新工科背景下機(jī)器人工程《工程化學(xué)》教學(xué)改革初探

聶煜東，沈 倩，李 軍，王 洪，冉秀芝

(重慶理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400054)

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)日新月異，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，以智能化、信息化為代表，多學(xué)科交叉推動的新一輪科技革命正如火如荼的進(jìn)行，推動了世界各地的產(chǎn)業(yè)變革[1]。為了能夠把握變革中的機(jī)遇，應(yīng)對變革帶來的挑戰(zhàn)，從而在這一波科技革命中搶占先機(jī)，我國適時的提出了包括新工科建設(shè)在內(nèi)的“四新建設(shè)”，以期通過向各新興行業(yè)大量輸送人才，推動產(chǎn)業(yè)的持續(xù)更新，進(jìn)而在本輪科技革命中占據(jù)有利位置[2-3]。

各新興產(chǎn)業(yè)大多源自于傳統(tǒng)學(xué)科的交叉，因此在各新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，對綜合性人才需求的迫切性往往高于傳統(tǒng)專業(yè)性人才。綜合性人才除了需要有扎實的本專業(yè)基礎(chǔ)知識外，還需要對各相關(guān)學(xué)科有充分的了解。作為支持機(jī)器人工程專業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)學(xué)科，化學(xué)知識體系的構(gòu)建對于培養(yǎng)綜合性機(jī)器人工程專業(yè)人才至關(guān)重要。工程化學(xué)是高等院校為非化學(xué)專業(yè)的工程技術(shù)人才培養(yǎng)設(shè)立的一門重要基礎(chǔ)課程，是工程類專業(yè)進(jìn)行工程教育認(rèn)證的必要課程之一，同時也是非化學(xué)專業(yè)同學(xué)在大學(xué)中所唯一能接觸的化學(xué)課程[4]。因此，工程化學(xué)在為機(jī)器人工程專業(yè)同學(xué)建立化學(xué)知識體系的過程中有著重要作用。

基于此，本文結(jié)合近年來作者在工程化學(xué)一線教學(xué)中的認(rèn)識與思考，對機(jī)器人工程專業(yè)工程化學(xué)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并對問題所涉及的教學(xué)改革進(jìn)行初步探索。

1 教學(xué)中存在的問題

我校目前為機(jī)器人專業(yè)所在的機(jī)械學(xué)院開設(shè)了十六學(xué)時的工程化學(xué)課程，主要面對專業(yè)有機(jī)械工程、智能制造工程、機(jī)器人工程等專業(yè)。此外，車輛學(xué)院、應(yīng)用技術(shù)學(xué)院等一并開設(shè)了該項課程。該課程作為必修課程，每年涉及的學(xué)生約1300人，其中機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生約70人。學(xué)校根據(jù)授課內(nèi)容，將課程分為八個專題進(jìn)行教學(xué)，包括化學(xué)反應(yīng)與能源、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、金屬腐蝕及防護(hù)、新型功能材料表征、新能源材料、化學(xué)與環(huán)境保護(hù)，每個專題兩個課時。教學(xué)目標(biāo)是幫助學(xué)生了解從事工程工作所需的相關(guān)化學(xué)科學(xué)知識，熟悉工程化學(xué)的基本原理，掌握工程化學(xué)中的基礎(chǔ)理論與方法，能將專業(yè)和工程知識應(yīng)用于解決復(fù)雜機(jī)器人工程技術(shù)原理的相關(guān)問題，并且能夠掌握并應(yīng)用工程化學(xué)的基本知識，分析、識別、判斷和表達(dá)機(jī)器人工程問題中有關(guān)機(jī)器人設(shè)備腐蝕及防腐方面的技術(shù)原理、關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠提出合理的解決方案。能夠基于工程化學(xué)的基本原理和專業(yè)知識，了解與機(jī)器人工程專業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)、設(shè)計、研究與開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的知識，能夠基于工程化學(xué)的相關(guān)背景知識，理解和評價針對機(jī)器人設(shè)計、制造和運行等的工程實踐過程對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。但在實際的教學(xué)過程中，出現(xiàn)了如下亟待解決的教學(xué)問題。

1)課時分布需調(diào)整

我校為工程化學(xué)設(shè)定的課時量為十六學(xué)時，在課時量固定的前提條件下，為提高課時利用效率，需對課時分布進(jìn)行科學(xué)調(diào)整。作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，化學(xué)所包含的知識點具有內(nèi)容多、范圍廣的特點。我校所使用的教材為浙江大學(xué)陳林根教授主編的《工程化學(xué)基礎(chǔ)》，全書內(nèi)容包括了物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和材料的性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)與能源、水溶液中的化學(xué)反應(yīng)和水體保護(hù)、化學(xué)反應(yīng)與材料保護(hù)等諸多章節(jié)[5]。如何利用這十六學(xué)時的課時量，如何在抓住重點的同時將主要知識點全覆蓋，是目前工程化學(xué)教學(xué)中所面臨的難題之一。這就需要在實際授課過程中，擺脫對教材章節(jié)分布的依賴，重新調(diào)整各部分知識點的講授課時，從而提高課時利用效率。要竭力避免為了完成大綱規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，而加快講課速度，影響教學(xué)效果。

2)專業(yè)針對性待加強(qiáng)

工程化學(xué)，作為一門全校性的化學(xué)基礎(chǔ)課程，因此不會針對特定專業(yè)進(jìn)行知識點設(shè)置。筆者在實際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，如能夠為該專業(yè)同學(xué)講授其學(xué)科中所涉及的化學(xué)知識，將能幫助同學(xué)們建立本專業(yè)與化學(xué)學(xué)科間的聯(lián)想，且能激發(fā)其更大的興趣。在實際教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)，個別同學(xué)存在對化學(xué)的錯誤認(rèn)識，即認(rèn)為化學(xué)對本專業(yè)的學(xué)習(xí)幫助不大。因此，有必要在教學(xué)過程中加強(qiáng)專業(yè)針對性，并幫助學(xué)生克服錯誤認(rèn)識，以飽滿熱情投入到工程化學(xué)的學(xué)習(xí)當(dāng)中。

3)部分同學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)薄弱

根據(jù)課堂調(diào)查，我校機(jī)器人工程專業(yè)的同學(xué)有近四分之一到六分之一在高中時未選修化學(xué)，這部分同學(xué)對化學(xué)中一些最基本的名詞并沒有概念，因此在學(xué)習(xí)工程化學(xué)的過程中面臨一定困難。同時，各地高中階段對學(xué)生的化學(xué)要求也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。上述原因共同導(dǎo)致了不同學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)參差不齊，給工程化學(xué)的教學(xué)推進(jìn)造成了一定難度。

2 教改思路

根據(jù)實際教學(xué)情況和機(jī)器人工程專業(yè)的特點，結(jié)合上述機(jī)器人工程專業(yè)工程化學(xué)教學(xué)中的典型問題，為提高教學(xué)效果，本文探索性的提出以下教改思路。

1)針對課時分布的問題。一方面應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加課時量，從而保證有充足的課時來完成既定的教學(xué)任務(wù);另外一方面，應(yīng)當(dāng)有選擇性的減少一些教學(xué)內(nèi)容，而將有限的學(xué)時用在精煉下來的教學(xué)內(nèi)容上。例如，主要講解必須要講授的化學(xué)基礎(chǔ)知識部分，以及與機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)的化學(xué)知識。此外，在教學(xué)過程中，教師不應(yīng)一味求快，更應(yīng)注重快慢結(jié)合、張弛有度，在基礎(chǔ)性的、關(guān)鍵性的問題上應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放慢速度，而在次要性內(nèi)容上，在進(jìn)行提綱挈領(lǐng)形式的引導(dǎo)后，借助課后作業(yè)，鼓勵同學(xué)在課后主動學(xué)習(xí)，從而完善和補(bǔ)充相應(yīng)知識點，積極觀察，做到理論聯(lián)系實際，并在下節(jié)課檢驗上一節(jié)課的課后學(xué)習(xí)成果。通過以上手段，相信可在一定程度上提高上課效率。

2)針對專業(yè)針對性的問題?？稍诠こ袒瘜W(xué)教學(xué)大綱基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)器人工程的專業(yè)特點，適當(dāng)增加一到兩個專業(yè)性專題。如增加“化學(xué)在機(jī)器人工程中的應(yīng)用”“機(jī)器人工程的能源供應(yīng)”等，重點介紹化學(xué)知識在機(jī)器人工程領(lǐng)域及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)中所涉及的技術(shù)、裝備以及工程上的應(yīng)用，從而讓學(xué)生意識到機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域與化學(xué)息息相關(guān)，幫助同學(xué)認(rèn)識到學(xué)好化學(xué)對于學(xué)好本專業(yè)知識的意義所在。例如，我們可在新能源材料專題中大力介紹蓄電池、燃料電池等內(nèi)容，幫助學(xué)生認(rèn)識到機(jī)器人的運行離不開能源化學(xué)的知識;也可在金屬腐蝕與防護(hù)專題中介紹防腐技術(shù)對于機(jī)器人壽命的重要性等。通過實際的案例，提高機(jī)器人工程專業(yè)同學(xué)對工程化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，幫助同學(xué)們認(rèn)識到如何從化學(xué)的角度面對機(jī)器人工程相關(guān)問題。

3)針對部分同學(xué)基礎(chǔ)薄弱的問題。應(yīng)堅持原則，即盡可能的幫助基礎(chǔ)薄弱同學(xué)跟上教學(xué)進(jìn)度?？梢酝ㄟ^增加化學(xué)基礎(chǔ)專題，幫助高中未學(xué)習(xí)過化學(xué)的同學(xué)，在較短時間內(nèi)掌握必須了解的化學(xué)概念，從而保證學(xué)生們整體能跟上教學(xué)進(jìn)度。同時，可以為這部分同學(xué)提供一個化學(xué)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)要點，鼓勵并督促這部分同學(xué)在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，與其他同學(xué)及老師多交流，在最短的時間幫助其了解化學(xué)的基本知識結(jié)構(gòu)，建立化學(xué)的基礎(chǔ)知識體系。另一方面，在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)化學(xué)知識學(xué)習(xí)的同時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)弱化復(fù)雜化學(xué)機(jī)理的學(xué)習(xí)，而應(yīng)將重點放在工程實例上。作為一門以“工程”冠名的化學(xué)課程，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中重點突出化學(xué)在機(jī)器人工程中的實際工程應(yīng)用，從而在一方面幫助學(xué)生了解如何用化學(xué)解決實際的工程問題，另一方面也促使學(xué)生通過工程實例，直觀的認(rèn)識相關(guān)化學(xué)概念。

3 結(jié)語

工程化學(xué)在新工科建設(shè)背景下，對于培養(yǎng)具有化學(xué)思維的機(jī)器人工程專業(yè)綜合性人才有著極為重要的意義。本文以重慶理工大學(xué)工程化學(xué)一線教學(xué)經(jīng)歷為基礎(chǔ)，通過自身思考結(jié)合學(xué)生反饋，對教學(xué)中存在的課時分布、專業(yè)針對性、部分同學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)薄弱等問題進(jìn)行了歸納。并進(jìn)一步根據(jù)機(jī)器人工程專業(yè)特點，依次提出了增加課時量，精煉教學(xué)內(nèi)容，把握教學(xué)節(jié)奏，鼓勵課后學(xué)習(xí);增加機(jī)器人工程專業(yè)性專題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;增加化學(xué)基礎(chǔ)專題，理論聯(lián)系實際等教改思路。通過上述教改措施，以期為今后機(jī)器人工程專業(yè)的工程化學(xué)教學(xué)乃至機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)提供幫助。