新工科背景下工科高校普通化學(xué)課程創(chuàng)新能力提升初探

＊杜春保 張楠

（1.西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 陜西 710065 2.西安科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院 陜西 710054）

1.新工科背景下普通化學(xué)課程改革需求

自教育部高等教育司發(fā)布關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知以來(lái)，我國(guó)積極踐行新工科建設(shè)的理論和實(shí)際研究。高等院校以立德樹人為根本，以培養(yǎng)具備多元化能力和創(chuàng)新精神的卓越工程人才為目標(biāo)，開展課程體系、人才培養(yǎng)模式、教育教學(xué)質(zhì)量提升和分類發(fā)展體系等系列改革[1]。普通化學(xué)課程是高等學(xué)校理工類非化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是一門關(guān)于物質(zhì)及其變化規(guī)律的基礎(chǔ)課。該課程旨在讓學(xué)生系統(tǒng)理解化學(xué)基本原理，使學(xué)生較熟練地掌握化學(xué)平衡和物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，掌握水溶液化學(xué)和電化學(xué)的特征，培養(yǎng)學(xué)生初步具有控制化學(xué)反應(yīng)的能力，為應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際問題夯實(shí)基礎(chǔ)[2]。普通化學(xué)在不同學(xué)科中所起作用不同，課時(shí)不同，尤其是在工科類高校的學(xué)科體系中，課時(shí)嚴(yán)重不足。這就需要在教學(xué)過(guò)程中，充分利用普通化學(xué)課程的自身特點(diǎn)，在突出工科特色的基礎(chǔ)上，將化學(xué)中涉及的基礎(chǔ)理論和方法與工業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，探索應(yīng)用型人才育人新模式。最終在學(xué)生完成該門課程時(shí)實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)目標(biāo)：（1）掌握化學(xué)反應(yīng)的基本理論，能夠運(yùn)用辯證唯物主義觀點(diǎn)闡明化學(xué)規(guī)律；（2）能運(yùn)用化學(xué)中的基本原理，借助相關(guān)文獻(xiàn)，分析解決相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域中所涉及的化學(xué)問題；（3）能夠站在物質(zhì)的微觀角度思考物質(zhì)的可持續(xù)性，結(jié)合工程專業(yè)，評(píng)價(jià)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新成就。經(jīng)過(guò)自身教學(xué)探索，根據(jù)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的反饋和同行們的交流經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一些提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力的方法，對(duì)于實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)目標(biāo)有著較大的推動(dòng)作用，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中取得了較好的效果。

2.普通化學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容質(zhì)量提升策略

(1)優(yōu)化理論課內(nèi)容

普通化學(xué)作為工科類高校的材料、機(jī)械、農(nóng)業(yè)、電子工程、油氣田等非化學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其理論課時(shí)相對(duì)較少。在我國(guó)新工科背景下，為了推動(dòng)普通化學(xué)的實(shí)踐教學(xué)，理論課內(nèi)容進(jìn)一步縮減，增加了化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的測(cè)定、醋酸解離常數(shù)的測(cè)定、氧化還原與電化學(xué)和碳酸氫鈉的制備等課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為了應(yīng)對(duì)上述課時(shí)縮減所帶來(lái)的不利影響，在保持社會(huì)需求的多方位人才理念下，把普通化學(xué)和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，重點(diǎn)詳細(xì)講解應(yīng)用面廣的熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)的基本原理、水溶液化學(xué)和電化學(xué)與金屬腐蝕中的基礎(chǔ)理論內(nèi)容，把上述章節(jié)中實(shí)際應(yīng)用部分略講，作為學(xué)生課后拓展的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生將化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與本專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的自主思維能力。對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和無(wú)機(jī)化合物部分，則可以采用翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講授?，F(xiàn)在各大院校多數(shù)選用浙江大學(xué)普通化學(xué)教研組編寫的普通化學(xué)第七版，此版教材為“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，得到了同行的廣泛好評(píng)。圖1詳細(xì)列出了這個(gè)版本的普通化學(xué)教材所設(shè)計(jì)的章節(jié)內(nèi)容、根據(jù)所涉及內(nèi)容進(jìn)一步關(guān)聯(lián)的實(shí)際應(yīng)用和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，以及據(jù)此劃分的普通化學(xué)課上內(nèi)容的授課優(yōu)先等級(jí)。通過(guò)對(duì)普通化學(xué)理論課堂內(nèi)容的篩分和分類講授，使理論課上教學(xué)內(nèi)容與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容遙相呼應(yīng)，在有限的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而學(xué)到更多內(nèi)容。

圖1 普通化學(xué)課程內(nèi)容和講授優(yōu)先級(jí)別

(2)普通化學(xué)課堂中學(xué)生的創(chuàng)新能力提高方法和策略

學(xué)生的創(chuàng)新能力包括三類，為總結(jié)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[3]。普通化學(xué)雖然是工科類高校的一門公共課，但是其所涉及的知識(shí)點(diǎn)貫穿各個(gè)工科專業(yè)的方方面面，因此這門課程對(duì)上述能力的提升均提出了相關(guān)方法和策略。

圖2 提高學(xué)生創(chuàng)新能力的主要方法和策略

①創(chuàng)造性的教學(xué)方法有利于提高學(xué)生的總結(jié)能力學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的總結(jié)概括能力及其對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的把控是提高創(chuàng)新能力的前提。學(xué)生只有自覺梳理已有知識(shí)并進(jìn)行提煉，才能在后期培養(yǎng)發(fā)散思維，進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)和創(chuàng)造[4]。為了進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)普通化學(xué)課程的總結(jié)能力，任課教師需要在課堂上增加耳目一新的知識(shí)框架，即思維導(dǎo)圖，并根據(jù)知識(shí)框架引導(dǎo)學(xué)生提煉重點(diǎn)內(nèi)容。在講完每一章的知識(shí)點(diǎn)后，要鼓勵(lì)學(xué)生在課后重新梳理知識(shí)脈絡(luò)。為了提高學(xué)生的積極性，可以在每次上課之前讓同學(xué)上臺(tái)總結(jié)其所標(biāo)注的重難點(diǎn)，進(jìn)行師生角色互換，這有助于站在學(xué)生的角度了解學(xué)生關(guān)注的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。通過(guò)這種教學(xué)方法的實(shí)施，有利于增強(qiáng)學(xué)生的總結(jié)能力、大局意識(shí)、把握重點(diǎn)的能力，為后面新章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)?？偨Y(jié)能力的提升在于反復(fù)的訓(xùn)練，讓學(xué)生自己動(dòng)手，學(xué)生才能夠領(lǐng)悟總結(jié)知識(shí)點(diǎn)的益處，這也會(huì)極大地觸動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)思維，從而較快總結(jié)、提煉和概括能力[1]。

②教學(xué)實(shí)驗(yàn)的多元化有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力

普通化學(xué)是工科類高校的一門公共課，其授課對(duì)象是材料、機(jī)械、農(nóng)業(yè)、電子工程、油氣田等非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生。這些不同類型專業(yè)的共同點(diǎn)是它們均屬于工科專業(yè)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生未來(lái)就業(yè)的方向雖然不同，但是應(yīng)用領(lǐng)域均以我國(guó)能源的發(fā)展為目標(biāo)。當(dāng)前對(duì)于普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置是不區(qū)分專業(yè)的，即所有專業(yè)的學(xué)生所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程相同。在新科技、新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)改革背景下，工科類高校的工程教育改革的重大戰(zhàn)略目標(biāo)是為未來(lái)培養(yǎng)多元化和富有創(chuàng)新精神的工程人才。根據(jù)不同工科專業(yè)特色進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)的多元化，即將專業(yè)特色融入教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)踐的樂趣，也有助于讓學(xué)生初步意識(shí)到教學(xué)實(shí)驗(yàn)與本專業(yè)的融合性。普通化學(xué)可設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程豐富，而典型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)約有12個(gè)。在實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足的情況下，可以為不同專業(yè)的學(xué)生開設(shè)典型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，然后為每個(gè)專業(yè)再開設(shè)1～2個(gè)與學(xué)生的專業(yè)相關(guān)的特色化學(xué)實(shí)驗(yàn)。為了學(xué)生取得良好的實(shí)驗(yàn)效果，可以由任課教師提前將每個(gè)實(shí)驗(yàn)部分的關(guān)鍵操作步驟錄制為視頻，讓學(xué)生通過(guò)視頻預(yù)習(xí)，能夠在腦海中形成實(shí)驗(yàn)的畫面感，這有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的思考，也有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)實(shí)踐能力。

③將前沿研究融入課堂教學(xué)有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

在課堂教學(xué)的過(guò)程中融入能源相關(guān)的前沿課題的研究，然后要求學(xué)生根據(jù)前沿課題的發(fā)展提出自己的疑問是學(xué)生創(chuàng)新能力提高的直接體現(xiàn)。普通化學(xué)課程不同于其它專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的課題內(nèi)容比較基礎(chǔ)，所涉及的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)是以學(xué)生的高中化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)的。在講授完每章的基礎(chǔ)理論部分后，可以根據(jù)典型的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行討論，融入該知識(shí)點(diǎn)在前沿研究中的應(yīng)用。比如在熱化學(xué)部分關(guān)于熱量計(jì)算，可融入前沿的熱力學(xué)知識(shí)，包括先進(jìn)熱管理材料的研發(fā)及應(yīng)用、三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的氣凝膠在降低熱量損失中的研究進(jìn)行[5-6]。這種方式可以讓學(xué)生迅速地理解學(xué)習(xí)熱化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)的意義和用途，并激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)新材料或者根據(jù)目前研究進(jìn)展拓展下一步的研究方向。此外，根據(jù)學(xué)生對(duì)前沿?zé)狳c(diǎn)知識(shí)的理解，以課堂自由討論的形式讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，把具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與和課堂理論聯(lián)系起來(lái)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。盡管普通化學(xué)課程中的第1章至第5章均為基本概念，但是仍然可以通過(guò)實(shí)際例子把基礎(chǔ)理論與科研或工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，以此讓學(xué)生突破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)思維，重在創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

(3)豐富評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提升

學(xué)生的普通化學(xué)期末成績(jī)是衡量學(xué)生本門課程整體學(xué)習(xí)效果的最重要的一道防線。普通化學(xué)期末成績(jī)由課內(nèi)成績(jī)和課外成績(jī)兩部分組成。其中，課內(nèi)成績(jī)包括課內(nèi)平時(shí)成績(jī)和課內(nèi)期末考試成績(jī)組成，占比80%；課外成績(jī)指的是實(shí)驗(yàn)總成績(jī)，包括實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，占比20%。為了使80%的課內(nèi)成績(jī)能夠充分體現(xiàn)學(xué)生的日常學(xué)習(xí)狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生整體學(xué)習(xí)素質(zhì)的考評(píng)多樣化，符合新時(shí)代工科類高校對(duì)學(xué)生能力評(píng)價(jià)的要求，課內(nèi)成績(jī)中的課內(nèi)平時(shí)成績(jī)則包括課前簽到、課堂師生互動(dòng)、章節(jié)知識(shí)發(fā)散、學(xué)生之間互動(dòng)、課后作業(yè)成績(jī)等。課堂教學(xué)需要充滿生機(jī)。通過(guò)引入課堂師生互動(dòng)、章節(jié)知識(shí)發(fā)散和學(xué)生之間互動(dòng)等評(píng)價(jià)方式可以激發(fā)出學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，并進(jìn)一步培養(yǎng)創(chuàng)新能力。此外，普通化學(xué)期末考試的內(nèi)容除了體現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)的核心內(nèi)容之外，還需要和實(shí)際生活聯(lián)系在一起，在考題中引入實(shí)際應(yīng)用背景，讓考題更加生活化。比如，在熱化學(xué)章節(jié)考試方面，考題中以工科類院校的特色為出發(fā)點(diǎn)考試，考察在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)石油、煤炭資源的極度依賴背景下，讓學(xué)生掌握石油和煤炭中烴類化合物的燃燒概念，進(jìn)一步鞏固熱化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)理論。讓學(xué)生熟悉課程內(nèi)容并掌握最基本的理論和原理是為了進(jìn)一步解決生活中的實(shí)際問題而服務(wù)，學(xué)習(xí)普通化學(xué)這門課程是為以后打好基礎(chǔ)，將理論與實(shí)際相結(jié)合。此外，把學(xué)生對(duì)教師的教學(xué)評(píng)價(jià)作為指揮棒，進(jìn)一步推動(dòng)教師在教學(xué)中的教學(xué)方法的優(yōu)化和教學(xué)效果的提升。把普通化學(xué)中的化學(xué)理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，可以極大地提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.普通化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的強(qiáng)化措施

教師是課程內(nèi)容的實(shí)施主體。提高普通化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量則需要與本課程相關(guān)的所有老師均具有高度的責(zé)任感，包括課內(nèi)任課教師、課外實(shí)驗(yàn)教師和教研室主任。對(duì)于課內(nèi)任課教師而言，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)能動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)生的引領(lǐng)和指導(dǎo)的作用，提升課堂學(xué)習(xí)氣氛，加強(qiáng)師生互動(dòng)，尤其是惰性強(qiáng)的學(xué)生與教師之間的互動(dòng)。對(duì)于課外實(shí)驗(yàn)教師，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分組時(shí)，將學(xué)習(xí)能動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)生與惰性強(qiáng)的學(xué)生分為一組，利用小組合作模式實(shí)現(xiàn)以好帶差，共同進(jìn)步。教研室主任需要以身作則，在課內(nèi)和課外教學(xué)的整個(gè)過(guò)程中進(jìn)行全程督導(dǎo)，將各個(gè)任課教師的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，定期進(jìn)行教學(xué)研討活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)任課教師之間的教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。所有任課教師均需要有足夠的耐心，定期督促學(xué)生學(xué)習(xí)，并主動(dòng)與學(xué)生交流。教師需要深化“慎獨(dú)”意識(shí)，提高自覺性，以教師品德進(jìn)行自我約束，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的定期指導(dǎo)[7-8]。此外，學(xué)校、學(xué)院和教研室的政策也是提升普通化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的有利保障。西安石油大學(xué)對(duì)標(biāo)“雙一流”大學(xué)本科教育的精神，制定了提高新工科教學(xué)質(zhì)量的政策和激勵(lì)措施，積極組織年輕教師開展教學(xué)競(jìng)賽，結(jié)合學(xué)生的評(píng)教結(jié)果，對(duì)先進(jìn)教師進(jìn)行表彰。上述措施都將是強(qiáng)化普通化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的動(dòng)力，使得教師在普通化學(xué)教學(xué)中踏實(shí)從教。最后，任課教師還需要在適當(dāng)?shù)闹R(shí)點(diǎn)以恰當(dāng)?shù)姆绞饺谌胝n程思政理念，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀。