“互联网+教学”助力工程化学教学新形态

王萃娟，蒋雅君，王懿萍，赵菊梅，王雅雯

（1.西南交通大学生命学院化学化工系，四川 成都 610031；2.西南交通大学土木学院，四川 成都 610031）

“互联网+”时代是教育系统升级与变革发展阶段的拐点，互联网教育应用从融合阶段进入到创新阶段[1]。在这个阶段，互联网创新成果与社会经济各领域深度融合推动了各领域和传统行业的变革与升级，其中包括“互联网+教育”所引发的教育系统化变革[2]，教育大数据成为重要因素、教育技术环境创新、教育服务供给升级、课堂结构与流程再造等等，这些变革加速了教学形态的变革，使新的教育形态正在形成。可见，“互联网+教学”[3]不只是教学的数字化和网络化，而是基于育人目标和教学规律，将互联网思维、技术与环境等创新成果与教学各要素，包括教学思维、教学关系、教学结构与过程互相渗透、深度交叉融合并超越，进一步创新教学理念、增能教学元素、整合教学资源、开放教学系统、构造开放、交叉、共享、和谐的教学生态环境、形成新型教学形态[4-5]。西南交通大学开设的工程化学课程是我校工科专业新生接触到的第一门公共基础课，受众面大。涉及材料、土木、机械、车辆、安全等专业七十多个自然班约2000余名学生。工程化学课程需要把握新工科内涵，以持续改进为理念，以交叉融合、继承创新、协调共享为主要途径，培养多元化、创新型卓越工科人才[6]。因此，工程化学教学改革不只是教学的网络化与数字化，而是基于新工科教学本质和育人目标，将互联网与教学过程互相渗透、深度交叉融合，加强知识间内在联系，整合重构知识体系，形成开放、交叉、共享、融合的工程化学教学新理念，探索交叉融合的教育教学资源建设方式和路径，为进一步深化“互联网+”背景下，工程化学新工科教育资源提供理论和实践依据[7-8]。

1 存在问题

工程化学课程面向全校工程工科专业，目前存在以下几方面的问题：

1.1 课程内容多而学时少

如土木专业开设的工程化学课程为2.5个学分，包含2个理论教学学分与0.5个实践学分。工程化学理论教学内容主要包括：热力学、动力学、溶液、电化学与金属防腐，化学和环境保护、化学与材料，物质结构基础7大板块的内容，实践包括：电化学实验，水污染实验，熔点实验，焓变的测定等，需要掌握的知识内容与需要提升的实际动手操作实践都比较多，也如何在有限的学分内达到培养目标，培养其专业素养，提升其创新能力，为今后专业课的学习以及个人综合知识能力的提升打下良好的知识储备与能力储备，是本课程亟须解决的问题之一。

1.2 教学中缺乏工程训练环节

传统教学中的教育环节，教师根据实际教材进行理论知识讲解，教学环节中工程训练环节太少，故学生不能学以致用，更缺乏用批判性思维分析、研究、解决土木工程相关领域化学问题的能力，因此很难达到新工科建设对创新型人才培养的要求[9]。

1.3 学生水平参差不齐

新高考改革之后，各省各地学生化学基础、化学知识框架不尽相同，为了帮助上述学生克服大学工程化学知识衔接中的困难，如何在大学进校的第一年塑造起后续土木等工科专业所需的工程化学知识储备，探索合适的教学方式方法，并为之建立完善的学科交叉知识体系，也是本课程需要解决的问题之一。

1.4 实践环节不够

如前面所描述，工程化学课程是实践性较强的学科，实践、实验对培养学生创新思维，锻炼动手能力及其重要。而目前实践教学中的许多问题：有些实践教学内容存在重复与交叉，缺乏系统性；有的实践内容与当前的智能工艺相差较远，脱离了时代需求，无法达到培养创新型高级工程技术人才的需求。因此需要依据新工科需求，利用现代科技手段设置分层式，开放式，探索性的实践、实验环节，是目前需要解决的另外一个问题。

2 研究设计

2.1 混合式教学模式助力工程化学模块化教学

通过搭建网络超星教学平台，设计工程化学线上线下“混合式”教学模式，重新整合原有课程内容,打破固定章节，实施知识内容模块化，将原有章节分为7大板块知识：热力学、动力学、溶液、电化学与金属防腐，化学和环境保护，化学与材料，物质结构基础。每个模块都设计有课前预习任务点发放、课堂测试、抢答、投票互动，课后学情反馈等环节，授课教师依据课程及专业培养需要，灵活调度，使用，线上线下有机结合，合理设计，翻转课堂，小组讨论等，解决课程内容多而学时少的问题，让学生做课堂的主人，引导学生达到知识结构的塑造以及知识综合创新能力的培养。

2.2 项目式课程

引入土木、机械等专业建立优秀课程资源与讲座，建立项目式课程体系，引导学生自主学习的同时打破固定知识章节的教学，构建交叉跨学科项目式课程，通过文献检索、项目任务派发，让学生构思、设计、实现项目的设计，养成自主学习、设计的习惯并培养创造、创新能力。

针对土木专业，可以设计2～3个工程实际案例。提炼化学基础理论中工程问题模型，将理论知识沉浸并应用在实际工程场景。如模拟跨海大桥设计与施工防腐中，水中钢结构的防腐中涉及的工程场景问题，让学生查找相关文献资料，思考，分组讨论并设计出解决实施方案，引导学生用环氧涂层工艺、外加电流阴极保护法等溶液、材料，电化学等综合化学知识理论解决工程中的实际问题。让学生在解决工程实际问题的过程中学到知识，感受自身创造的价值，激发专业学习兴趣和热情。同时通过小组协作学习，互帮互助，不仅解决了学生水平参差不齐的问题，同时培养学生的实践意识以及解决复杂工程问题的能力和团队合作精神。

2.3 设置梯度、创新场景实践

结合虚拟仿真技术，开发和建设系统性虚实结合实验课程体系。工程化学课内实验，可依据不同专业，设置不同的实验项目内容，通过科学系统化的设计与升级，建立一套适应不同专业的分层、逐级递升、挑战性的虚实结合的实验体系。打破原有学分固定、实验固定制的学习模式，设置部分自选性、挑战性、探索性实验。可以针对不同专业，设置如滴定操作、熔点测定、水污染测定等部分自选实验内容，可依据自身专业培养特色、兴趣等进行选做；对部分高危、易制毒验证性实验，可用虚拟仿真实验代替；同时对电化学等腐蚀实验的工程场景，引导学生设计依据实际案例场景实践操作，达到学生创新思维的培养，知识迁移、综合应用能力的培养[10]。解决了工程实践环节缺少的问题。

3 研究结果

通过转变教学观念、创新教学理论、整合教学资源、工程化学逐渐构造了开放、交叉、共享、和谐的新型教学形态：

（1）“互联网+教学”推动了教学数字化的进程，在线教学学习平台、课堂实时互动系统和技术、使学生学习过程数据可以被全面记录，并科高效分析与挖掘，有力支持了教师在教育教学过程中对学生整体、小组和学生个体学情的精确掌握，故能够及时调整、优化教学过程，因此可以实现教学全过程基于学习分析数据的动态生成，即数据驱动的科学化改进教学。根据评测结果，教师可实时调整后续教学内容、策略与节奏。极大促进了工程化学课程的教学的改进与改革。以2020级土木专业为例，2020-2021第一学期，共发放44个章节任务点，部分任务点未完成同学可及时预警提醒，课堂互动、课后作业以及任务点完成情况可以直观给出学生总评成绩，利于小组和个体学情的精准掌握，反馈并及时改进教学。

（2）工程化学课程经过一学期的教学改革，引入土木、机械等专业建立优秀课程资源与讲座，注重项目式课程的开发建设，受到了学生极大的喜爱。调查显示，95%以上的同学对交叉学科讲座非常有兴趣，80%以上的同学认为内容全部掌握，95%以上的同学认为交叉学科讲座对自己的学习规划特别有帮助，4%的同学认为有帮助。96%以上的学生认可这种教学改革，认为这种教学更加尊重和重视学生的主体地位与个性需求。

（3）关注学生的学习过程，面向产出，学生评价体系中，过程考核占40%（含实验20%，半期10%，学习投入10%）。2020-2021学期期末平均分79.81，及格率100%，标准差7.96（2020级土木9，10班），而2019-2020学期工程化学平均分76.81,及格率98.08%，标准差10.71（2019级土木9，10班），成绩有所提升，标准差也更小。当教学重心从传统科学范式的知识呈现与传递转向情境化学习经验的构筑与转化，从促进接受式学习向促进自主体验、探究和创造转化，学生的学习效果明显得到了提升。

“互联网+”时代是信息时代教学模式变革发展进程的拐点。工程化学教学改革在“互联网+技术”的助力下，逐渐形成了以培养具有一定工程化学专业基础知识、知识综合应用能力、创新思维能力的工科人才为目标的工程化学新形态教学体系。建立了我校独有的工程化学教学体系，为培养具有创新思维能力与综合能力的新工科卓越人才提供研究基础与实践经验。