“新工科”背景下“工程化學”教學內容改革探索

宿輝 白青子 劉英

摘? ? 要：“新工科”是工程教育主動適應新經濟的戰(zhàn)略選擇。“工程化學”是高校工科專業(yè)的通識教育課程，其密切聯系工程實際應用問題講授化學基礎知識、基本理論與基本技能，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、探究意識等，對培養(yǎng)“新工科”人才具有重要意義。文章從“新工科”的起因及內涵出發(fā)，分析“工程化學”課程教學存在的不足，并基于“新工科”視角從人文情懷、知識延續(xù)、專業(yè)拓展、科技展望等角度對教學內容改革問題進行探索。

關鍵詞：新工科;“工程化學”;教學內容

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2020）03-0003-02

“新工科”是國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的新需求，是新時期我國高校工程教育改革的指導方針[1-2]。“富國之策，雖不止一端，要在開辟天然富源，促進生產建設，發(fā)達國防工業(yè)，而待舉百端，皆須化學家之努力”?；瘜W是最具有創(chuàng)新性的學科，引導著發(fā)現與創(chuàng)造，也是培養(yǎng)“新工科”人才的重要基礎學科。

一、“新工科”的提出與內涵

“再工業(yè)化”是金融危機后，美國等發(fā)達國家提升競爭優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略，這將嚴重影響我國的工業(yè)化進程。為主動應對新一輪科技革命與產業(yè)變革，國家開始實施“中國制造2025”“網絡強國”等重大戰(zhàn)略，迫切需要培養(yǎng)大批創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力、高素質、復合型的“新工科”人才[3]。

教育部先后出臺了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，推動“新工科”建設。2017 年 2 月，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，正式啟動“新工科研究與實踐”項目[4]，之后又發(fā)布了《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》等[5]。“新工科”是我國工程教育改革的新探索，“新工科”建設是我國在經濟轉型階段應對第四次產業(yè)革命的重要舉措。進行“新工科”建設，可以提升我國高等工程教育內涵建設、特色發(fā)展和質量水平，促進高教強國。

二、“工程化學”課程教學現狀分析

“工程化學”是高等院校土木、車輛、機械、材料等非化學專業(yè)的重要基礎課程，對中學知識和大學專業(yè)學習起著承上啟下的作用[6]。課程內容包括化學反應基本規(guī)律、溶液化學、物質結構、材料化學、環(huán)境化學、能源化學、生命化學等[7]，既是高中化學知識的延伸和拓展，也是大學相關學科專業(yè)課程的基礎和起點，是適應“新工科”人才培養(yǎng)的重要課程。但面臨如下不足：（1）工科教育理科化，教學內容理論性偏多、實際應用偏少;（2）與高中知識脫節(jié)，學時有限，學生學習難度大;（3）教學模式單一;（4）綜合素質培養(yǎng)缺乏。學生常認為離本專業(yè)較遠，不重視或內容枯燥，沒意思，因此面向“新工科”要求，“工程化學”應如何根據有限學時，對廣泛的教學內容進行選擇、安排與銜接，同時培養(yǎng)學生的工程觀點、工程思維和工程能力值得思考，也勢在必行。

三、“工程化學”教學內容改革的思路

（一）注重前后知識延續(xù)

“工程化學”一般在大學一年級開設，學生離開高中教師的監(jiān)管、父母的呵護來到大學校園，一切都既好奇又陌生，加上大學課程數目多、難度大，學生很容易產生挫敗感?！肮こ袒瘜W”授課時如果能聯系高中化學，溫故而知新，由淺而入深，則會有事半功倍的效果。高考化學一般是必修兩冊、選修兩冊（選修四是必選），經歷高考的洗禮，學生們對這些知識都很熟悉，授課中可以由此引入。如介紹化學反應過程中的能量變化——由標準摩爾生成焓△fHθm計算標準摩爾反應焓△rHθm計算時，△rHθm=[g△fHθm（G）+h△fHθm（H）]-[a△fHθm（A）+b△fHθm（B）]=∑νB△fHθm，學生會感覺符號（上標、下標位置）、公式計算難以理解，產生距離感，時間一長會失去信心學習。此處可提示學生此部分是高中化學選修四第一章化學反應與能量的第一節(jié)、第三節(jié)內容的延伸，從學過的反應熱、能量守恒定律入手，再由恒壓熱、焓H，引入△rHθm，指出△rHθm就是標準壓力下，發(fā)生了1mol反應而引起的恒壓反應熱，下標r代表反應（reaction），下標m代表mol，上標θ表示標準狀態(tài)。物質的絕對焓值目前無法測定，故計算△rHθm需要另辟蹊徑，△fHθm則是求解△rHθm的常用方法。諸如此類，“工程化學”建立在高中化學基礎上，知識點間有著必然聯系，筆者總結見表1。

（二）挖掘生活現象內密

“工程化學”內容多，受課時所限等，常忽視實際問題的解決。授課過程中，可結合“新工科”的內涵和授課專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，對課程基礎理論、基本應用、知識拓展所占比例結構進行調整、優(yōu)化，增加生活中的實例。對生活中的一些常見現象，提出問題，先學生回答，再評價并通過化學原理加以解釋，從而激發(fā)學生的興趣和好奇心。例如講解稀溶液依數性時，提問冬季冰雪路面撒食鹽為什么可以融雪？讓學生對習以為常的事情質疑，并啟發(fā)使其找到原因：冰雪可認為是固態(tài)純水，在其表面撒食鹽，食鹽溶解在水中可形成稀溶液，由于稀溶液的凝固點低于純溶劑凝固點，并隨溶質增多而提高降低程度，故可使冰雪融化。舉一反三，可以進一步解釋北方冬天汽車水箱中添加乙二醇為何可以抗凍？戶外水缸為何比醬缸易凍裂？氯化鈣為什么可以做干燥劑，金屬發(fā)黑液中添加NaNO2為什么可在140℃不沸騰？滲透、反滲透、海水淡化等。

（三）拓展學科發(fā)展前沿

“工程化學”開課專業(yè)均為非化學專業(yè)，學生常會因不是專業(yè)課而不重視，甚至不感興趣，引入專業(yè)發(fā)展的新成果、新發(fā)現，探討其中相關的化學內容，強調化學學科對授課專業(yè)發(fā)展的重要作用，不但開拓學生視野，還可以提高學生對化學知識的理解，從而提高其學習化學的積極性。例如對土木工程、機械工程、材料工程等專業(yè)可以講解材料腐蝕與防護的新技術及應用。腐蝕主要包括化學腐蝕和電化學腐蝕，其防護技術也離不開化學原理的指導，如“熱化學表面改性”“高能等離子體表面涂層”“金剛石薄膜涂層技術”“表面改性與涂層工藝模擬和性能預測”等方面的新突破等。再如新能源工程、新汽車材料、安全工程監(jiān)控等方面的新進展等。

（四）強化化學發(fā)展簡史

教育從本質上是一種心靈的點燃，培養(yǎng)“新工科”人才更是如此。“新工科”教育要點燃學生的社會責任感，使其銘記他們是技術變遷和人類進步的主要力量之一，對社會進步、國家發(fā)展和人類幸福負有重要的責任。授課過程中結合科學家軼事及學科發(fā)展史，培養(yǎng)學生愛國精神、人文情懷、綜合素質等。例如出身寒門，勤奮學習，終身投入科學事業(yè)，成果遍及化學、生物、哲學、氣象學等領域的“原子之父”道爾頓;如經過100多年努力，凝聚無數化學家心血甚至付出生命的悲壯歷史——氟的制備過程;堅定信仰、立志報國，數十年如一日，忘我工作，潛心研究的孫家鐘;再如把化學確定為一門科學的機械專家波義爾、睡夢中領悟苯環(huán)結構的凱庫勒、淡泊名利八十多歲仍不懈奮斗的屠呦呦等等。通過一個個生動形象的故事，讓學生們了解科學發(fā)現的過程，科學工作者具有的優(yōu)良品格，學科的相互交叉及發(fā)展歷程等，培養(yǎng)學生對科學和科學家的尊重、遇到困難不言放棄的精神和強烈的社會責任感。

“新工科”是我國面對日益激烈的國際競爭的重要決策，是結合國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略新需求、國際格局新形勢和立德樹人新要求，對我國工程教育提出的改革新方向?；瘜W是創(chuàng)造新物質、發(fā)現新方法的科學，為“新工科”人才培養(yǎng)提供了優(yōu)越的學科基礎。本文依托“新工科”理念，探討了交叉學科廣、極具創(chuàng)新性，但教學狀況不理想的重要基礎課程“工程化學”的教學內容探索和改革，注重知識傳承、更新、應用及人文關懷、品德培養(yǎng)，以提高學生的創(chuàng)新意識、學科交融、責任擔當等綜合素質，為“新工科”人才培養(yǎng)提供一定的參考和借鑒。

參考文獻：

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017，（3）.

[2]張干清，郭磊，向陽輝.新工科雙創(chuàng)人才培養(yǎng)的實踐教學范式[J].高教探索，2018，（8）.

[3]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發(fā)展和建設新工科主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017，（1）.

[4]崔建峰，陳克忠，黃智云.新工科視角下地方高校計算機基礎課程改革[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2019，（3）.

[5]張海生.我國高?！靶鹿た啤苯ㄔO的實踐探索與分類發(fā)展[J].重慶高教研究，2018，（1）.

[6]張樹永.非化學類專業(yè)化學基礎課教學改革的思路與重點淺釋[J].高等理科教育，2017，（2）.

[7]宿輝，白青子.工程化學：第二版[M].北京：北京大學出版社，2018：5.

[責任編輯? 包玉紅]