所學(xué)專業(yè)的關(guān)系”為題撰寫綜合論文的考核方式過于寬泛，學(xué)生無法有效地發(fā)散思維，從而將化學(xué)和所學(xué)專業(yè)聯(lián)系起來，對于培養(yǎng)學(xué)生宏觀思考、辯證看待事物的能力幫助存在局限性。

基于此，我們在“新工科”背景下對《大學(xué)化學(xué)》課程教學(xué)進(jìn)行改革探索，以“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代化教學(xué)手段為依托，通過改革教學(xué)內(nèi)容提高學(xué)生人文素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感及上課興趣、重設(shè)綜合論文撰寫模式提高學(xué)生宏思維等形式，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的目的，以期為國家工業(yè)建設(shè)培養(yǎng)一批具有較高社會(huì)責(zé)任感、宏思維能力等工程素養(yǎng)的人才。

2 《大學(xué)化學(xué)》教學(xué)改革探索

2.1 《大學(xué)化學(xué)》導(dǎo)入方式改革

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使得互聯(lián)網(wǎng)與各種傳統(tǒng)行業(yè)的融合越來越深入，其中“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”的發(fā)展模式為新形勢下教學(xué)困境的解決提供了有效途徑。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)，“超星學(xué)習(xí)通”、“雨課堂”等網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)手段應(yīng)運(yùn)而生，為解決部分學(xué)生化學(xué)知識儲(chǔ)備不足問題提供了新的途徑[5]。在教學(xué)過程中，我們以學(xué)習(xí)通為平臺，為廣大學(xué)生構(gòu)建《大學(xué)化學(xué)》先導(dǎo)知識平臺。該平臺的構(gòu)建主要包括以下三個(gè)方面：(1)先導(dǎo)知識構(gòu)建。根據(jù)課堂講授內(nèi)容，制作并上傳與上課內(nèi)容有關(guān)的先導(dǎo)知識。以“化學(xué)反應(yīng)熱”概念為例，將高中化學(xué)選修部分中“反應(yīng)熱和焓變”相關(guān)微課視頻、課程講義等導(dǎo)入學(xué)習(xí)通，為在高中階段沒有選修化學(xué)的同學(xué)提供基礎(chǔ)概念，以便這些同學(xué)在上課過程中順利過渡到《大學(xué)化學(xué)》對于“反應(yīng)熱”等化學(xué)反應(yīng)過程中能量關(guān)系的闡述。(2)專業(yè)興趣導(dǎo)入。興趣是學(xué)習(xí)的最好老師。為不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，我們根據(jù)專業(yè)不同，將大學(xué)化學(xué)的知識點(diǎn)與學(xué)生的專業(yè)需求相連接，并在課前以視頻形式通過學(xué)習(xí)通直觀導(dǎo)入。以包裝工程學(xué)生的為例，我們在課前搜集不同包裝材料(如鍍錫鐵和鍍鋅鐵)及其應(yīng)用實(shí)例，通過他們在不同包裝場合(奶粉包裝和飲料包裝)下的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生思考不同包裝場合下蘊(yùn)含的金屬防腐措施。該方式既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能在課前明確課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，對于學(xué)生學(xué)習(xí)具有明顯促進(jìn)作用。(3)隨堂測驗(yàn)提前導(dǎo)入。隨堂測驗(yàn)是過程性評價(jià)的重要手段之一，對在教學(xué)過程中評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況具有重要作用，但在實(shí)際操作過程中，部分學(xué)生由于先導(dǎo)知識不扎實(shí)而在隨堂測驗(yàn)過程中成績不理想的情況時(shí)有發(fā)生，大大打擊了該部分同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性。為解決該問題，我們在課前將隨堂測驗(yàn)內(nèi)容導(dǎo)入學(xué)習(xí)通，并將開放時(shí)間設(shè)定在課程即將結(jié)束時(shí)，既為同學(xué)們在課前明確課堂學(xué)習(xí)重點(diǎn)提供了途徑，也為課后檢驗(yàn)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果提供了依據(jù)，同時(shí)還達(dá)到了激發(fā)學(xué)生預(yù)習(xí)興趣、增添學(xué)生討論動(dòng)力的效果，自實(shí)施以來取得良好反響。

2.2 《大學(xué)化學(xué)》教學(xué)內(nèi)容改革

“新工科”建設(shè)意味著新的技術(shù)革命的到來，而未來掌握技術(shù)革命的主體正是現(xiàn)在接受高等教育的學(xué)生，其人文素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感必將影響技術(shù)革命的方向[6]。作為通識教育課程中的一環(huán)，《大學(xué)化學(xué)》對促進(jìn)學(xué)生對不同領(lǐng)域知識和社會(huì)職責(zé)的了解具有重要意義。在現(xiàn)有課程重點(diǎn)傳授理論知識(包括各種化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)理論以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)等概念)的基礎(chǔ)上，加入適當(dāng)?shù)目蒲袑?shí)例或者名人事跡，對于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、了解社會(huì)責(zé)任具有重要意義?；诖?，我們通過合理設(shè)計(jì)將一些科研實(shí)例引入《大學(xué)化學(xué)》課程教學(xué)，例如：通過尾氣的治理貫穿整個(gè)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，結(jié)合各種環(huán)境問題，向?qū)W生灌輸“化學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，但是技術(shù)的不當(dāng)使用會(huì)帶來深重的環(huán)境或者社會(huì)問題，技術(shù)的研發(fā)者必須慎重考慮技術(shù)的應(yīng)用及相關(guān)問題的解決”的理念，引導(dǎo)學(xué)生思考本專業(yè)各種技術(shù)可能帶來的社會(huì)和生態(tài)影響，加深學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感；在講述“化學(xué)平衡的移動(dòng)”章節(jié)時(shí)，對合成氨方法的發(fā)明人—哈伯加以介紹，綜合評價(jià)其發(fā)明合成氨方法和首開化學(xué)戰(zhàn)的行為，引導(dǎo)學(xué)生思考“科學(xué)受制于政治，科學(xué)研究者受制于道德”的工程倫理觀；在講述“電化學(xué)”章節(jié)時(shí)，結(jié)合青島開發(fā)區(qū)管線泄露事件，引導(dǎo)學(xué)生思考專業(yè)責(zé)任。改革課堂教學(xué)內(nèi)容，脫離單純知識傳授模式，積極引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)對于社會(huì)、自己專業(yè)對于社會(huì)的意義，并學(xué)會(huì)運(yùn)用跨學(xué)科、跨文化、跨時(shí)空的思維方式來思考人類生存問題并應(yīng)對即將面臨的社會(huì)工作，是培養(yǎng)“新工科”人才社會(huì)責(zé)任感和專業(yè)意識的重要途徑，也為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提供了新的可能。

隨著社會(huì)的發(fā)展，工程問題需要大工程觀，工程師也需要在大的科學(xué)空間內(nèi)觀察、思考問題，因此“新工科”需要幫助學(xué)生建立多學(xué)科交叉的意識，養(yǎng)成在多學(xué)科范疇內(nèi)觀察、思考、解決問題的能力，其立足點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)聯(lián)能力和想象能力[7]?！洞髮W(xué)化學(xué)》課程對于學(xué)生關(guān)聯(lián)能力和想象能力的培養(yǎng)基于教學(xué)內(nèi)容和生活生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)合。學(xué)生在課程初期無法有效將生活和生產(chǎn)中的各種現(xiàn)象與化學(xué)理論相關(guān)聯(lián)，不善于從多元化的角度看待事物。為解決這一問題，我們根據(jù)理論的邏輯性和內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，在課堂上主動(dòng)將化學(xué)理論與生活生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，對于培養(yǎng)學(xué)生這種關(guān)聯(lián)能力具有重要作用。比如，課堂內(nèi)容多次涉及合成氨反應(yīng)，課堂設(shè)問小問題：“在合成氨工業(yè)中為什么要定時(shí)對原料進(jìn)行馳放氣？”引導(dǎo)學(xué)生積極思考，將生產(chǎn)中的實(shí)際操作和課堂內(nèi)容—化學(xué)平衡的移動(dòng)關(guān)聯(lián)起來；在溶液部分，引導(dǎo)學(xué)生思考柴油號數(shù)代表的實(shí)際含義，并與稀溶液的依數(shù)性聯(lián)系起來：“溶液的凝固點(diǎn)低于純物質(zhì)”，并進(jìn)一步誘導(dǎo)學(xué)生自發(fā)思考凝固點(diǎn)降低現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中還有哪些應(yīng)用，逐步激發(fā)學(xué)生的想象和關(guān)聯(lián)能力。

2.3 《大學(xué)化學(xué)》考核內(nèi)容改革

“新工科”建設(shè)是順應(yīng)時(shí)代潮流的產(chǎn)物，多學(xué)科交叉是現(xiàn)代工業(yè)的重要特點(diǎn)。作為未來的工科產(chǎn)業(yè)頂梁柱，工科學(xué)生需要養(yǎng)成在多學(xué)科空間觀察、思考問題的習(xí)慣，提高對于超出自身專業(yè)之外的問題的觀察、思考以及領(lǐng)悟能力，即宏思維模式[8]。為達(dá)到該目的，我們重新設(shè)計(jì)《大學(xué)化學(xué)》考核形式，改進(jìn)綜合課程論文內(nèi)容，要求學(xué)生就某一社會(huì)現(xiàn)象，從包括化學(xué)、自身專業(yè)以及其他涉及學(xué)科在內(nèi)的角度綜合思考，并采用批判性思維看待現(xiàn)有結(jié)論。比如：對于2004年日本3號反應(yīng)堆泄漏事件，綜合分析可能的原因，對當(dāng)時(shí)的結(jié)論“鋼鐵的脫碳導(dǎo)致腐蝕”進(jìn)行批判性思考，并結(jié)合青島開發(fā)區(qū)管線泄漏事件跨時(shí)間、跨空間考慮，謹(jǐn)慎、詳實(shí)地表達(dá)自己的思想觀點(diǎn)。綜合論文的撰寫過程實(shí)際上就是學(xué)生宏觀思考、辯證看待事物的一個(gè)過程。自改革綜合論文考核模式以來，學(xué)生的論文內(nèi)容思考深度、廣度、發(fā)散性都有明顯提升，表明該改革對于培養(yǎng)學(xué)生的宏思維模式具有重要作用。

3 結(jié) 語

以“新工科”建設(shè)引領(lǐng)高等教育課程創(chuàng)新變革是落實(shí)立德樹人新要求、服務(wù)國家發(fā)展戰(zhàn)略新需求的重要步驟。《大學(xué)化學(xué)》作為工科專業(yè)學(xué)生的通識教育基礎(chǔ)課，其教學(xué)效果對于學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)至關(guān)重要。改革《大學(xué)化學(xué)》課程教學(xué)模式，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢對該課程導(dǎo)入模式、教學(xué)內(nèi)容及考核模式改革進(jìn)行探索，全面提高工科學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識及社會(huì)責(zé)任感，同時(shí)為該類通識教育基礎(chǔ)課程在“新工科”背景下的教學(xué)改革提供可行的思路。