張 坤 馬曉軒* 張鶴

(1. 德州學(xué)院 能源與機(jī)械學(xué)院,山東 德州 253023;

新工科的目標(biāo)是培養(yǎng)面向未來(lái)、擁有全球視野的多學(xué)科復(fù)合式創(chuàng)新型工程師。其核心理念強(qiáng)調(diào)與未來(lái)合作、應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)[1-4]。“工程化學(xué)基礎(chǔ)”作為高等院校工科非化學(xué)專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課,旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握相應(yīng)的化學(xué)知識(shí),能夠運(yùn)用基本的化學(xué)思維和技能去思考、分析、解決工程實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題。該課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響后續(xù)專業(yè)類(lèi)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)教學(xué)中存在知識(shí)結(jié)構(gòu)松散、章節(jié)之間缺乏聯(lián)系、案例陳舊且與應(yīng)用或科技前沿脫節(jié)等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課程教學(xué)效果。作者以某地方應(yīng)用型本科院校工科非化學(xué)專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象,探究和分析新工科背景下工科非化學(xué)專業(yè)“工程化學(xué)基礎(chǔ)”課程中授課過(guò)程中存在的主要問(wèn)題,并提出相應(yīng)的課程教學(xué)改革思路與措施,如圖1所示。

圖1 新工科視域下“工程化學(xué)基礎(chǔ)”課程改革示意圖

1 現(xiàn)階段課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

1.1 課程結(jié)構(gòu)不合理

傳統(tǒng)課程內(nèi)容是由化學(xué)領(lǐng)域核心課程精簡(jiǎn)而成,一般分為六個(gè)部分:緒論、物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與元素周期律、熱力學(xué)簡(jiǎn)介、分析化學(xué)理論和材料防護(hù)。其課程內(nèi)容篩選原則為選取化學(xué)學(xué)科中主要課程的核心內(nèi)容,使學(xué)生可以在短時(shí)間內(nèi)掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)。由于課程內(nèi)容分別摘自不同的化學(xué)專業(yè)課程,導(dǎo)致了章節(jié)間沒(méi)有關(guān)聯(lián),且各章節(jié)學(xué)時(shí)分配不合理。這加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度,導(dǎo)致其缺乏學(xué)習(xí)積極性,為后續(xù)其他專業(yè)課程學(xué)習(xí)埋下了隱患。

1.2 教學(xué)模式單一

傳統(tǒng)課程教學(xué)模式為線下授課/多媒體授課-作業(yè)鞏固-補(bǔ)充講解-期末復(fù)習(xí)-期末考評(píng)的教學(xué)模式。雖然這種教學(xué)模式下培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)試能力強(qiáng),但對(duì)知識(shí)的理解、應(yīng)用和遷移能力較弱。而且在這種模式下課堂教學(xué)效果差,學(xué)生普遍缺乏學(xué)習(xí)興趣[5]。學(xué)生缺乏興趣的原因主要為:認(rèn)為知識(shí)本身過(guò)于抽象和乏味,對(duì)課程重要性產(chǎn)生懷疑。

1.3 教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)課程體系脫節(jié)

該課程作為部分專業(yè)課程和新材料類(lèi)課程的前置課程,起著溝通學(xué)生高中化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)過(guò)渡到專業(yè)課程知識(shí)的橋梁作用。而傳統(tǒng)授課內(nèi)容忽略了對(duì)工科專業(yè)核心知識(shí)結(jié)構(gòu)的關(guān)注。這就導(dǎo)致了學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)化學(xué)知識(shí)后,將該部分知識(shí)與核心專業(yè)課知識(shí)體系割裂開(kāi),無(wú)法同其專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生密切關(guān)聯(lián),當(dāng)課程結(jié)束后,授課學(xué)生對(duì)課程重要性評(píng)價(jià)較低,認(rèn)為該課程無(wú)助于其知識(shí)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展和相關(guān)能力的培養(yǎng)。

1.4 教學(xué)案例與當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域脫節(jié)

該課程所用案例多集中于第二次工業(yè)革命時(shí)期的工業(yè)成果,缺乏對(duì)當(dāng)代案例的引入。導(dǎo)致同學(xué)在學(xué)習(xí)課程的時(shí)候有一種學(xué)習(xí)西方化學(xué)史的錯(cuò)覺(jué)。案例的老舊使學(xué)生對(duì)該課程的重要性產(chǎn)生疑慮,導(dǎo)致后續(xù)其他專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)和相關(guān)課程設(shè)計(jì)中缺乏相關(guān)知識(shí)和能力儲(chǔ)備。過(guò)時(shí)的教學(xué)案例同當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域的脫節(jié)使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣,對(duì)所學(xué)知識(shí)缺乏應(yīng)用能力。

1.5 評(píng)價(jià)體系單一

傳統(tǒng)課程評(píng)價(jià)體系采用平時(shí)成績(jī)+作業(yè)+章節(jié)測(cè)試+期末考試的評(píng)價(jià)體系,該種評(píng)價(jià)體系針對(duì)的是應(yīng)試教育模式。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)體系以教師課堂授課為中心,重視學(xué)生對(duì)知識(shí)概念和結(jié)構(gòu)的把握,缺乏對(duì)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的思考和應(yīng)用能力的考察。這種評(píng)價(jià)未起到及時(shí)有效反饋教學(xué)過(guò)程的效果,也不能對(duì)學(xué)生階段性學(xué)習(xí)效果和能力培養(yǎng)及時(shí)反饋。

2 新工科視域下課程教學(xué)改革措施

2.1 課程結(jié)構(gòu)的重構(gòu)

新工科視域下更加注重學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)和學(xué)科的融合,需要對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步的精選,以及對(duì)課程結(jié)構(gòu)的重塑。該課程章節(jié)結(jié)構(gòu)改革為:大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)概念、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與周期律、熱力學(xué)簡(jiǎn)介、能源化學(xué)、材料原理與工藝等幾個(gè)模塊。章節(jié)內(nèi)容涉及華北某省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)幾個(gè)重要構(gòu)成部分:新能源、新材料、新興制造業(yè)和高端工科產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)。精選最基本的和最重要的知識(shí),刪減部分老舊、夕陽(yáng)行業(yè)、專業(yè)性過(guò)強(qiáng)且枯燥的知識(shí)。章節(jié)安排依照:化學(xué)類(lèi)基本概念-化學(xué)基本原理-能源類(lèi)化學(xué)原理-材料類(lèi)化學(xué)原理與工藝的邏輯順序展開(kāi)。篩選與工業(yè)領(lǐng)域緊密關(guān)聯(lián)的知識(shí),難度梯度由易至難,逐層遞進(jìn)。

2.2 教學(xué)模式的多樣化

傳統(tǒng)講授型的授課模式以教師教授為核心[6],其基本模式為:線下授課/多媒體授課-作業(yè)鞏固-多媒體補(bǔ)充講解-期末復(fù)習(xí)-期末考評(píng)的教學(xué)模式。教學(xué)模式改革后以學(xué)生為核心,其基本教學(xué)模式為:預(yù)習(xí)-實(shí)地參觀-分析-線下授課/多媒體教學(xué)-案例分析/課程設(shè)計(jì)-期末考試,或預(yù)習(xí)-案例分析-多媒體教學(xué)-知識(shí)遷移/前沿進(jìn)展-期末考試。參觀環(huán)節(jié)為本?；瘜W(xué)展覽室、能源工程實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新中心、太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn)和半導(dǎo)體加工廠。多媒體講解環(huán)節(jié),刪減部分繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、物理/化學(xué)模型構(gòu)建和原理利用部分,更多采用圖片、視頻或動(dòng)畫(huà)等直觀易懂的方式輔助學(xué)生學(xué)習(xí),提升教學(xué)效果。

2.3 加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)課程體系關(guān)聯(lián)度

在能源和機(jī)械專業(yè)的后續(xù)課程中,部分專業(yè)課程都需要一些學(xué)生高中未曾接觸過(guò)的化學(xué)知識(shí)。在該門(mén)課程中系統(tǒng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),掌握這些前置知識(shí)點(diǎn)對(duì)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)起到支撐和輔助作用。比如,增加熱力學(xué)簡(jiǎn)介中的部分概念、引入傳質(zhì)學(xué)部分概念與應(yīng)用案例、增加電化學(xué)部分和材料的選用與防護(hù)等教學(xué)內(nèi)容。增加了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)所需化學(xué)知識(shí),如儲(chǔ)能電池機(jī)理及相應(yīng)熱力學(xué)計(jì)算、金屬管材的選用與防護(hù)、冷庫(kù)制冷劑的基本原理等內(nèi)容,為后續(xù)課程或畢業(yè)設(shè)計(jì)提供化學(xué)知識(shí)和技能支持,引導(dǎo)學(xué)生以化學(xué)視角在多學(xué)科中進(jìn)行知識(shí)、思維和技能的交叉融合。

2.4 教學(xué)案例與當(dāng)今工業(yè)/能源領(lǐng)域緊密關(guān)聯(lián)

將教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)的案例更新為當(dāng)代工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用案例或最近科研進(jìn)展。經(jīng)典知識(shí)點(diǎn)則以生活中的化學(xué)、化學(xué)家的故事,以課程思政等形式開(kāi)展。部分教學(xué)案例選用電能、空調(diào)、儲(chǔ)能、半導(dǎo)體或新材料企業(yè)案例,引入-分析-過(guò)渡所學(xué)知識(shí)點(diǎn)-再分析-應(yīng)用-遷移應(yīng)用的方式開(kāi)展。精選一些反映當(dāng)代工業(yè)界最新成果或最新科研的案例,注重同一知識(shí)點(diǎn)在歷史上的案例、不同領(lǐng)域的案例和最近工業(yè)界或科研進(jìn)展案例的有效結(jié)合,在案例教學(xué)或案例分析中培養(yǎng)學(xué)生將化學(xué)類(lèi)專業(yè)知識(shí)同現(xiàn)今工業(yè)或科研領(lǐng)域相結(jié)合。此外,還側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)例中靈活運(yùn)用多學(xué)科的理論知識(shí)和專業(yè)技能,如分析科學(xué)問(wèn)題、應(yīng)用科學(xué)原理、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.5 評(píng)價(jià)方式多樣化

教學(xué)模式的多樣性必然會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)模式的多樣性。傳統(tǒng)考核方法過(guò)于單一,側(cè)重于期末考試成績(jī)。學(xué)生課堂參與度低,每到期末考試集中應(yīng)試復(fù)習(xí),整體教學(xué)效果差。新的考核形式由原來(lái)的兩部分調(diào)整為七部分,總成績(jī)包括出勤、作業(yè)、課程論文、課堂討論、調(diào)研報(bào)告、化學(xué)設(shè)計(jì)和期末試卷成績(jī)七個(gè)部分。這樣的評(píng)價(jià)模式也反映在對(duì)學(xué)生階段性教學(xué)和能力培養(yǎng)反饋形式的及時(shí)性和多樣性,有助授課教師在授課過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)調(diào)整授課策略和方法,從而更快和更高效地解決問(wèn)題。

3 新工科視域下課程教學(xué)改革措施前后教學(xué)效果對(duì)比分析

本次研究選用某地方應(yīng)用型大學(xué)兩個(gè)本科班為研究對(duì)象,其中B班為教學(xué)改革試點(diǎn)班級(jí)。研究課程章節(jié)測(cè)試和期末試卷考試測(cè)評(píng)、課程論文和課程設(shè)計(jì)中對(duì)教學(xué)內(nèi)容所涉及的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用情況、在課程結(jié)束后一年中學(xué)生在其他課程論文中對(duì)教學(xué)內(nèi)容所涉及的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)平均引用次數(shù)和在科技創(chuàng)新大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中對(duì)教學(xué)內(nèi)容所涉及的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)總使用次數(shù)。

學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況是評(píng)價(jià)課程效果的核心要素,從圖2(A)中可以看出,課程改革后, B班考試學(xué)生對(duì)所教授知識(shí)點(diǎn)的掌握情況明顯優(yōu)于A班。這客觀反映了進(jìn)行課程改革后的B班學(xué)生對(duì)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況明顯優(yōu)于傳統(tǒng)多媒體授課形式的A班學(xué)生。

學(xué)生對(duì)所學(xué)化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力可以在課程設(shè)計(jì)、課程論文和調(diào)研報(bào)告中直接反映出來(lái)。從圖2(B)中可以看出,課程改革后的學(xué)生會(huì)在課程設(shè)計(jì)中更多地引用相關(guān)知識(shí)點(diǎn);而采用傳統(tǒng)授課方式的班級(jí)引用新學(xué)知識(shí)點(diǎn)較少。由此可以看出,相較于傳統(tǒng)填鴨應(yīng)試的方式。學(xué)生更容易從實(shí)際案例中習(xí)得化學(xué)知識(shí),并且這樣也有助于學(xué)生將所習(xí)得的化學(xué)知識(shí)遷移應(yīng)用到其他學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)所遇到的相關(guān)問(wèn)題。

如圖2(C)所示,通過(guò)后續(xù)對(duì)“空氣調(diào)節(jié)”“熱工測(cè)試技術(shù)”“儲(chǔ)能原理與技術(shù)”“大學(xué)物理”和“分布式能源系統(tǒng)概論”這五門(mén)課程論文、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)中對(duì)本課程中化學(xué)知識(shí)的相關(guān)引用情況。采用傳統(tǒng)教學(xué)方式授課的學(xué)生在一年后已經(jīng)不再傾向于采用所學(xué)習(xí)的化學(xué)專業(yè)知識(shí)去分析或理解其他領(lǐng)域存在的問(wèn)題。而采用課程改革后的教學(xué)方式授課的學(xué)生在授課結(jié)束一年后依然傾向于將所學(xué)的化學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際。該課程改革更有利于培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)化學(xué)知識(shí)融合和遷移到其他課程的能力。

該課程結(jié)束一年后,學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽或省科技創(chuàng)新大賽作品中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)總引用情況間接比較性評(píng)價(jià)學(xué)生課程知識(shí)的遷移能力和應(yīng)用能力。從圖2(D)中可以看出,采用課程改革后的授課方式使得學(xué)生在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用的過(guò)程中對(duì)化學(xué)類(lèi)知識(shí)的應(yīng)用能力及在不同學(xué)科中的融合和遷移能力都得到了一定程度的提高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,在新工科背景下對(duì)“工程化學(xué)基礎(chǔ)”進(jìn)行課程改革探索,通過(guò)對(duì)課程結(jié)構(gòu)的調(diào)整,精選化學(xué)專業(yè)知識(shí),增強(qiáng)課程邏輯關(guān)聯(lián)度;教學(xué)內(nèi)容與其他專業(yè)課程體系關(guān)聯(lián)度增強(qiáng),培養(yǎng)學(xué)生具有多層面、多學(xué)科的視角、豐富的知識(shí)和相關(guān)技能;教學(xué)案例與當(dāng)今工業(yè)/能源領(lǐng)域緊密關(guān)聯(lián),優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,增強(qiáng)學(xué)生知識(shí)遷移和應(yīng)用能力;通過(guò)對(duì)教學(xué)模式的多樣化改革,注重對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng);多樣化評(píng)價(jià)方式將學(xué)生的過(guò)程導(dǎo)向培養(yǎng)與結(jié)果導(dǎo)向培養(yǎng)相結(jié)合,綜合提升學(xué)生的專業(yè)能力。