面向新工科，《工程化學(xué)》教學(xué)模式創(chuàng)新探索

李青，劉有勢，李廣利

（湖南工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，湖南株洲 412000）

1 《工程化學(xué)》課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

《工程化學(xué)》課程是工科《普通化學(xué)》教學(xué)改革的成果，是化學(xué)學(xué)科結(jié)合工程技術(shù)的橋梁，它是對化學(xué)進(jìn)行整體的闡述和研究，是現(xiàn)代工程技術(shù)人員知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的重要組成部分。 課程開設(shè)的目的是使化學(xué)和工程技術(shù)盡可能地聯(lián)系起來，訓(xùn)練學(xué)生能運(yùn)用化學(xué)知識解決實(shí)際工程當(dāng)中遇到的問題，是培養(yǎng)“新工科”技術(shù)人才的重要基礎(chǔ)課程[1]。

目前該課程教學(xué)現(xiàn)狀基本存在以下幾點(diǎn)問題：1）課程內(nèi)容多、教學(xué)任務(wù)重且課時少。 教師在教學(xué)過程中， 不得不將課程內(nèi)容知識點(diǎn)壓縮，縮減與學(xué)生課堂互動環(huán)節(jié)，為保證課程的正常進(jìn)度將知識點(diǎn)全盤傳授給學(xué)生。 2）課程內(nèi)容與專業(yè)結(jié)合不緊密，教學(xué)內(nèi)容理論性偏多，與工程技術(shù)實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系不夠密切，導(dǎo)致學(xué)生普遍對該門課程重視不夠甚至認(rèn)為沒有必要學(xué)習(xí)該門課程。 3）在教材內(nèi)容的編撰上，《工程化學(xué)》針對的是多方面工程技術(shù)人才，各工程專業(yè)解決實(shí)際工程問題所需要的化學(xué)背景知識并不一致，不同學(xué)院在授課時往往選擇的是同一本教材，尚不能體現(xiàn)出工程專業(yè)的差異性。

2 《工程化學(xué)》課程教學(xué)的改革與思考

對于本科生一年級教學(xué)，要在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生學(xué)好這門課，同時，又要從不同工程類型出發(fā)。 為提高工程化學(xué)教學(xué)的針對性和實(shí)用性，教師在工程化學(xué)教學(xué)過程中，必須針對不同專業(yè)的特點(diǎn)， 對教學(xué)內(nèi)容和主要知識點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以提高教學(xué)質(zhì)量與實(shí)際效果。 在教學(xué)內(nèi)容上適當(dāng)?shù)膬A向?qū)?yīng)專業(yè)特點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。 因此，迫切需要我們明確《工程化學(xué)》的教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化重組教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教法的改革，培養(yǎng)符合新經(jīng)濟(jì)形式發(fā)展形勢下的新工科人才[2]。

2.1 優(yōu)化教學(xué)模式框架，構(gòu)建“混合式”課堂教學(xué)模式

面對新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，必須深化課程教學(xué)模式改革，提高教學(xué)質(zhì)量，這是達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵。 《工程化學(xué)》課程普遍存在教學(xué)任務(wù)重且課時少、教學(xué)模式單一等問題，在傳統(tǒng)的《工程化學(xué)》教學(xué)模式下，教師為了完成教學(xué)任務(wù)，不得不采用“填鴨式”和“滿堂灌”的模式，壓縮師生間的教學(xué)互動，減少知識點(diǎn)的延伸拓展，以完成每節(jié)課既定的授課任務(wù)。 大一入學(xué)新生還沒有適應(yīng)與高中階段完全不同的大學(xué)課程學(xué)習(xí)方式， 導(dǎo)致學(xué)生因課程內(nèi)容過多難以消化，普遍產(chǎn)生畏難情緒，最終可能甚至喪失對該門課程學(xué)習(xí)的積極性[3]。

采用“混合式”教學(xué)模式，將傳統(tǒng)的線下《工程化學(xué)》課程授課方式有機(jī)的與線上微課慕課等相結(jié)合，構(gòu)建和不斷完善課程體系，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。 教師的角色可以從傳統(tǒng)的單一輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控，學(xué)生則從被動接受而變得更具主動性、積極性、創(chuàng)造性。 在課程體系上，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，將傳統(tǒng)的紙質(zhì)教科書改造成“碎片化”知識點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生可以自主地對知識點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以反復(fù)學(xué)、從容的學(xué)。 輔助師生線下課內(nèi)與課外的“互動式”教學(xué)，注重打破時間和空間的局限性，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺各個模塊的功能，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提升學(xué)生自身的綜合素質(zhì)。 在教學(xué)內(nèi)容方面，教師可以利用大數(shù)據(jù)背景下豐富海量的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，將化學(xué)與生活、化學(xué)與生產(chǎn)、化學(xué)與科技等教學(xué)素材豐富到線上教學(xué)中，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)知識點(diǎn)的共享和延伸， 可以拓展化學(xué)課程的廣度和深度，提高學(xué)生對化學(xué)這門學(xué)科的認(rèn)識，增加學(xué)習(xí)的趣味性，活躍學(xué)生的思維，同時也可以解決教師在傳統(tǒng)教學(xué)模式下由于課時少而無法拓展知識點(diǎn)的矛盾。 在教學(xué)效果反饋方面，可以結(jié)合線上的學(xué)習(xí)考試系統(tǒng)，實(shí)時了解學(xué)生掌握知識程度的動態(tài)情況。 通過設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)習(xí)慣、活躍度、章節(jié)測試、期末考試等多個維度的檢測體系，綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。 以試題題庫為依托，隨機(jī)抽題，無序組卷，實(shí)現(xiàn)無紙化、無監(jiān)考的自動化考試，增加學(xué)習(xí)的趣味性和成就感，減少教師的簡單、重復(fù)勞動，支持教師將時間和精力轉(zhuǎn)向如討論、任務(wù)協(xié)作、面對面交流互動等更高價(jià)值的活動中去[4]。

2．2 結(jié)合專業(yè)內(nèi)容，融入“專業(yè)導(dǎo)向”教學(xué)培養(yǎng)模式

《工程化學(xué)》 課程內(nèi)容中教學(xué)理論和定量計(jì)算偏多，在專業(yè)領(lǐng)域和實(shí)際應(yīng)用中偏少，學(xué)生常常會覺得課程主線不清晰， 知識點(diǎn)散亂無關(guān)聯(lián)，與本專業(yè)關(guān)系不大。 因此，在授課過程中，尤其是在有限的課時情況下，教師無需將教材當(dāng)中的內(nèi)容全盤講授，而應(yīng)該針對授課專業(yè)緊密相關(guān)的章節(jié)部分進(jìn)行詳細(xì)講解，同時又不能一味的灌輸理論知識、去推導(dǎo)已被證明的定律和原理，而應(yīng)該結(jié)合授課專業(yè)的實(shí)際情況， 對所學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重。 例如：對于土木專業(yè)來說，電化學(xué)與金屬腐蝕的章節(jié)內(nèi)容講授時，可以不用花太多課時放在如何用符號書寫表示原電池和電解池，而應(yīng)該側(cè)重于金屬腐蝕與防護(hù)，這部分內(nèi)容可以結(jié)合土木專業(yè)的橋梁工程中鋼鐵構(gòu)件和混凝土的腐蝕等工程實(shí)例，如采用“問題情境式”教學(xué)法。 例如：2001年，中國某大橋發(fā)生斷裂，引導(dǎo)學(xué)生找到事故發(fā)生的原因是由于在一些水體污染嚴(yán)重的地區(qū)腐蝕性物質(zhì)含量會增大，造成了橋梁鋼鐵構(gòu)件的嚴(yán)重生銹，而其根本原因就在于鋼鐵在水體中發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，由此結(jié)合所學(xué)析氫腐蝕和吸氧腐蝕的理論基礎(chǔ)，啟發(fā)學(xué)生去尋找橋梁的電化學(xué)防護(hù)方法[5]。

對于不同的工科類型專業(yè)，可結(jié)合“新工科”的內(nèi)涵和授課專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，有針對性的對課程體系、 知識框架進(jìn)行合理的優(yōu)化和調(diào)整，達(dá)到側(cè)重點(diǎn)不同、分層化教學(xué)的目的，實(shí)時、適當(dāng)?shù)貙κ谡n內(nèi)容進(jìn)行篩選、優(yōu)化，以提高教學(xué)效果。以適應(yīng)不同工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)。 同樣的對于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，在講授電化學(xué)與金屬腐蝕的內(nèi)容時，講授的側(cè)重點(diǎn)可以放在原電池電解池的設(shè)計(jì)上。 例如：為新能源電動車小模型設(shè)計(jì)原電池，在這個過程中不僅使得學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識解決實(shí)際的工程實(shí)例，同時能夠激發(fā)學(xué)生在探索過程中的興趣，激發(fā)學(xué)生主動將化學(xué)課程知識點(diǎn)融入到專業(yè)的探索熱情，引導(dǎo)學(xué)生如何利用所學(xué)的化學(xué)基本理論聯(lián)系專業(yè)中涉及到的實(shí)際工程問題，收到事半功倍的效果。

關(guān)注“新工科”人才培養(yǎng)對化學(xué)學(xué)科的需求，在《工程化學(xué)》課程教學(xué)中能夠突出工科特色，引入工程實(shí)例，這也對授課老師在課程設(shè)置上提出了更高的要求。 隨著不同學(xué)科之間的交叉滲透深入，教師應(yīng)該結(jié)合不同專業(yè)、學(xué)科的特點(diǎn)，拓展自身的專業(yè)知識儲備， 把握好不同學(xué)科的講授內(nèi)容，多了解授課專業(yè)、學(xué)科的教學(xué)、科研等新動態(tài)，關(guān)注專業(yè)發(fā)展的前沿性成果，融會貫通，探討其中相關(guān)的化學(xué)內(nèi)容，并實(shí)際應(yīng)用到教學(xué)中。

2．3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)“分層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

除了理論教學(xué)外，化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的中心學(xué)科， 實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 通過對實(shí)驗(yàn)過程觀察到的現(xiàn)象，總結(jié)出的結(jié)果， 可以對所學(xué)的理論知識進(jìn)一步鞏固和延伸。同時，學(xué)生自主參與探索，使得學(xué)生的動手操作和獨(dú)立分析問題的能力得到訓(xùn)練，培養(yǎng)初步科研探索的思維模式。 在開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時，應(yīng)該針對性的選擇以專業(yè)為導(dǎo)向，與專業(yè)特色對應(yīng)、密切聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 同時，要注重實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次性，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)定“基礎(chǔ)+綜合+創(chuàng)新”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)旨在要求學(xué)生掌握基本的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，綜合型實(shí)驗(yàn)要求培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)問題的能力，研究與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)則可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。 采用“分層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性， 實(shí)現(xiàn)學(xué)生的對所學(xué)知識技能的鞏固—應(yīng)用—延伸—創(chuàng)新的能力。

在實(shí)踐教學(xué)中，教師可以采用“提問式”“啟發(fā)式”等方式給學(xué)生更多的空間，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)新能力。 適當(dāng)增加自選型、開放性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容。 有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在實(shí)驗(yàn)場地、設(shè)備不足的，或是實(shí)驗(yàn)存在一定的安全隱患、實(shí)驗(yàn)難度高且成本大等問題，可以通過開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)充分的彌補(bǔ)這些不足。 在實(shí)踐教學(xué)評價(jià)方面，傳統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告+實(shí)驗(yàn)操作” 考核機(jī)制無法滿足對每一位學(xué)生掌握技能的綜合評價(jià)，可針對設(shè)計(jì)的“分層次”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)定的培養(yǎng)目標(biāo)要求，按比例對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行打分。 同時，為了強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)原理對實(shí)驗(yàn)可行性分析的指導(dǎo)地位，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾永碚摽荚?，考試?nèi)容可以包括基本操作使用注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)原理的分析以及所得結(jié)果的討論。

3 結(jié)論

“新工科”是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求，立德樹人，它更強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性?；瘜W(xué)學(xué)科的發(fā)展極大的促進(jìn)了工科領(lǐng)域的拓展，發(fā)生了空前的多層次、多尺度交叉與滲透。 對于“新工科”人才來說，不僅需要有工程技術(shù)專業(yè)技能，更需要具備一定的化學(xué)素養(yǎng)。 時代在發(fā)展，作為新時代的高校老師，我們要與時俱進(jìn)，改革和創(chuàng)新教學(xué)思路，優(yōu)化教學(xué)模式框架，構(gòu)建“混合式”課堂教學(xué)模式，把握好專業(yè)導(dǎo)向，融入“專業(yè)導(dǎo)向”教學(xué)培養(yǎng)模式，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)“分層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)具備跨界融合、多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。