新工科背景下智能车辆工程专业《工程化学》教学方法探索与思考*

聂煜东，沈 倩，李 军，王 洪，冉秀芝

(重庆理工大学化学化工学院，重庆 400054)

当今世界，新一轮科技革命正在进行，在科技革命推动下，世界各地的产业变革正如火如荼开展。为了能够把握变革中的机遇，应对变革带来的挑战，从而在这一波科技革命中抢占先机，国家适时地提出了包括新工科建设在内的“四新建设”，以期通过向各新兴行业大量输送人才，推动产业的持续更新，进而促进国家经济社会的可持续发展[1-2]。

由于各新兴产业大多为传统学科的交叉领域，因此在各新兴产业的发展过程中，对综合性人才需求的迫切性往往高于传统专业性人才[3]。综合性人才除了需要有扎实的本专业基础知识外，还需要对各相关学科有充分的了解。作为支持车辆工程相关专业发展的重要基础学科，化学知识体系的构建对于培养新型综合性智能车辆工程人才至关重要。同时，近年来随着我国正式加入国际工程教育《华盛顿协议》组织，国内各大高校逐步启动了工程教育认证工作，而化学基础课程的开设是工科专业工程教育认证的必要条件之一[4]。《工程化学》是高等院校为非化学专业的工程技术人才培养设立的一门重要基础课程，是工程类专业进行工程教育认证的必要课程之一，同时也是非化学专业同学在大学中所唯一能接触的化学课程[5]。因此，在为智能车辆工程专业同学建立化学知识体系的过程中，以及在智能车辆工程专业通过国际工程认证的过程中，具有不可替代的作用。

基于《工程化学》课程的重要性，本文结合近年来作者在《工程化学》一线教学中的认识与思考，对智能车辆工程专业《工程化学》的教学方法进行初步探索，并对相应教学中的问题提出若干教改思路。

1 工程化学教学中存在的问题

目前，重庆理工大学为车辆学院开设了16学时的《工程化学》课程，主要面对专业有车辆工程、智能车辆工程、汽车服务工程、能源与动力工程、装甲车辆工程。此外，为机械学院、应用技术学院等一并开设了该项课程。该课程作为必修课程，每年涉及的学生约1300人，其中,车辆工程及其相关专业学生500多人。根据智能车辆工程专业授课内容，将课程分为8个专题进行教学，包括化学反应与能源、分析化学、有机化学、物质结构、金属腐蚀及防护、新型功能材料表征、新能源材料、化学与环境保护，每个专题两个课时。教学目标是帮助学生了解从事工程工作所需的相关化学科学知识，熟悉工程化学的基本原理，掌握工程化学中的基础理论与方法，能将专业和工程知识应用于解决复杂智能车辆工程技术原理的相关问题。并且能够掌握并应用工程化学的基本知识，分析、识别、判断和表达智能车辆工程问题中有关腐蚀及防腐方面的技术原理、关键环节，能够提出合理的解决方案。能够基于工程化学的基本原理和专业知识，了解与智能车辆工程专业相关的生产、设计、研究与开发、环境保护和可持续发展等方面的知识，能够基于工程化学的相关背景知识，理解和评价针对车辆机电系统设计、制造和运行等的工程实践过程对环境、社会可持续发展的影响。但在实际的教学过程中，出现了一些亟待解决的教学问题，主要包括以下几个方面。

1)课时利用效率待提高

目前，《工程化学》课时量为16学时，在课时量固定的前提条件下，课时利用效率仍然有提高空间。作为一门基础学科，化学所包含的知识点具有内容多、范围广、体系复杂的特点。以目前所使用的教材——浙江大学陈林根教授主编的《工程化学基础》为例[6]，近300页的内容涵盖了物质的化学组成与聚集状态、物质的结构和材料的性质、化学反应与能源、水溶液中的化学反应和水体保护、化学反应与材料保护等诸多章节。如何利用这16学时的课时量将主要知识点覆盖，并对重点知识内容深入系统的讲解，是摆在所有《工程化学》教学一线教师面前的难题。在实际授课过程中，应当提高课时利用效率，避免为了完成大纲规定的教学任务，而加快讲课速度，导致一部分同学跟不上，从而使教学效果不够理想。

2)智能车辆与化学的联系需强调

由于《工程化学》为全校性的化学基础课程，因此在知识点设置时，并未特别的为智能车辆工程专业设置相关章节，一定程度上影响了学生建立本专业与化学学科间的关联性。同时，个别同学存在对化学课程的错误认识，即认为化学对本专业的学习帮助不大，即使不学化学，也不会影响车辆相关专业的课程学习，更不会影响今后的升学或就业。因此，有必要在教学过程中加强专业针对性，帮助学生克服错误认识，进一步提高其对《工程化学》的学习热情。

3)学生化学基础参差不齐

根据实际教学过程中与学生的交流，智能车辆工程专业的同学有近四分之一到五分之一高中未学过化学，对化学中最基本的名词并没有概念，这类同学在学习工程化学的过程中面临极大困难。同时，各地高中阶段对学生的化学要求也无统一标准。上述原因共同导致了不同学生的化学基础相差巨大，这给工程化学的教学推进造成了极大难度。

4)教学模式待更新

在智能化、信息化的背景下，众多教学新技术和手段被陆续开发，且在实际教学中获得了较好效果。基于工程化学知识点众多的特点，传统教学模式下工程化学的众多知识点难以系统覆盖。目前，传统教学模式下知识传递的效率仍有潜力可挖，为了提高教学效率，需要引入新型教学技术，进而转变教学模式。传统单一的教学模式向多技术混合教学模式的转变是当前的趋势，在这个趋势下，有必要引入新型教学技术与手段来转变传统教学模式，从而提高智能车辆工程专业的工程化学教学效率。

2 相关问题的教改方案

针对上述智能车辆工程专业《工程化学》教学中的典型问题，如果坚持以往教学方案和模式，则在教学效果上将难有提高。因此，根据实际教学情况，结合智能车辆工程专业特点，本文探索性地提出了解决方案。如图1。

图1 教改思路图

针对课时利用效率的问题，一方面应当适当增加课时量，从而保证有充足的课时来完成既定的教学任务。另外一方面，应当有选择性地减少一些教学内容，而将有限的学时用在精炼下来的教学内容上。例如，主要讲解必须要教授的化学基础知识部分，以及与智能车辆领域相关的化学知识。此外，在教学过程中，教师不应一味求快，更应注重快慢结合、张弛有度，在基础性的、关键性的问题上应当适当放慢速度；而在次要性内容上，在进行提纲挈领形式的引导后，借助课后作业，鼓励同学在课后主动学习，从而完善和补充相应知识点，积极观察，做到理论联系实际，并在下节课检验上一节课的课后学习成果。通过以上手段，可在一定程度上解决或弥补课时量不足的影响。

针对专业与化学的联系问题，可在《工程化学》教学大纲基础上，结合智能车辆工程的专业特点，适当增加一到两个专业性专题。如增加“化学在智能车辆工程中的应用”，“智能车辆工程中的环境化学问题”等，重点介绍化学知识在智能车辆工程领域及其相关产业中所涉及的技术、装备以及工程上的应用，从而让学生意识到智能车辆相关领域与化学息息相关，帮助同学认识到学好化学对于学好本专业知识的重要性所在。例如，我们可在新能源材料专题中大力介绍蓄电池、氢燃料电池等内容，帮助学生认识到新能源车的设计离不开电化学知识；也可在环境与化学专题中介绍汽车尾气催化装置及技术等。通过实际的案例，提高智能车辆工程同学们对《工程化学》学习的兴趣，帮助同学们建立解决智能车辆工程相关问题的化学思维。

针对学生化学基础参差不齐的问题，原则上，应当尽可能地帮助基础薄弱同学跟上教学进度。因此，可以通过增加化学基础专题，帮助高中未学习过化学的同学，在较短时间内掌握必须了解的化学概念，从而保证学生们整体能跟上教学进度。同时，可以为这部分同学提供一个化学基础知识学习要点，鼓励并督促这部分同学在课前进行学习，与其他同学及老师多交流，在最短的时间帮助其了解化学的基本知识结构，建立化学的基础知识体系。另一方面，在强调基础化学知识学习的同时，应当适当弱化复杂化学机理的学习，而应将重点放在工程实例上。作为一门以“工程”冠名的化学课程，应当在教学中重点突出化学在智能车辆工程中的实际工程应用，从而在一方面帮助学生了解如何用化学解决实际的工程问题，另一方面也促使学生通过工程直观的案例，更加深入地了解所学的化学知识。

针对教学模式有待更新的问题，可采用以下应对措施。第一，在课时量固定的背景下，应当充分用好多媒体教学的手段，通过精心制作或选择一些能够很好的凝练知识点的视频、动画，在增加工程化学知识的趣味性同时，提高同学们的兴趣和学习效率，进而大幅提升教学效果；第二，虚拟仿真是一种依托于信息技术的新型教学手段，通过引入虚拟仿真进入课堂，可以将很多工程化学所涉及的实验直观形象的在课堂中展示，从而部分达到实验课的效果，加强知识的直观性；第三，由于近年来疫情的原因，线上教学的模式已经越来越成熟，由于课时量有限，适当的采取线上、线下教学相结合的模式，可以间接拓展课时量，从而大大拓展教学的灵活性和知识传递量，同时在教学中可以充分利用腾讯课堂、慕课等教学在线平台资源，进行线上的高效教学；第四，对于一些便于操作的实验性内容，除了采用虚拟仿真的方法外，还可以适当的在课堂上进行展示，并且要根据智能车辆工程的专业特点，来选取适合的实验进行开展；第五，可以在课堂上介绍国际上的有关智能汽车与化学交叉学科中的最新研究与报道，并适当融入科技英语，增加学生兴趣的同时，拓展学生的视野，从而提高教学质量。

3 总结

新工科背景下，《工程化学》在培养具有化学思维的智能车辆工程专业综合性人才的过程中有着更加重要的作用。本文以重庆理工大学《工程化学》一线教学经历为基础，结合学生的反馈及自身思考，对教学中存在的课时利用效率、专业与化学的联系、学生基础参差不齐等问题进行了分析，并进一步根据智能车辆工程专业特点，依次提出了增加课时量，精炼教学内容，把握教学节奏，鼓励课后学习；增加智能车辆工程专业性化学专题，提高学生学习兴趣；增加化学基础专题，理论联系实际；增加视频动画、虚拟仿真，采取线上线下教学结合，适当进行实验教学和专业英语教学等教改思路。通过上述教改思路及措施，希望为今后智能车辆工程专业的《工程化学》教学乃至智能车辆工程专业人才培养提供助力。