新工科教育背景下開設(shè)工程化學(xué)課程的重要性

李雪梅，宋江，孟海濤，郭勤，李守柱

(新疆理工學(xué)院能源化工工程學(xué)院，新疆 阿克蘇 843100)

0 引言

為應(yīng)對(duì)發(fā)展迅速、競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際發(fā)展環(huán)境，需要培養(yǎng)出一大批具有實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、致力于新興產(chǎn)業(yè)德智體美勞全面發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。在國(guó)家“一帶一路”倡議下，培養(yǎng)高級(jí)工程技術(shù)人才，大力發(fā)展具有鮮明特色的新工科建設(shè)人才，是新工科背景下高等教育培養(yǎng)模式和創(chuàng)新改革的大趨勢(shì)[1]。“新工科”背景下教育理念的建設(shè)和發(fā)展，可彌補(bǔ)一些傳統(tǒng)工業(yè)和現(xiàn)有工業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中的缺失，大力推動(dòng)新工科各個(gè)專業(yè)和學(xué)科之間的協(xié)同發(fā)展，而且還可以為不同領(lǐng)域的新工科人才和建設(shè)者提供更加強(qiáng)大、全面和扎實(shí)的理論功底。鑒于此研究滿足當(dāng)下新工科人才發(fā)展需求的課程教學(xué)模式就顯得尤為必要。

1 工程化學(xué)課程概要

工程化學(xué)是一門面向非化學(xué)研究、非化學(xué)品制造類的學(xué)生開設(shè)的高級(jí)科普課程，是高等學(xué)校非化工類各工科專業(yè)培養(yǎng)現(xiàn)代工程技術(shù)人才的必修基礎(chǔ)課。本課程的目的主要是幫助學(xué)生建立物質(zhì)變化的觀點(diǎn)和能量變化的觀點(diǎn)，提高學(xué)生的基本素質(zhì)和創(chuàng)新能力。工程化學(xué)從物質(zhì)的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)出發(fā)，密切聯(lián)系現(xiàn)代工程技術(shù)中遇到的如材料的選擇和壽命、環(huán)境的污染與保護(hù)、能源的開發(fā)與利用、信息傳遞、生命科學(xué)發(fā)展等有關(guān)化學(xué)問題，深入淺出地介紹有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)，使學(xué)生在今后的實(shí)際工作中能有意識(shí)地運(yùn)用化學(xué)觀點(diǎn)去思考、認(rèn)識(shí)和解決問題[2]。工程化學(xué)課程主要是對(duì)大一年級(jí)不同專業(yè)開設(shè)的。這門課對(duì)學(xué)生化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)可起到一個(gè)承上啟下的作用。學(xué)生可在高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，結(jié)合大學(xué)其他課程專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，由淺入深地對(duì)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)更加深入學(xué)習(xí)。面對(duì)不同的非化工類專業(yè)開設(shè)工程化學(xué)，可為學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定一定的基礎(chǔ)，有利于學(xué)生從化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)材料等不同的化學(xué)角度去思考問題。另外，該課程還配有一定的實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目，讓學(xué)生可靈活地把所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。在這樣的教育理念下，不僅可以讓學(xué)生有扎實(shí)的理論知識(shí)作為儲(chǔ)備，還鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手創(chuàng)新能力，做到了一舉兩得。這也為新工科背景下，培養(yǎng)合格的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。在近些年的教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)工程化學(xué)的教學(xué)，還面臨幾點(diǎn)不足之處：第一，學(xué)生的難題。學(xué)生在課堂上經(jīng)常會(huì)反思這樣的問題，如“我學(xué)習(xí)了這個(gè)知識(shí)點(diǎn)有什么用”，而且學(xué)生在聽課過(guò)程中還存在一聽就懂但一做題就出錯(cuò)的現(xiàn)象。第二，工程化學(xué)對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，開設(shè)的學(xué)時(shí)也不同，但是選用同一門教材，這就導(dǎo)致對(duì)一些專業(yè)的教學(xué)學(xué)時(shí)少，教學(xué)內(nèi)容較多，上課進(jìn)度緊張。第三，新課改后，有部分同學(xué)是在高中課堂上沒有接觸過(guò)化學(xué)或者接觸較少，面對(duì)這樣的學(xué)生，教學(xué)班級(jí)很容易出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。第四，教材理論教學(xué)過(guò)多，涉及的工程應(yīng)用實(shí)例較少，學(xué)生體會(huì)不到學(xué)習(xí)這門課的意義所在。所以，大力推動(dòng)在新工科背景下工程化學(xué)的教學(xué)改革，培養(yǎng)出具有基本的科學(xué)素養(yǎng)，整合思維、工程推理和解決復(fù)雜工程問題能力，能夠適應(yīng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域需求的高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才，以及適應(yīng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要、滿足國(guó)家和企業(yè)的行業(yè)發(fā)展需求的高級(jí)人才[3]。

2 新工科背景下工程化學(xué)的教學(xué)改革

2.1 思政育人理念的融入

對(duì)每一位大學(xué)生開展思政教育是非常有必要的，而且思政教育并不是只能在相關(guān)思政類的課程上才能開展的。工程化學(xué)這門課程，無(wú)論是對(duì)過(guò)控專業(yè)、土木專業(yè)還是機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，都是在一年級(jí)入校學(xué)習(xí)時(shí)開設(shè)的。那么，對(duì)于大一的新生而言，在剛?cè)雽W(xué)階段就給學(xué)生講好思政，讓思政理念潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲地融入課堂中，對(duì)他們大學(xué)四年的生活都將是受益匪淺的。在工程化學(xué)課中，如何融入思政元素？可以將愛國(guó)主義、工匠精神、美麗中國(guó)、平安中國(guó)等思政元素作為出發(fā)點(diǎn)[4]。例如在講解第三章第一小節(jié)波粒二象性是核外電子運(yùn)動(dòng)的基本特征時(shí)，要先給學(xué)生介紹一下量子力學(xué)的發(fā)展史，此時(shí)就會(huì)涉及很多科學(xué)家，例如愛因斯坦、普朗克、薛定諤等人，正因?yàn)橛辛诉@些前輩們歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦的努力和堅(jiān)持，才為學(xué)生們更好地接收知識(shí)奠定了基礎(chǔ)。為什么會(huì)成為巨人，正因?yàn)檎驹诹诉@些前人的肩膀上，避免我們走了很多彎路，去探索更多的有價(jià)值的信息和知識(shí)[5]。在講到第五章第四小節(jié)水質(zhì)與水體保護(hù)時(shí)，要給學(xué)生講解建設(shè)美麗中國(guó)、保護(hù)地球家園的思政理念[6]。黨的二十大報(bào)告指出，要推進(jìn)美麗中國(guó)建設(shè)，堅(jiān)持山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理，統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、污染治理、生態(tài)保護(hù)、應(yīng)對(duì)氣候變化，協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增長(zhǎng)，推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展。

2.2 理論與實(shí)踐課程的結(jié)合

工科專業(yè)理論知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，一定要與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合。大學(xué)的學(xué)習(xí)，無(wú)論任何一門課程，都要做到學(xué)以致用。那么對(duì)于工程化學(xué)而言，如何讓學(xué)生做到學(xué)以致用？這就要求學(xué)生不僅需要扎實(shí)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，而且具備基本的實(shí)驗(yàn)功底。對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生主要以教材和一些其他的參考資料為主，工程化學(xué)主要選用陳林根老師主編的《工程化學(xué)基礎(chǔ)》，在這本教材里面涵蓋了無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)、儀器分析化學(xué)、環(huán)境化學(xué)等不同科目的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)[7]。這本教材里講授的知識(shí)點(diǎn)對(duì)于非化工類的學(xué)生來(lái)說(shuō)很適用，因?yàn)樗w的知識(shí)點(diǎn)全面、原理性的內(nèi)容不深。對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)較為全面[8]。除了理論的學(xué)習(xí)外，工程化學(xué)對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，還有不同課時(shí)量的實(shí)驗(yàn)課程安排，這也是學(xué)好理論知識(shí)不可或缺的重要部分。工程化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)可根據(jù)不同專業(yè)的特色開展，盡量做到單人單組開展，爭(zhēng)取讓每個(gè)學(xué)生都有獨(dú)自動(dòng)手練習(xí)的機(jī)會(huì)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)定需要有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)。其中基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)可針對(duì)所有專業(yè)的學(xué)生開展，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)以及對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的認(rèn)識(shí)和了解。在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)開展前，一定要對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全的培訓(xùn)，讓學(xué)生在熟悉實(shí)驗(yàn)室基本環(huán)境，全面了解實(shí)驗(yàn)室以及一些安全知識(shí)后方可開展實(shí)驗(yàn)，避免意外的發(fā)生?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)可主要集中開展一些基本化學(xué)儀器的使用和簡(jiǎn)單溶液的配制，例如常用的玻璃儀器燒杯、容量瓶、移液管、量筒的使用方法等，還有一些精密儀器，如電子天平的使用方法。學(xué)生在練習(xí)固體溶液配制的過(guò)程中，就會(huì)涉及理論知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用。例如，需要學(xué)生配制250 mL 的1.0 mol/L NaOH 溶液，這就涉及到在理論課上講到的物質(zhì)的量計(jì)算方法的應(yīng)用。對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，則可根據(jù)不同專業(yè)的特色，設(shè)定具有專業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生發(fā)散性的思維，在思考一些專業(yè)性問題的同時(shí)，既可以鍛煉學(xué)生的思維能力、動(dòng)手操作能力，又加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的記憶。

2.3 產(chǎn)教融合教育理念的開展

學(xué)生為什么要學(xué)習(xí)這門課程？學(xué)習(xí)這門課程有什么用？這些問題不僅需要學(xué)生去思考，更應(yīng)該值得每一位教師去反思。學(xué)習(xí)要讓每一位學(xué)生做到學(xué)以致用，這是老師應(yīng)該思考的問題。工程化學(xué)課程的教學(xué)，就需要培養(yǎng)出一支可以立足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、服務(wù)于企業(yè)經(jīng)濟(jì)，具備基本的科學(xué)素養(yǎng)和能夠推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的復(fù)合型工程技術(shù)人才。另外，在培養(yǎng)學(xué)生具備適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展技術(shù)能力的同時(shí)，還需要學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)(數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué))和主攻方向的基本理論與基本技能，并使其具有整合思維、工程推理和解決復(fù)雜工程問題能力，從事研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和管理的技術(shù)能力和工程實(shí)踐能力，能夠適應(yīng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域需求的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，滿足國(guó)家和企業(yè)的綜合行業(yè)發(fā)展需求的高級(jí)人才。通過(guò)在課堂講解知識(shí)的同時(shí)，讓學(xué)生了解自己專業(yè)的情況以及畢業(yè)后就業(yè)的大背景，使學(xué)生在接收知識(shí)的同時(shí)，結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)需求和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的環(huán)境，為扎根地方、留住人才作出貢獻(xiàn)，從而起到產(chǎn)教學(xué)相融合、讓學(xué)生明白學(xué)有所思、學(xué)有所用的道理。

2.4 專業(yè)導(dǎo)向?qū)W習(xí)模式的實(shí)施

工程化學(xué)是一門面向過(guò)控、土木、機(jī)械等不同專業(yè)開設(shè)的課程。針對(duì)每個(gè)不同的專業(yè)，工程化學(xué)的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)是不同的，而且每個(gè)專業(yè)就業(yè)方向不同。所以在授課過(guò)程中，就需要針對(duì)不同專業(yè)的專業(yè)特色和就業(yè)前景，開展基礎(chǔ)理論教育和實(shí)驗(yàn)操作能力的訓(xùn)練[9]。例如，在講解第六章化學(xué)反應(yīng)與材料保護(hù)時(shí)，對(duì)過(guò)控專業(yè)的學(xué)生，在講解時(shí)側(cè)重點(diǎn)可放在金屬腐蝕的發(fā)生，此時(shí)可借助一些數(shù)據(jù)，比如每年由于腐蝕而報(bào)廢的鋼鐵設(shè)備給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的損失等數(shù)據(jù)，這些現(xiàn)象有可能會(huì)對(duì)人體安全帶來(lái)嚴(yán)重的危害[10]。因此，學(xué)生在以后的一些壓力容器或者塔裝置設(shè)備的專業(yè)性設(shè)計(jì)中，就需要去注意這些問題。對(duì)土木專業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)可放在金屬腐蝕的防護(hù)與利用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)上，在給土木學(xué)生講這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可結(jié)合他們的專業(yè)特點(diǎn)，在介紹一些建筑工程中鋼鐵材料的腐蝕等工程實(shí)例問題時(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)讓學(xué)生懂得如何防止或者避免腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，讓學(xué)生在課堂上就有將知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用到實(shí)際生活和工作中去的想法[11]。另外，對(duì)于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生而言，可結(jié)合第四章氧化還原反應(yīng)和能源的開發(fā)與利用這一知識(shí)點(diǎn)，將課堂的重點(diǎn)集中在化學(xué)電源的設(shè)計(jì)上，給學(xué)生介紹國(guó)家新型能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和發(fā)展趨勢(shì)[12]，引發(fā)學(xué)生的思考，使學(xué)生在一些新能源類電池等不同電化學(xué)產(chǎn)品上產(chǎn)生興趣，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)將工程化學(xué)課程上所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)融入自己專業(yè)的研究中，讓學(xué)生真正體會(huì)到學(xué)以致用的效果。

3 新工科背景下化工行業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索

基于對(duì)新工科背景下工程化學(xué)的教學(xué)改革模式的探索，由探索方法及理論結(jié)果引申到實(shí)際的鍛煉和操作中，是工科教育的大計(jì)。那么結(jié)合工程化學(xué)的教學(xué)，對(duì)“新工科”背景下化工人才培養(yǎng)模式的探索與構(gòu)建，就顯得尤為必要。

3.1 當(dāng)前化工行業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題

(1)教學(xué)方式和知識(shí)體系急需改善

目前，化工行業(yè)處于一個(gè)高速發(fā)展的階段。在如此快速發(fā)展的模式下，對(duì)該行業(yè)所需的人才就有了更高程度的要求。但是從實(shí)際教育的情況來(lái)看，一些高校的教育教學(xué)方式在理論知識(shí)方面還存在一些問題。比如專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)薄弱、教學(xué)方式單一、理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合不緊密等問題。因此，對(duì)教學(xué)方式和知識(shí)體系進(jìn)行改善，是提高化工行業(yè)高素質(zhì)人才發(fā)展的重要途徑。以工程化學(xué)的教學(xué)為例，結(jié)合化工實(shí)例，需要在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，制定不同的課程要求，大力完善教學(xué)方式，多引入線上教學(xué)環(huán)節(jié)改善單一的教學(xué)模式，多利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源去模擬專業(yè)對(duì)口的真實(shí)工作環(huán)境。另外，對(duì)知識(shí)體系的改革也要張弛有度開展，讓學(xué)生能夠清晰地了解并認(rèn)識(shí)自己學(xué)習(xí)的專業(yè)特色，從而為化工行業(yè)人才培養(yǎng)在基礎(chǔ)理論時(shí)就奠定較為扎實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科研工作融合不緊密

促進(jìn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，是需要?jiǎng)?chuàng)新性高、應(yīng)用性強(qiáng)的科研作為支柱。其中高校的科研力量是不容小視的，但是在依靠高校這一平臺(tái)發(fā)展科研的過(guò)程中，有些高校還存在著一定的弊端。例如，有些高校的科研只是局限于論文和評(píng)職稱層面，沒有重視科研的實(shí)踐性，沒有考慮把科研轉(zhuǎn)化為成果，去實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，去促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然這一過(guò)程是需要大量的科研基礎(chǔ)研究才可以實(shí)現(xiàn)，但是在最初的科研規(guī)劃中，就要有產(chǎn)業(yè)化這樣的科研導(dǎo)向。所以，現(xiàn)在的科研工作，在培養(yǎng)創(chuàng)新人才和產(chǎn)教融合方面還存在一定的理念教導(dǎo)問題，致使產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科研工作融合度較低。這就要求高校在培養(yǎng)人才時(shí)，應(yīng)大力構(gòu)建一些實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生提高更多的機(jī)會(huì)，加大與企業(yè)的聯(lián)系，爭(zhēng)取做到科研成果產(chǎn)業(yè)化。

3.2 化工行業(yè)人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建

以我校的地理位置為特色，因地制宜，大力培養(yǎng)化工行業(yè)人才，推動(dòng)地區(qū)乃至新疆經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。工程化學(xué)作為工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，加強(qiáng)理論、實(shí)踐和科研的教學(xué)，對(duì)構(gòu)建化工行業(yè)的人才十分重要。那么，要構(gòu)建化工行業(yè)的人才培養(yǎng)模式，需要做到以下幾點(diǎn)：第一，以新疆能源化工產(chǎn)業(yè)的需求作為就業(yè)導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)人才培養(yǎng)方案，爭(zhēng)取為行業(yè)輸入高質(zhì)量的人才；第二，不斷優(yōu)化和完善課程教學(xué)方法，從而提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生體會(huì)學(xué)有所用的過(guò)程；第三，大力強(qiáng)化思政育人的課程理念，構(gòu)建“思政育人”的大格局，讓學(xué)生在行業(yè)中能夠全方位的發(fā)展；第四，多增加化工實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研提供更多的平臺(tái)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

積極開展“新工科”背景下的工科教育理念，是適應(yīng)新形勢(shì)下國(guó)家培養(yǎng)工科人才的重要途徑。這一教育理念，不僅需要培養(yǎng)學(xué)生在工程領(lǐng)域上具備較強(qiáng)的專業(yè)技能，而且對(duì)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力都有了更高的要求。在工程化學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，更加應(yīng)該去順應(yīng)時(shí)代和國(guó)家的發(fā)展需求，大力培養(yǎng)“新工科”人才。因此，進(jìn)一步優(yōu)化課程體系，對(duì)課程進(jìn)行改革，力爭(zhēng)做到“師者，傳道授業(yè)解惑”，加強(qiáng)思政育人的教學(xué)環(huán)節(jié)，積極將理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，面對(duì)不同的專業(yè)開展不同的專業(yè)導(dǎo)向教育教學(xué)的學(xué)習(xí)模式，努力將所學(xué)知識(shí)與技能轉(zhuǎn)化到企業(yè)和產(chǎn)業(yè)中去，做到產(chǎn)教相融合，為培養(yǎng)高層次、多技能的全能型的工程技術(shù)人才而付出行動(dòng)。