王萃娟，蔣雅君，王懿萍，趙菊梅，王雅雯

（1.西南交通大學(xué)生命學(xué)院化學(xué)化工系，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)土木學(xué)院，四川 成都 610031）

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代是教育系統(tǒng)升級與變革發(fā)展階段的拐點，互聯(lián)網(wǎng)教育應(yīng)用從融合階段進入到創(chuàng)新階段[1]。在這個階段，互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新成果與社會經(jīng)濟各領(lǐng)域深度融合推動了各領(lǐng)域和傳統(tǒng)行業(yè)的變革與升級，其中包括“互聯(lián)網(wǎng)+教育”所引發(fā)的教育系統(tǒng)化變革[2]，教育大數(shù)據(jù)成為重要因素、教育技術(shù)環(huán)境創(chuàng)新、教育服務(wù)供給升級、課堂結(jié)構(gòu)與流程再造等等，這些變革加速了教學(xué)形態(tài)的變革，使新的教育形態(tài)正在形成?？梢姡盎ヂ?lián)網(wǎng)+教學(xué)”[3]不只是教學(xué)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，而是基于育人目標(biāo)和教學(xué)規(guī)律，將互聯(lián)網(wǎng)思維、技術(shù)與環(huán)境等創(chuàng)新成果與教學(xué)各要素，包括教學(xué)思維、教學(xué)關(guān)系、教學(xué)結(jié)構(gòu)與過程互相滲透、深度交叉融合并超越，進一步創(chuàng)新教學(xué)理念、增能教學(xué)元素、整合教學(xué)資源、開放教學(xué)系統(tǒng)、構(gòu)造開放、交叉、共享、和諧的教學(xué)生態(tài)環(huán)境、形成新型教學(xué)形態(tài)[4-5]。西南交通大學(xué)開設(shè)的工程化學(xué)課程是我校工科專業(yè)新生接觸到的第一門公共基礎(chǔ)課，受眾面大。涉及材料、土木、機械、車輛、安全等專業(yè)七十多個自然班約2000余名學(xué)生。工程化學(xué)課程需要把握新工科內(nèi)涵，以持續(xù)改進為理念，以交叉融合、繼承創(chuàng)新、協(xié)調(diào)共享為主要途徑，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工科人才[6]。因此，工程化學(xué)教學(xué)改革不只是教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化，而是基于新工科教學(xué)本質(zhì)和育人目標(biāo)，將互聯(lián)網(wǎng)與教學(xué)過程互相滲透、深度交叉融合，加強知識間內(nèi)在聯(lián)系，整合重構(gòu)知識體系，形成開放、交叉、共享、融合的工程化學(xué)教學(xué)新理念，探索交叉融合的教育教學(xué)資源建設(shè)方式和路徑，為進一步深化“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，工程化學(xué)新工科教育資源提供理論和實踐依據(jù)[7-8]。

1 存在問題

工程化學(xué)課程面向全校工程工科專業(yè)，目前存在以下幾方面的問題：

1.1 課程內(nèi)容多而學(xué)時少

如土木專業(yè)開設(shè)的工程化學(xué)課程為2.5個學(xué)分，包含2個理論教學(xué)學(xué)分與0.5個實踐學(xué)分。工程化學(xué)理論教學(xué)內(nèi)容主要包括：熱力學(xué)、動力學(xué)、溶液、電化學(xué)與金屬防腐，化學(xué)和環(huán)境保護、化學(xué)與材料，物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)7大板塊的內(nèi)容，實踐包括：電化學(xué)實驗，水污染實驗，熔點實驗，焓變的測定等，需要掌握的知識內(nèi)容與需要提升的實際動手操作實踐都比較多，也如何在有限的學(xué)分內(nèi)達到培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)其專業(yè)素養(yǎng)，提升其創(chuàng)新能力，為今后專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及個人綜合知識能力的提升打下良好的知識儲備與能力儲備，是本課程亟須解決的問題之一。

1.2 教學(xué)中缺乏工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)教學(xué)中的教育環(huán)節(jié)，教師根據(jù)實際教材進行理論知識講解，教學(xué)環(huán)節(jié)中工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)太少，故學(xué)生不能學(xué)以致用，更缺乏用批判性思維分析、研究、解決土木工程相關(guān)領(lǐng)域化學(xué)問題的能力，因此很難達到新工科建設(shè)對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求[9]。

1.3 學(xué)生水平參差不齊

新高考改革之后，各省各地學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)知識框架不盡相同，為了幫助上述學(xué)生克服大學(xué)工程化學(xué)知識銜接中的困難，如何在大學(xué)進校的第一年塑造起后續(xù)土木等工科專業(yè)所需的工程化學(xué)知識儲備，探索合適的教學(xué)方式方法，并為之建立完善的學(xué)科交叉知識體系，也是本課程需要解決的問題之一。

1.4 實踐環(huán)節(jié)不夠

如前面所描述，工程化學(xué)課程是實踐性較強的學(xué)科，實踐、實驗對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，鍛煉動手能力及其重要。而目前實踐教學(xué)中的許多問題：有些實踐教學(xué)內(nèi)容存在重復(fù)與交叉，缺乏系統(tǒng)性；有的實踐內(nèi)容與當(dāng)前的智能工藝相差較遠，脫離了時代需求，無法達到培養(yǎng)創(chuàng)新型高級工程技術(shù)人才的需求。因此需要依據(jù)新工科需求，利用現(xiàn)代科技手段設(shè)置分層式，開放式，探索性的實踐、實驗環(huán)節(jié)，是目前需要解決的另外一個問題。

2 研究設(shè)計

2.1 混合式教學(xué)模式助力工程化學(xué)模塊化教學(xué)

通過搭建網(wǎng)絡(luò)超星教學(xué)平臺，設(shè)計工程化學(xué)線上線下“混合式”教學(xué)模式，重新整合原有課程內(nèi)容,打破固定章節(jié)，實施知識內(nèi)容模塊化，將原有章節(jié)分為7大板塊知識：熱力學(xué)、動力學(xué)、溶液、電化學(xué)與金屬防腐，化學(xué)和環(huán)境保護，化學(xué)與材料，物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。每個模塊都設(shè)計有課前預(yù)習(xí)任務(wù)點發(fā)放、課堂測試、搶答、投票互動，課后學(xué)情反饋等環(huán)節(jié)，授課教師依據(jù)課程及專業(yè)培養(yǎng)需要，靈活調(diào)度，使用，線上線下有機結(jié)合，合理設(shè)計，翻轉(zhuǎn)課堂，小組討論等，解決課程內(nèi)容多而學(xué)時少的問題，讓學(xué)生做課堂的主人，引導(dǎo)學(xué)生達到知識結(jié)構(gòu)的塑造以及知識綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 項目式課程

引入土木、機械等專業(yè)建立優(yōu)秀課程資源與講座，建立項目式課程體系，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的同時打破固定知識章節(jié)的教學(xué)，構(gòu)建交叉跨學(xué)科項目式課程，通過文獻檢索、項目任務(wù)派發(fā)，讓學(xué)生構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)項目的設(shè)計，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)、設(shè)計的習(xí)慣并培養(yǎng)創(chuàng)造、創(chuàng)新能力。

針對土木專業(yè)，可以設(shè)計2～3個工程實際案例。提煉化學(xué)基礎(chǔ)理論中工程問題模型，將理論知識沉浸并應(yīng)用在實際工程場景。如模擬跨海大橋設(shè)計與施工防腐中，水中鋼結(jié)構(gòu)的防腐中涉及的工程場景問題，讓學(xué)生查找相關(guān)文獻資料，思考，分組討論并設(shè)計出解決實施方案，引導(dǎo)學(xué)生用環(huán)氧涂層工藝、外加電流陰極保護法等溶液、材料，電化學(xué)等綜合化學(xué)知識理論解決工程中的實際問題。讓學(xué)生在解決工程實際問題的過程中學(xué)到知識，感受自身創(chuàng)造的價值，激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和熱情。同時通過小組協(xié)作學(xué)習(xí)，互幫互助，不僅解決了學(xué)生水平參差不齊的問題，同時培養(yǎng)學(xué)生的實踐意識以及解決復(fù)雜工程問題的能力和團隊合作精神。

2.3 設(shè)置梯度、創(chuàng)新場景實踐

結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，開發(fā)和建設(shè)系統(tǒng)性虛實結(jié)合實驗課程體系。工程化學(xué)課內(nèi)實驗，可依據(jù)不同專業(yè)，設(shè)置不同的實驗項目內(nèi)容，通過科學(xué)系統(tǒng)化的設(shè)計與升級，建立一套適應(yīng)不同專業(yè)的分層、逐級遞升、挑戰(zhàn)性的虛實結(jié)合的實驗體系。打破原有學(xué)分固定、實驗固定制的學(xué)習(xí)模式，設(shè)置部分自選性、挑戰(zhàn)性、探索性實驗?？梢葬槍Σ煌瑢I(yè)，設(shè)置如滴定操作、熔點測定、水污染測定等部分自選實驗內(nèi)容，可依據(jù)自身專業(yè)培養(yǎng)特色、興趣等進行選做；對部分高危、易制毒驗證性實驗，可用虛擬仿真實驗代替；同時對電化學(xué)等腐蝕實驗的工程場景，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計依據(jù)實際案例場景實踐操作，達到學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，知識遷移、綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)[10]。解決了工程實踐環(huán)節(jié)缺少的問題。

3 研究結(jié)果

通過轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、創(chuàng)新教學(xué)理論、整合教學(xué)資源、工程化學(xué)逐漸構(gòu)造了開放、交叉、共享、和諧的新型教學(xué)形態(tài)：

（1）“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”推動了教學(xué)數(shù)字化的進程，在線教學(xué)學(xué)習(xí)平臺、課堂實時互動系統(tǒng)和技術(shù)、使學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)可以被全面記錄，并科高效分析與挖掘，有力支持了教師在教育教學(xué)過程中對學(xué)生整體、小組和學(xué)生個體學(xué)情的精確掌握，故能夠及時調(diào)整、優(yōu)化教學(xué)過程，因此可以實現(xiàn)教學(xué)全過程基于學(xué)習(xí)分析數(shù)據(jù)的動態(tài)生成，即數(shù)據(jù)驅(qū)動的科學(xué)化改進教學(xué)。根據(jù)評測結(jié)果，教師可實時調(diào)整后續(xù)教學(xué)內(nèi)容、策略與節(jié)奏。極大促進了工程化學(xué)課程的教學(xué)的改進與改革。以2020級土木專業(yè)為例，2020-2021第一學(xué)期，共發(fā)放44個章節(jié)任務(wù)點，部分任務(wù)點未完成同學(xué)可及時預(yù)警提醒，課堂互動、課后作業(yè)以及任務(wù)點完成情況可以直觀給出學(xué)生總評成績，利于小組和個體學(xué)情的精準(zhǔn)掌握，反饋并及時改進教學(xué)。

（2）工程化學(xué)課程經(jīng)過一學(xué)期的教學(xué)改革，引入土木、機械等專業(yè)建立優(yōu)秀課程資源與講座，注重項目式課程的開發(fā)建設(shè)，受到了學(xué)生極大的喜愛。調(diào)查顯示，95%以上的同學(xué)對交叉學(xué)科講座非常有興趣，80%以上的同學(xué)認為內(nèi)容全部掌握，95%以上的同學(xué)認為交叉學(xué)科講座對自己的學(xué)習(xí)規(guī)劃特別有幫助，4%的同學(xué)認為有幫助。96%以上的學(xué)生認可這種教學(xué)改革，認為這種教學(xué)更加尊重和重視學(xué)生的主體地位與個性需求。

（3）關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，面向產(chǎn)出，學(xué)生評價體系中，過程考核占40%（含實驗20%，半期10%，學(xué)習(xí)投入10%）。2020-2021學(xué)期期末平均分79.81，及格率100%，標(biāo)準(zhǔn)差7.96（2020級土木9，10班），而2019-2020學(xué)期工程化學(xué)平均分76.81,及格率98.08%，標(biāo)準(zhǔn)差10.71（2019級土木9，10班），成績有所提升，標(biāo)準(zhǔn)差也更小。當(dāng)教學(xué)重心從傳統(tǒng)科學(xué)范式的知識呈現(xiàn)與傳遞轉(zhuǎn)向情境化學(xué)習(xí)經(jīng)驗的構(gòu)筑與轉(zhuǎn)化，從促進接受式學(xué)習(xí)向促進自主體驗、探究和創(chuàng)造轉(zhuǎn)化，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果明顯得到了提升。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代是信息時代教學(xué)模式變革發(fā)展進程的拐點。工程化學(xué)教學(xué)改革在“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”的助力下，逐漸形成了以培養(yǎng)具有一定工程化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識、知識綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力的工科人才為目標(biāo)的工程化學(xué)新形態(tài)教學(xué)體系。建立了我校獨有的工程化學(xué)教學(xué)體系，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力與綜合能力的新工科卓越人才提供研究基礎(chǔ)與實踐經(jīng)驗。