新工科背景下应用化学专业化学综合设计实验课程的改革与实践

王琨琦，纪晓娜，张培旭，邹广玉，左妍，崔振峰

（长春工程学院 理学院，吉林长春 130012）

随着新工科建设的“复旦共识”“天大行动”“北京指南”“交大篇章”等文件的相继发布，高等教育新工科建设拉开帷幕[1]。新工科建设与传统专业建设相比，主要体现在“新”上，建设重点是围绕工程教育改革的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量开展[2]。教育部颁布了《关于地方本科高校转型发展的指导意见》等文件，强调在新形势下, 应用型地方高校应用化学专业要培养服务地方经济社会发展的应用型化学类人才[3]。鉴于此，新工科背景下应用化学专业应以培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才为目标。在应用化学专业的课程设置中，化学综合设计实验是培养学生具有知识型、创新型和复合型专业素质的重要课程之一。因此，在新工科建设的大背景下，加速推进化学综合设计实验课程建设、改革与发展，对提升教学质量和学生创新能力、工程实践能力和就业竞争力具有十分重要的意义。

1 新工科背景下应用化学专业化学综合设计实验课程研究

1.1 应用化学专业化学综合设计实验课程的地位与作用

化学综合设计实验是应用化学专业学生在具有一定基础知识和基本操作技能的基础上，对学生实验技能和实验方法进行综合训练[4], 是提高学生综合素质和实验操作能力的主要课程，是培养学生实事求是作风和创新精神的有效路径[5]，也是培养知识型、创新型和复合型人才的重要实践环节[6-7]。

1.2 应用化学专业化学综合设计实验课程开设的现状

目前，全国2 631 个普通高等学校中有451 所学校开设了应用化学专业，占比为17.1%，其中开设化学综合设计实验类课程的有54 所高校，占开设应用化学专业学校的12%，开设比例不是很高。化学综合设计实验课程不仅在应用化学专业开设，而且已经扩展到在材料科学与工程、生物工程、生物技术、制药工程、食品科学与工程、动物科学、环境工程、过程装备与控制工程、安全工程、建筑环境与设备工程和土木工程等12 个专业，化学综合设计实验课程不仅服务应用化学专业学生，还使相关专业学生同样受益[8]。

1.3 应用化学专业化学综合设计实验课程存在的不足

化学综合设计实验课程在应用化学专业教学过程中发挥着重要作用，但在课程教学中还存在一些问题，表现在：（1）化学综合设计实验课程在形式上没有鲜明特色，与其他学科实验没有区别，不能展现应用化学专业学科特点；（2）部分学生在化学综合设计实验课程中表现出动手能力欠缺、仪器操作技能差、理论难以应用于实践和创新创业能力不足等问题；（3）多数普通高校化学综合设计实验课程的课程设置和实验内容选择与应用型人才培养需求脱节，实验经费投入不足，这些严重制约了课程教学质量的提高。因此，加快对化学综合设计实验课程的建设与改革，是新工科背景下应用化学专业培养新工科人才的迫切需求。

2 新工科背景下应用化学专业化学综合设计实验课程的改革与实践

2.1 明确新工科背景下应用化学专业化学综合设计实验课程目标

运用文献资料法和实地调查法对目前高等学校应用化学专业化学综合设计实验课程进行了深入研究，确定了以学生为本、基于0BE 教育理念及以PBL 教学法为理论基础的改革、建设路径[9-11]，将培养符合应用化学专业理论与实践要求的工程实践能力强、创新能力高、具备竞争力的高素质复合型新工科人才作为应用化学专业化学综合设计实验课程总目标，同时将总目标进一步细分为具体目标（见表1）。

表1 应用化学专业化学综合设计实验具体课程目标

2.2 更新并完善化学综合设计实验课程的教学内容

根据学校办学定位和专业培养目标定位，结合学科进展和行业需求，对课程教学内容进行了大幅度调整、更新和优化，详细实验项目及内容见表2。

表2 应用化学专业化学综合设计实验课程实验项目及内容详表

表2 中新课程内容以课程目标为导向，增强了实验的针对性、实用性和创新性，融入了先进的性能表征技术和仪器分析方法，注重加强学生发现问题、分析问题、解决问题能力，自主学习能力和团队合作精神的培养。

2.3 应用化学专业化学综合设计实验课程教学的新方式、方法及环节

遵循以学生为中心的原则，基于0BE 教育理念及PBL 教学法理论，化学综合设计实验课程根植课程培养目标，依据不同的教学内容，设计线上仿真、课前预习报告、文献资料调研、实验方案设计和汇报、科技先进成果介绍、课堂小组讨论、教学现场互动、实验数据分析与展示和总结性小论文等教学环节，激发学生的学习兴趣，增强学生学习主动性和创新意识。同时，采用线上线下相结合的教学方式，结合新的双语教学、翻转课堂、微课等先进教学手段提高课程教学效果，具体实施情况参见表3。

表3 应用化学专业化学综合设计实验课程教学环节、教学手段、教学方式具体实施表

2.4 建立应用化学专业化学综合设计实验课程新考核与评价体系

化学综合设计实验课程考核和评价不仅是给学生一个分数，而是对学生能力的一种认定和鼓励。因此，该课程考核和评价体系的设计及实施要有利于激发学生的主动参与意识，挖掘学生的潜能，提高学生的创造力和创新精神[14]，这符合新工科背景下应用化学专业新工科人才的课程培养目标。

传统实验课程考核与评价多采用终结性考核和评价体系，依托实验报告评定学生课程成绩，这种考核和评价方式是片面、不科学的。因此，课程教学团队构建了形成性考核与终结性考核相结合的考核和评价方式，形成性考核包括实验方案设计和实验方案实施两部分，在总成绩中各占比25%；终结性考核包括技能评估和课设汇报两部分，在总成绩中的占比分别为 15%和 35%，课程指标量化考核如图1所示。

图1 应用化学专业化学综合设计实验课程考核指标量化图

上述化学综合设计实验课程考核和评价方法被应用化学专业3 个学年6 个班级采用，学生反馈积极正面。这种多维度考核和评价体系使学生学习从被动接受型转为主动参与型，将过去单纯重视知识点、技能考核转变为注重对学生学习能力、解决问题能力和创新能力的考核，有利于学生整体综合素质提高，更有利于课程教学及时反馈和持续改进。

2.5 应用化学专业化学综合设计实验课程建设成果

截至目前，新实验项目在应用化学专业化学综合设计实验课程中已经全面投入，在教学过程中学生表现出浓厚的学习兴趣，提升了创新意识和专业应用能力。教师基于相关研究成果发表教学改革论文2 篇；学生获中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛省赛二等奖1 项，三等奖2 项；完成国家级、省级大学生创新创业项目各1 项，获省级大学生创新创业项目2 项；获东北赛区化工学科竞赛一等奖1 项、三等奖1 项。

在化学综合设计实验课程建设中，教学大纲、教学日历、实验指导书、实验任务书、课程成果报告、课程总结和成绩达成度分析等教学资源进一步完善，使该课程教学更加科学化、规范化和制度化，为培养应用化学专业新工科人才提供扎实的基础保障。

化学综合设计实验课程师资队伍建设取得明显进展，师德师风建设不断强化，实行师德师风一票否决制。团队新增加青年博士教师2 人，在持续开展教学模式与方法、教学内容更新等教学研究活动过程中，团队专业教学能力和整体素质显著提升，2 名教师晋升为教授。目前，化学综合设计实验课程团队已经成为一支师德高尚，理论基础知识扎实，实践操作能力过硬，富有团队合作精神，年龄、职称梯队合理的师资队伍，为该课程的可持续发展提供了坚实支撑。

3 新工科背景下应用化学专业化学综合设计实验课程改革与实践的思考

3.1 应用化学专业化学综合设计实验课程改革与实践尚待解决的问题

首先，在新工科背景下，应用化学专业化学综合设计实验课程建设要认真贯彻以人为本、发展性强等教育观，坚定0BE 理念，积极实践PBL 教学法，并将上述理论与课程建设紧密结合；其次，为保持应用化学专业化学综合设计实验课程活力，专业教师要调整课程教学内容、教学方式、教学手段及教学评价体系，不断学习新理论、新方法，新技能，提升教学能力；最后，要不断提升应用化学专业化学综合设计实验课程教学质量，进一步推进产学研合作教育和互联网等先进信息技术应用，更充分地使用教学资源。

3.2 应用化学专业化学综合设计实验课程改革与实践的展望

在新工科背景下应用化学专业化学综合设计实验课程的改革与实践中发现，未来该课程建设应该重点加强以下两个方面工作。（1）特色教材建设。特色教材是培养具有应用化学专业特色新工科人才的重要载体，为此，需要整合现有师资力量，加快编著一批凸显课程特色、创新性强、实用性强的高质量教材。（2）互联网共享资源建设。深入挖掘和高效利用互联网共享资源，丰富教学内容和方法，为培养基本技能与能力扎实、工程实践能力强、具有创新意识及能力的高素质复合型新工科人才提供支撑。

4 结束语

在新工科背景下，化学综合设计实验课程教学团队坚持以人为本和发展性高等教育观，基于0BE理念和PBL 教学法等，明确了培养符合应用化学专业理论与实践要求的工程实践能力强、创新能力高、具备竞争力的高素质复合型新工科人才的课程目标，调整课程教学内容，增加了行业针对性强、应用广泛和体现新科技进展的教学内容；采用线上线下相结合教学方式、双语教学、翻转课堂、微课等先进教学方法，构建了形成性考核与终结性考核相结合的课程考核和评价模式，为培养应用化学专业新工科人才提供了强有力保障。同时，师资队伍也在教学改革和发展中得到锻炼和提高，为课程可持续发展提供了有力保障和动力。

新工科背景下应用化学专业化学综合设计实验课程改革与实践，全面提升了学生科学思维和创新意识，充分调动了学生学习的积极性和主动性，开阔了学生的视野，提高了学生分析和解决实际问题的能力以及对专业的兴趣；明显提升了课程教学效果和质量，为应用化学专业新工科人才培养起到引领和示范作用。