劉 杰①

（淮北師范大學 信息學院，安徽 淮北235000）

0 引言

2017年以來，教育部為主動適應(yīng)新一輪科技革命，支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，多次召開研討會，形成新工科建設(shè)的“復(fù)旦共識”、“天大行動”，并于2017年6月9日在北京審議通過《新工科研究與實踐項目指南》（北京指南）［1］. 社會需求是工科教育發(fā)展改革的原動力，新工科建設(shè)不僅要根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展需求建設(shè)新的工科專業(yè)，也要對已有的傳統(tǒng)工科專業(yè)提出新的要求，進行升級改造，融合信息技術(shù)，以適應(yīng)新常態(tài)經(jīng)濟發(fā)展［2-5］. 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展使新工科教育著力培養(yǎng)實踐能力強、快速學習接受新事物能力強、具備創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才. 結(jié)合工程教育的發(fā)展歷史，可以推斷在新工科內(nèi)涵轉(zhuǎn)化的過程中，與之對應(yīng)的工科教學模式也需要做出調(diào)整，滲入工程教育改革創(chuàng)新的理念和思路［6-8］.

在新工科背景下，如何對課程進行教學改革已成為研究熱點之一. 董桂偉等［9］面向新工科建設(shè)內(nèi)涵，對材料成形等專業(yè)的實驗教學方法體系和實踐進行深入地分析，提出改革思路. 史春薇等［10］設(shè)計新工科背景下環(huán)境微生物課程實踐教學模式，有效激發(fā)學生創(chuàng)新積極性，為培養(yǎng)具有環(huán)境微生物學知識背景的實踐型工程師提供良好平臺. 委福祥等［11］認為教學實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學生實踐能力，提升學生工程素質(zhì)的主渠道. 這些課程改革，推動人才培養(yǎng)模式的改革和創(chuàng)新，但新工科背景下化學信息學課程改革方面的研究未見報道. 本文基于新工科創(chuàng)新理念，圍繞社會需求，采用工程教育專業(yè)認證所采用的“OBE”（Outcome-Based Education）方法［12-14］，從完善理論教學內(nèi)容、創(chuàng)新實踐教學模式、強化法制意識、重建教學效果評價體系4個方面探究課程改革. 在應(yīng)用型本科院校中開展基于新工科創(chuàng)新理念的化學信息學課程改革，對于培養(yǎng)學生敏銳的信息意識和解決實際問題的能力具有重要意義.

1 現(xiàn)階段教學中存在的問題

化學信息學是利用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對化學信息進行表示、管理、分析、模擬和傳播，以實現(xiàn)化學信息的提取、轉(zhuǎn)化與共享，揭示化學信息的實質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系的學科，也是涉及化學、計算機、信息學等多學科交叉的一門課程［15-16］，重點培養(yǎng)學生化學信息素養(yǎng). 化學專業(yè)是一門實踐性較強的專業(yè)，化學信息學課程是基礎(chǔ)理論和前沿研究的重要橋梁，也是培養(yǎng)學生依據(jù)檢索文獻分析解決工程實際問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié).但國內(nèi)不少大學在設(shè)置課程體系時，不重視化學信息學，使其邊緣化，致使很多本科生信息意識不強，信息能力不足，不能根據(jù)實際工業(yè)需求制定高效的檢索方案，對已獲得的信息亦缺乏科學的判斷，在走上工作崗位后往往暴露出不能快速適應(yīng)新技術(shù)改進，對新信息接受缺乏敏感度，創(chuàng)新能力不足，無法根據(jù)需求進行應(yīng)對等. 與新工科人才培養(yǎng)的新理念相比，我國化學信息學課程改革滯后. 基于教育部提出的新工科建設(shè)，應(yīng)滿足學生“求知、增能、成才”的需求. 剖析化學信息學課程在教學過程中存在的問題，如，學生學習興趣缺乏、文獻基礎(chǔ)薄弱、教學手段單一、傳統(tǒng)教育模式弊端等，本研究提出該課程系統(tǒng)改革方案.

1.1 學生信息素養(yǎng)不足

國外學者對信息素質(zhì)內(nèi)涵理論研究開始的比較早，其內(nèi)涵逐漸經(jīng)歷由最初單純的信息掌握技能到人的整體素質(zhì)重要層面的演進，以及信息素質(zhì)重要性被社會廣泛認可的發(fā)展過程. 我國各高等院校根據(jù)我國信息化建設(shè)的發(fā)展進程，結(jié)合社會信息環(huán)境狀況，圍繞信息素質(zhì)教育的目標，制定切實可行的信息素質(zhì)教育計劃，提高學生信息素質(zhì). 由于我國在這方面起步較晚，目前，化學專業(yè)本科生信息素質(zhì)的培養(yǎng)并不理想. 一是體現(xiàn)在學生專業(yè)信息意識薄弱，常常只是將百度、谷歌等搜索引擎作為信息源，不會利用圖書館、文獻數(shù)據(jù)庫等專業(yè)資源檢索所需信息，甚至部分學生對文獻數(shù)據(jù)庫一無所知，缺乏專業(yè)軟件應(yīng)用能力；二是學生信息能力不足，各院?；瘜W專業(yè)在課程設(shè)置體系方面往往比較注重理論知識的傳授，致使學生實踐技能教育相對不足，遇到問題不知從何途徑識別、獲取信息. 信息能力是一種基本的信息素養(yǎng)，是一種在技術(shù)層面、操作層面和能力層面上的素養(yǎng)，是個體在主動選擇和運用信息及信息手段的基本素質(zhì). 培養(yǎng)大學生的信息能力是提高大學生信息素養(yǎng)的關(guān)鍵因素；三是學生信息道德薄弱，對信息的相關(guān)法律法規(guī)和道德準則不甚了解，同時由于信息道德是網(wǎng)絡(luò)時代的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)的多元性、開放性和匿名性特點弱化道德的約束力，使得大學生往往存在僥幸心理，有的利用網(wǎng)絡(luò)竊取個人資料，窺探隱私，有的甚至侵犯他人知識產(chǎn)權(quán).

1.2 課程教學現(xiàn)狀不理想

目前各高校普遍對化學信息學課程教學的重視程度不夠，首先表現(xiàn)在化學信息學課程沒有經(jīng)典的教材，開設(shè)課程的院校一般都是授課教師根據(jù)自己對這門課程的把握自行選購教材進行教學，教學內(nèi)容多側(cè)重于文獻檢索. 其次，不少院校以選修課的形式開設(shè)化學信息學課程，且由于課時等因素的限制，化學信息學的教學基本采用以傳統(tǒng)的知識傳授模式為主，缺乏實踐教學環(huán)節(jié)，難免會讓學生們覺得乏味，沒有學習的積極性，這種教學模式導致很多問題的出現(xiàn)，比如教學方法枯燥，缺乏創(chuàng)新性等，阻礙學生的視野，單純的技巧傳授猶如紙上談兵，使得學生往往學無所得. 化學信息學教學過程不應(yīng)單純講授信息檢索的技巧，更多地要結(jié)合實例要求學生自己動手實踐，利用化學信息找到解決問題的思路，有效培養(yǎng)學生工程實踐能力. 最后，很多高校將化學信息學課程放在大四上學期開設(shè)，而學生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)是潛移默化的長期過程，第七學期開設(shè)不利于學生信息素養(yǎng)的培養(yǎng).

2 新工科背景下課程改革

為適應(yīng)新工科對人才培養(yǎng)的要求，依據(jù)“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的國際工程教育專業(yè)認證“OBE”理念，結(jié)合現(xiàn)階段教學中存在的問題，本文將對化學信息學課程改革進行探究，更加關(guān)注學生學習成效，以提升工程人才培養(yǎng)質(zhì)量.

2.1 以學生發(fā)展為中心，優(yōu)化更新教學內(nèi)容

工程教育認證的核心理念與目的是以學生發(fā)展為中心，根本目標是為了促進學生能力的培養(yǎng). 課程教學內(nèi)容應(yīng)緊跟時代步伐，及時更新，按“需”優(yōu)化，體現(xiàn)前沿性和時代性，同時注重學科交叉. 多年來化學信息學教學內(nèi)容多側(cè)重于化學文獻學，講授內(nèi)容包括：化學信息檢索的基礎(chǔ)知識；常用化學數(shù)據(jù)庫檢索（國內(nèi)外）；文獻檢索與管理軟件Endnote，專利文獻檢索與申請等. 2018 年起根據(jù)新工科要求和學生需求，補充化學繪圖軟件ChemOffice，圖片編輯軟件Photoshop，數(shù)據(jù)處理與繪圖軟件Origin，學位論文撰寫、網(wǎng)絡(luò)信息安全等課程內(nèi)容. 該內(nèi)容體系的構(gòu)建有利于大力推行信息資源的應(yīng)用，例如要求學生使用專業(yè)軟件繪制《物理化學》課程中第一熱力學定律及應(yīng)用章節(jié)知識點的思維導圖，通過電子郵件形式或練習本遞交作業(yè)；讓學生在專業(yè)數(shù)據(jù)庫里檢索某一化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、核磁譜圖；要求學生使用Scifider提供指定化合物合成路線. 利用這些手段，將化學信息學教學與基礎(chǔ)學科理論知識結(jié)合起來，在學習過程中給學生充分的探究時間，讓其自主思考，幫助學生形成自主實踐意識，有利于促進學生發(fā)展，還可以為進一步修訂課程目標、基本要求、編寫教材提供重要支撐，為不同專業(yè)學生學習化學信息學提供可供選擇的知識庫.

2.2 把握新工科發(fā)展契機，創(chuàng)新實踐教學模式

優(yōu)秀人才的培養(yǎng)離不開理論知識的傳授，也離不開課外實踐能力的訓練. 我國高等教育教學一直比較重視理論教育，理論課時遠大于實踐課時，但理論教學與實踐教學缺一不可，相互支撐與促進，就需要持續(xù)改革人才培養(yǎng)方案，以滿足國家經(jīng)濟社會發(fā)展需要（如圖1所示）.

當前新工科建設(shè)賦予高等教育新的歷史使命，實踐教學環(huán)節(jié)在工科專業(yè)培養(yǎng)體系中占有更加重要的位置. 為響應(yīng)新工科建設(shè)要求，依據(jù)各專業(yè)特色，重新調(diào)整實踐環(huán)節(jié)教學模式，始終把實踐教學放在教學工作的突出位置，依據(jù)新工科發(fā)展需要，完善化學信息學的實踐教學模式，共有3個模塊組成：

1）基于文獻檢索的實踐模塊，該模塊實施主要包括兩種途徑，一是將化合物物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的查詢、有機合成路線的檢索融入到于本科生實驗中，如苯甲酸，環(huán)己烯的制備實驗，可以讓學生檢索提供合成路線，依據(jù)化合物性質(zhì)提出注意事項. 二是指定課題，指導學生檢索、閱讀文獻，鼓勵學生以小組形式合作，并將相關(guān)內(nèi)容制作成課件，講述給同學和教師，預(yù)留同學提問和老師指導時間. 該模塊設(shè)置的目的是為了幫助學生熟練掌握文獻檢索基礎(chǔ)知識和技巧，為后續(xù)實踐環(huán)節(jié)的順利進行打下基礎(chǔ).

2）基于建立“化學信息工作站”的實踐模塊，嘗試讓優(yōu)秀本科生維護“化學信息工作站”的運行. 學校提供建立工作站所需的硬件設(shè)備、軟件和場地，挑選本科生，配備指導老師，成立工作站運行團隊. 該工作站作為學生實踐基地，主要開展化學專業(yè)軟件功能的深度挖掘、網(wǎng)絡(luò)交流、網(wǎng)絡(luò)資源的獲取與整合、專題討論、學術(shù)沙龍、基于化學信息的實驗設(shè)計等工作，強化學生自主解決問題的能力；采用教師把握整體，高年級學生指導低年級學生的模式，引導低年級學生逐步建立信息意識，體現(xiàn)階梯型與傳承性，開發(fā)學生可持續(xù)學習能力和判斷思維能力.

3）基于校企合作的實訓模塊，主要是指校企聯(lián)合實訓環(huán)節(jié). 該模塊可以通過工程實例，激發(fā)學生學習積極性，提升學生工程實踐能力，同時也為學生能力展示提供舞臺. 例如，與藥業(yè)合作的克林霉素的合成案例，應(yīng)用性強，學生對此類型的課題興趣度比較高，充分調(diào)動學生學習積極性. 校企實訓平臺的搭建，有利于提升學生工程實踐創(chuàng)新能力，也可滿足學生多模式實踐教學的需求，為新工科建設(shè)目標的達成奠定良好條件.

圖1 實踐教學與理論教學的關(guān)系

2.3 立德樹人，強化法制意識

信息道德是信息素養(yǎng)的保障. 新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，強化工科學生家國情懷、法制意識，該模塊旨在化學信息學實踐教學過程中做到全方位育人，幫助學生樹立正確的專業(yè)道德觀和工程倫理意識. 本科生缺乏法律法規(guī)的專業(yè)知識，主要是因為沒有相關(guān)知識的獲取渠道. 本課題組將這部分知識納入到教學中，將德育教育融入人才培養(yǎng)過程. 雖然學時不多，但從多個角度和層面詮釋信息道德教育與法制教育. 同時課題組鼓勵學生參與課題研究，了解并遵守學術(shù)規(guī)范，一是可以培養(yǎng)學生精益求精的精神，二是可以提高學生的學術(shù)水平和追求.

2.4 重建教學效果評價體系

教學效果的好壞是檢驗課程改革的主要手段. 傳統(tǒng)的教學效果考核方式主要是以閉卷考試為主，試卷內(nèi)容多為教材上的理論知識點，對學生實踐能力考核較少. 這種考核方式不能真實反映教師教學效果以及學生學習效果. 結(jié)合以上課程改革內(nèi)容，建立新工科理念下化學信息學教學效果評價體系. 根據(jù)新工科教學理念和社會對人才的需求，化學信息學課程教學效果評價體系圍繞“四個維度，八個指標”展開（表1），避免通過單一指標對教學效果進行片面判斷. 四個維度是指個人效能、學習能力、學術(shù)能力和社會能力. 從表1可以看出，本文所構(gòu)建的教學效果評價指標體系注重學生實踐能力，符合新工科背景下教學思路.

表1 教學效果評價體系

3 課程改革效果

化學信息學課程改革實施方案如圖2所示. 首先分析教學現(xiàn)狀，依據(jù)新工科要求，基于“OBE”理念進行課程改革，根據(jù)課程改革效果，持續(xù)、有效地對課程教學進行修訂反饋. 該課程改革于2018年開始，近2年組織學生對化學信息學“教學滿意度”進行調(diào)查，結(jié)果如表2所示，由表2可知，經(jīng)過2年的教學改革，學生滿意度平均為92.22%，其中化學信息工作站綜合素質(zhì)培養(yǎng)指標分數(shù)高于總評，說明學生對工作站比較肯定，給予較高評價. 學生認為，工作站的工作有助于學生在信息的獲取、整理、表達的過程中掌握信息技術(shù)，增強信息意識，感受信息文化. 課程改革的研究初步進行，課題組將根據(jù)學生的反饋信息，逐步完善課程改革內(nèi)容.

圖2 化學信息學課程改革實施方案

表2 教學滿意度指標調(diào)查表

4 結(jié)語

新工科背景下化學信息學課程改革以提升人才培養(yǎng)質(zhì)量為宗旨，以提高實踐創(chuàng)新能力為核心，以理論知識、實踐能力、綜合素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展為主線，以完善的教學內(nèi)容和實踐平臺的搭建為保障，采取多形式教學、多渠道實踐的教學模式，取得顯著成效. 近2年畢業(yè)生的信息意識、實踐能力和綜合素養(yǎng)得到明顯提高，學生滿意度和社會滿意度顯著提高.