工科专业《工程化学》授课改革思考*

王旭裕，刘欣欣

(1 江苏科技大学环境与化学工程学院，江苏 镇江 212100；2 中山大学惠州研究院，广东 惠州 516081；3 海南师范大学化学与化工学院海南省电化学储能与能量转换重点实验室；4广东省石油和化学工业协会，广东 广州 510030)

随着国家对于高校高质量发展的要求日趋严格，学生作为高校主体，学生发展是高校高质量发展的基石和保证。化学是自然科学中与物理、材料、生物、制药、建筑等其他学科紧密联系的基础科学，《工程化学》是为工科非化学专业学生定制的一门化学基础课程，详细阐述了无机化学、物理化学、分析化学的相关基础知识，并结合相关能源、环境、材料等学科所面临的具体问题，加深学生对各种化学与不同学科交叉问题的科学原理的认识与理解，满足目前对化学基础有相关需要的较高层次从业人才的需要。该课程主要讲授的内容包括物质的聚集状态、原子结构和配合物、元素及其化合物的性质与变化规律、化学反应基本原理、水溶液化学、氧化还原反应与电化学、工程及材料中的化学、危险化学品的管理与消防等章目。通过该课程的讲授，将有助于工科专业相关学生能够理解学习化学与自己专业学科之间的联系与区别、促进其化学科学理论与其自身专业的融合深入、学习掌握化学的基础知识，应对工科场景下的化学基础知识需求。

1 《工程化学》课程教学中存在的主要问题

从工科专业培养体系来看，化学得基础知识在许多工科专业中有着举足轻重的地位，比如土木工程、船舶工程、生物工程、食品工程等，都涉及到很多的化学基础知识[1]。但目前该课程的授课出现了许多问题：(1)许多工科专业学生在高中阶段根本就没有学过化学，其化学知识仍停留在初中阶段。但目前《工程化学》课程的编排是以大学中化学学科的主干课程《无机化学》、《物理化学》中的部分知识为主要内容，其知识难度与深度对于没有扎实的高中化学基础的学生来说，直接攻克的难度较大，许多学生学习动力、上课积极性不足，无法跟上课程进度；(2)课程的学时较短，与专业相关应用内容无法较好的进行讲授，学生无法认知化学知识对其专业的支撑性作用，导致学生不重视课程[2]；(3)高校教师对课程的钻研及对学生的专业引导也存在不足，许多高校老师将更多的精力投入在学术论文的发表和科研项目的申请上；(4)工科专业最重要的就是实践，而目前的授课在学时有限的情况下，几乎没有实践机会，导致课程的教学与实践脱节；(5)工科专业学生在未来工作中还需要有发现和解决问题的能力，这些能力的培养是建立在科学研究能力的培养之上的，而目前的教学根本就不涉及。经过几年《工程化学》的讲授，期望通过有效的教学方法改革，解决上述问题。因此，本文将以江苏科技大学工科专业学生为对象，设计构思一种教学实践科研一体化的教学模式，以期提出一种切实可行的方法改善高等院校在《工程化学》课程中相关问题，培养国家需要的复合型工科人才。

2 《工程化学》课程中教学、实践、科研一体化教学的思路

2.1 理论教学改进思路

理论教学是高等教育培养高素质人才的基础，是高等教育传授学生知识的最主要途径。理论教学是高等教育知识传播体系的根基。《工程化学》课程共有32学时，理论内容一般安排28学时，主要有化学的基本原理、工程及材料中的化学、和危险化学品管理等三大部分，实验部分内容安排4学时，主要是基本的滴定、定容等化学基本实验操作。课程的大部分时间主要是讲授化学的基本原理，对于有高中化学基础的学生来讲，通过这一部分的学习可以加深化学知识的深度与广度，但对于没有高中化学基础的学生而言，这部分的化学原理有相当的难度[3-4]；本文中所提出的教学建议主要针对两方面展开，分别是课程开设建议和课程讲授建议。

(1)课程开设建议。江苏科技大学的《工程化学》课程均由化学专业的老师进行讲授，与具体工科专业之间的联系较少。各专业、各地域学生的高中化学基础差距明显，有部分学生没有高中化学基础，所以我建议对于工科不同专业同时存在《工程化学》授课需求时，可根据化学基础、专业需求进行灵活分班，同时授课老师需根据专业特点及专业需求进行课程大纲及教案的定制。这样老师可以更好的掌控教学进度，相同基础的学生在学习时也不会因为老师的进度过快或过慢导致失去学习兴趣。在教学内容上，对于基础较差的班级，可适当引入难度较低的高中化学知识，让学生有一个充分的过渡；例如原子分子结构的具体章节内容，可从高中的原子分子内容引入，原子的结构：原子由质子、电子和中子构成，原子的假想结构。然后引出电子层、能级、原子轨道等内容，再进一步引出工程化学中更深入的内容，如能级排布、电子排布等内容。让学生有一个知识由浅入深的同时，可以更好的积累相关知识。需要基础较差的学生加强习题的练习，通过大量的习题，充分理解化学的相关概念及知识点，巩固学习基础。(2)课程讲授建议。目前《工程化学》使用的教材内容均大同小异，前几章主要介绍化学基础，后面两章介绍与工科专业相关的应用类知识点。但目前教材前后关联性较差，在实际讲授中实践部分内容过于缺乏。为了解决这一不足，本文建议在现有教材的基础上，要联系各个工科专业进行相关专业关联性的补充，做到化学的基础原理能与工科专业中的具体内容紧密结合，这样可很好的帮助学生理解相关原理，认知课程与自己专业的相关性。比如与船舶工程相关专业结合时，适当引入防腐蚀涂料的相关知识，从防腐原理出发，让同学思考并强化防腐材料的相关设计思路和知识。

2.2 实践教学改进思路

实践教学是整个教学体系中重要的一环，它可极大促进化学专业学生将所学习的化学理论知识与其专业相关的应用场景进行关联，是《工程化学》课程教学的重要环节之一[5-6]。实践教学是最易激发学生学习兴趣，让学生掌握知识的关键教学手段。而《工程化学》课程目前存在明显的实践教学缺陷：(1)该课程的实践部分目前仅仅有4个学时的基础化学实验，对于不同工科专业所需的实际应用场景下的化学实验不涉及，学生根本无法理解课程中的实践内容与自身专业内容的关联性及重要性；(2)实践部分没有设计实验，学生缺乏参与感，也不知道实验部分自己到底需要掌握哪些知识，更难理解这些实践教学与理论教学的关联性；(3)实践教学和科学研究没有紧密的联系。学生无法理解为什么要做这些实验，这些实验和我们的科学研究及发展有什么关联。目前实践教学的具体内容仅仅就是化学的基本实验，完全没有根据专业进行深度定制，缺乏系统性。针对目前实践教学存在的问题，本文提出通过实验设计及实际场景实习等方法补足实践教学内容。

(1)实验设计。以船舶工程专业为例，该专业需全面了解船舶的材料性能及这些性能的检测方法。我们在实验设计中，可设计简单的实验，如《钢材中碳含量的检测》，该实验不仅能让学生充分了解船舶的主材-钢的相关知识，同时与实践相关的检测方法、实验手段等都有全面的呈现。将该实验作为设计实验，学生进行分组思考，在这一过程中，学生可全面掌握实验所需的化学基础知识、实验相关的操作方法、与现实场景下应用的联系等。这种方式可很好的弥补理论教学的不足。

(2)实际场景实习。根据工科专业的特点，在专业实习时，引入《工程化学》的相关知识点。如食品工程专业学生在进行工厂实习时，学生对生产过程中的化工设备、化学反应等均可具体了解。教授该课程的老师可前往附近的产业园进行调研，当发现与其专业契合的产业园，可带领学生到场实习，并根据专业特征，具体给学生布置任务：1)了解设备：在员工带领下，了解化工设备的原理及操作方法，并让学生在实习后，回校将所了解的相关知识与理论教学中的知识相联系，将抽象的理论知识与实际场景紧密结合。2)掌握化学反应：在参观学习过程中，尝试了解其中进行的化学反应，并在实习结束后通过老师讲授或查阅资料进行论证；3)改进建议：在参观过程中，主动发现记录生产中可能存在的各种问题，并在实习结束后进行全班总结讨论。

2.3 科学研究素养培养建议

科学研究素养是目前高精尖人才必须有的核心素养之一。尽管《工程化学》课程是一个偏重于工科实践的课程，但是该课程实际上是非化学类工科专业学习化学的为数不多的化学类课程，所以该课程涉及许多重要的化学基本原理[2]。例如，许多工科专业涉及到材料相关知识，材料的各种物理性质、功能等，都是建立在化学中材料的化学组成、化学键等基本科学原理基础上的，对于工科专业在接触运用材料相关知识时，非常依赖对于化学基础理论的理解。然而，目前的教学并没有引导学生从实践及科学研究的知识中去寻找化学基础理论，学生对于化学的基础理论缺乏个人理解。科学研究可很好的提高学生对于化学的整体认知层次，学生建立科研思维和科研方法后，会主动认知化学的相关基础理论，更进一步对于物理、数学等基础学科的学习，也可通过科学研究的思维进行拓展。另外，目前国家需要大量的研究生在各行各业建设，所以在本科进行科学研究对于学生的升学帮助很大，学生在继续攻读硕士学位时，可以很快上手进行科学研究，这对于学生本人及培养他的老师提供良好的基础。另外，所有的课程学习实际都需要有科学研究的素养-即发现问题、思考问题、解决问题的逻辑思维能力。科学研究的锻炼不足，导致学生对于知识的掌握仍然是浅尝即止，不会发现问题解决问题，所以无法体会解决问题的快乐，无法体会获得新知识的喜悦感、成就感，没有形成正反馈，导致学生普遍基础不扎实又不愿意花时间精力去深入学习。通过在本科教学中引入对生基本科研素养培养的课程专题，可为学生掌握知识开辟新思路、新方法。

对于在《工程化学》课程中加入科学研究素养培养环节，主要基于以下两方面：第一，化学是基础理论要求较高的科学，所有与化学相关的应用知识都必须在化学的地基之上，而这片地基也是前人在不断的科学研究中发现和总结出来的，同时这门学科也需要我们不断的去发现。科学研究素养可帮助我们发现问题、思考问题、解决问题。科学研究素养的培养可为学生提供完整的思维逻辑链，让学生对万事万物保持好奇心和探索心，让学生对于所学的知识充满敬畏和批判。学生在学习过程中可更加了解自己究竟要“做什么”，同时可以建立自己“如何做”的方法，帮助学生进行知识体系的建立；第二，工科专业本科生许多还有升学的抱负，科学研究素养可以让学生无缝链接本科和研究生阶段，可让学生在研究生阶段快速上手研究课题，少走不必要的弯路。本课程的科学研究素养培养建议是根据专业特征，老师定制化的通过发布小的研究课题，考察学生综合思辨能力，主要包括文献调研及课题实践。

(1)文献调研。课程的理论知识及相关实践知识有许多已滞后或被淘汰，文献或者新知识的调研是学生必须具备的能力之一，也是立足社会所需的专业能力之一，学生可以充分利用现有的发达网络更新自己的知识体系，弥补理论知识的不足。本文建议在课程讲授中，引入文献阅读、文献调研方法的讲授，引导学生进行文献的调研与阅读，充分发挥现在年轻老师均在科研一线的优势，系统高效的传授文献调研经验。同时，老师在教学过程中发布与讲授专业密切相关的微型研究课题，让学生充分参与其中，通过具体案例，学习文献调研及文献阅读的方法。通过不断实践，巩固其文献调研的能力。这样在其学习任何知识遇到不懂时，能主动进行相关问题的查找和解决，提高其综合素养。如对于船舶专业的同学来说，海洋深潜系统中包含一系列化学反应，这些化学反应系统的运行方式可以让学生调研，以PPT或者故事的形式在课程教学中让学生进行呈现。

(2)课题实践。以生物工程专业学生为例，目前的新冠疫情急需快速筛查阳性的方法，老师可发布如“高效快速筛查新冠疫情的方法”等研究课题，学生通过调研，可对相关课题的化学原理、检测方法等有系统认知。同时，通过充分调研，可理解其专业目前最前沿的科学发展及自己的就业方向。另外，老师可通过这些小的课题，带领学生参加各种学生竞赛，以比赛的形式，调动学生学习知识的积极性，充分培养其科研素养。在这一过程中，学生不仅可以巩固所学的化学原理，同时可极大的培养其学习兴趣，充分增长其科研素养，为其今后发展打下坚实基础。

3 结 语

《工程化学》在工科非化学专业本科生中的培养过程中非常重要。然而，当前阶段学生和相关专业的老师并没有重视这门基础课程。通过本人这几年的教学实践，本文提出一种可实施的教学、实践和科研一体化的课程设计思路，对《工程化学》课程的改革发展提出了自己的思考与解决方法，期望通过这种先进模式的运作，更好的培养学生。同时，本文所提出的建议对于其他类似课程有一定的参考价值。