謝云鵬

(華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

我國工程教育認證標準要求，專業(yè)必須有明確的畢業(yè)要求，課程體系應(yīng)能支撐畢業(yè)要求的達成，體現(xiàn)以能力為導(dǎo)向的工程教育人才培養(yǎng)的目標與要求。《工程化學(xué)》是工科學(xué)校非化工類專業(yè)的一門必修基礎(chǔ)課，是我院材料成型及控制工程專業(yè)工程教育論證中必須包含的一門化學(xué)課程。通過掌握基礎(chǔ)化學(xué)理論知識，拓寬化學(xué)視野，提高科學(xué)素質(zhì)，使學(xué)生學(xué)會用化學(xué)的眼光看世界，并能夠運用化學(xué)的理論、觀點和方法正確認識和解決社會和生活中遇到的問題。認識化學(xué)學(xué)科的概貌、發(fā)展方向以及與材料學(xué)科的關(guān)系，學(xué)會基礎(chǔ)化學(xué)分析方法。通過理解材料制備、加工和使用過程中的基本化學(xué)問題，能夠運用化學(xué)基礎(chǔ)理論認識和分析材料工程技術(shù)中的相關(guān)化學(xué)問題。學(xué)會綜合運用化學(xué)原理和規(guī)律，解決材料設(shè)計、成型及控制工程中的實際問題，理解和評價材料領(lǐng)域工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。根據(jù)工程化學(xué)的培養(yǎng)方案要求，該課程學(xué)時為 32 學(xué)時。然而，在新高考的情形下，部分學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)知識薄弱。在以往教學(xué)實踐中反映出學(xué)時少、內(nèi)容多、教學(xué)內(nèi)容與本專業(yè)工程實際銜接不緊密、反映新的科技成果少等諸多問題。因此，為了更好得實現(xiàn)在工程教育專業(yè)認證背景下，“以學(xué)生為中心”的教育理念，《工程化學(xué)》教學(xué)方法的多元化勢在必行[1]。

1 教材和大綱的合理優(yōu)化

根據(jù)材料成型專業(yè)人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為依據(jù)，明確了《工程化學(xué)》課程教學(xué)目標，制定了能力培養(yǎng)大綱，理順了工程化學(xué)課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系。進一步設(shè)計教學(xué)過程，制定《工程化學(xué)》課程知識和能力培養(yǎng)目標，將課程教學(xué)目標落實到具體章節(jié)內(nèi)容中，落實到每一節(jié)課堂中，輔以具體的實現(xiàn)途徑，形成一整套講義。材料成型專業(yè)側(cè)重于金屬材料的性質(zhì)和應(yīng)用，因此在制定大綱時，第二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、第六章電化學(xué)基礎(chǔ)與金屬腐蝕以及第八章化學(xué)的應(yīng)用，分配的課時要多一些。使學(xué)生掌握用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的化學(xué)基礎(chǔ)知識。在授課內(nèi)容上，化學(xué)電源、金屬的腐蝕與防護、化學(xué)與環(huán)境保護等可以詳細講解，并進行適當(dāng)?shù)耐卣?，比如，電化學(xué)儲能新材料和新技術(shù)對碳達峰、碳中和等國家戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的重要支撐。對于化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)部分應(yīng)弱化相關(guān)繁雜公式的推導(dǎo)，側(cè)重公式的實際應(yīng)用及計算； 原子的結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)部分概念多、理論性強， 教學(xué)內(nèi)容選擇應(yīng)重思維而輕具體內(nèi)容，對相關(guān)結(jié)構(gòu)理論只作簡單了解。

2 組合式教學(xué)模式

《工程化學(xué)》是材料成型專業(yè)第一學(xué)期開設(shè)的課程，作為非化學(xué)專業(yè)大一的學(xué)生而言，由于從高中剛踏入大學(xué)的校門，大學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境跟高中完全不同，學(xué)習(xí)內(nèi)容更深，學(xué)習(xí)節(jié)奏快，學(xué)習(xí)科目多，而且大部分情況下要靠學(xué)生自覺學(xué)習(xí)。作為剛上大學(xué)的學(xué)生而言，沒有了高中的約束和壓力，容易養(yǎng)成懶惰和松懈的習(xí)慣，對大學(xué)的學(xué)習(xí)不夠適應(yīng)或不上心，容易造成學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)積極性差的情況。同時還需要注意一些學(xué)生在高考中沒有選擇化學(xué)考試，因此化學(xué)的基礎(chǔ)知識相對薄弱。因此需要通過多種教學(xué)模式的組合，來有效促進學(xué)生的主動學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和課堂參與度[2]。

2.1 通過線上線下相結(jié)合的方式，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識

根據(jù)疫情防控工作需要，進行疫情背景下的混合式教學(xué)準備與設(shè)計是非常必要的。在多次傾聽“慕課堂”“雨課堂”、“智慧樹”、“超星”等教學(xué)平臺的在線教學(xué)培訓(xùn)后，從理論和實踐方面努力提高自己的混合式教學(xué)重構(gòu)與設(shè)計素養(yǎng)，綜合考慮各個平臺的優(yōu)劣，選擇出適宜自己和學(xué)生，并可留有教學(xué)記錄的線上教學(xué)和學(xué)習(xí)平臺。加強學(xué)習(xí)通中學(xué)習(xí)資料的建設(shè)和完善，將課程PPT的觀看進度、課后作業(yè)的完成情況以及課前預(yù)習(xí)的完成度都納入到平時成績里，來提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識。另外，由于疫情的復(fù)雜性，若有學(xué)生不能參加線下學(xué)習(xí)，可以通過騰訊會議等軟件實現(xiàn)線上線下相結(jié)合的實時授課方式，不耽誤每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)進度。

2.2 引入新的授課方式，增加課堂的趣味性

化學(xué)是一門知識點相對比較零散的學(xué)科，尤其對于工科學(xué)生來說，學(xué)習(xí)起來既感覺枯燥，又深感微觀難懂。仔細分析學(xué)生的學(xué)習(xí)認知心理后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生最難接受的就是零散知識點的記憶，往往因為沒有興奮點而引不起重視，學(xué)習(xí)記憶起來深感困難?？梢砸胄滦偷慕虒W(xué)軟件，如慕課堂、雨課堂app等，使上課形式多樣化，提高學(xué)生的參與度。雨課堂中有在線選人，比單純的老師點名提問會更有趣味性，可以活躍課堂氣氛，而課堂討論和互動也可以拉近老師與學(xué)生的距離[3]?，F(xiàn)在的學(xué)生已經(jīng)是00后，網(wǎng)絡(luò)發(fā)達，對新鮮的事物有著濃厚的興趣，但是很少能把網(wǎng)絡(luò)上的一些信息跟所學(xué)的專業(yè)相聯(lián)系。將年輕人感興趣的東西引入到課堂，跟所學(xué)的知識相聯(lián)系不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能讓學(xué)生養(yǎng)成勤于思考，理論聯(lián)系實際的好習(xí)慣。比如在講到熵增原理的時候可以將網(wǎng)絡(luò)上流行的化學(xué)青年問禪師的梗引入到課堂中，“世界萬物都是潮起潮落，不可能只增不減，但是熵除外”，這樣既增加了課堂的趣味性，又加深了學(xué)生對熵增的理解。其次是利用平臺的翻轉(zhuǎn)課，可以發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)資料、加強學(xué)生的作業(yè)訓(xùn)練、開展直播課堂答疑、簽到、搶答、投票、頭腦風(fēng)暴等；建立QQ群，也是必不可少的交流工具，可以實現(xiàn)任課教師和學(xué)生之間“無縫銜接”，及時收集學(xué)生疑問并進行適時答疑，不受課堂時間限制，并可以長期保存學(xué)習(xí)資料與文件。最終將線上線下混合式教學(xué)設(shè)計為 “線上自主學(xué)習(xí)-線下翻轉(zhuǎn)課堂- 師生互動反饋”的教學(xué)模式。

通過教學(xué)軟件，又可以對所有學(xué)生的學(xué)情分析，了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、學(xué)習(xí)方法、習(xí)慣、興趣、成績等，對每個學(xué)生的具體情況進行處理等。及時關(guān)注學(xué)情，每周調(diào)閱一次各門功課的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，比如，視頻學(xué)習(xí)時間、PPT預(yù)習(xí)情況、作業(yè)完成情況等，并及時批閱作業(yè)，發(fā)放成績與答案，隨時隨刻督促學(xué)生學(xué)習(xí)，不放棄任何一個學(xué)生，認真作業(yè)批改后盡可能留有評語，及時反饋，方便每個學(xué)生查閱自己的不足與欠缺，不使任何一個同學(xué)掉隊。

2.3 加入思政內(nèi)容，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)

在2016年的全國高校思想政治工作會議上，中共中央總書記習(xí)近平指出“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)”，將思政課程和課程思政相結(jié)合，實現(xiàn)“全程育人，全方位育人”。因此，各門課程要深挖德育功能，從而全面提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量[4]?！豆こ袒瘜W(xué)》涉及到的化學(xué)基礎(chǔ)知識較多，因此在課程教學(xué)過程中一方面可以通過引導(dǎo)學(xué)生查閱資料的方式介紹各位化學(xué)家的名人軼事，既能增加互動性，提高學(xué)生的主動參與性，還能讓學(xué)生學(xué)到化學(xué)家們堅持不懈、勤于思考的科學(xué)精神。比如講到德布羅意提出了波粒二象性，可以介紹一下他的生平。原本德布羅意學(xué)的是歷史，但是哥哥喜歡物理，大學(xué)畢業(yè)后在哥哥書房中接觸了普朗克的著作，改學(xué)了物理，最后憑借畢業(yè)論文獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。通過德布羅意生平的分享可以讓學(xué)生更深刻得體會，學(xué)習(xí)任何時候都不晚，但是想要成功需要付出比別人更多的努力和熱忱。在思政課堂讓學(xué)生了解化學(xué)對社會和經(jīng)濟發(fā)展的作用以及中國科研工作者對化學(xué)的貢獻。通過介紹我國科學(xué)家的生平事跡、我們國家的最新科技創(chuàng)新成果，使得學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。將中華傳統(tǒng)美德、文化自信內(nèi)化為學(xué)生的精神氣質(zhì)和道德品格。對材料成型專業(yè)學(xué)生來說，實踐是培養(yǎng)職業(yè)能力的主要手段，“工匠精神”理念的滲透是其中重要的方面，讓學(xué)生體會讓用“中國制造”成為世界引以為榮的自豪感。

2.4 將學(xué)生劃分小組，加強學(xué)生的集體榮譽感和互動性

由于課時或班級規(guī)模限制，授課過程中進行課堂提問、翻轉(zhuǎn)課堂或提交課程論文時，不能保證提問到每一位學(xué)生[5-6]。且為了體現(xiàn)課堂的多元化、增加趣味性、加強學(xué)生小組合作能力以及集體榮譽感，將學(xué)生劃分為小組，以3～4人為一個小組進行討論，明確最終的提交結(jié)果會影響每個小組成員的平時成績。授課教師作為課外輔導(dǎo)員，針對于同學(xué)們感興趣的化學(xué)知識，教師和同學(xué)討論后確定一些主題，例如：化學(xué)與環(huán)境污染問題；如何理解微觀結(jié)構(gòu)決定材料性質(zhì)？如何提高化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的效率？如何測量化學(xué)反應(yīng)速率？人體酸堿平衡失衡與疾病關(guān)系等。課外組織同學(xué)們分組、查相關(guān)資料、組內(nèi)討論、組內(nèi)推選同學(xué)展示討論結(jié)果、教師總結(jié)的方式進行。這種方式不僅可以增加同學(xué)們團結(jié)互助的精神還可以提高學(xué)生的動手、動腦及表達等各方面能力。同時，多樣化作業(yè)使得作業(yè)成績不再單一，所有作業(yè)成績均會計入期末總評成績中去，體現(xiàn)了對學(xué)生的過程性考核。

3 開辟第二課堂

設(shè)置學(xué)術(shù)講座專題、觀摩儀器和動手做實驗的多種方式，達到學(xué)生了解該專業(yè)的研究前沿，激發(fā)學(xué)生對該專業(yè)的主動性[7]。實現(xiàn)學(xué)生的使用現(xiàn)代工具、研究、溝通的能力培養(yǎng)。能正確使用和處理實驗數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復(fù)雜的材料成型及控制工程實驗結(jié)果進行正確解釋和分析，比較和選擇合理研究路線能力。

開展專題學(xué)術(shù)講座：邀請石墨烯、電催化、光催化、鋰電池、太陽能電池等領(lǐng)域的老師，結(jié)合自己的研究課題，以學(xué)術(shù)講座的方式，使學(xué)生鞏固課堂所學(xué)的理論知識，了解各類新材料研發(fā)及其應(yīng)用情況，大大開闊學(xué)生的視野、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如，學(xué)生通過對離子電池相關(guān)學(xué)術(shù)報告學(xué)習(xí)，可以了解到鋰離子電池作為一種重要的化學(xué)電源，在降低碳排放過程中起到關(guān)鍵作用。同時結(jié)合課上有關(guān)電化學(xué)內(nèi)容，分析出鋰離子電池的特點及優(yōu)缺點，了解鋰離子電池的正、負極材料的構(gòu)成，熟練寫出鋰離子電池表達式以及正負極反應(yīng)方程式等。

走進實驗室觀看用現(xiàn)代分析儀器對樣品進行制備、分離、表征和分析。例如，先用高效液相色譜對樣品分離，從記錄儀中的幾個峰，可知樣品中物質(zhì)的種類，對已分離的物質(zhì)分別收集后，再通過紅外光譜，質(zhì)譜，氫譜和碳譜等分析，確定樣品中的物質(zhì)成分。最后，通過X-射線單晶衍射儀對于一些單晶樣品進行結(jié)構(gòu)的精確測定?？梢粤私釾-射線單晶衍射儀的工作原理，鞏固課上有關(guān)化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)等知識。實驗儀器雖然只是演示實驗，但學(xué)生通過觀看，可以體會到現(xiàn)在分析技術(shù)的先進，知道在以后工作中遇到需了解材料成分時，能通過現(xiàn)代分析儀器來實現(xiàn)。鼓勵學(xué)生以小組的形式走進實驗室做一些基本化學(xué)實驗。通過開設(shè)第二課堂，使學(xué)生掌握材料表征的相關(guān)儀器和測試設(shè)備，具備材料成型及控制復(fù)雜工程問題研究與分析的能力。

從2016年授課至今，我院該課程通過“教師走下講臺，學(xué)生走出教室”的理論加實踐相結(jié)合的授課方式能夠讓學(xué)生更快地了解和掌握書本上的理論知識并與之后的專業(yè)知識和應(yīng)用相結(jié)合，得到了師生的一致好評。

4 結(jié) 語

我院《工程化學(xué)》課程一直堅持以學(xué)生為中心，重視對學(xué)生專業(yè)知識以及專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。在學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)上，成立教師團隊，深化教學(xué)改革，努力將《工程化學(xué)》打造成一門具有趣味性和吸引力的實用性課程。通過對《工程化學(xué)》教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱進行優(yōu)化整合；引入新技術(shù)，建立了符合認證標準的教學(xué)模式和課程考核評價體系；開展學(xué)術(shù)講座、觀摩儀器使用，不僅為專業(yè)認證背景下公共基礎(chǔ)課的建設(shè)起到借鑒和示范作用，還可以大大開闊學(xué)生的視野、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、讓學(xué)生化被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)、提高教學(xué)效果。