“新工科”背景下“工科大學化學”的課程教學改革與實踐

摘要：“工科大學化學”是非化學化工學生必修的專業(yè)通識課，在“新工科”教育理念的引領下，應以復合型人才培養(yǎng)為導向，與時俱進地進行教學改革。針對現(xiàn)有工科大學化學教學中的學生學習動力不足、課程內容與工程實踐脫節(jié)、考核評價體系單一等問題，分別從重構教學內容、改善教學模式、強化工程實踐、創(chuàng)新考核方法等方面進行改革探索，全面踐行“知識傳授—能力培養(yǎng)—素質提升”三位一體人才培養(yǎng)的教學理念，以期為相關學科交叉類課程的教學改革提供新思路，激發(fā)學生創(chuàng)新思維，助力復合型人才培養(yǎng)。

關鍵詞：新工科；大學化學；教學改革；實踐

中圖分類號：G420文獻標識碼：A

ResearchandPracticeonTeachingReformof

"EngineeringCollegeChemistry"UndertheBackgroundofNewEngineering

HanDandan1WangMeiyin2ZhengXin1WangShun1LiXin1*

1.CollegeofScience，HenanAgricultureUniversity HenanZhengzhou450002；

2.QingpuCampus，HighSchoolAffiliatedtoFudanUniversityShanghai201799

Abstract：EngineeringCollegeChemistryisacompulsorygeneraleducationcoursefornonchemistryandchemicalengineeringstudents.Underthebackgroundofnewengineering，itisnecessarytocarryoutteachingreformsthatareorientedtowardsthecultivationofcompoundtalentsandkeeppacewiththetimes.Aimingattheexistingproblemsinengineeringcollegechemistryteaching，suchasinsufficientstudentlearningmotivation，lackofengineeringpracticeinteachingcontent，andtraditionalassessmentmethods，reformsandexplorationsshouldbeconductedindifferentaspectssuchasteachingcontent，teachingmodes，andassessmentmethodstoachievethe"threeinone"talentcultivationteachingphilosophy.Thisisexpectedtoprovidesomeideasfortheteachingreformofrelatedinterdisciplinarycourses.

Keywords：newengineering；collegechemistry；teachingreform；practice

1概述

《中共中央關于制定國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》中明確提出建設高質量教育體系，強調激發(fā)人才創(chuàng)新活力，加強創(chuàng)新型、應用型、技能型人才培養(yǎng)。全國高校思想政治工作會議上指出我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈。因此，著力培養(yǎng)出更多的復合型人才，以滿足新時代國家和社會發(fā)展的需要，成為新時代教育教學改革的研究前沿與熱點［1］。

2017年，在復旦大學召開的綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會上，“新工科”理念被正式提出，隨后引起了教育界的廣泛關注。顧名思義，“新工科”即新的工學學科或工程學科，是高等教育主動適應人類社會從工業(yè)文明逐步進入信息文明社會對人才需求的轉變。這一“新”字蘊含有形勢之新、需求之新、理念之新、行動之新等多重含義［2］?！靶鹿た啤苯ㄔO是我國高等工程教育主動應對新一輪科技革命與產業(yè)革命的挑戰(zhàn)而采取的戰(zhàn)略行動。在當前以新技術、新業(yè)態(tài)、新產業(yè)為特點的經濟快速蓬勃發(fā)展的大背景下，將新技術、新知識引入教學內容，創(chuàng)新課堂教學模式，幫助學生形成復雜工程的系統(tǒng)視野和跨學科知識結構，養(yǎng)成前瞻性學科交叉的思維方式，培養(yǎng)學生知識綜合、技術集成和跨界整合的能力，同時提高學生的責任感、空間感、關聯(lián)力以及宏思維等工程素養(yǎng)，已成為廣大高等教育者的研究重點［2］。

“工科大學化學”是面向非化學類工科專業(yè)學生開設的一門專業(yè)必修課，課程內容以化學學科的基本概念和原理為主，是工科學生掌握化學工具的窗口［36］。這門課的開設一方面為工科學生認識問題提供了化學視野，另一方面有助于全面構建與豐富工科學生的知識體系，提高學生綜合素質與競爭力，培養(yǎng)善于開拓創(chuàng)新的科技復合型人才。在當前以互聯(lián)網和工業(yè)智能為核心的新技術（如新能源裝備與技術）蓬勃發(fā)展的時代，單一學科背景已無法滿足工作崗位的需求?；瘜W作為一門基礎學科，已經與其他專業(yè)類工科深度交叉融合，成為工科學生認識問題、分析問題的重要工具。因此，在“新工科”背景下，以工科專業(yè)人才培養(yǎng)理念及發(fā)展規(guī)律為指導，探索“工科大學化學”課程教學改革，不僅能夠服務于國家與地區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展新需求，也是推進高?！半p一流”學科建設的內在需求，更是落實立德樹人的必然選擇。

2“工科大學化學”教學現(xiàn)狀

2.1授課對象專業(yè)背景龐雜，學習能動性不足

河南農業(yè)大學“工科大學化學”課程面向能源動力、農業(yè)工程等專業(yè)大一學生，這些學生普遍化學基礎薄弱（如圖1），易陷于知識焦慮與自我否定，面對挑戰(zhàn)常退縮。部分學生認為化學與就業(yè)關聯(lián)不大，興趣缺乏，學習動力不足，影響主觀能動性的發(fā)揮。

2.2課程內容偏理論，缺乏工程實踐

河南農業(yè)大學的“工科大學化學”課程含32學時理論（涵蓋化學反應基本規(guī)律、溶液與離子平衡、氧化還原反應及電化學）與8學時實驗（如花椒油提取、乙醇蒸餾、酸堿滴定等），內容偏抽象，與工程實踐融合不足，實驗與現(xiàn)代工程技術脫節(jié)，需優(yōu)化以更好培養(yǎng)“新工科”復合型人才。

2.3課程考核方式傳統(tǒng)，難以體現(xiàn)能力培養(yǎng)

“工科大學化學”課程考核沿用“平時成績40%+期末成績60%”模式，側重出勤、作業(yè)、章節(jié)測驗及期末考試。此模式重結果輕能力，難以測評學生工程應用化學知識能力。改革旨在破除唯分數(shù)論，構建多元化評價體系，融合學生成長與知識學習，推動化學教學良性發(fā)展。

3“工科大學化學”教學改革實踐

基于“新工科”背景下對于復合型人才的培養(yǎng)需求，結合我?！肮た拼髮W化學”教育教學中存在的問題，我們將以學生為中心、教師為主導，激勵學生主動學習，建立探索性學習的模式，并從以下四個方面進行教學改革創(chuàng)新（如圖2），以實現(xiàn)學生的硬實力（學科知識）和軟實力（能力素養(yǎng)）的協(xié)同提升，為我國培養(yǎng)“新工科”復合型人才提供強有力支撐。

3.1重構教學內容，緊密聯(lián)系工程實際

在教學內容的設計上，需要打破原有的純化學體系，以化學基本理論為“經”，以化學在新工程技術中的應用為“緯”，建立“經—緯”兩者有機融合的新知識體系，以提升學生利用化學基礎理論分析和解決問題的能力。比如，在《熱力學第三定律》章節(jié)中，通過熵的概念講解，引導土治專業(yè)的學生思考與土壤有關的熵增定律和應用；在《稀溶液的依數(shù)性》章節(jié)中，通過“水中毒”的導入，學生可以理解滲透壓的產生，進而思考航天員在太空飛船中的循環(huán)用水問題；在《原電池》章節(jié)中，課程內容融入當前蓬勃發(fā)展的鋰離子動力電池，通過介紹鋰電池的結構構造、原理和示例，幫助學生進一步理解新能源汽車參數(shù)，并啟發(fā)學生思考如何實現(xiàn)動力電池的綠色回收。另外，將思政元素始終貫穿于課程內容（比如社會熱點、科學家小傳、傳統(tǒng)文化等），提升教學內容的趣味性，引導學生樹立正確的人生觀和價值觀。比如，酸堿質子理論部分引入酸堿體質理論等偽科學，鼓勵學生敢于質疑，運用化學知識練就火眼金睛?；A科研的創(chuàng)新成果也可以融合基礎理論中，比如，熱力學第三定律——在0K下，絕對完美晶體的熵值為零，很多同學對完美晶體不能正確理解，可以將納米晶超晶格的結構形貌作為完美晶體的形象化闡述，讓學生更加直觀地理解概念。

3.2利用信息化手段，打造立體化課堂

信息化背景下，學生獲取知識的渠道多樣，面對海量信息，常常無從下手，反而依賴于教師的課堂講授。為了充分激發(fā)學生在教學過程的能動性，綜合利用學習通、雨課堂、慕課等智慧平臺進行教學過程設計。比如，通過雨課堂提前一周發(fā)布課件，基于學生的預習反饋留言，針對性地進行教學。課堂實施過程中，利用雨課堂的彈幕、隨機選人、問答投票等功能，實現(xiàn)與學生的有效互動，并對課程的重難點進行詳細講解，通過隨堂測驗檢驗學生對于概念或公式的正確理解和運用。課堂結束后，通過公眾號科普和學習通的云資源（比如趣味視頻、弱酸弱堿最簡式的推導、動力電池的工藝生產流程等），進一步拓寬和延伸課程內容。引導學生利用人工智能查詢資料、自主學習等。整個課程開始之前，通過調查問卷了解學生的高中化學基礎如結構或有機，進而關注基礎薄弱學生，設置階梯性作業(yè)（由易至難），同時知悉學生們對于此課程的期待。在課程中期，調研學生們對于課程的建議，及時調整課程方式，實現(xiàn)教學過程的“供需平衡”。在課程結束之際，利用問卷了解學生們在整個學習過程中的收獲和建議，以激勵教師不斷優(yōu)化教學，提升自身教學水平。這種“線下教學+線上自學”立體化信息化課堂模式，能夠實現(xiàn)學生主動預習、主動問題、主動答題，進而實現(xiàn)以學促教。只有讓學生動起來，課堂才能“活”起來。網絡教學平臺可針對性地對不同專業(yè)學生實施教學過程，打造個性化課堂，以進一步提升教學質量。

3.3優(yōu)化實驗方案，強化工程實踐

現(xiàn)有實驗課內容化學屬性較強，內容應根據專業(yè)需求進一步優(yōu)化，建立不同導向的模塊如基礎實踐模塊、工程實踐模塊、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模塊等?；A實踐模塊包括“氣體摩爾常數(shù)的測定”和“酸堿滴定”等偏化學屬性的實驗，以加深學生對第一章《熱力學公式中氣體常數(shù)》和第二章《溶液中的酸堿反應實質》的理解，同時掌握基本實驗操作技能；工程實踐模塊設計與工科專業(yè)密切結合的化學實驗，比如碳中和背景下生物質熱轉化新技術、土壤酸化過程的化學分析，以及教師自身承擔的科研項目等，實現(xiàn)實驗課程與授課學生專業(yè)知識的交叉融合；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模塊建立學生利用化學基礎理論進行學科交叉融合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓平臺，如發(fā)掘本地相關高新技術公司資源，產教聯(lián)合教學。常規(guī)的實驗課程常常由學生們自由分組完成，一般按照學號順序、宿舍集體或者關系較好者組團。這種結果導致組內一兩個學生實驗熱情高漲，而另外的學生不深度參與實驗，僅以取得實驗結果為目的。基于以上實驗模塊的設置，學生們根據自身需求和興趣對實驗課程進行個性化選擇，教師團隊再根據選擇結果分批次教學，從而能夠打破班級內固有分組，充分調動小組內所有成員的積極性，考驗小組的團結協(xié)作能力，并實現(xiàn)多個不同專業(yè)背景學生如交通、農工、能源動力等的思維碰撞。這種針對性的實驗模塊設計，不僅可以強化化學實驗的工程實踐屬性，同時能夠激發(fā)學生好奇心，培養(yǎng)學生科學思維和創(chuàng)新精神，拓寬學生化學視野。

3.4創(chuàng)新考核方式，構建多維評測

復合型人才培養(yǎng)效果的評價需要采用復合的考核方式，其應著眼于學生的個人成長（如學習自主性、攻堅克難的勇氣）和綜合能力提升（如溝通能力、科學思維、團結協(xié)作、理論知識獲?。Ｔ诳己朔绞缴蠌囊韵氯齻€方面進行改革：加大過程性考核，通過雨課堂的課堂出勤、彈幕互動、章節(jié)測驗、作業(yè)完成等系列報告考查學生平時表現(xiàn)，即學生參與整個教學過程的情況，占比40%；建立成長性考核，對學生在課程學習中的能力提升進行考核，比如PPT制作、思維導圖制作、講課視頻、學科競賽、實驗技能、實驗報告等，占比40%；完善結果性考核，在原有期末考試的基礎上，開展學生與學生之間的評價（生生互評）、學生自我評估目標的實現(xiàn)程度，占比20%。通過以上考核模式的改革，學生在學習中的主觀能動性大大提高，同時改變了對化學學習的消極情緒，體會到課程的成就感，進而能夠持續(xù)性學習。

2023級農工六班專業(yè)學生對于課程收獲中寫道：收獲了更多化學學科最基本的理論與知識，更加深入地了解化學原理的相關內容，提高了使用化學知識解決生活中實際問題的能力，了解了許多化學前沿知識的應用，能更好地把握自己未來化學學習的方向，了解了化學學習重要性的認識，明白了化學的重要意義。

2023級農工五班專業(yè)學生對于課程評價中寫道：教師豐富有趣的課堂指導與氛圍，給我?guī)砹烁嗟臍g樂，生動有趣的教學方式讓我更有精力和期待來上這門課，教師也采用了“問卷調查、雨課堂”等方式，讓我們更加喜歡這門課。

2022級植保一班專業(yè)學生對于課程評價中寫道：高中時期化學并非我的優(yōu)勢學科，這種對化學的恐懼一直伴隨我到大學。第一次上教師的化學課時，我是忐忑不安的，我害怕我學不好，甚至學不會化學，然而是她的出現(xiàn)讓我逐漸建立了對化學這一課程的信心，重拾了對化學的學習興趣，希望有機會能夠繼續(xù)學習化學。

結語

針對目前“工科大學化學”課程中存在的學生學習能動性不高、學科交叉融合不足、考核方式單一等問題，探索了一種“工科大學化學”課程教學改革方式，通過重構教學內容、改善教學方法、強化工程實踐、構建多維評測等，增加課程與授課專業(yè)、新工程技術間的交叉融合，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生學習的內驅力，進而真正實現(xiàn)“知識傳授、能力培養(yǎng)、價值引領”，為培養(yǎng)“新工科”背景下復合人才提供借鑒。

參考文獻：

［1］鐘登華.新工科建設的內涵與行動［J］.高等工程教育研究，2017（03）：16.

［2］李貞玉，曹永利，楊旭東，等.高校新工科的內涵、特征及發(fā)展需求［J］.科教導刊，2019（26）：12.

［3］沈祥，謝靜，周成岡.工科大學化學課程的混合式互動教學的實施與探索［J］.當代化工研究，2022（05）：114116.

［4］周小英，周先波，毛紅雷.課程思政視域下新工科專業(yè)大學化學緒論課教學設計［J］.廣東化工，2022，49（18）：238239.

［5］周葦，鹿現(xiàn)勇，田東亮.基于“大學化學”的科創(chuàng)培育模式探索［J］.大學化學，2023，38（9）：4751.

［6］江文.新工科背景下基于OBE教育理念的“大學化學”課程教學改革［J］.化工設計通訊，2023，49（12）：136138.

基金：國家自然科學基金（22302058）；河南農業(yè)大學理學院教育教學改革研究與實踐項目（2024YJGLX004）；河南農業(yè)大學高等教育教學改革研究與實踐項目“農業(yè)院校化學拔尖人才選拔與培養(yǎng)方案的創(chuàng)新改革與實踐”（2024XJGLX153）

作者簡介：韓丹丹（1991—），女，漢族，河南濮陽人，博士，校聘副教授，研究方向為電化學儲能。

*通訊作者：李鑫（1973—），男，漢族，河南南陽人，博士，副教授，研究方向為精細化工和材料化學。