摘" 要：工程化學(xué)是工科非化學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)化學(xué)類課程，是化學(xué)學(xué)科與工程技術(shù)間的橋梁。大量實(shí)踐表明，工科學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中存在“化學(xué)和工程有什么關(guān)系？”“為什么要學(xué)化學(xué)？”“學(xué)化學(xué)有什么用？”等疑惑，學(xué)習(xí)效果普遍較差。為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提升教學(xué)質(zhì)量，提高大學(xué)生學(xué)習(xí)的適應(yīng)能力和培養(yǎng)科學(xué)的思維方式，我們結(jié)合“兩性一度”原則和工程專業(yè)教育認(rèn)證三大理念對工程化學(xué)課程進(jìn)行建設(shè)。以學(xué)生為中心，以知識傳授和價(jià)值引領(lǐng)為目標(biāo)，從教學(xué)目標(biāo)的重構(gòu)，課程內(nèi)容的優(yōu)化，教學(xué)過程的設(shè)計(jì)三方面著手，采用線上線下混合教學(xué)模式，促成“知其然，且知其所以然，更能用之于然”的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：工程化學(xué)；以學(xué)生為中心；一流課程建設(shè)；案例教學(xué)；教學(xué)目標(biāo)

中圖分類號：G640" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2024）25-0020-05

Abstract： Engineering Chemistry is a basic chemistry course in engineering non-chemical major and a bridge between chemistry and engineering technology. It is indicated that engineering students have some doubts in chemistry learning， such as \"What is the relationship between chemistry and engineering？\"， \"Why study chemistry？\" and \"What's the use of learning？\"，resulting in unsatisfactory learning effect. In order to stimulate students' interest and improve teaching quality， improve the adaptability of university learning and cultivate a scientific way of thinking， we have combined with the principle of \"Two properties and One degree\" and three concepts of Engineering Certification. Taking students as the center， and taking knowledge impartment and value guidance as the goal， we have made improvements in reconstruction of teaching objectives， optimization of course content and design of teaching process， and used the online and offline mixed teaching mode. The students can not only know how and why but also use chemical principles skillfully.

Keywords： Engineering Chemistry; student-centered; first-class undergraduate curriculum; case-based teaching; teaching objective

《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》中明確指出課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]，全面開展一流本科課程建設(shè)，以“兩性一度”為評判基本標(biāo)準(zhǔn)[1]。工程化學(xué)是針對工科非化學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)化學(xué)類課程，是化學(xué)學(xué)科與工程技術(shù)間的橋梁。

蘭州交通大學(xué)（以下簡稱“我校”）是以工科為主、服務(wù)交通的多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合性大學(xué)。工程化學(xué)課程自1958年建校開設(shè)，不僅支撐我校特色專業(yè)（土木工程、交通運(yùn)輸、鐵道工程等）參加“工程認(rèn)證”課程體系中15%的自然科學(xué)課程[2]，而且支撐畢業(yè)要求子項(xiàng)第1項(xiàng)和第7項(xiàng)的達(dá)成。

工程化學(xué)作為公共基礎(chǔ)課，開設(shè)在第一學(xué)期。學(xué)生不明白化學(xué)與其所學(xué)專業(yè)的關(guān)系，存在“化學(xué)和工程有什么關(guān)系？”“為什么要學(xué)化學(xué)？”“學(xué)化學(xué)有什么用？”等困惑[3]，致使學(xué)習(xí)動力不足。為加強(qiáng)工程化學(xué)與專業(yè)課程之間的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，提升大學(xué)生學(xué)習(xí)的適應(yīng)能力和培養(yǎng)科學(xué)的思維方式，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以知識傳授和價(jià)值引領(lǐng)為目標(biāo)，不斷完善課程教學(xué)內(nèi)容和知識體系、改革教學(xué)方法和優(yōu)化考核機(jī)制。

一" 教學(xué)目標(biāo)與理念

為適應(yīng)當(dāng)今社會發(fā)展對人才的需求，體現(xiàn)對工科專業(yè)畢業(yè)要求的重要支撐，本課程根據(jù)我校的辦學(xué)定位、專業(yè)培養(yǎng)方案，從知識、能力和素養(yǎng)三方面著手制定了課程教學(xué)目標(biāo)。

知識目標(biāo)：使學(xué)生了解化學(xué)的知識體系和化學(xué)在現(xiàn)代社會中的地位；熟悉化學(xué)學(xué)科與其專業(yè)的關(guān)系；掌握化學(xué)基本理論知識。

能力目標(biāo)：能夠應(yīng)用化學(xué)原理對工程問題進(jìn)行合理分析；具備應(yīng)用工程的觀點(diǎn)和思維解決工程實(shí)際問題的能力。

素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，形成批判性思維和創(chuàng)新意識；增強(qiáng)文化自信和家國情懷；強(qiáng)化工程與職業(yè)倫理意識。

為實(shí)現(xiàn)以上教學(xué)目標(biāo)，我們構(gòu)筑了以“應(yīng)用為導(dǎo)向—問題為線索—學(xué)生為主體—創(chuàng)新為目的”的核心理念。通過化學(xué)原理在實(shí)際工程和生活實(shí)踐的應(yīng)用為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；以科學(xué)問題為線索推動對化學(xué)基礎(chǔ)知識的理解，增加學(xué)生對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力；通過探究、翻轉(zhuǎn)的學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及批判思維的形成；融入工程中科技成果的實(shí)踐創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)以致用。

二" 教學(xué)內(nèi)容

課程建設(shè)的核心是教學(xué)內(nèi)容和知識體系的構(gòu)建[4]。工程化學(xué)教學(xué)內(nèi)容分為化學(xué)基本理論和工程中常見的化學(xué)應(yīng)用兩部分。為加強(qiáng)工程化學(xué)與專業(yè)課程之間的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，我們構(gòu)筑了“整合知識+工程案例+生活案例”內(nèi)容模塊。首先，依托北京交通大學(xué)出版的《工科化學(xué)》對知識進(jìn)行整合，以化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、水溶液反應(yīng)和電化學(xué)四大內(nèi)容為主，內(nèi)容層層遞進(jìn)，符合學(xué)生的認(rèn)知。其次，融入工程案例和生活案例。工科專業(yè)的高階教學(xué)目標(biāo)是要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和終身學(xué)習(xí)的能力，因此，工程化學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)是化學(xué)在工程中的應(yīng)用。我們根據(jù)專業(yè)需求對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效的取舍，多引入實(shí)際工程案例。從專業(yè)應(yīng)用、生活實(shí)踐、人文素質(zhì)等方面進(jìn)行案例設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的探究精神和愛國情懷。

（一）" 工程案例

隨著科技進(jìn)步和交叉學(xué)科的發(fā)展，各行各業(yè)都有化學(xué)知識的滲入，并且這種滲透越來越深入。實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)專業(yè)需求，借助典型案例分析，幫助學(xué)生理解化學(xué)與其所在專業(yè)的聯(lián)系，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，培養(yǎng)具有化學(xué)素養(yǎng)的高質(zhì)量工科專業(yè)應(yīng)用復(fù)合型人才。表1列舉了一些我校特色專業(yè)涉及的工程案例。

土木工程建設(shè)用到大量的水泥，為什么不同的工程使用的水泥不同？這可能是因?yàn)樗喑煞植煌瑢?dǎo)致水化熱不同，水化熱不同收縮應(yīng)力不同，對工程質(zhì)量的影響不同；也可能是因?yàn)樗嗉捌涔袒蟮漠a(chǎn)物與周圍環(huán)境物種發(fā)生反應(yīng)，從而影響工程質(zhì)量。那么，實(shí)際工程中怎樣選擇水泥呢？中國高鐵技術(shù)——國家亮麗的名片，無縫鋼軌的焊接使用鋁熱劑，反應(yīng)如式1所示，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)？在實(shí)際工程操作過程中如何進(jìn)行？老師拋出與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)的問題，學(xué)生進(jìn)行探究分析，在翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行案例分享。這不僅有利于促進(jìn)學(xué)生了解化學(xué)與其專業(yè)間的關(guān)系，同時(shí)提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

Fe2O3+Al→Fe+Al2O3（1）

（二）" 生活案例

化學(xué)是一門實(shí)用性學(xué)科，涉及我們生活的方方面面。表2列舉了部分生活中的化學(xué)原理。比如，齲齒的形成。Ca和P在骨骼牙齒中以羥基磷灰石（Ca5（PO4）3OH）形式存在，在口腔唾液中存在沉淀溶解平衡關(guān)系，而糖類物質(zhì)在口腔酶的作用下會產(chǎn)生有機(jī)弱酸（H+），有機(jī)弱酸H+與OH-結(jié)合促進(jìn)平衡右移（圖1），導(dǎo)致牙齒損傷，形成齲齒。而含氟牙膏可以有效防止齲齒，主要是F-可以形成更耐酸的氟磷灰石（Ca5（PO4）3F）。通過對生活中小問題所蘊(yùn)含的有趣化學(xué)原理的認(rèn)識，學(xué)以致用，切身體會，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）" 思政案例

課程教學(xué)過程中深入挖掘課程中蘊(yùn)含的思政教育資源，在傳遞知識的同時(shí)，潛移默化地開展思政教育，實(shí)現(xiàn)立德樹人。工程化學(xué)中的思政元素見表3。

催化劑學(xué)習(xí)中，結(jié)合當(dāng)下的俄烏戰(zhàn)爭，全球出現(xiàn)能源危機(jī)。在我國，2022年上半年95號汽油價(jià)格突破十元，92號汽油價(jià)格進(jìn)入九元時(shí)代。我國石油的對外依存度近80%，如何解決我國的能源危機(jī)呢？引導(dǎo)學(xué)生分析我國的能源結(jié)構(gòu)——富煤、貧油、少氣。我們要大力發(fā)展煤炭行業(yè)，將煤變油、變清潔能源。煤如何變成油呢——催化劑是關(guān)鍵。當(dāng)前，我國神華集團(tuán)煤直接液化和煤間接液化工藝居世界前列。

密西西比河大橋坍塌——“一坨鳥屎”引發(fā)的災(zāi)難案例分析，使學(xué)生明白一個(gè)小問題可能帶來災(zāi)難。借此，引導(dǎo)大家了解印度比爾哈邦大橋、美國科馬海峽吊橋、加拿大魁北克大橋等世界橋梁的故事，同時(shí)分析我國的“豆腐渣”工程（上海蓮花河畔景苑、武夷山公館大橋、九江大橋等）。每個(gè)事故都折射出工程在設(shè)計(jì)、承建、監(jiān)理、檢測等多方面的失職。這突出了工程師的工程倫理重心和倫理責(zé)任的重要性。作為土木學(xué)子首先必須培養(yǎng)個(gè)人的工程倫理和職業(yè)道德，在從事工程活動中嚴(yán)格遵循工程倫理的五項(xiàng)原則，利用知識和技能為人類造福，為中國的基建強(qiáng)大貢獻(xiàn)力量。

三" 教學(xué)過程

（一）" 教學(xué)模式

基于學(xué)習(xí)通網(wǎng)教平臺，采用線上線下混合的教學(xué)模式。老師課前發(fā)布教學(xué)任務(wù)，學(xué)生完成自主預(yù)習(xí)，掌握基本概念和原理，并完成小測。課中重在參與互動，學(xué)生通過翻轉(zhuǎn)課堂、問題討論，小組任務(wù)展示等方式參與課堂，教師講解重難點(diǎn)。課后重在思維拓展，通過思維導(dǎo)圖梳理，鞏固回溯知識；通過討論、質(zhì)疑加深知識理解，通過小組任務(wù)及拓展知識，增加挑戰(zhàn)度。

（二）" 強(qiáng)化教學(xué)管理過程

要促使學(xué)生有效的自主學(xué)習(xí)并取得一定的學(xué)習(xí)成效，教師必須強(qiáng)化教學(xué)管理過程，落實(shí)每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)行全方位的教學(xué)設(shè)計(jì)。開課前，將分組情況、準(zhǔn)備好的詳盡教學(xué)大綱以及采用的教學(xué)模式通過學(xué)習(xí)通網(wǎng)教平臺發(fā)布給學(xué)生；每節(jié)課前1～2天發(fā)布教學(xué)設(shè)計(jì)，細(xì)化學(xué)習(xí)任務(wù)（圖2）。

（三）" 重視動態(tài)學(xué)情

“以學(xué)為中心”就是以學(xué)生的學(xué)為中心。首先認(rèn)真、全面地分析學(xué)情，再因材施教，并且將學(xué)情分析貫穿于整個(gè)教學(xué)過程。老師通過學(xué)生課前預(yù)習(xí)的小測試掌握學(xué)生的基礎(chǔ)，靈活調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)；通過課堂互動、討論和翻轉(zhuǎn)課堂了解學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)習(xí)慣，調(diào)整教學(xué)方法；通過課后作業(yè)完成情況了解學(xué)生對知識的掌握，指導(dǎo)后續(xù)教學(xué)。

（四）" 優(yōu)化過程考核

注重過程考核，體現(xiàn)付出與收獲的平衡。針對教學(xué)過程的不同環(huán)節(jié)設(shè)置考核方法和分值占比（表4）?！耙詫W(xué)為中心”的過程考核強(qiáng)化了對學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)過程的考核，平時(shí)成績在課程考核總成績中的占比為50%；平時(shí)成績又細(xì)分為課前、課中和課后3個(gè)環(huán)節(jié)，并對各自的考核方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。同時(shí)卷面考核以主觀題型為主，以化學(xué)原理應(yīng)用的分析題和案例題為主，重在考察學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用。

四" 教學(xué)成效

通過實(shí)踐，我們從學(xué)生成長和教師成長兩個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)成效分析。

學(xué)生成長方面：首先，通過問題法和案例法，增強(qiáng)了學(xué)生的求知欲望和探索精神。在案例教學(xué)中，淺顯易懂的生活案例由老師帶領(lǐng)學(xué)生分析討論，涉及工科專業(yè)知識的工程案例老師簡要說明，深層次的分析交由學(xué)生，學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)方向和需求去探究。比如，案例無縫鋼軌焊接劑，老師引導(dǎo)學(xué)生寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，實(shí)際應(yīng)用中如何進(jìn)行，由學(xué)生查閱資料分析。令人欣慰的是，學(xué)生不僅查到了實(shí)際操作的方法、反應(yīng)引發(fā)劑和助燃劑，還了解到鋁熱反應(yīng)之所以焊接鋼軌是因?yàn)榉磻?yīng)可達(dá)3 000°的高溫，而且分析了除氧化鐵還有哪些金屬氧化物可參與鋁熱反應(yīng)。同時(shí)，有學(xué)生提到鋁熱反應(yīng)在軍事上的應(yīng)用——鋁熱彈，俄烏戰(zhàn)爭中俄向?yàn)跬稊S了鋁熱彈，鋁熱彈侵襲后，將寸草不生——鋁熱彈是禁用武器。使學(xué)生認(rèn)識到“科技給人類帶來了福音，但使用不當(dāng)則是災(zāi)難”。其次，促進(jìn)了學(xué)生思辨思維的形成。在翻轉(zhuǎn)課堂交流中，學(xué)生進(jìn)行著激烈的爭辯。如學(xué)生講河沙和海沙的區(qū)別，一位同學(xué)提到能否將海沙進(jìn)行處理達(dá)到河沙的品質(zhì)，如何進(jìn)行處理。面對當(dāng)場不能解決的疑問，小組課下再去查閱資料，再進(jìn)行交流。再次，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。4～5人的小組中，大家有明確的分工，資料搜集、整理，內(nèi)容整合，PPT制作，匯報(bào)講解，問題解答。然后，提升溝通交流能力。通過5分鐘左右向大家有條理地介紹案例并回答同學(xué)們的問題，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生能夠做到娓娓道來，不慌不躁；應(yīng)對同學(xué)的問題不慍不火，不卑不亢，謙虛謹(jǐn)慎。最后，公平評價(jià)。依據(jù)小組內(nèi)的分工和付出，組內(nèi)互評（20%）；根據(jù)內(nèi)容的講解和交流溝通情況，組間互評（40%），教師評價(jià)（40%）。教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生的課后作業(yè)做得一般，個(gè)別學(xué)生的作業(yè)甚至是一塌糊涂，但是他們搜集資料、整理歸納的能力突出，翻轉(zhuǎn)課堂講解時(shí)思路清楚，思維活躍，溝通表達(dá)能力強(qiáng)。因此，這樣的學(xué)習(xí)過程，不僅發(fā)揮了每位學(xué)生的長處，促進(jìn)了學(xué)生與學(xué)生之間的了解以及老師對學(xué)生的了解，同時(shí)也體現(xiàn)了考核的公平化和多元化。

教師成長方面：團(tuán)隊(duì)教師積極參與教學(xué)研討，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整改，分享教學(xué)案例，積極參與教學(xué)改革，本課程于2022年獲批甘肅省一流課程建設(shè)。

五" 后續(xù)計(jì)劃

團(tuán)隊(duì)建設(shè)。眾人拾柴火焰高。作為我校工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，工程化學(xué)課程的建設(shè)需要凝聚每一位主講教師的力量，群策群力方能成功。

案例教學(xué)。①挖掘工程案例，解除工科非化學(xué)專業(yè)學(xué)生的困惑，認(rèn)識到化學(xué)在所學(xué)專業(yè)中的重要性，從思想上接受化學(xué)課。②思政案例，通過“顯性主導(dǎo)”及“隱性滲透”的方式將思政教育貫穿整個(gè)教學(xué)活動。

教學(xué)組織。①深入調(diào)研專業(yè)需求和發(fā)展方向，對教學(xué)內(nèi)容去繁求精，注重化學(xué)在工程中的實(shí)際應(yīng)用。②細(xì)化教學(xué)內(nèi)容，做好教學(xué)設(shè)計(jì)，使學(xué)生自學(xué)時(shí)間分配有度，既要帶動學(xué)生的自學(xué)興趣又不能給學(xué)生帶來壓力；課中要達(dá)到掌握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，又有學(xué)生的參與（翻轉(zhuǎn)課堂、專題討論等）。

線上資源。借助學(xué)校網(wǎng)教平臺，上傳課程學(xué)習(xí)資料，完成課前預(yù)習(xí)和課后討論、答疑等；有效使用國家精品在線開放課程，拓展學(xué)生的知識面，開拓學(xué)生的科學(xué)思維；積極建設(shè)自己的線上教學(xué)視頻，完善教學(xué)資源。

優(yōu)化考核。通過近幾年的教學(xué)改革，課程考核中平時(shí)成績的考核注重了過程性考核，但是期末考核存有一定問題：①卷面考題多源于化學(xué)基礎(chǔ)理論，工程應(yīng)用并不多見；②多個(gè)專業(yè)同用一張?jiān)嚲?，不能體現(xiàn)專業(yè)的需求。為此，在以后的教學(xué)中，進(jìn)行分專業(yè)卷面考核和教學(xué)研討。

總之，教學(xué)改革無止境，必須以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)“知其然，且知其所以然，更能用之于然”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決工科學(xué)生對工程化學(xué)課程學(xué)習(xí)的困惑。

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基金項(xiàng)目：甘肅省教育科學(xué)規(guī)劃高校與職業(yè)院校課題“‘互聯(lián)網(wǎng)+’高等教育環(huán)境下‘微課-慕課-翻轉(zhuǎn)課堂’立體教學(xué)模式的構(gòu)建”（GS[2018]GHBBK139）；蘭州交通大學(xué)2021年教改項(xiàng)目“如何將‘課程思政’貫穿在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施全過程——以《催化原理》課程為例”（JG202124）

第一作者簡介：尚亞靖（1982-），女，漢族，甘肅靖遠(yuǎn)人，博士，副教授。研究方向?yàn)橛袡C(jī)熒光小分子的合成及性能評價(jià)。