“新工科”背景下“工科大学化学”的课程教学改革与实践

摘要：“工科大学化学”是非化学化工学生必修的专业通识课，在“新工科”教育理念的引领下，应以复合型人才培养为导向，与时俱进地进行教学改革。针对现有工科大学化学教学中的学生学习动力不足、课程内容与工程实践脱节、考核评价体系单一等问题，分别从重构教学内容、改善教学模式、强化工程实践、创新考核方法等方面进行改革探索，全面践行“知识传授—能力培养—素质提升”三位一体人才培养的教学理念，以期为相关学科交叉类课程的教学改革提供新思路，激发学生创新思维，助力复合型人才培养。

关键词：新工科；大学化学；教学改革；实践

中图分类号：G420文献标识码：A

ResearchandPracticeonTeachingReformof

"EngineeringCollegeChemistry"UndertheBackgroundofNewEngineering

HanDandan1WangMeiyin2ZhengXin1WangShun1LiXin1*

1.CollegeofScience，HenanAgricultureUniversity HenanZhengzhou450002；

2.QingpuCampus，HighSchoolAffiliatedtoFudanUniversityShanghai201799

Abstract：EngineeringCollegeChemistryisacompulsorygeneraleducationcoursefornonchemistryandchemicalengineeringstudents.Underthebackgroundofnewengineering，itisnecessarytocarryoutteachingreformsthatareorientedtowardsthecultivationofcompoundtalentsandkeeppacewiththetimes.Aimingattheexistingproblemsinengineeringcollegechemistryteaching，suchasinsufficientstudentlearningmotivation，lackofengineeringpracticeinteachingcontent，andtraditionalassessmentmethods，reformsandexplorationsshouldbeconductedindifferentaspectssuchasteachingcontent，teachingmodes，andassessmentmethodstoachievethe"threeinone"talentcultivationteachingphilosophy.Thisisexpectedtoprovidesomeideasfortheteachingreformofrelatedinterdisciplinarycourses.

Keywords：newengineering；collegechemistry；teachingreform；practice

1概述

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中明确提出建设高质量教育体系，强调激发人才创新活力，加强创新型、应用型、技能型人才培养。全国高校思想政治工作会议上指出我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈。因此，着力培养出更多的复合型人才，以满足新时代国家和社会发展的需要，成为新时代教育教学改革的研究前沿与热点［1］。

2017年，在复旦大学召开的综合性高校工程教育发展战略研讨会上，“新工科”理念被正式提出，随后引起了教育界的广泛关注。顾名思义，“新工科”即新的工学学科或工程学科，是高等教育主动适应人类社会从工业文明逐步进入信息文明社会对人才需求的转变。这一“新”字蕴含有形势之新、需求之新、理念之新、行动之新等多重含义［2］。“新工科”建设是我国高等工程教育主动应对新一轮科技革命与产业革命的挑战而采取的战略行动。在当前以新技术、新业态、新产业为特点的经济快速蓬勃发展的大背景下，将新技术、新知识引入教学内容，创新课堂教学模式，帮助学生形成复杂工程的系统视野和跨学科知识结构，养成前瞻性学科交叉的思维方式，培养学生知识综合、技术集成和跨界整合的能力，同时提高学生的责任感、空间感、关联力以及宏思维等工程素养，已成为广大高等教育者的研究重点［2］。

“工科大学化学”是面向非化学类工科专业学生开设的一门专业必修课，课程内容以化学学科的基本概念和原理为主，是工科学生掌握化学工具的窗口［36］。这门课的开设一方面为工科学生认识问题提供了化学视野，另一方面有助于全面构建与丰富工科学生的知识体系，提高学生综合素质与竞争力，培养善于开拓创新的科技复合型人才。在当前以互联网和工业智能为核心的新技术（如新能源装备与技术）蓬勃发展的时代，单一学科背景已无法满足工作岗位的需求。化学作为一门基础学科，已经与其他专业类工科深度交叉融合，成为工科学生认识问题、分析问题的重要工具。因此，在“新工科”背景下，以工科专业人才培养理念及发展规律为指导，探索“工科大学化学”课程教学改革，不仅能够服务于国家与地区的战略发展新需求，也是推进高校“双一流”学科建设的内在需求，更是落实立德树人的必然选择。

2“工科大学化学”教学现状

2.1授课对象专业背景庞杂，学习能动性不足

河南农业大学“工科大学化学”课程面向能源动力、农业工程等专业大一学生，这些学生普遍化学基础薄弱（如图1），易陷于知识焦虑与自我否定，面对挑战常退缩。部分学生认为化学与就业关联不大，兴趣缺乏，学习动力不足，影响主观能动性的发挥。

2.2课程内容偏理论，缺乏工程实践

河南农业大学的“工科大学化学”课程含32学时理论（涵盖化学反应基本规律、溶液与离子平衡、氧化还原反应及电化学）与8学时实验（如花椒油提取、乙醇蒸馏、酸碱滴定等），内容偏抽象，与工程实践融合不足，实验与现代工程技术脱节，需优化以更好培养“新工科”复合型人才。

2.3课程考核方式传统，难以体现能力培养

“工科大学化学”课程考核沿用“平时成绩40%+期末成绩60%”模式，侧重出勤、作业、章节测验及期末考试。此模式重结果轻能力，难以测评学生工程应用化学知识能力。改革旨在破除唯分数论，构建多元化评价体系，融合学生成长与知识学习，推动化学教学良性发展。

3“工科大学化学”教学改革实践

基于“新工科”背景下对于复合型人才的培养需求，结合我校“工科大学化学”教育教学中存在的问题，我们将以学生为中心、教师为主导，激励学生主动学习，建立探索性学习的模式，并从以下四个方面进行教学改革创新（如图2），以实现学生的硬实力（学科知识）和软实力（能力素养）的协同提升，为我国培养“新工科”复合型人才提供强有力支撑。

3.1重构教学内容，紧密联系工程实际

在教学内容的设计上，需要打破原有的纯化学体系，以化学基本理论为“经”，以化学在新工程技术中的应用为“纬”，建立“经—纬”两者有机融合的新知识体系，以提升学生利用化学基础理论分析和解决问题的能力。比如，在《热力学第三定律》章节中，通过熵的概念讲解，引导土治专业的学生思考与土壤有关的熵增定律和应用；在《稀溶液的依数性》章节中，通过“水中毒”的导入，学生可以理解渗透压的产生，进而思考航天员在太空飞船中的循环用水问题；在《原电池》章节中，课程内容融入当前蓬勃发展的锂离子动力电池，通过介绍锂电池的结构构造、原理和示例，帮助学生进一步理解新能源汽车参数，并启发学生思考如何实现动力电池的绿色回收。另外，将思政元素始终贯穿于课程内容（比如社会热点、科学家小传、传统文化等），提升教学内容的趣味性，引导学生树立正确的人生观和价值观。比如，酸碱质子理论部分引入酸碱体质理论等伪科学，鼓励学生敢于质疑，运用化学知识练就火眼金睛。基础科研的创新成果也可以融合基础理论中，比如，热力学第三定律——在0K下，绝对完美晶体的熵值为零，很多同学对完美晶体不能正确理解，可以将纳米晶超晶格的结构形貌作为完美晶体的形象化阐述，让学生更加直观地理解概念。

3.2利用信息化手段，打造立体化课堂

信息化背景下，学生获取知识的渠道多样，面对海量信息，常常无从下手，反而依赖于教师的课堂讲授。为了充分激发学生在教学过程的能动性，综合利用学习通、雨课堂、慕课等智慧平台进行教学过程设计。比如，通过雨课堂提前一周发布课件，基于学生的预习反馈留言，针对性地进行教学。课堂实施过程中，利用雨课堂的弹幕、随机选人、问答投票等功能，实现与学生的有效互动，并对课程的重难点进行详细讲解，通过随堂测验检验学生对于概念或公式的正确理解和运用。课堂结束后，通过公众号科普和学习通的云资源（比如趣味视频、弱酸弱碱最简式的推导、动力电池的工艺生产流程等），进一步拓宽和延伸课程内容。引导学生利用人工智能查询资料、自主学习等。整个课程开始之前，通过调查问卷了解学生的高中化学基础如结构或有机，进而关注基础薄弱学生，设置阶梯性作业（由易至难），同时知悉学生们对于此课程的期待。在课程中期，调研学生们对于课程的建议，及时调整课程方式，实现教学过程的“供需平衡”。在课程结束之际，利用问卷了解学生们在整个学习过程中的收获和建议，以激励教师不断优化教学，提升自身教学水平。这种“线下教学+线上自学”立体化信息化课堂模式，能够实现学生主动预习、主动问题、主动答题，进而实现以学促教。只有让学生动起来，课堂才能“活”起来。网络教学平台可针对性地对不同专业学生实施教学过程，打造个性化课堂，以进一步提升教学质量。

3.3优化实验方案，强化工程实践

现有实验课内容化学属性较强，内容应根据专业需求进一步优化，建立不同导向的模块如基础实践模块、工程实践模块、创新创业模块等。基础实践模块包括“气体摩尔常数的测定”和“酸碱滴定”等偏化学属性的实验，以加深学生对第一章《热力学公式中气体常数》和第二章《溶液中的酸碱反应实质》的理解，同时掌握基本实验操作技能；工程实践模块设计与工科专业密切结合的化学实验，比如碳中和背景下生物质热转化新技术、土壤酸化过程的化学分析，以及教师自身承担的科研项目等，实现实验课程与授课学生专业知识的交叉融合；创新创业模块建立学生利用化学基础理论进行学科交叉融合的创新创业实训平台，如发掘本地相关高新技术公司资源，产教联合教学。常规的实验课程常常由学生们自由分组完成，一般按照学号顺序、宿舍集体或者关系较好者组团。这种结果导致组内一两个学生实验热情高涨，而另外的学生不深度参与实验，仅以取得实验结果为目的。基于以上实验模块的设置，学生们根据自身需求和兴趣对实验课程进行个性化选择，教师团队再根据选择结果分批次教学，从而能够打破班级内固有分组，充分调动小组内所有成员的积极性，考验小组的团结协作能力，并实现多个不同专业背景学生如交通、农工、能源动力等的思维碰撞。这种针对性的实验模块设计，不仅可以强化化学实验的工程实践属性，同时能够激发学生好奇心，培养学生科学思维和创新精神，拓宽学生化学视野。

3.4创新考核方式，构建多维评测

复合型人才培养效果的评价需要采用复合的考核方式，其应着眼于学生的个人成长（如学习自主性、攻坚克难的勇气）和综合能力提升（如沟通能力、科学思维、团结协作、理论知识获取）。在考核方式上从以下三个方面进行改革：加大过程性考核，通过雨课堂的课堂出勤、弹幕互动、章节测验、作业完成等系列报告考查学生平时表现，即学生参与整个教学过程的情况，占比40%；建立成长性考核，对学生在课程学习中的能力提升进行考核，比如PPT制作、思维导图制作、讲课视频、学科竞赛、实验技能、实验报告等，占比40%；完善结果性考核，在原有期末考试的基础上，开展学生与学生之间的评价（生生互评）、学生自我评估目标的实现程度，占比20%。通过以上考核模式的改革，学生在学习中的主观能动性大大提高，同时改变了对化学学习的消极情绪，体会到课程的成就感，进而能够持续性学习。

2023级农工六班专业学生对于课程收获中写道：收获了更多化学学科最基本的理论与知识，更加深入地了解化学原理的相关内容，提高了使用化学知识解决生活中实际问题的能力，了解了许多化学前沿知识的应用，能更好地把握自己未来化学学习的方向，了解了化学学习重要性的认识，明白了化学的重要意义。

2023级农工五班专业学生对于课程评价中写道：教师丰富有趣的课堂指导与氛围，给我带来了更多的欢乐，生动有趣的教学方式让我更有精力和期待来上这门课，教师也采用了“问卷调查、雨课堂”等方式，让我们更加喜欢这门课。

2022级植保一班专业学生对于课程评价中写道：高中时期化学并非我的优势学科，这种对化学的恐惧一直伴随我到大学。第一次上教师的化学课时，我是忐忑不安的，我害怕我学不好，甚至学不会化学，然而是她的出现让我逐渐建立了对化学这一课程的信心，重拾了对化学的学习兴趣，希望有机会能够继续学习化学。

结语

针对目前“工科大学化学”课程中存在的学生学习能动性不高、学科交叉融合不足、考核方式单一等问题，探索了一种“工科大学化学”课程教学改革方式，通过重构教学内容、改善教学方法、强化工程实践、构建多维评测等，增加课程与授课专业、新工程技术间的交叉融合，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的内驱力，进而真正实现“知识传授、能力培养、价值引领”，为培养“新工科”背景下复合人才提供借鉴。

参考文献：

［1］钟登华.新工科建设的内涵与行动［J］.高等工程教育研究，2017（03）：16.

［2］李贞玉，曹永利，杨旭东，等.高校新工科的内涵、特征及发展需求［J］.科教导刊，2019（26）：12.

［3］沈祥，谢静，周成冈.工科大学化学课程的混合式互动教学的实施与探索［J］.当代化工研究，2022（05）：114116.

［4］周小英，周先波，毛红雷.课程思政视域下新工科专业大学化学绪论课教学设计［J］.广东化工，2022，49（18）：238239.

［5］周苇，鹿现勇，田东亮.基于“大学化学”的科创培育模式探索［J］.大学化学，2023，38（9）：4751.

［6］江文.新工科背景下基于OBE教育理念的“大学化学”课程教学改革［J］.化工设计通讯，2023，49（12）：136138.

基金：国家自然科学基金（22302058）；河南农业大学理学院教育教学改革研究与实践项目（2024YJGLX004）；河南农业大学高等教育教学改革研究与实践项目“农业院校化学拔尖人才选拔与培养方案的创新改革与实践”（2024XJGLX153）

作者简介：韩丹丹（1991—），女，汉族，河南濮阳人，博士，校聘副教授，研究方向为电化学储能。

*通讯作者：李鑫（1973—），男，汉族，河南南阳人，博士，副教授，研究方向为精细化工和材料化学。