新工科背景下工科高校普通化學課程創新能力提升初探

＊杜春保 張楠

（1.西安石油大學 化學化工學院 陜西 710065 2.西安科技大學 化學與化工學院 陜西 710054）

1.新工科背景下普通化學課程改革需求

自教育部高等教育司發布關于開展新工科研究與實踐的通知以來，我國積極踐行新工科建設的理論和實際研究。高等院校以立德樹人為根本，以培養具備多元化能力和創新精神的卓越工程人才為目標，開展課程體系、人才培養模式、教育教學質量提升和分類發展體系等系列改革[1]。普通化學課程是高等學校理工類非化學化工相關專業的基礎課程，是一門關于物質及其變化規律的基礎課。該課程旨在讓學生系統理解化學基本原理，使學生較熟練地掌握化學平衡和物質結構理論，掌握水溶液化學和電化學的特征，培養學生初步具有控制化學反應的能力，為應用化學知識解決相關領域內的實際問題夯實基礎[2]。普通化學在不同學科中所起作用不同，課時不同，尤其是在工科類高校的學科體系中，課時嚴重不足。這就需要在教學過程中，充分利用普通化學課程的自身特點，在突出工科特色的基礎上，將化學中涉及的基礎理論和方法與工業應用相結合，探索應用型人才育人新模式。最終在學生完成該門課程時實現以下3個目標：（1）掌握化學反應的基本理論，能夠運用辯證唯物主義觀點闡明化學規律；（2）能運用化學中的基本原理，借助相關文獻，分析解決相關專業領域中所涉及的化學問題；（3）能夠站在物質的微觀角度思考物質的可持續性，結合工程專業，評價現代科學技術的新成就。經過自身教學探索，根據教學過程中學生的反饋和同行們的交流經驗，總結了一些提高學生創新思維能力的方法，對于實現上述3個目標有著較大的推動作用，在實際教學過程中取得了較好的效果。

2.普通化學課程實踐教學內容質量提升策略

(1)優化理論課內容

普通化學作為工科類高校的材料、機械、農業、電子工程、油氣田等非化學專業的基礎課程，其理論課時相對較少。在我國新工科背景下，為了推動普通化學的實踐教學，理論課內容進一步縮減，增加了化學反應摩爾焓變的測定、醋酸解離常數的測定、氧化還原與電化學和碳酸氫鈉的制備等課內實驗內容。為了應對上述課時縮減所帶來的不利影響，在保持社會需求的多方位人才理念下，把普通化學和實際應用緊密結合，重點詳細講解應用面廣的熱化學、化學反應的基本原理、水溶液化學和電化學與金屬腐蝕中的基礎理論內容，把上述章節中實際應用部分略講，作為學生課后拓展的知識面，激發學生將化學基礎知識與本專業應用相結合的自主思維能力。對于物質結構基礎和無機化合物部分，則可以采用翻轉課堂對重點內容進行講授。現在各大院校多數選用浙江大學普通化學教研組編寫的普通化學第七版，此版教材為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，得到了同行的廣泛好評。圖1詳細列出了這個版本的普通化學教材所設計的章節內容、根據所涉及內容進一步關聯的實際應用和課內實驗，以及據此劃分的普通化學課上內容的授課優先等級。通過對普通化學理論課堂內容的篩分和分類講授，使理論課上教學內容與課內實驗內容遙相呼應，在有限的課時內讓學生將理論與實踐相結合，從而學到更多內容。

圖1 普通化學課程內容和講授優先級別

(2)普通化學課堂中學生的創新能力提高方法和策略

學生的創新能力包括三類，為總結能力、實踐能力和創新能力[3]。普通化學雖然是工科類高校的一門公共課，但是其所涉及的知識點貫穿各個工科專業的方方面面，因此這門課程對上述能力的提升均提出了相關方法和策略。

圖2 提高學生創新能力的主要方法和策略

①創造性的教學方法有利于提高學生的總結能力學生對基礎知識的總結概括能力及其對重點知識的把控是提高創新能力的前提。學生只有自覺梳理已有知識并進行提煉，才能在后期培養發散思維，進而進行設計和創造[4]。為了進一步提高學生對普通化學課程的總結能力，任課教師需要在課堂上增加耳目一新的知識框架，即思維導圖，并根據知識框架引導學生提煉重點內容。在講完每一章的知識點后，要鼓勵學生在課后重新梳理知識脈絡。為了提高學生的積極性，可以在每次上課之前讓同學上臺總結其所標注的重難點，進行師生角色互換，這有助于站在學生的角度了解學生關注的學習重點。通過這種教學方法的實施，有利于增強學生的總結能力、大局意識、把握重點的能力，為后面新章節知識點的學習提供基礎。總結能力的提升在于反復的訓練，讓學生自己動手，學生才能夠領悟總結知識點的益處，這也會極大地觸動學生的主動思維，從而較快總結、提煉和概括能力[1]。

②教學實驗的多元化有利于提高學生的實踐能力

普通化學是工科類高校的一門公共課，其授課對象是材料、機械、農業、電子工程、油氣田等非化學專業的學生。這些不同類型專業的共同點是它們均屬于工科專業，對于培養學生未來就業的方向雖然不同，但是應用領域均以我國能源的發展為目標。當前對于普通化學實驗的設置是不區分專業的，即所有專業的學生所開設的實驗課程相同。在新科技、新產業和新經濟改革背景下，工科類高校的工程教育改革的重大戰略目標是為未來培養多元化和富有創新精神的工程人才。根據不同工科專業特色進行教學實驗的多元化，即將專業特色融入教學實驗中，有利于激發學生對實踐的樂趣，也有助于讓學生初步意識到教學實驗與本專業的融合性。普通化學可設置的實驗課程豐富，而典型的化學實驗約有12個。在實驗課時不足的情況下，可以為不同專業的學生開設典型的化學實驗，然后為每個專業再開設1～2個與學生的專業相關的特色化學實驗。為了學生取得良好的實驗效果，可以由任課教師提前將每個實驗部分的關鍵操作步驟錄制為視頻，讓學生通過視頻預習，能夠在腦海中形成實驗的畫面感，這有助于加強學生對實驗過程的思考，也有利于學生在實驗過程中培養實踐能力。

③將前沿研究融入課堂教學有利于提高學生的創新能力

在課堂教學的過程中融入能源相關的前沿課題的研究，然后要求學生根據前沿課題的發展提出自己的疑問是學生創新能力提高的直接體現。普通化學課程不同于其它專業基礎課，該課程的課題內容比較基礎，所涉及的化學基礎知識是以學生的高中化學知識為基礎的。在講授完每章的基礎理論部分后，可以根據典型的知識點進行討論，融入該知識點在前沿研究中的應用。比如在熱化學部分關于熱量計算，可融入前沿的熱力學知識，包括先進熱管理材料的研發及應用、三維拓撲結構的氣凝膠在降低熱量損失中的研究進行[5-6]。這種方式可以讓學生迅速地理解學習熱化學基礎理論知識的意義和用途，并激發學生設計新材料或者根據目前研究進展拓展下一步的研究方向。此外，根據學生對前沿熱點知識的理解，以課堂自由討論的形式讓學生理論聯系實際，把具體實驗設計方案與和課堂理論聯系起來，提高學生的創新能力。盡管普通化學課程中的第1章至第5章均為基本概念，但是仍然可以通過實際例子把基礎理論與科研或工業生產相結合，以此讓學生突破傳統學習思維，重在創新思維能力的培養。

(3)豐富評價體系，促進學生學習效果的提升

學生的普通化學期末成績是衡量學生本門課程整體學習效果的最重要的一道防線。普通化學期末成績由課內成績和課外成績兩部分組成。其中，課內成績包括課內平時成績和課內期末考試成績組成，占比80%；課外成績指的是實驗總成績，包括實驗操作成績和實驗報告成績，占比20%。為了使80%的課內成績能夠充分體現學生的日常學習狀況，實現對學生整體學習素質的考評多樣化，符合新時代工科類高校對學生能力評價的要求，課內成績中的課內平時成績則包括課前簽到、課堂師生互動、章節知識發散、學生之間互動、課后作業成績等。課堂教學需要充滿生機。通過引入課堂師生互動、章節知識發散和學生之間互動等評價方式可以激發出學生自主學習的能動性，并進一步培養創新能力。此外，普通化學期末考試的內容除了體現基礎理論知識的核心內容之外，還需要和實際生活聯系在一起，在考題中引入實際應用背景，讓考題更加生活化。比如，在熱化學章節考試方面，考題中以工科類院校的特色為出發點考試，考察在當前全球經濟的快速發展對石油、煤炭資源的極度依賴背景下，讓學生掌握石油和煤炭中烴類化合物的燃燒概念，進一步鞏固熱化學基礎知識理論。讓學生熟悉課程內容并掌握最基本的理論和原理是為了進一步解決生活中的實際問題而服務，學習普通化學這門課程是為以后打好基礎，將理論與實際相結合。此外，把學生對教師的教學評價作為指揮棒，進一步推動教師在教學中的教學方法的優化和教學效果的提升。把普通化學中的化學理論和實踐結合起來，可以極大地提升學生的創新能力。

3.普通化學課程教學質量的強化措施

教師是課程內容的實施主體。提高普通化學課程教學質量則需要與本課程相關的所有老師均具有高度的責任感，包括課內任課教師、課外實驗教師和教研室主任。對于課內任課教師而言，充分發揮學習能動性強的學生的引領和指導的作用，提升課堂學習氣氛，加強師生互動，尤其是惰性強的學生與教師之間的互動。對于課外實驗教師，在進行實驗分組時，將學習能動性強的學生與惰性強的學生分為一組，利用小組合作模式實現以好帶差，共同進步。教研室主任需要以身作則，在課內和課外教學的整個過程中進行全程督導，將各個任課教師的優缺點進行總結，定期進行教學研討活動，實現任課教師之間的教學優勢互補。所有任課教師均需要有足夠的耐心，定期督促學生學習，并主動與學生交流。教師需要深化“慎獨”意識，提高自覺性，以教師品德進行自我約束，加強對學生學習的定期指導[7-8]。此外，學校、學院和教研室的政策也是提升普通化學課程教學質量的有利保障。西安石油大學對標“雙一流”大學本科教育的精神，制定了提高新工科教學質量的政策和激勵措施，積極組織年輕教師開展教學競賽，結合學生的評教結果，對先進教師進行表彰。上述措施都將是強化普通化學課程教學質量的動力，使得教師在普通化學教學中踏實從教。最后，任課教師還需要在適當的知識點以恰當的方式融入課程思政理念，引導學生樹立正確的價值觀。