学、思、践、悟：工科化学课程思政教学实践路径探索

左晶 梁耀东 李锦 刘向荣 周文英

摘  要：工科化学是西安科技大学非化学化工类的一门自然科学基础课程，具有课时短、学生量大、受众面广的特点。该文通过生源知识背景、课程成绩、线上学习行为的数据分析认识学生的基础与现状，探究学生的发展潜力。同时在历史思维下深度挖掘技术革命背后的社会背景，通过课堂教学将科学发展中的人文价值和历史意义延伸到学生历史观和价值观的塑造，引领学生健康成长。基于数据驱动的学生学习分析和基于历史思维的价值观塑造为课程思政的精准实施，为教师探究教育教学的策略和手段，更好地践行因材施教的教育理念提供思路和方法。

关键词：工科化学；学习过程；数据分析；历史思维；价值引领

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）S1-0113-05

Abstracts： Engineering Chemistry is a basic natural science course for the undergraduate of non-chemistry and non-chemical Engineering majors， which has characteristics of less teaching hours， large number of students and a broad range of audience. In this paper， the foundation， current situation and development potential of the students were explored through analyzing the data of students' knowledge background， course scores and online learning behavior. The historical origin behind great technological revolution was traced back under history thinking simultaneously， extending humanistic value and historical significance during science and technology  development to building up the students' view of history and values by classroom teaching， thus which will help students develop healthily. The analysis of the learning process on data-driven and students' view of history and values based on history thinking are helpful for teachers to integrate curriculum politics in the teaching practice， which provide teaching strategies and methods for exploring the rules of education， and also supply the idea and approach to implement education concept on individualized teaching.

Keywords： Engineering Chemistry; learning process; data analysis; history thinking; value guidance

基金項目：陕西省教育教学改革研究重点项目“双创背景下陕西高校创新创业教育与专业教育融合机构构建与实践”（19BZ028）；西安科技大学高教研究项目“基于数据的学生学习行为分析与研究——以工科化学为例”（GJY-2020-YB-14）；西安科技大学教学研究项目“基于学生学习行为数据的课程思政精准育人研究”（JG21061）；西安科技大学课程思政项目示范课程“工科化学”（无编号）

第一作者简介：左晶（1977-），女，汉族，陕西铜川人，硕士，高级工程师。研究方向为基于学生学业数据的精准教育。

工科化学是高等工程教育中实施素质教育的必备自然科学基础课程，内容涉及生产、生活、科学研究中的基本化学问题，为理解各种自然和社会现象提供了主要的工具和方法，工科化学的课程目标在于培养学生化学学科核心素养，包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识和科学态度与社会责任。因此该课程在培养学生健全人格、爱国情怀、批判性思维和创新精神方面有着见微知著的作用。

工科化学课程是学科知识性和思想教育性的统一，在探究课程内容对价值引领作用的同时，我们更应该用现实的视角探究课程教育在育人方面的实效。大数据环境下的个性化教育，不是为学生定制同类学习内容和学习方式，而是在尊重个体差异的基础上，从学生的个性化需求出发，在分析学生学习行为特征的基础上探究学生学习效率的差异，促进学生开展深度学习。

一  工科化学教学现状及存在的问题

（一）  学时短、学生量大、生源差异性显著、部分学生重视不够

工科化学是西安科技大学（以下简称“我校”）针对地质工程、安全科学与工程、消防工程、土木工程、机械制造与自动化、建筑环境与安全、车辆工程和给排水工程等非化学化工类专业开设的一门基础化学课程，选用的教材是浙江大学普通化学教研组编的《普通化学》。每年授课学生规模800余人，学时设置为32（理论）学时+10（实验）学时，具有浓郁的地矿类特色。

该课程面向非化学化工类专业学生开设，学生重视程度不够，同时全国高考改革的选课制度下存在一些学生高考未选择化学课程的现象，造成了学生生源和知识背景的差异性较大，同时学习态度、学习效率、学习兴趣参差不齐，教师如何在有限的课时内完成知识讲授的同时，挖掘和发现学生的学习差异，如何在工科化学课程中将传授科学知识、运用科学方法、塑造科学精神和遵守科学规范于一体的科学文化根植于学生的思维中，培养学生的历史思维、辩证思维、创新思维，树立正确的历史观和价值观，需要我们不断探索工科化学课程思政的实践路径。

（二）  工科化学的教学未能发挥知识传授中的价值引领作用

课程是学科知识性和思想教育性的统一，课程思政要求在讲授课程内容中，融入思政内容，但是目前课程+思政的课程思政教育理念依然存在，机械式地在课程教学中增加科学家的爱国情怀，或者生搬硬套地将思政内容融入到课程中，都造成课程讲授内容的枯燥和空洞，陷入课程内容和课程思政“盐与水”的误区[1]。

工科化学课程教学团队以一流课程建设为契机，开展了基于线上线下的工科化学课程教学改革。开展基于全体学生学习数据的学情分析，教师精准掌握学生课程学习的整体状态，促进学生学业评价从“容易测量的能力”扩展到“难以测量的素养”。开展基于不同学科专业的专题实验，将水果电池、矿物成份分析测试、水质分析等专题实验融入到学生课堂教学和实验内容中，同时将晶体结构与矿物学、地质学相结合，课程注重教学内容与新时代事物相结合，用鲜活的事例、生动的语言将地球科学发展、人文地理和爱国情怀潜移默化地传递给学生，让学生在学习和实践中有所感悟。

二  基于学生学习过程的工科化学成绩数据分析

2020年新型冠状病毒感染疫情的影响，推动了以MOOC为基础的各类线上教学方式的发展，以MOOC资源为基础的SPOC 教学具有内容定制、交互灵活、高效教学的优势，实现了将课堂教学和线上学习充分融合的混合式教学，具有因地制宜、因材施教的特点。工科化学课程团队在32（理论）学时严重不足的情况下，扩充了线上8学时，根据学生的特点，构建了SPOC教学平台，在保持教师线下理论学时的基础上，以中国大学MOOC的在线视频课为辅助教学资源，上传了与专业相关的科学视频，激发学生的兴趣。同时进行课堂实时测试和定点发布每章节测试题和讲解视频，在课前把视频资料和学习要求发布到在线平台用于學生自主学习，SPOC教学模式也能很好地提升开放学习者的自律能力和自主学习能力。从学生个体的化学知识背景、学习行为、学习效果几个方面入手分析，为挖掘学生学习潜力、实施课程教学的因材施教提供现实依据。

（一）  基于课程成绩、学习背景的学习效果分析研究

对我校2021级地质工程、资源勘查工程等6个专业的工科化学课程进行了基于专业的期末考试成绩分析和学生对于学习效果的自我评价。

表1为2021—2022年第1学期地质工程、资源勘查工程等6个专业考试的平均分和方差，以及各专业各章节的得分情况。地质卓越班由于学生整体高考录取成绩高于其他专业，因此期末平均分数高于其他相关专业，同时各专业的方差都在10～15分之间，表明一个专业内学生学习效果还是存在较大差异。从各章节的得分情况来看，第一章化学反应热与焓的得分率为81.9%，高于其他章节，第四章原电池电动势，化学电源与腐蚀学习效果表现差强人意，平均得分率仅67.5%。第五章、第三章、第二章得分情况分别为80.5%、78.7%、71.9%。从专业得分情况来看，除地质卓越班期末成绩最高外，地质工程专业的期末平均分优于其他专业，资源勘查工程、地下水科学与工程、消防工程表现基本相当，建筑环境与安全平均分最低，为74.4分。

对于各章节的学习效果，我们也通过问卷的形式了解学生对各章节学习效果的主观评价，共收到有效问卷267份，占学生总数的87.8%。结果见表2。其结果与考试得分情况基本一致。学习效果最好的章节，第一章的内容获得了47.81%的认可度，答题平均正确率为81.9%，均高于其他章节，主观评价学习效果最不理想的第三章获得了33.33%的不认可度和8.11%的学习效果好的认可度，但是答题正确率为78.7%。而答题正确率最低的第四章获得了14.47%的学习效果最好认可度和16.67%的学习效果最差认可度，其答题正确率为67.5%。这说明第四章内容和题目与学生主体的个性差异关系较大，第四章的题目偏向于计算和综合运用性，得分低于其他章节。而第五章物质结构与电子分布，化学键，晶体结构，虽然获得了25%的学习效果最差章节的认可度，但是本身该章节题目分值小（8分），题目基础性强，为概念性题目，学生容易掌握，获得了仅次于第一章的答题正确率80.5%。

此外，我们对高考改革制度的化学选课情况及化学课程学习的情况进行了问卷调研。根据目前高中化学的教学内容，主要分为有机化学和物质结构两部分，数据见表3。从数据分析可知，在反馈的267份问卷中，实行高考改革的为41人，未实行高考改革的生源为226人，253人高考参加了化学课程的考试，占到调研总人数的94.8%。253人中92人既学习了有机化学部分，也学习了物质结构部分，36人还拓展了化学实验、化学与生活、化学与技术相关内容。在实行高考改革的41人中18人高考选课未选择化学，1人未选择物理也未选择化学。我们对高考选课未选化学的19人的期末考试试卷成绩进行了分析，其中不及格3人，60～70分13人，80分以上3人，约占不及格总数41人的7%。这一点说明考试的结果与高考选课呈现明显的正相关性，高考没有选择化学意味着学生对该门课程不感兴趣，投入的精力也明显不足，不及格学生对基础化学知识很生疏。

（二）  基于线上线下SPOC平台的学生学习参与情况

基于SPOC平台的在线学习参与度如何？学生在线学习行为与学业成绩有什么样的关系？学生对在线教学有何改善的建议。我们从这三个方面对在线学习数据也进行了分析。

学生对于在线教学的参与度参差不齐。其中学生对线上答题，尤其是上课前的限时答题较为积极，答题参与率138人，达到83%。而每个章节的课后答题参与率仅为51%，课后视频的参与率仅为13%。学生对于线上内容的参与度不够，尤其是机械制造、土木工程等专业，学生认为该课程与专业相关度不大，只是科学素质教育的一部分，不愿意在课外花更多的时间，学生认为该课程就是高中化学的延续，因为工科化学的知识内容与高中化学知识点部分重复，因而重视程度不够。对于工科化学课程学习兴趣的提升，学生认为提升课程与专业的契合度是关键点，课程教学中融入专业相关度高的案列，会激起学生更大的兴趣。比如，机械制造和使用过程中设备的防腐问题和课程的电化学内容相关，教师在授课中介绍化学镀、防腐涂层化学工艺在机械设备防腐中应用，延长和维护设备使用的寿命。我们增加了不同铜矿标准（精矿和尾矿）成分分析，让同学体验化学方法对矿物不同分选阶段品味检测的重要作用。在问卷调研和学生访谈过程中，部分优秀学生认为考试的挑战度不够，试题难度无法衡量出学生对于课程学习的差异性。这一点在近四个学期与学生的座谈中获得了成绩优秀学生的一致反馈，这与普通类省属高校招生的特点相吻合，30%的高分省份生源及部分自律性强的学生表现出学习的积极性，其渴望有挑战性的题目以区分学习效果。对此，我们在课堂教学中采用数据分析法让学生知晓目前工科化学整体学习的状态，让部分学生感受到差异，我们用优秀学生自律的学习行为、高效的学习成效来鞭策大部分同学，提升班级整体的学习驱动力。

三  关于课程思政精准育人具体措施的思考

（一）  基于数据的课程学业分析为开展思政教育精准育人提供了技术手段

开展基于课程学习的学生学业数据分析本身就是以学生为中心，通过基于课程成绩、学生自身特性（生源、专业、问卷调研）和学生学习过程的一种数据分析，从微观的角度探索全体学生的学习成效，深入剖析学生的学习行为，对学生的学业发展有着积极的作用。以学生为中心的学习数据分析要求教师以学生的学习情况作为教学效果提升的唯一标准，提升教师对学生学习成效的关注度，激发学生的主体性意识，实现精准教学[2-3]。

我们工科化学教学团队在课程教学过程中，将学生的学业背景和学生的情感、态度、价值观、学习方式及学习能力等难以把握的数据通过课程考试、线上学习参与度、学生问卷调查、学期结束后的课程教学反馈与质量提升交流会方式进行定量、定性获取，了解学生对课程的学习态度，对高考改革模式下的选课制度对学生的学习影响、不同性别、生源的入学成绩与考试成绩进行了分析，女性生源入学成绩略低于男性生源，但是女生课程成绩平均分总体比男生高3分，女生在该门课程的努力程度超过男生生源。对于普通类本科学校，不同专业因为高考录入分数的差异、地域的差异，还包括家庭对个人习惯养成的不同，学生学习差异性较为明显。

（二）  课程思政教学案列要体现工科化学与专业的结合

工科化学作为我校非化学化工类专业的一门基础课程，应该探索课程与相关专业的有效融合，提升课程的知识传授与价值引领的育人功能，这也是新时代赋予课程的新内涵和新使命。结合地质工程、资源勘查工程专业，将课程第五章中晶体的分子结构和类型与地质运动、矿物晶体形成相融合，将跨越时间、空间的地理自然变化融入到晶体形成中，从时空发展的思维让学生跳出课本的框架。地下深处的岩浆、热液与岩层地块的挤压、升落，伴随着亿万年的地质孕育，促使各种自然元素相互组合、蜕变，造就了美轮美奂的矿物晶体。矿物种类纷繁多样、不胜枚举，而且各种矿物共生组合形态之多、之奇、之美更是超出任何人的想象力。虽然矿物之间有着千丝万缕、割舍不断的联系，但每一种矿物有着自己特立独行的秉性与气质。矿物晶体是一个个能讲出故事的“生命”，晶体是地质演变的活化石[4]。在知识传授中深度融合价值观引导，让学生在认识矿物晶体结构的同时，形成正确的地球观和世界观。

煤炭，外观看似平常的黑色石头，是古代的植物体因为地壳的运动而埋没地下，在适应的地质环境中经过漫长年代的演变而形成。没有金子的耀眼、银子的光辉、钻石的高贵，更没有珍珠的晶莹、翡翠的璀璨，但是它湮没在地下亿万年，被挖掘出来，成为驱动人类文明车轮一路向前的动力来源[5]。没有它，就没有英国纺织业的发展，就没有工业革命的兴起，也没有瓦特这个时代的工匠。我校作为一所立足西部、地矿类特色鲜明的高校，多年来我们培养的大量学生在祖国西部默默无闻地从事煤炭开采、加工利用、生产安全的工作，他们犹如星星之火一般为祖国的煤炭事业做出了贡献。瓦特是一个时代的精神符号，然而没有成千上万的工程师把蒸汽机技术推广到全国各地，怎么会有工业革命的开始？毋庸置疑，伟人在时代进步中具有不可替代的作用，然而将技术推广到各个行业的成千上万的工程师也至关重要。“何须浅碧深红色，自是花中第一流”，我们的教育应该从身边这些鲜活的故事中汲取自信的力量，让我们树立对传统地矿类专业的自信，对学校和行业充满自信心和敬畏感。

（三）  工科化学教学坚持历史思维，树立学生正确的历史观和价值观

2017年5月，习近平在中国政法大学考察时指出，“养成了历史思维、辩证思维、系统思维、创新思维的习惯，终身受用”。历史思维中蕴含着辩证思维，从历史的经验教训中汲取智慧与能量，激发现实的作为，才能在汲取历史的优秀成果中有所创新。以史为鉴，开创未来，历史思维强调时间维度的“长时段”，空间维度的“全球化”，尤其重视现实维度的“战略性”[6-7]。将课程内容置身于长时段、多层次、多维度的历史时间中考察，将科学与人文、历史与现实、感悟与反思贯穿于课程的教学中，学生对知识的理解会更加深刻。课程思政将课程的育人功能实践内化到大学生的日常学习生活中，实现课程思政学科知识性和思想教育性两重属性的统一。

在辩证唯物主义和历史唯物主义视野下树立正确的历史观和价值观，是新时代赋予工科化学课程的新要求，将知识体系置身于整个人类发展史中，用穿越时空的历史观和辩证的思维穿透现象本质进行解释，才能把道理讲透，达到入脑入心的效果，如果浅尝辄止，是难以说服学生的。历史思维和辩证思维为理解各种自然和社会现象提供主要的工具和方法，据此人们才可以建立正确的世界观、价值观、人生观。工科化学的第一章就讲到能量，人类对于能量的获取经历了从热能、电能、核能到太阳能的实践历程，这一过程不仅是人类战胜自然、改造自然的发展过程，也是社会文明与进步的标志。化学中的平衡与变化代表了反应体系中各组分从势均力敌到势不可挡再到消耗彼此的过程，这与自然界动植物的更新迭代、优胜劣汰同出一辙。化学变化的可逆过程代表了万物的一种理想状态，理想模型都是研究实际过程的基础，实际过程都是理想状态的修正，都是条件化的数学表达，因此理想与实际都是近似与精准的对立统一关系。所以，工科化学课要在学习中思考，思考了要“踐”，带着所学所想在实际生活中去发现问题、解决问题，通过实践深化认识，再以深化认识推动实践，以知促行，以行促知，知行合一[8]。

四  结束语

自然科学通过工业进入了人的生活，因此自然科学是人文科学的基础，自然科学蕴含了人的感性和自然的感性。工科化学作为一门自然科学基础课程，应在知识传授中实现价值引导，积累学生课程学习数据来反馈受教育者在学习中的感性行为，作为课程持续改进的依据，这也是用历史积累经验解决现实问题的一种研究方法。让学生在学、思、践和悟中学习科学知识和科学规律，体会科学文化，培养科学精神，树立社会责任感。

参考文献：

[1] 陈建华.走出课程思政“水与盐”的思维误区[N].中国教育报，2021-10-26（4）.

[2] 张瑞.运用大数据提升高校思政课质量[N].中国教育报，2019-01-12（5）.

[3] 彭丽华，王陈欣，刘雪宁，等.大数据视角下的在线学习行为研究[J].中国教育信息化，2021（14）：1-5.

[4] 袁一雪.矿石达人马志飞：充分展现地质学之美[N].中国科学报，2016-12-23（5）.

[5] 董秀成.煤炭：可以燃烧的黑色石头[EB/OL].（2022-08-25）[2022-09-13].https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1742114078734886779.

[6] 李向东.在知识传授中实现价值观引导[J].中国高等教育，2019（9）：18-20.

[7] 赵凡.不断提高历史思维能力[N].光明日报，2019-07-10（3）.

[8] 李馨妤，肖博文.浅谈将大历史观融入高校思政课教学[EB/OL].（2022-06-09）[2022-08-21].https：//news.sina.com.cn/sx/2022-06-09/detail-imizmscu5896854.shtml.