新工科背景下智能車輛工程專業(yè)《工程化學(xué)》教學(xué)方法探索與思考*

聶煜東，沈 倩，李 軍，王 洪，冉秀芝

(重慶理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400054)

當(dāng)今世界，新一輪科技革命正在進(jìn)行，在科技革命推動下，世界各地的產(chǎn)業(yè)變革正如火如荼開展。為了能夠把握變革中的機(jī)遇，應(yīng)對變革帶來的挑戰(zhàn)，從而在這一波科技革命中搶占先機(jī)，國家適時地提出了包括新工科建設(shè)在內(nèi)的“四新建設(shè)”，以期通過向各新興行業(yè)大量輸送人才，推動產(chǎn)業(yè)的持續(xù)更新，進(jìn)而促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。

由于各新興產(chǎn)業(yè)大多為傳統(tǒng)學(xué)科的交叉領(lǐng)域，因此在各新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，對綜合性人才需求的迫切性往往高于傳統(tǒng)專業(yè)性人才[3]。綜合性人才除了需要有扎實(shí)的本專業(yè)基礎(chǔ)知識外，還需要對各相關(guān)學(xué)科有充分的了解。作為支持車輛工程相關(guān)專業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)學(xué)科，化學(xué)知識體系的構(gòu)建對于培養(yǎng)新型綜合性智能車輛工程人才至關(guān)重要。同時，近年來隨著我國正式加入國際工程教育《華盛頓協(xié)議》組織，國內(nèi)各大高校逐步啟動了工程教育認(rèn)證工作，而化學(xué)基礎(chǔ)課程的開設(shè)是工科專業(yè)工程教育認(rèn)證的必要條件之一[4]。《工程化學(xué)》是高等院校為非化學(xué)專業(yè)的工程技術(shù)人才培養(yǎng)設(shè)立的一門重要基礎(chǔ)課程，是工程類專業(yè)進(jìn)行工程教育認(rèn)證的必要課程之一，同時也是非化學(xué)專業(yè)同學(xué)在大學(xué)中所唯一能接觸的化學(xué)課程[5]。因此，在為智能車輛工程專業(yè)同學(xué)建立化學(xué)知識體系的過程中，以及在智能車輛工程專業(yè)通過國際工程認(rèn)證的過程中，具有不可替代的作用。

基于《工程化學(xué)》課程的重要性，本文結(jié)合近年來作者在《工程化學(xué)》一線教學(xué)中的認(rèn)識與思考，對智能車輛工程專業(yè)《工程化學(xué)》的教學(xué)方法進(jìn)行初步探索，并對相應(yīng)教學(xué)中的問題提出若干教改思路。

1 工程化學(xué)教學(xué)中存在的問題

目前，重慶理工大學(xué)為車輛學(xué)院開設(shè)了16學(xué)時的《工程化學(xué)》課程，主要面對專業(yè)有車輛工程、智能車輛工程、汽車服務(wù)工程、能源與動力工程、裝甲車輛工程。此外，為機(jī)械學(xué)院、應(yīng)用技術(shù)學(xué)院等一并開設(shè)了該項(xiàng)課程。該課程作為必修課程，每年涉及的學(xué)生約1300人，其中,車輛工程及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生500多人。根據(jù)智能車輛工程專業(yè)授課內(nèi)容，將課程分為8個專題進(jìn)行教學(xué)，包括化學(xué)反應(yīng)與能源、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、金屬腐蝕及防護(hù)、新型功能材料表征、新能源材料、化學(xué)與環(huán)境保護(hù)，每個專題兩個課時。教學(xué)目標(biāo)是幫助學(xué)生了解從事工程工作所需的相關(guān)化學(xué)科學(xué)知識，熟悉工程化學(xué)的基本原理，掌握工程化學(xué)中的基礎(chǔ)理論與方法，能將專業(yè)和工程知識應(yīng)用于解決復(fù)雜智能車輛工程技術(shù)原理的相關(guān)問題。并且能夠掌握并應(yīng)用工程化學(xué)的基本知識，分析、識別、判斷和表達(dá)智能車輛工程問題中有關(guān)腐蝕及防腐方面的技術(shù)原理、關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠提出合理的解決方案。能夠基于工程化學(xué)的基本原理和專業(yè)知識，了解與智能車輛工程專業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的知識，能夠基于工程化學(xué)的相關(guān)背景知識，理解和評價針對車輛機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行等的工程實(shí)踐過程對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。但在實(shí)際的教學(xué)過程中，出現(xiàn)了一些亟待解決的教學(xué)問題，主要包括以下幾個方面。

1)課時利用效率待提高

目前，《工程化學(xué)》課時量為16學(xué)時，在課時量固定的前提條件下，課時利用效率仍然有提高空間。作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，化學(xué)所包含的知識點(diǎn)具有內(nèi)容多、范圍廣、體系復(fù)雜的特點(diǎn)。以目前所使用的教材——浙江大學(xué)陳林根教授主編的《工程化學(xué)基礎(chǔ)》為例[6]，近300頁的內(nèi)容涵蓋了物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和材料的性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)與能源、水溶液中的化學(xué)反應(yīng)和水體保護(hù)、化學(xué)反應(yīng)與材料保護(hù)等諸多章節(jié)。如何利用這16學(xué)時的課時量將主要知識點(diǎn)覆蓋，并對重點(diǎn)知識內(nèi)容深入系統(tǒng)的講解，是擺在所有《工程化學(xué)》教學(xué)一線教師面前的難題。在實(shí)際授課過程中，應(yīng)當(dāng)提高課時利用效率，避免為了完成大綱規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，而加快講課速度，導(dǎo)致一部分同學(xué)跟不上，從而使教學(xué)效果不夠理想。

2)智能車輛與化學(xué)的聯(lián)系需強(qiáng)調(diào)

由于《工程化學(xué)》為全校性的化學(xué)基礎(chǔ)課程，因此在知識點(diǎn)設(shè)置時，并未特別的為智能車輛工程專業(yè)設(shè)置相關(guān)章節(jié)，一定程度上影響了學(xué)生建立本專業(yè)與化學(xué)學(xué)科間的關(guān)聯(lián)性。同時，個別同學(xué)存在對化學(xué)課程的錯誤認(rèn)識，即認(rèn)為化學(xué)對本專業(yè)的學(xué)習(xí)幫助不大，即使不學(xué)化學(xué)，也不會影響車輛相關(guān)專業(yè)的課程學(xué)習(xí)，更不會影響今后的升學(xué)或就業(yè)。因此，有必要在教學(xué)過程中加強(qiáng)專業(yè)針對性，幫助學(xué)生克服錯誤認(rèn)識，進(jìn)一步提高其對《工程化學(xué)》的學(xué)習(xí)熱情。

3)學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)參差不齊

根據(jù)實(shí)際教學(xué)過程中與學(xué)生的交流，智能車輛工程專業(yè)的同學(xué)有近四分之一到五分之一高中未學(xué)過化學(xué)，對化學(xué)中最基本的名詞并沒有概念，這類同學(xué)在學(xué)習(xí)工程化學(xué)的過程中面臨極大困難。同時，各地高中階段對學(xué)生的化學(xué)要求也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。上述原因共同導(dǎo)致了不同學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)相差巨大，這給工程化學(xué)的教學(xué)推進(jìn)造成了極大難度。

4)教學(xué)模式待更新

在智能化、信息化的背景下，眾多教學(xué)新技術(shù)和手段被陸續(xù)開發(fā)，且在實(shí)際教學(xué)中獲得了較好效果。基于工程化學(xué)知識點(diǎn)眾多的特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)模式下工程化學(xué)的眾多知識點(diǎn)難以系統(tǒng)覆蓋。目前，傳統(tǒng)教學(xué)模式下知識傳遞的效率仍有潛力可挖，為了提高教學(xué)效率，需要引入新型教學(xué)技術(shù)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變教學(xué)模式。傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式向多技術(shù)混合教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變是當(dāng)前的趨勢，在這個趨勢下，有必要引入新型教學(xué)技術(shù)與手段來轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)模式，從而提高智能車輛工程專業(yè)的工程化學(xué)教學(xué)效率。

2 相關(guān)問題的教改方案

針對上述智能車輛工程專業(yè)《工程化學(xué)》教學(xué)中的典型問題，如果堅(jiān)持以往教學(xué)方案和模式，則在教學(xué)效果上將難有提高。因此，根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，結(jié)合智能車輛工程專業(yè)特點(diǎn)，本文探索性地提出了解決方案。如圖1。

圖1 教改思路圖

針對課時利用效率的問題，一方面應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加課時量，從而保證有充足的課時來完成既定的教學(xué)任務(wù)。另外一方面，應(yīng)當(dāng)有選擇性地減少一些教學(xué)內(nèi)容，而將有限的學(xué)時用在精煉下來的教學(xué)內(nèi)容上。例如，主要講解必須要教授的化學(xué)基礎(chǔ)知識部分，以及與智能車輛領(lǐng)域相關(guān)的化學(xué)知識。此外，在教學(xué)過程中，教師不應(yīng)一味求快，更應(yīng)注重快慢結(jié)合、張弛有度，在基礎(chǔ)性的、關(guān)鍵性的問題上應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放慢速度；而在次要性內(nèi)容上，在進(jìn)行提綱挈領(lǐng)形式的引導(dǎo)后，借助課后作業(yè)，鼓勵同學(xué)在課后主動學(xué)習(xí)，從而完善和補(bǔ)充相應(yīng)知識點(diǎn)，積極觀察，做到理論聯(lián)系實(shí)際，并在下節(jié)課檢驗(yàn)上一節(jié)課的課后學(xué)習(xí)成果。通過以上手段，可在一定程度上解決或彌補(bǔ)課時量不足的影響。

針對專業(yè)與化學(xué)的聯(lián)系問題，可在《工程化學(xué)》教學(xué)大綱基礎(chǔ)上，結(jié)合智能車輛工程的專業(yè)特點(diǎn)，適當(dāng)增加一到兩個專業(yè)性專題。如增加“化學(xué)在智能車輛工程中的應(yīng)用”，“智能車輛工程中的環(huán)境化學(xué)問題”等，重點(diǎn)介紹化學(xué)知識在智能車輛工程領(lǐng)域及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)中所涉及的技術(shù)、裝備以及工程上的應(yīng)用，從而讓學(xué)生意識到智能車輛相關(guān)領(lǐng)域與化學(xué)息息相關(guān)，幫助同學(xué)認(rèn)識到學(xué)好化學(xué)對于學(xué)好本專業(yè)知識的重要性所在。例如，我們可在新能源材料專題中大力介紹蓄電池、氫燃料電池等內(nèi)容，幫助學(xué)生認(rèn)識到新能源車的設(shè)計(jì)離不開電化學(xué)知識；也可在環(huán)境與化學(xué)專題中介紹汽車尾氣催化裝置及技術(shù)等。通過實(shí)際的案例，提高智能車輛工程同學(xué)們對《工程化學(xué)》學(xué)習(xí)的興趣，幫助同學(xué)們建立解決智能車輛工程相關(guān)問題的化學(xué)思維。

針對學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)參差不齊的問題，原則上，應(yīng)當(dāng)盡可能地幫助基礎(chǔ)薄弱同學(xué)跟上教學(xué)進(jìn)度。因此，可以通過增加化學(xué)基礎(chǔ)專題，幫助高中未學(xué)習(xí)過化學(xué)的同學(xué)，在較短時間內(nèi)掌握必須了解的化學(xué)概念，從而保證學(xué)生們整體能跟上教學(xué)進(jìn)度。同時，可以為這部分同學(xué)提供一個化學(xué)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)要點(diǎn)，鼓勵并督促這部分同學(xué)在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，與其他同學(xué)及老師多交流，在最短的時間幫助其了解化學(xué)的基本知識結(jié)構(gòu)，建立化學(xué)的基礎(chǔ)知識體系。另一方面，在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)化學(xué)知識學(xué)習(xí)的同時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)弱化復(fù)雜化學(xué)機(jī)理的學(xué)習(xí)，而應(yīng)將重點(diǎn)放在工程實(shí)例上。作為一門以“工程”冠名的化學(xué)課程，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中重點(diǎn)突出化學(xué)在智能車輛工程中的實(shí)際工程應(yīng)用，從而在一方面幫助學(xué)生了解如何用化學(xué)解決實(shí)際的工程問題，另一方面也促使學(xué)生通過工程直觀的案例，更加深入地了解所學(xué)的化學(xué)知識。

針對教學(xué)模式有待更新的問題，可采用以下應(yīng)對措施。第一，在課時量固定的背景下，應(yīng)當(dāng)充分用好多媒體教學(xué)的手段，通過精心制作或選擇一些能夠很好的凝練知識點(diǎn)的視頻、動畫，在增加工程化學(xué)知識的趣味性同時，提高同學(xué)們的興趣和學(xué)習(xí)效率，進(jìn)而大幅提升教學(xué)效果；第二，虛擬仿真是一種依托于信息技術(shù)的新型教學(xué)手段，通過引入虛擬仿真進(jìn)入課堂，可以將很多工程化學(xué)所涉及的實(shí)驗(yàn)直觀形象的在課堂中展示，從而部分達(dá)到實(shí)驗(yàn)課的效果，加強(qiáng)知識的直觀性；第三，由于近年來疫情的原因，線上教學(xué)的模式已經(jīng)越來越成熟，由于課時量有限，適當(dāng)?shù)牟扇【€上、線下教學(xué)相結(jié)合的模式，可以間接拓展課時量，從而大大拓展教學(xué)的靈活性和知識傳遞量，同時在教學(xué)中可以充分利用騰訊課堂、慕課等教學(xué)在線平臺資源，進(jìn)行線上的高效教學(xué)；第四，對于一些便于操作的實(shí)驗(yàn)性內(nèi)容，除了采用虛擬仿真的方法外，還可以適當(dāng)?shù)脑谡n堂上進(jìn)行展示，并且要根據(jù)智能車輛工程的專業(yè)特點(diǎn)，來選取適合的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開展；第五，可以在課堂上介紹國際上的有關(guān)智能汽車與化學(xué)交叉學(xué)科中的最新研究與報道，并適當(dāng)融入科技英語，增加學(xué)生興趣的同時，拓展學(xué)生的視野，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

3 總結(jié)

新工科背景下，《工程化學(xué)》在培養(yǎng)具有化學(xué)思維的智能車輛工程專業(yè)綜合性人才的過程中有著更加重要的作用。本文以重慶理工大學(xué)《工程化學(xué)》一線教學(xué)經(jīng)歷為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生的反饋及自身思考，對教學(xué)中存在的課時利用效率、專業(yè)與化學(xué)的聯(lián)系、學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊等問題進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步根據(jù)智能車輛工程專業(yè)特點(diǎn)，依次提出了增加課時量，精煉教學(xué)內(nèi)容，把握教學(xué)節(jié)奏，鼓勵課后學(xué)習(xí)；增加智能車輛工程專業(yè)性化學(xué)專題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；增加化學(xué)基礎(chǔ)專題，理論聯(lián)系實(shí)際；增加視頻動畫、虛擬仿真，采取線上線下教學(xué)結(jié)合，適當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和專業(yè)英語教學(xué)等教改思路。通過上述教改思路及措施，希望為今后智能車輛工程專業(yè)的《工程化學(xué)》教學(xué)乃至智能車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)提供助力。