基于互联网+“新工科”工程化学教学模式的构建

宿 辉,原小寓，刘 英，肖 雪，王晓丹

(黑龙江工程学院 材料与化学工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

随着国际竞争的日益激烈，我国开始实施“中国制造2025”“网络强国”等重大战略，迫切需要培养大批“新工科”人才[1]。化学是重要的自然科学基础学科，推动着人类历史的发展与变革，无论古时钻木取火、冶铜炼铁，还是现代工业生产、国防建设，处处都有化学的功绩，当今随着科技迅猛发展，化学的作用愈发重要。“工程化学”是高等院校土木、车辆、机械、材料等非化学专业重要的基础课程，密切联系材料保护、食品检验、环境污染等实际应用问题讲授化学基础知识、基本理论和基本技能，培养学生创新思维、探究意识等，是适应“新工科”人才培养的重要课程。但一方面“新工科”人才培养需要增加学生的化学素养，另一方面又面临课时压缩、现有教学模式单一等不足，学生学习的积极性不高，严重影响了教学效果及适应新经济的创新型人才培养[2-3]。十八大以来，我国各类学校互联网接入比例已超过90%，“互联网+教育”为解决二者矛盾，培养“新工科”人才提供了契机[4-5]。本文以“工程化学”为例，探讨基于互联网+，适合“新工科”理念的课程体系、教学模式的构建，通过互联网+等技术，将教学资源共享、网络化，将微课、翻转课堂、手机app、微信群等引入教学，调动学生学习的积极性，使其自主学习、快乐学习，逐步把化学的知识理论规律与工程技术实践结合起来，运用化学的规律、原理，思考、分析、解释环境、能源、材料、生命等领域的工程实践问题。

1 “新工科”简介

金融危机后，“再工业化”成为美国等发达国家提升竞争优势的重要战略，对我国的工业化进程将产生严重影响。为主动应对新一轮科技革命与产业变革，迫切需要培养大批新兴工程科技人才。事实上，我国拥有世界上最大规模的工程教育。2016年，工科本科在校生达538万人，毕业生123万人[6-7]，但理论与实践脱节，就业形势并不乐观。相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力，更注重学科实用性、交叉性及综合性的高素质复合型“新工科”人才。

“新工科”是我国工程教育改革的新探索，教育部先后出台了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”——“新工科”建设三部曲，发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》等文件[8]，推进“新工科研究与实践”项目实施。

2 “工程化学”在“新工科”人才培养中的地位和作用

教育部教育发展研究中心马陆亭研究员认为，新工科更加凸显学科交叉与综合的特点，以理科为基础的工科具有“新工科”的特点。中科院院长白春礼院士强调化学是最具有创新性的学科，引导着发现与创造，支撑了人类社会可持续发展，引领了科学与技术进步，并发展出材料、食品、环境、生物等多个分支学科。“工程化学”是高等院校非化学专业低年级开设的重要基础课程，该课程从物质的组成、结构和性质出发，探讨现代工程技术问题，如食品安全与检测、环境污染与保护、生命健康及延续、新能源开发与利用、新材料制备与应用等，深入浅出地介绍有现实和潜在应用价值的化学知识，使学生在后续课程学习和未来工作中有意识地运用化学的观点去思考、分析和解决工程技术、社会现象中的相关问题。对培养学生创新能力、创造意识、学科交融，提高其工程素质具有重要作用。

3 “工程化学”课程改革的思路和举措

3.1 联系高中化学，由浅入深，增加亲近感

3.2 更新教学内容，贴近生活、专业，培养人文情怀

“工程化学”是土木、车辆、机械、能源等非化学专业重要的基础课程，但学生常会觉得离本专业较远，不重视或内容枯燥，没意思。因此要根据授课专业更新教学内容。结合“新工科”的内涵和授课专业的人才培养目标，对课程基础理论、基本应用、知识拓展所占比例结构进行调整、优化，增加如下内容：1)生活中的实例：通过对生活中的一些常见现象，提出问题，引导学生。例如讲解稀溶液依数性时，提问北方冬天户外水缸为什么比酱缸易冻裂？树木顶端叶片蔫了，为什么根部浇水即可？生理盐水为什么要控制一定浓度等？先听学生的回答，再评价并通过化学原理加以解释，从而激发学生的兴趣和好奇心。2)科技发展前沿：引入专业发展的新成果、新发现，探讨其中相关的化学内容，强调化学学科对授课专业发展的重要作用，例如新能源工程、新汽车材料、安全工程监控及桥梁防腐新技术等。将新知识、新技术融入教学之中，不但开拓学生视野，同时让其知道学好课程将为后续学习和工作奠定必要的化学基础。3)人文素质培养：结合科学家轶事及学科发展史，提高学生综合素质。例如敢于质疑，最终以氧为核心的燃烧学说，推翻统治化学史100多年的燃素学说的拉瓦锡；坚持不懈、苦苦思索终完成科学勋业的门捷列夫；留学美国，学成后立志回国，把所学的知识献给祖国制碱工业的侯德榜；热爱教育事业，坚持真理、严谨治学的杨石先等。通过一个个生动形象的故事，培养学生不怕困难、勇于探索的精神和爱国、报国、敢于担当的社会责任感。

3.3 编写数字化教材，二维码集成平台突破空间、时间限制

教学内容扩展的同时，不可回避学时缩减的大趋势，为此课题组编写了“工程化学”新数字化教材，利用教材、电脑、手机打造互动性、操作性强的新数字媒体形式；引入二维码集成平台，使平面出版物更具可读性，以有效吸引学生，实现传统和创新教育的有机整合。教材具有以下特点：1)注重化学理论学习的同时，强调化学知识的应用，同时引入了化学发展的新思想、新成果。2)适应少学时的需要，教学内容注重“少而精”的原则，尽量做到由浅入深，叙述简洁。3)每章不设置教学要点、思考题与习题等，便于学生自学、自查。二维码集成平台整合图片、文字、视频、微课等多方化学资源，以解决出版物制作内容多、占用空间大、授课时间有限等问题，实现三维呈现、动画演示、实时交互等功能，给学生不受时间、空间限制的实时体验。通过精心设计，使原本白纸黑字的枯燥内容变的有声有色，生动、灵活地展现在学生面前，提高学生学习的兴趣，同时可以不受课堂、书包、教师限制，随时学习，自主学习，让学习变得轻松有趣。教师可以减轻学时不足的压力，填充更多内容，因材施教，个性化培养。

3.4 拓展教学方式，灵活多元翻转课堂

在教学过程中综合运用启发式、问题式、小组讨论及翻转课堂等多种教学方法，充分调动学生学习的积极性。引入“翻转课堂”的教学模式。将网络教学、互联网+、微课等现代化手段引入课堂，利用“三块屏”(电脑、手机、 PAD)形成可实时互动、便于操作的新数字媒体教学形式。例如对于部分相对简单的内容，如第六章材料与化学、材料与环境的部分章节等，可让学生讲、教师听，“翻转课堂”。将学生分为多个学习小组，面对面建群，组员自主确定组长。在组长的组织下，各小组根据教学内容，查阅资料、制作PPT、轮流讲课并做课程总结。学生间可以互动提问、讨论、点评，教师做最终评价，并对关键知识点再次强调。教师根据学生授课，组员点评，其他学生提问情况给出成绩评定，并记入平时成绩。整个过程中学生沉浸在一种新奇和兴奋中，相互讨论、积极思考，老师成了“观众”，充分展现了课堂教学中学生的主体作用和教师的主导作用。

同时建设“工程化学”教学网站、微信群、QQ群等，在网络平台共享“工程化学”多媒体课件、动画视频、教学大纲、实验指导书等教学资源，使学生更及时、有效地了解课程、学习课程，实现教学资源师生共享。教师还可通过网络教学平台，发布科技前沿信息、课后习题详解并进行辅导答疑，与学生交流互动。致力为学生提供一个交流便捷、丰富多彩、图文并茂的教学平台，使课内教学和课外辅导互为补充, 共同促进。

3.5 优化实验项目，鼓励提高动手能力

“工程化学”是一门理论与实验密切相关的基础课程，提高理论的教学效果，离不开实验过程的辅助。有人认为化学实验污染环境、消耗试剂并有安全隐患而缩减开出比例，这是欠考虑的。本文认为在保证实验安全的前提下，应该鼓励学生走进实验室，设计实验方案、真实操作，探究实验现象背后的理论知识。实验内容以验证性实验为基础，综合性、设计性实验为提升，全面提高学生动手能力为目的。实验项目可以来源于教材，也可以来源于教师的科研项目，例如对机械专业学生开设“低碳钢表面Ni-P化学镀层制备”“钢中Mn含量测定”等实验，介绍提高金属耐蚀性的化学工艺；对于车辆专业的学生开设“乙醇汽油的制备及辛烷值测定”等，提高学生工程实践能力，激发学生的兴趣，促进实验教学由“验证已有实验”到“设计未知实验”的本质转变。

4 结束语

“新工科”建设是应对新经济挑战、服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的必由之路，是当前高等工程教育改革的时代使命。互联网+的快速发展，为“新工科”人才培养提供了更多的契机，本文基于互联网+，秉承“新工科”理念，以培养新工科人才为目的，探讨了交叉广泛、创新性强、密切联系工程应用但却常被忽视的，大学通识教育课程“工程化学”教学模式的构建，在一定程度上丰富了教学内容，拓展了教学方式，活跃了课堂气氛，提高了学生学习的积极性和主动性，有利于培养立足未来，开拓创新，复合型、高素质的 “新工科”人才。