“新工科”背景下《大学化学》课程教学改革探索*

刘 楠，高建峰，李延斌，王晓晴，宋江锋

(中北大学理学院化学系，山西 太原 030051)

自2017年教育部提出“新工科”计划以来，“五个新”理念引起教育界的广泛关注。在目前以新技术、新业态、新产业为特点的经济蓬勃发展形式下，如何培养具备更高创新创业能力和跨界整合能力的新型工程技术人才，提高学生的责任感、空间感、关联力以及宏思维等工程素养，成为广大高等教育者的研究重点[1-2]。《大学化学》课程以化学学科的基本原理为主要内容，同时密切联系工程实际，是高等工科院校不可缺少的一门通识教育基础课，对于培养综合素质高、创新意识强、发展全面的工科人才不可或缺。

1 《大学化学》授课现状分析

1.1 授课对象庞杂，学生知识储备不一

目前，我校学习《大学化学》的专业主要集中在材料科学、机械工程、机电工程、土木工程等工科专业，目的是培养工科学生的科学文化素质和工程素养，全面拓展未来工程技术人才的知识结构和能力，在化学和工程之间构建桥梁。《大学化学》的教学目的，决定了该课程要在学生高中化学知识的基础上进一步学习，并适当了解当前化学学科发展的特点及与其它学科的联系，从而使学生获得在工程实践中采用化学理论和方法分析及处理问题的能力。自2019年第三批高考综合改革试点启动后，河北、辽宁、江苏、福建、湖北、湖南、广东、重庆等8个省份高考采用“3+1+2”模式，化学只是四门再选科目(思想政治、地理、化学、生物)之一。此外，四门再选科目中化学难度较大，在现有赋分机制下选择物理但弃考化学的学生比例较高，导致这部分工科专业学生化学知识储备严重不足，对后续《大学化学》的课程学习造成很大的影响[3]。

1.2 授课内容与专业联系不多，学生上课意愿不强

《大学化学》基本上采用是教师主讲的讲授式教学法。由于课程内容体系庞杂，教授内容包括化学反应的基本规律、变化过程中的能量关系以及物质的组成、结构及其变化规律等等，其中部分热力学和动力学以及物质结构等内容理论性强、抽象难懂，再加上部分课本知识没有体现与生活及相关专业的紧密联系，学生学习积极性不高，结束课程后普遍反映收获不大，很难达到现在“新工科”要求的培养学生工程素养的目的。

1.3 现有考核模式单一，无法有效衡量学生学习情况

课程考核是检验学生学习效果的重要方式之一。《大学化学》课程最初的考核方式以考试为主，该方式能够衡量学生对于理论知识的掌握程度，但是无法有效衡量学生采用化学理论和方法分析及处理工程问题的能力[4]。自2017年起，《大学化学》课程的考核模式由考试改为考察，通过综合论文来考察学生对化学及机械、材料等相关专业的关系的理解。通过数年的考核，我们发现以“大学化学和所学专业的关系”为题撰写综合论文的考核方式过于宽泛，学生无法有效地发散思维，从而将化学和所学专业联系起来，对于培养学生宏观思考、辩证看待事物的能力帮助存在局限性。

基于此，我们在“新工科”背景下对《大学化学》课程教学进行改革探索，以“互联网+”现代化教学手段为依托，通过改革教学内容提高学生人文素养、社会责任感及上课兴趣、重设综合论文撰写模式提高学生宏思维等形式，达到培养学生创新创业能力和跨界整合能力的目的，以期为国家工业建设培养一批具有较高社会责任感、宏思维能力等工程素养的人才。

2 《大学化学》教学改革探索

2.1 《大学化学》导入方式改革

科学技术的快速发展使得互联网与各种传统行业的融合越来越深入，其中“互联网+教学”的发展模式为新形势下教学困境的解决提供了有效途径。利用互联网技术的优势特点，“超星学习通”、“雨课堂”等网络辅助教学手段应运而生，为解决部分学生化学知识储备不足问题提供了新的途径[5]。在教学过程中，我们以学习通为平台，为广大学生构建《大学化学》先导知识平台。该平台的构建主要包括以下三个方面：(1)先导知识构建。根据课堂讲授内容，制作并上传与上课内容有关的先导知识。以“化学反应热”概念为例，将高中化学选修部分中“反应热和焓变”相关微课视频、课程讲义等导入学习通，为在高中阶段没有选修化学的同学提供基础概念，以便这些同学在上课过程中顺利过渡到《大学化学》对于“反应热”等化学反应过程中能量关系的阐述。(2)专业兴趣导入。兴趣是学习的最好老师。为不断提高学生学习兴趣，我们根据专业不同，将大学化学的知识点与学生的专业需求相连接，并在课前以视频形式通过学习通直观导入。以包装工程学生的为例，我们在课前搜集不同包装材料(如镀锡铁和镀锌铁)及其应用实例，通过他们在不同包装场合(奶粉包装和饮料包装)下的应用，引导学生思考不同包装场合下蕴含的金属防腐措施。该方式既能激发学生的学习兴趣，又能在课前明确课程学习目标，对于学生学习具有明显促进作用。(3)随堂测验提前导入。随堂测验是过程性评价的重要手段之一，对在教学过程中评价学生学习情况具有重要作用，但在实际操作过程中，部分学生由于先导知识不扎实而在随堂测验过程中成绩不理想的情况时有发生，大大打击了该部分同学的学习积极性。为解决该问题，我们在课前将随堂测验内容导入学习通，并将开放时间设定在课程即将结束时，既为同学们在课前明确课堂学习重点提供了途径，也为课后检验学生课堂学习效果提供了依据，同时还达到了激发学生预习兴趣、增添学生讨论动力的效果，自实施以来取得良好反响。

2.2 《大学化学》教学内容改革

“新工科”建设意味着新的技术革命的到来，而未来掌握技术革命的主体正是现在接受高等教育的学生，其人文素养和社会责任感必将影响技术革命的方向[6]。作为通识教育课程中的一环，《大学化学》对促进学生对不同领域知识和社会职责的了解具有重要意义。在现有课程重点传授理论知识(包括各种化学热力学、动力学理论以及物质结构等概念)的基础上，加入适当的科研实例或者名人事迹，对于培养学生学习兴趣、了解社会责任具有重要意义。基于此，我们通过合理设计将一些科研实例引入《大学化学》课程教学，例如：通过尾气的治理贯穿整个热力学和动力学内容，结合各种环境问题，向学生灌输“化学的发展推动了社会的进步，但是技术的不当使用会带来深重的环境或者社会问题，技术的研发者必须慎重考虑技术的应用及相关问题的解决”的理念，引导学生思考本专业各种技术可能带来的社会和生态影响，加深学生的社会责任感；在讲述“化学平衡的移动”章节时，对合成氨方法的发明人—哈伯加以介绍，综合评价其发明合成氨方法和首开化学战的行为，引导学生思考“科学受制于政治，科学研究者受制于道德”的工程伦理观；在讲述“电化学”章节时，结合青岛开发区管线泄露事件，引导学生思考专业责任。改革课堂教学内容，脱离单纯知识传授模式，积极引导学生思考化学对于社会、自己专业对于社会的意义，并学会运用跨学科、跨文化、跨时空的思维方式来思考人类生存问题并应对即将面临的社会工作，是培养“新工科”人才社会责任感和专业意识的重要途径，也为提高学生学习兴趣提供了新的可能。

随着社会的发展，工程问题需要大工程观，工程师也需要在大的科学空间内观察、思考问题，因此“新工科”需要帮助学生建立多学科交叉的意识，养成在多学科范畴内观察、思考、解决问题的能力，其立足点在于培养学生的关联能力和想象能力[7]。《大学化学》课程对于学生关联能力和想象能力的培养基于教学内容和生活生产实际的结合。学生在课程初期无法有效将生活和生产中的各种现象与化学理论相关联，不善于从多元化的角度看待事物。为解决这一问题，我们根据理论的逻辑性和内容的关联性，在课堂上主动将化学理论与生活生产实际相结合，对于培养学生这种关联能力具有重要作用。比如，课堂内容多次涉及合成氨反应，课堂设问小问题：“在合成氨工业中为什么要定时对原料进行驰放气？”引导学生积极思考，将生产中的实际操作和课堂内容—化学平衡的移动关联起来；在溶液部分，引导学生思考柴油号数代表的实际含义，并与稀溶液的依数性联系起来：“溶液的凝固点低于纯物质”，并进一步诱导学生自发思考凝固点降低现象在现实生活中还有哪些应用，逐步激发学生的想象和关联能力。

2.3 《大学化学》考核内容改革

“新工科”建设是顺应时代潮流的产物，多学科交叉是现代工业的重要特点。作为未来的工科产业顶梁柱，工科学生需要养成在多学科空间观察、思考问题的习惯，提高对于超出自身专业之外的问题的观察、思考以及领悟能力，即宏思维模式[8]。为达到该目的，我们重新设计《大学化学》考核形式，改进综合课程论文内容，要求学生就某一社会现象，从包括化学、自身专业以及其他涉及学科在内的角度综合思考，并采用批判性思维看待现有结论。比如：对于2004年日本3号反应堆泄漏事件，综合分析可能的原因，对当时的结论“钢铁的脱碳导致腐蚀”进行批判性思考，并结合青岛开发区管线泄漏事件跨时间、跨空间考虑，谨慎、详实地表达自己的思想观点。综合论文的撰写过程实际上就是学生宏观思考、辩证看待事物的一个过程。自改革综合论文考核模式以来，学生的论文内容思考深度、广度、发散性都有明显提升，表明该改革对于培养学生的宏思维模式具有重要作用。

3 结 语

以“新工科”建设引领高等教育课程创新变革是落实立德树人新要求、服务国家发展战略新需求的重要步骤。《大学化学》作为工科专业学生的通识教育基础课，其教学效果对于学生工程素养的培养至关重要。改革《大学化学》课程教学模式，充分利用互联网技术的优势对该课程导入模式、教学内容及考核模式改革进行探索，全面提高工科学生的综合素质、创新意识及社会责任感，同时为该类通识教育基础课程在“新工科”背景下的教学改革提供可行的思路。