工科專業《工程化學》授課改革思考*

王旭裕，劉欣欣

(1 江蘇科技大學環境與化學工程學院，江蘇 鎮江 212100；2 中山大學惠州研究院，廣東 惠州 516081；3 海南師范大學化學與化工學院海南省電化學儲能與能量轉換重點實驗室；4廣東省石油和化學工業協會，廣東 廣州 510030)

隨著國家對于高校高質量發展的要求日趨嚴格，學生作為高校主體，學生發展是高校高質量發展的基石和保證。化學是自然科學中與物理、材料、生物、制藥、建筑等其他學科緊密聯系的基礎科學，《工程化學》是為工科非化學專業學生定制的一門化學基礎課程，詳細闡述了無機化學、物理化學、分析化學的相關基礎知識，并結合相關能源、環境、材料等學科所面臨的具體問題，加深學生對各種化學與不同學科交叉問題的科學原理的認識與理解，滿足目前對化學基礎有相關需要的較高層次從業人才的需要。該課程主要講授的內容包括物質的聚集狀態、原子結構和配合物、元素及其化合物的性質與變化規律、化學反應基本原理、水溶液化學、氧化還原反應與電化學、工程及材料中的化學、危險化學品的管理與消防等章目。通過該課程的講授，將有助于工科專業相關學生能夠理解學習化學與自己專業學科之間的聯系與區別、促進其化學科學理論與其自身專業的融合深入、學習掌握化學的基礎知識，應對工科場景下的化學基礎知識需求。

1 《工程化學》課程教學中存在的主要問題

從工科專業培養體系來看，化學得基礎知識在許多工科專業中有著舉足輕重的地位，比如土木工程、船舶工程、生物工程、食品工程等，都涉及到很多的化學基礎知識[1]。但目前該課程的授課出現了許多問題：(1)許多工科專業學生在高中階段根本就沒有學過化學，其化學知識仍停留在初中階段。但目前《工程化學》課程的編排是以大學中化學學科的主干課程《無機化學》、《物理化學》中的部分知識為主要內容，其知識難度與深度對于沒有扎實的高中化學基礎的學生來說，直接攻克的難度較大，許多學生學習動力、上課積極性不足，無法跟上課程進度；(2)課程的學時較短，與專業相關應用內容無法較好的進行講授，學生無法認知化學知識對其專業的支撐性作用，導致學生不重視課程[2]；(3)高校教師對課程的鉆研及對學生的專業引導也存在不足，許多高校老師將更多的精力投入在學術論文的發表和科研項目的申請上；(4)工科專業最重要的就是實踐，而目前的授課在學時有限的情況下，幾乎沒有實踐機會，導致課程的教學與實踐脫節；(5)工科專業學生在未來工作中還需要有發現和解決問題的能力，這些能力的培養是建立在科學研究能力的培養之上的，而目前的教學根本就不涉及。經過幾年《工程化學》的講授，期望通過有效的教學方法改革，解決上述問題。因此，本文將以江蘇科技大學工科專業學生為對象，設計構思一種教學實踐科研一體化的教學模式，以期提出一種切實可行的方法改善高等院校在《工程化學》課程中相關問題，培養國家需要的復合型工科人才。

2 《工程化學》課程中教學、實踐、科研一體化教學的思路

2.1 理論教學改進思路

理論教學是高等教育培養高素質人才的基礎，是高等教育傳授學生知識的最主要途徑。理論教學是高等教育知識傳播體系的根基。《工程化學》課程共有32學時，理論內容一般安排28學時，主要有化學的基本原理、工程及材料中的化學、和危險化學品管理等三大部分，實驗部分內容安排4學時，主要是基本的滴定、定容等化學基本實驗操作。課程的大部分時間主要是講授化學的基本原理，對于有高中化學基礎的學生來講，通過這一部分的學習可以加深化學知識的深度與廣度，但對于沒有高中化學基礎的學生而言，這部分的化學原理有相當的難度[3-4]；本文中所提出的教學建議主要針對兩方面展開，分別是課程開設建議和課程講授建議。

(1)課程開設建議。江蘇科技大學的《工程化學》課程均由化學專業的老師進行講授，與具體工科專業之間的聯系較少。各專業、各地域學生的高中化學基礎差距明顯，有部分學生沒有高中化學基礎，所以我建議對于工科不同專業同時存在《工程化學》授課需求時，可根據化學基礎、專業需求進行靈活分班，同時授課老師需根據專業特點及專業需求進行課程大綱及教案的定制。這樣老師可以更好的掌控教學進度，相同基礎的學生在學習時也不會因為老師的進度過快或過慢導致失去學習興趣。在教學內容上，對于基礎較差的班級，可適當引入難度較低的高中化學知識，讓學生有一個充分的過渡；例如原子分子結構的具體章節內容，可從高中的原子分子內容引入，原子的結構：原子由質子、電子和中子構成，原子的假想結構。然后引出電子層、能級、原子軌道等內容，再進一步引出工程化學中更深入的內容，如能級排布、電子排布等內容。讓學生有一個知識由淺入深的同時，可以更好的積累相關知識。需要基礎較差的學生加強習題的練習，通過大量的習題，充分理解化學的相關概念及知識點，鞏固學習基礎。(2)課程講授建議。目前《工程化學》使用的教材內容均大同小異，前幾章主要介紹化學基礎，后面兩章介紹與工科專業相關的應用類知識點。但目前教材前后關聯性較差，在實際講授中實踐部分內容過于缺乏。為了解決這一不足，本文建議在現有教材的基礎上，要聯系各個工科專業進行相關專業關聯性的補充，做到化學的基礎原理能與工科專業中的具體內容緊密結合，這樣可很好的幫助學生理解相關原理，認知課程與自己專業的相關性。比如與船舶工程相關專業結合時，適當引入防腐蝕涂料的相關知識，從防腐原理出發，讓同學思考并強化防腐材料的相關設計思路和知識。

2.2 實踐教學改進思路

實踐教學是整個教學體系中重要的一環，它可極大促進化學專業學生將所學習的化學理論知識與其專業相關的應用場景進行關聯，是《工程化學》課程教學的重要環節之一[5-6]。實踐教學是最易激發學生學習興趣，讓學生掌握知識的關鍵教學手段。而《工程化學》課程目前存在明顯的實踐教學缺陷：(1)該課程的實踐部分目前僅僅有4個學時的基礎化學實驗，對于不同工科專業所需的實際應用場景下的化學實驗不涉及，學生根本無法理解課程中的實踐內容與自身專業內容的關聯性及重要性；(2)實踐部分沒有設計實驗，學生缺乏參與感，也不知道實驗部分自己到底需要掌握哪些知識，更難理解這些實踐教學與理論教學的關聯性；(3)實踐教學和科學研究沒有緊密的聯系。學生無法理解為什么要做這些實驗，這些實驗和我們的科學研究及發展有什么關聯。目前實踐教學的具體內容僅僅就是化學的基本實驗，完全沒有根據專業進行深度定制，缺乏系統性。針對目前實踐教學存在的問題，本文提出通過實驗設計及實際場景實習等方法補足實踐教學內容。

(1)實驗設計。以船舶工程專業為例，該專業需全面了解船舶的材料性能及這些性能的檢測方法。我們在實驗設計中，可設計簡單的實驗，如《鋼材中碳含量的檢測》，該實驗不僅能讓學生充分了解船舶的主材-鋼的相關知識，同時與實踐相關的檢測方法、實驗手段等都有全面的呈現。將該實驗作為設計實驗，學生進行分組思考，在這一過程中，學生可全面掌握實驗所需的化學基礎知識、實驗相關的操作方法、與現實場景下應用的聯系等。這種方式可很好的彌補理論教學的不足。

(2)實際場景實習。根據工科專業的特點，在專業實習時，引入《工程化學》的相關知識點。如食品工程專業學生在進行工廠實習時，學生對生產過程中的化工設備、化學反應等均可具體了解。教授該課程的老師可前往附近的產業園進行調研，當發現與其專業契合的產業園，可帶領學生到場實習，并根據專業特征，具體給學生布置任務：1)了解設備：在員工帶領下，了解化工設備的原理及操作方法，并讓學生在實習后，回校將所了解的相關知識與理論教學中的知識相聯系，將抽象的理論知識與實際場景緊密結合。2)掌握化學反應：在參觀學習過程中，嘗試了解其中進行的化學反應，并在實習結束后通過老師講授或查閱資料進行論證；3)改進建議：在參觀過程中，主動發現記錄生產中可能存在的各種問題，并在實習結束后進行全班總結討論。

2.3 科學研究素養培養建議

科學研究素養是目前高精尖人才必須有的核心素養之一。盡管《工程化學》課程是一個偏重于工科實踐的課程，但是該課程實際上是非化學類工科專業學習化學的為數不多的化學類課程，所以該課程涉及許多重要的化學基本原理[2]。例如，許多工科專業涉及到材料相關知識，材料的各種物理性質、功能等，都是建立在化學中材料的化學組成、化學鍵等基本科學原理基礎上的，對于工科專業在接觸運用材料相關知識時，非常依賴對于化學基礎理論的理解。然而，目前的教學并沒有引導學生從實踐及科學研究的知識中去尋找化學基礎理論，學生對于化學的基礎理論缺乏個人理解。科學研究可很好的提高學生對于化學的整體認知層次，學生建立科研思維和科研方法后，會主動認知化學的相關基礎理論，更進一步對于物理、數學等基礎學科的學習，也可通過科學研究的思維進行拓展。另外，目前國家需要大量的研究生在各行各業建設，所以在本科進行科學研究對于學生的升學幫助很大，學生在繼續攻讀碩士學位時，可以很快上手進行科學研究，這對于學生本人及培養他的老師提供良好的基礎。另外，所有的課程學習實際都需要有科學研究的素養-即發現問題、思考問題、解決問題的邏輯思維能力。科學研究的鍛煉不足，導致學生對于知識的掌握仍然是淺嘗即止，不會發現問題解決問題，所以無法體會解決問題的快樂，無法體會獲得新知識的喜悅感、成就感，沒有形成正反饋，導致學生普遍基礎不扎實又不愿意花時間精力去深入學習。通過在本科教學中引入對生基本科研素養培養的課程專題，可為學生掌握知識開辟新思路、新方法。

對于在《工程化學》課程中加入科學研究素養培養環節，主要基于以下兩方面：第一，化學是基礎理論要求較高的科學，所有與化學相關的應用知識都必須在化學的地基之上，而這片地基也是前人在不斷的科學研究中發現和總結出來的，同時這門學科也需要我們不斷的去發現。科學研究素養可幫助我們發現問題、思考問題、解決問題。科學研究素養的培養可為學生提供完整的思維邏輯鏈，讓學生對萬事萬物保持好奇心和探索心，讓學生對于所學的知識充滿敬畏和批判。學生在學習過程中可更加了解自己究竟要“做什么”，同時可以建立自己“如何做”的方法，幫助學生進行知識體系的建立；第二，工科專業本科生許多還有升學的抱負，科學研究素養可以讓學生無縫鏈接本科和研究生階段，可讓學生在研究生階段快速上手研究課題，少走不必要的彎路。本課程的科學研究素養培養建議是根據專業特征，老師定制化的通過發布小的研究課題，考察學生綜合思辨能力，主要包括文獻調研及課題實踐。

(1)文獻調研。課程的理論知識及相關實踐知識有許多已滯后或被淘汰，文獻或者新知識的調研是學生必須具備的能力之一，也是立足社會所需的專業能力之一，學生可以充分利用現有的發達網絡更新自己的知識體系，彌補理論知識的不足。本文建議在課程講授中，引入文獻閱讀、文獻調研方法的講授，引導學生進行文獻的調研與閱讀，充分發揮現在年輕老師均在科研一線的優勢，系統高效的傳授文獻調研經驗。同時，老師在教學過程中發布與講授專業密切相關的微型研究課題，讓學生充分參與其中，通過具體案例，學習文獻調研及文獻閱讀的方法。通過不斷實踐，鞏固其文獻調研的能力。這樣在其學習任何知識遇到不懂時，能主動進行相關問題的查找和解決，提高其綜合素養。如對于船舶專業的同學來說，海洋深潛系統中包含一系列化學反應，這些化學反應系統的運行方式可以讓學生調研，以PPT或者故事的形式在課程教學中讓學生進行呈現。

(2)課題實踐。以生物工程專業學生為例，目前的新冠疫情急需快速篩查陽性的方法，老師可發布如“高效快速篩查新冠疫情的方法”等研究課題，學生通過調研，可對相關課題的化學原理、檢測方法等有系統認知。同時，通過充分調研，可理解其專業目前最前沿的科學發展及自己的就業方向。另外，老師可通過這些小的課題，帶領學生參加各種學生競賽，以比賽的形式，調動學生學習知識的積極性，充分培養其科研素養。在這一過程中，學生不僅可以鞏固所學的化學原理，同時可極大的培養其學習興趣，充分增長其科研素養，為其今后發展打下堅實基礎。

3 結 語

《工程化學》在工科非化學專業本科生中的培養過程中非常重要。然而，當前階段學生和相關專業的老師并沒有重視這門基礎課程。通過本人這幾年的教學實踐，本文提出一種可實施的教學、實踐和科研一體化的課程設計思路，對《工程化學》課程的改革發展提出了自己的思考與解決方法，期望通過這種先進模式的運作，更好的培養學生。同時，本文所提出的建議對于其他類似課程有一定的參考價值。