“新工科”背景下高校有机化学教学改革初探

＊魏月琳

（华侨大学材料科学与工程学院 福建 361021）

为了应对新一轮科技革命与产业变革，教育部自2017年以来先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”的新工科理念，为新阶段我国工程教育改革指明了方向，旨在着力培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的卓越人才[1]。一般高等院校通常在第二或者第三学期开设《有机化学》课程，旨在注重建立宽厚的学科知识基础，在培养学生的过程中起到承上启下的作用，为后续工程类课程的学习奠定扎实的学科和专业知识基础。《有机化学》课程是华侨大学材料科学与工程和化工两个学院共计11个理工类专业学生的必修课，同时也是很多高等院校相关专业硕士研究生入学考试必考专业课程之一。然而，从目前《有机化学》课程教学上看，长期存在一些问题。主要体现在《有机化学》课程内容繁杂，反应机理抽象，同学们难以理解和掌握；其次，部分工科专业（非化学专业）学时数较少，且部分学生的化学基础相对薄弱。这些问题在目前的“新工 科”“工程论证”“双一流”的环境下愈发凸出。鉴于此，本文通过个人访谈和课堂观察对工科专业学生的《有机化学》课程教学现状及需求进行全面调查，结合工程教育专业认证和新工科的基本理念，关于工科专业学生的《有机化学》课程的教学提出了若干改革建议，为开展《有机化学》课程的教学改革进行了有效地探索。

1.有机化学课堂教学的现状

（1）有机化学课程的特点。有机化学是化学中非常重要的一个分支学科，主要研究有机化合物的组成、结构、性质、制备方法及其变化规律。有机化学是有机化学工业的理论基础，与经济建设和国防建设密切相关，不论是化学工业、制药工业、生物工程、能源工业、材料工业还是电子工业、国防工业的发展都离不开有机化学。有机化学课程是所有化工、生工、材料、环境等工程专业的一门重要专业基础课，是理论性、系统性和应用性相结合的一门课程。有机化学这门课程的主要特点是有机化合物结构复杂、种类繁多、化学反应副反应多、化合物知识点多而零散、反应机理抽象较难理解。在实际教学中大多数专业的有机化学的教学学时数大大缩减了，然而一些有机化学教学的授课方式单调，课堂仍然以“填鸭式”的传统的教学方式为主，课程的考核方式也较单一，导致了学生的学习积极性不高，学习的主观能动性较差，在上课前不进行预习、下课后不复习。这样容易产生学生上课时能听懂、下课后就忘了的学习现象[2]。因此，传统的教学方式难以完成既定的教学目标。

（2）学生面临的困难。我国的基础教育非常扎实稳健，与高等教育紧密连接。但由于地域辽阔，各省之间的教育水平往往参差不齐，中学理工科知识背景和教育模式存在较大差异，有“3+3”“3+1+2”等模式。物理和化学虽然是基础学科，但在初高中时期被列为“副科”，高中化学有机化学部分教学内容很少且非常浅显，导致理工类学科基础比较薄弱。然而，众多理工科专业招生时并未考虑到这一差异，导致这部分学生很难快速入门和系统掌握这些重点和难点内容。因此对于老师而言，教学进度的快慢和教学内容的深浅难以掌握。此外，有机化学是一般工科专业的基础必修课，课程的教学内容常常仅限于有机化学基础知识的讲授，与相关工科专业学生的专业契合度不够，授课时与其专业的关联度也不高，这样容易导致学生觉得学习有机化学枯燥无味，学习热情降低。学生为了获得学分，不得不在考前“死记硬背”，通过突击学习完成考试，这种学习状态难以获得解决实际科学问题的能力；更有甚者厌学情绪弥漫，导致不少同学对工程类专业产生了恐惧，申请更换专业[3]。

2.对有机化学教学模式的初探

（1）制定个性化教学大纲和教学内容。目前，有机化学的教学只有针对不同专业有不同的培养计划，主要体现学时上的不同，教学内容也进行了相应的章节删减，很难做到因材施教。然而实践证明，统一的教学模式无法同时满足各个专业的需求，因此必须根据不同专业、学生的特点制定不同的教学大纲，教学模式和考查形式，进行个性化备课。根据培养目标和课程设置，应选择与专业特色相近的教材。

首先，针对部分理工科知识基础较薄弱学生，无法在有限的课时内完成教学任务。为此，应结合有机化学课程整个知识脉络，有针对性地为学生补习化学的基础知识，指定相关的学习书籍，章节，并充分调动学习基础好的同学与其“结对子”“一帮一”进行互帮互助。例如“导师制”“学习互助小组”等制度的制定和实施，这方面的工作，离不开学校、学院层面的大力支持。我院教师还开展了有机化学课业答疑与复习指导，利用课余时间定期与部分学习有困难的学生见面交流，起到了较好的帮扶效果。

其次，在确保有机化学教学的基本知识点、难点和重点一致的基础上，要优化教学策略、因材施教，精简一些过于抽象的理论教学，结合各个不同专业特点，增加相关前沿性、启迪性和工程实践性较强的内容，构建以“有机化学”为基础的案例库。在教学过程中为了能够更好地激发学生的学习兴趣和积极性，可以在有机化学的教学内容中适量引入相关专业的知识点介绍，使学生对自己所学的专业方向有初步的认识，从而为以后的学习和职业规划打下一定基础。

例如，化学工程与工艺专业的毕业学生主要从事化学工艺、化学工程、工程设计、化学检验、医药合成、生化分析等工作。有机化学的教学内容应该以介绍有机化学基础内容为主，包括有机化合物的系统命名方法，有机化合物相关的结构理论，有机化学反应的基本反应机理，常见有机化合物的物理性质和化学性质。再增加涉及化学工程与工艺专业的有机化合物的基础知识，主要授课内容为有机化合物官能团的鉴别分析和有机化合物合成知识。对于涉及石油化工工业较多的有机反应做重点讲解，包括有机化合物物理和化学性质、有机化合物的常见分离方法及有机合成的实验设计等内容。在课程内容上做到重点突出，特色鲜明。例如在不饱和烃这一章课程后，介绍人们日常生活所用的各种塑料产品，并揭示塑料瓶底数字的秘密。在芳香烃化合物这一章课程后，介绍石墨烯等新型碳材料。在醇酚醚这一章课程加入环氧树脂在生活中应用的介绍。羧酸衍生物这一章课程加入新型锂电池隔膜材料-芳香族聚酰胺、聚酰亚胺和聚对苯二甲酸乙二酯的介绍。在含氮化合物这一章节后，介绍生产和生活中广泛使用的各种天然染料和合成染料的类型，介绍染料的着色原理，让精细化工专业的学生深刻了解到有机化学与专业之间的联系，激发他们学习兴趣。

例如，制药工程专业的目的是培养具有一定化学、生物、药学知识的工程应用人才。因此，根据制药工程专业的特点，在教学内容应以“药”为中心，一方面，保留了有机化学基本理论框架的系统性和完整性；另一方面，对在药物中间体及药用材料合成中常见的有机试剂、有机反应进行重点介绍。注重归纳有机化学的反应类型和反应机理，重点讲解有机化合物的分离鉴定以及有机化合物的设计合成，从而达到使制药专业学生能够通过有机化合物的结构特征分析有机化合物主要性质和有机化合物的应用，从而实现药物分析、合成与应用的最终目的，为制药专业学生后续学习药物化学、药物合成与应用、制药工艺学等课程奠定坚实基础。

例如，环境类专业有机化学课程，在选择教学内容时要体现环境专业特点，以介绍常见有机化合物的物理性质和化学性质为主，着重强调有机化合物相关的结构理论和有机化学反应的基本反应机理。减少生物有机化合物（糖类化合物、氨基酸和核酸等内容）这一部分教学学时数。重点讲解有关环境污染的有机化合物，可以适量增加相关化合物的降解与处理过程中涉及到的化学反应知识的讲解，使学生可以将有机化学基础理论知识和环境中实际问题的解决相联系。协同环境工程专业知识基于典型化、实用化和先进性选择有机化学教学内容，提高了学生解决实际问题的能力，为后续相关专业如水分析、水污控等课程的学习提供了有力的帮助。

例如，材料科学与工程专业学生主要学习与掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律。学习各种先进材料的制备、性能分析与检测技能。要求掌握材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量、开发研究新材料和新工艺方面的基本能力。毕业后主要从事材料、新能源和环保等行业工作。针对该专业教学内容改革，课程教学先使学生掌握一定的理论基础，如从有机化合物的结构理论、有机化学中的电子效应、有机化合物的价键理论等重要基础理论开始讲解，然后分章讲述不同官能团有机化合物的系统命名、物理性质、化学性质及有机反应的机理。常见的官能团化合物包括烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、二烯烃、卤代烃、芳烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸及其衍生物、含氮化合物、糖类化合物、氨基酸和核酸等。针对无机非金属材料专业的学生，可以删减多糖、蛋白质和核酸等关于天然高分子的相关内容；针对高分子材料专业的学生，每一章的最后一节聚合反应可以增加各种塑料制备的知识点介绍[4-5]。

（2）教学方式改革。在确定了教学内容的情况下，选择合适的教材，使相关基础知识相对薄弱的学生在有限的教学学时内学好有机化学这门课是对任课教师的考验。我们通过不断探索，在讲授课程中改革教学方式，创新教学方法，提升了有机化学课程的教学效率，以期改善有机化学的教学效果，达到了教师和学生双赢的局面。

①以能力培养为导向，加强与工程实践的紧密结合。充分利用华侨大学地处海峡西岸经济区的优势，深入走访福建联合石油化工有限公司、福建氯碱、福建恒安集团有限公司等企业，了解有机化学在工程中的实际应用。以此为出发点科学设计课程教学内容，以工科学生应掌握的基本理论和概念为框架，在保证体系完整性的前提下，突出“少而精”，以工程实际案例为出发点，重点讲授各类有机化合物的特征反应及机理、合成路线设计等。

②丰富教学手段，实行混合式教学。在教学过程中充分利用现代多媒体技术、虚拟仿真技术辅助教学，将抽象的问题具体化，利用相关软件将抽象的有机分子的立体结构、有机化学反应机理等三维立体模型以动画的形式直观生动地展示，并借助虚拟仿真教学平台的虚拟现实、多媒体网络通讯等技术，模拟真实环境，如基于超星平台建设的SPOC，开展“线上线下+虚拟仿真”的有机化学教学新模式的探索与实践，充分利用平台丰富的教学视频、教学课件、测验与作业、在线考试和讨论区等。学生的学习和教师的答疑不再受时间、地点和硬件设施的限制，增加了有机化学课程的趣味性，有效地激发了学生的学习兴趣，提高了学生的自主学习意识[6-8]。

③改革讲授模式，鼓励学生参与。传统的教师“一言堂”“填鸭式”灌输教学方法，采用“启发式”“以问题为导向”“翻转课堂”等先进的教学法，从“发现问题”“提出问题”“解决问题”的角度开展教学活动，鼓励学生深入思考、查阅资料等来撰写小论文。教师通过发送学生感兴趣的或最新前沿动态的图片、视频、论文资料等，内容涉及到生产、生活中的方方面面。根据学生的专业特点设置一些应用型的学习任务。例如以生活中的深刻教训为契机：如指甲油和洗甲水的影响、胶水中毒事件、装修中的隐患、为什么有的人爱被蚊虫叮咬等。组织同学们在课堂上展开讨论，将学生合理分为各个学习小组，同学们围绕问题利用教材、参考书、图书馆、网络资源等查阅文献资料开展自主学习、讨论、PPT制作等，并最后在课堂上各小组分别进行分析、汇报，由教师和全班同学对各小组进行提问、讨论，点评、总结、同学互相评分。学生带着任务或自主地参与到学习讨论中，引导学生将课堂所学理论知识和查阅文献技能很好地应用在实践过程中，让学习者真正体会到应用到实际生产和生活的不同方面，形成师生互动、生生互动的学习氛围，将枯燥的反应变得生动、有趣，将丰富多彩的网络资源与枯燥的课堂教学相结合，能够有效地提高学生的学习积极性和主动性，使得学生独立思考、发现问题、解决问题的能力，同时也培养了学生的交流沟通和语言表达能力，特别是团队合作能力和自主创新能力得到了很好地提升。

鼓励同学们参与科研探索，了解当今新技术、新材料的发展，引导和鼓励学生参加挑战杯、化学实验技能大赛科技创新活动，积极参与老师的研究课题。充分利用学院开放实验平台，培养学生动手能力，不仅加强学生对有机化学理论知识的理解和掌握，而且还掌握了多种实验技能，熟悉相关的仪器使用方法，真正将理论知识与实践相结合，从而解决存在的问题并学习隐含在问题背后的综合知识，形成解决问题和自主学习的技能，养成科学创新的思维方式和严谨的科研素质。其次采用微信群、QQ群、智慧树等平台发布有关教学案例、观看视频任务和在线作业等，并将上课的内容录成视频文件，为学生的多次学习提供材料，并安排一定学时进行课堂讨论为主的教学，在教学讨论中学生对已学理论知识进一步的理解和掌握了。在教学讨论中，老师设置问题，引导学生积极参与，可以做到举一反三，有效地提高学习效率[9]。

（3）成绩综合评价方式的改革。目前，传统的评价学生的学习效果基本上是依据期末闭卷考试成绩，采取一刀切的方法，并未关注学生在学习过程中其他的积极因素，如学生的学习态度，发现、分析、解决问题能力，以及工程实践能力等方面的客观综合评价。然而，《有机化学》是一门综合性很强的课程，除了理论知识以外，还包括了实验技能、合成设计以及在工程实践中的灵活运用等。因此，学习成绩的评价模式是否合理、公平，是有机化学课程教学改革的重要环节。基于此，教师有必要结合课程特点研究探索适合学生实际情况的考核方式，建立多元化的过程性评价和终结性评价相结合的动态评价模式：①期末闭卷考试占50%，试题结合专业和工程实际，强调对知识运用和问题分析，并增加5%-10%的开放性试题，考核学生理论联系实际能力；②期中考试开卷考试占10%，试题主要以理解概念为主，合成应用检验基础知识掌握情况；③课堂讨论教学占15%，此项分数由两部分组成，不同组学生匿名和教师共同打分，汇总后提交教师；④围绕工程实践和有机化学的最新进展撰写课程小论文或者大型的综合合成设计题占15%；⑤考勤和作业占10%。将课前预习、网络答题、课堂问答、课堂练习、期中考试等各项内容进行综合评定。这种综合评定成绩的考核方式可以加强学生对平时学习的重视和自我约束，也可一定程度上激励学生的学习积极性，并且在更大程度上体现公平性。

3.结束语

本文针对在新工科背景下，工科专业学生在学习有机化学中存在的问题，提出修改教学大纲，精炼课程内容，开展互动式教学模式，增加讨论和撰写小论文环节。在教学过程中引导学生积极思考，激发了学生的学习热情。以培养学生生的学习能力和创新能力为目标，在教学过程中探索多维度的考核评价机制，从而达到提高工科专业学生的教学质量，更好地为社会输送高质量工程人才。