工程化学多元化教学方法探索与实践*

谢云鹏

(华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074)

我国工程教育认证标准要求，专业必须有明确的毕业要求，课程体系应能支撑毕业要求的达成，体现以能力为导向的工程教育人才培养的目标与要求。《工程化学》是工科学校非化工类专业的一门必修基础课，是我院材料成型及控制工程专业工程教育论证中必须包含的一门化学课程。通过掌握基础化学理论知识，拓宽化学视野，提高科学素质，使学生学会用化学的眼光看世界，并能够运用化学的理论、观点和方法正确认识和解决社会和生活中遇到的问题。认识化学学科的概貌、发展方向以及与材料学科的关系，学会基础化学分析方法。通过理解材料制备、加工和使用过程中的基本化学问题，能够运用化学基础理论认识和分析材料工程技术中的相关化学问题。学会综合运用化学原理和规律，解决材料设计、成型及控制工程中的实际问题，理解和评价材料领域工程实践对环境、社会可持续发展的影响。根据工程化学的培养方案要求，该课程学时为 32 学时。然而，在新高考的情形下，部分学生化学基础知识薄弱。在以往教学实践中反映出学时少、内容多、教学内容与本专业工程实际衔接不紧密、反映新的科技成果少等诸多问题。因此，为了更好得实现在工程教育专业认证背景下，“以学生为中心”的教育理念，《工程化学》教学方法的多元化势在必行[1]。

1 教材和大纲的合理优化

根据材料成型专业人才培养目标和毕业要求为依据，明确了《工程化学》课程教学目标，制定了能力培养大纲，理顺了工程化学课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系。进一步设计教学过程，制定《工程化学》课程知识和能力培养目标，将课程教学目标落实到具体章节内容中，落实到每一节课堂中，辅以具体的实现途径，形成一整套讲义。材料成型专业侧重于金属材料的性质和应用，因此在制定大纲时，第二章物质结构基础、第六章电化学基础与金属腐蚀以及第八章化学的应用，分配的课时要多一些。使学生掌握用于解决材料成型及控制工程复杂问题的化学基础知识。在授课内容上，化学电源、金属的腐蚀与防护、化学与环境保护等可以详细讲解，并进行适当的拓展，比如，电化学储能新材料和新技术对碳达峰、碳中和等国家战略目标实现的重要支撑。对于化学热力学和动力学部分应弱化相关繁杂公式的推导，侧重公式的实际应用及计算； 原子的结构和晶体结构部分概念多、理论性强， 教学内容选择应重思维而轻具体内容，对相关结构理论只作简单了解。

2 组合式教学模式

《工程化学》是材料成型专业第一学期开设的课程，作为非化学专业大一的学生而言，由于从高中刚踏入大学的校门，大学的学习环境跟高中完全不同，学习内容更深，学习节奏快，学习科目多，而且大部分情况下要靠学生自觉学习。作为刚上大学的学生而言，没有了高中的约束和压力，容易养成懒惰和松懈的习惯，对大学的学习不够适应或不上心，容易造成学习兴趣不高，学习积极性差的情况。同时还需要注意一些学生在高考中没有选择化学考试，因此化学的基础知识相对薄弱。因此需要通过多种教学模式的组合，来有效促进学生的主动学习、合作学习和课堂参与度[2]。

2.1 通过线上线下相结合的方式，增强学生自主学习的意识

根据疫情防控工作需要，进行疫情背景下的混合式教学准备与设计是非常必要的。在多次倾听“慕课堂”“雨课堂”、“智慧树”、“超星”等教学平台的在线教学培训后，从理论和实践方面努力提高自己的混合式教学重构与设计素养，综合考虑各个平台的优劣，选择出适宜自己和学生，并可留有教学记录的线上教学和学习平台。加强学习通中学习资料的建设和完善，将课程PPT的观看进度、课后作业的完成情况以及课前预习的完成度都纳入到平时成绩里，来提高学生自主学习的意识。另外，由于疫情的复杂性，若有学生不能参加线下学习，可以通过腾讯会议等软件实现线上线下相结合的实时授课方式，不耽误每一个学生的学习进度。

2.2 引入新的授课方式，增加课堂的趣味性

化学是一门知识点相对比较零散的学科，尤其对于工科学生来说，学习起来既感觉枯燥，又深感微观难懂。仔细分析学生的学习认知心理后发现，学生最难接受的就是零散知识点的记忆，往往因为没有兴奋点而引不起重视，学习记忆起来深感困难。可以引入新型的教学软件，如慕课堂、雨课堂app等，使上课形式多样化，提高学生的参与度。雨课堂中有在线选人，比单纯的老师点名提问会更有趣味性，可以活跃课堂气氛，而课堂讨论和互动也可以拉近老师与学生的距离[3]。现在的学生已经是00后，网络发达，对新鲜的事物有着浓厚的兴趣，但是很少能把网络上的一些信息跟所学的专业相联系。将年轻人感兴趣的东西引入到课堂，跟所学的知识相联系不仅能够提高学生的学习兴趣，还能让学生养成勤于思考，理论联系实际的好习惯。比如在讲到熵增原理的时候可以将网络上流行的化学青年问禅师的梗引入到课堂中，“世界万物都是潮起潮落，不可能只增不减，但是熵除外”，这样既增加了课堂的趣味性，又加深了学生对熵增的理解。其次是利用平台的翻转课，可以发布学习任务、学习资料、加强学生的作业训练、开展直播课堂答疑、签到、抢答、投票、头脑风暴等；建立QQ群，也是必不可少的交流工具，可以实现任课教师和学生之间“无缝衔接”，及时收集学生疑问并进行适时答疑，不受课堂时间限制，并可以长期保存学习资料与文件。最终将线上线下混合式教学设计为 “线上自主学习-线下翻转课堂- 师生互动反馈”的教学模式。

通过教学软件，又可以对所有学生的学情分析，了解每个学生的学习特点、学习方法、习惯、兴趣、成绩等，对每个学生的具体情况进行处理等。及时关注学情，每周调阅一次各门功课的在线学习数据，比如，视频学习时间、PPT预习情况、作业完成情况等，并及时批阅作业，发放成绩与答案，随时随刻督促学生学习，不放弃任何一个学生，认真作业批改后尽可能留有评语，及时反馈，方便每个学生查阅自己的不足与欠缺，不使任何一个同学掉队。

2.3 加入思政内容，提高学生的专业素养

在2016年的全国高校思想政治工作会议上，中共中央总书记习近平指出“要坚持把立德树人作为中心环节”，将思政课程和课程思政相结合，实现“全程育人，全方位育人”。因此，各门课程要深挖德育功能，从而全面提高人才培养的质量[4]。《工程化学》涉及到的化学基础知识较多，因此在课程教学过程中一方面可以通过引导学生查阅资料的方式介绍各位化学家的名人轶事，既能增加互动性，提高学生的主动参与性，还能让学生学到化学家们坚持不懈、勤于思考的科学精神。比如讲到德布罗意提出了波粒二象性，可以介绍一下他的生平。原本德布罗意学的是历史，但是哥哥喜欢物理，大学毕业后在哥哥书房中接触了普朗克的著作，改学了物理，最后凭借毕业论文获得了诺贝尔物理学奖。通过德布罗意生平的分享可以让学生更深刻得体会，学习任何时候都不晚，但是想要成功需要付出比别人更多的努力和热忱。在思政课堂让学生了解化学对社会和经济发展的作用以及中国科研工作者对化学的贡献。通过介绍我国科学家的生平事迹、我们国家的最新科技创新成果，使得学生树立正确的世界观、人生观和价值观。将中华传统美德、文化自信内化为学生的精神气质和道德品格。对材料成型专业学生来说，实践是培养职业能力的主要手段，“工匠精神”理念的渗透是其中重要的方面，让学生体会让用“中国制造”成为世界引以为荣的自豪感。

2.4 将学生划分小组，加强学生的集体荣誉感和互动性

由于课时或班级规模限制，授课过程中进行课堂提问、翻转课堂或提交课程论文时，不能保证提问到每一位学生[5-6]。且为了体现课堂的多元化、增加趣味性、加强学生小组合作能力以及集体荣誉感，将学生划分为小组，以3～4人为一个小组进行讨论，明确最终的提交结果会影响每个小组成员的平时成绩。授课教师作为课外辅导员，针对于同学们感兴趣的化学知识，教师和同学讨论后确定一些主题，例如：化学与环境污染问题；如何理解微观结构决定材料性质？如何提高化学能转化为电能的效率？如何测量化学反应速率？人体酸碱平衡失衡与疾病关系等。课外组织同学们分组、查相关资料、组内讨论、组内推选同学展示讨论结果、教师总结的方式进行。这种方式不仅可以增加同学们团结互助的精神还可以提高学生的动手、动脑及表达等各方面能力。同时，多样化作业使得作业成绩不再单一，所有作业成绩均会计入期末总评成绩中去，体现了对学生的过程性考核。

3 开辟第二课堂

设置学术讲座专题、观摩仪器和动手做实验的多种方式，达到学生了解该专业的研究前沿，激发学生对该专业的主动性[7]。实现学生的使用现代工具、研究、沟通的能力培养。能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料成型及控制工程实验结果进行正确解释和分析，比较和选择合理研究路线能力。

开展专题学术讲座：邀请石墨烯、电催化、光催化、锂电池、太阳能电池等领域的老师，结合自己的研究课题，以学术讲座的方式，使学生巩固课堂所学的理论知识，了解各类新材料研发及其应用情况，大大开阔学生的视野、提高学生的学习热情。例如，学生通过对离子电池相关学术报告学习，可以了解到锂离子电池作为一种重要的化学电源，在降低碳排放过程中起到关键作用。同时结合课上有关电化学内容，分析出锂离子电池的特点及优缺点，了解锂离子电池的正、负极材料的构成，熟练写出锂离子电池表达式以及正负极反应方程式等。

走进实验室观看用现代分析仪器对样品进行制备、分离、表征和分析。例如，先用高效液相色谱对样品分离，从记录仪中的几个峰，可知样品中物质的种类，对已分离的物质分别收集后，再通过红外光谱，质谱，氢谱和碳谱等分析，确定样品中的物质成分。最后，通过X-射线单晶衍射仪对于一些单晶样品进行结构的精确测定。可以了解X-射线单晶衍射仪的工作原理，巩固课上有关化学键与晶体结构等知识。实验仪器虽然只是演示实验，但学生通过观看，可以体会到现在分析技术的先进，知道在以后工作中遇到需了解材料成分时，能通过现代分析仪器来实现。鼓励学生以小组的形式走进实验室做一些基本化学实验。通过开设第二课堂，使学生掌握材料表征的相关仪器和测试设备，具备材料成型及控制复杂工程问题研究与分析的能力。

从2016年授课至今，我院该课程通过“教师走下讲台，学生走出教室”的理论加实践相结合的授课方式能够让学生更快地了解和掌握书本上的理论知识并与之后的专业知识和应用相结合，得到了师生的一致好评。

4 结 语

我院《工程化学》课程一直坚持以学生为中心，重视对学生专业知识以及专业素养的培养。在学科建设的基础上，成立教师团队，深化教学改革，努力将《工程化学》打造成一门具有趣味性和吸引力的实用性课程。通过对《工程化学》教学内容和教学大纲进行优化整合；引入新技术，建立了符合认证标准的教学模式和课程考核评价体系；开展学术讲座、观摩仪器使用，不仅为专业认证背景下公共基础课的建设起到借鉴和示范作用，还可以大大开阔学生的视野、提高学生的学习热情、让学生化被动学习为主动学习、提高教学效果。