“新工科”背景下“工程化学”教学内容改革探索

    宿辉　白青子　刘英

    

    摘? ? 要：“新工科”是工程教育主动适应新经济的战略选择。“工程化学”是高校工科专业的通识教育课程，其密切联系工程实际应用问题讲授化学基础知识、基本理论与基本技能，以培养学生的创新思维、探究意识等，对培养“新工科”人才具有重要意义。文章从“新工科”的起因及内涵出发，分析“工程化学”课程教学存在的不足，并基于“新工科”视角从人文情怀、知识延续、专业拓展、科技展望等角度对教学内容改革问题进行探索。

    关键词：新工科;“工程化学”;教学内容

    中图分类号：G642.0? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? 文章编号：1002-4107（2020）03-0003-02

    “新工科”是国家创新驱动发展战略的新需求，是新时期我国高校工程教育改革的指导方针[1-2]。“富国之策，虽不止一端，要在开辟天然富源，促进生产建设，发达国防工业，而待举百端，皆须化学家之努力”。化学是最具有创新性的学科，引导着发现与创造，也是培养“新工科”人才的重要基础学科。

    一、“新工科”的提出与内涵

    “再工业化”是金融危机后，美国等发达国家提升竞争优势的重要战略，这将严重影响我国的工业化进程。为主动应对新一轮科技革命与产业变革，国家开始实施“中国制造2025”“网络强国”等重大战略，迫切需要培养大批创新能力强、具备国际竞争力、高素质、复合型的“新工科”人才[3]。

    教育部先后出台了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，推动“新工科”建设。2017 年 2 月，教育部发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，正式启动“新工科研究与实践”项目[4]，之后又发布了《关于推进新工科研究与实践项目的通知》等[5]。“新工科”是我国工程教育改革的新探索，“新工科”建设是我国在经济转型阶段应对第四次产业革命的重要举措。进行“新工科”建设，可以提升我国高等工程教育内涵建设、特色发展和质量水平，促进高教强国。

    二、“工程化学”课程教学现状分析

    “工程化学”是高等院校土木、车辆、机械、材料等非化学专业的重要基础课程，对中学知识和大学专业学习起着承上启下的作用[6]。课程内容包括化学反应基本规律、溶液化学、物质结构、材料化学、环境化学、能源化学、生命化学等[7]，既是高中化学知识的延伸和拓展，也是大学相关学科专业课程的基础和起点，是适应“新工科”人才培养的重要课程。但面临如下不足：（1）工科教育理科化，教学内容理论性偏多、实际应用偏少;（2）与高中知识脱节，学时有限，学生学习难度大;（3）教学模式单一;（4）综合素质培养缺乏。学生常认为离本专业较远，不重视或内容枯燥，没意思，因此面向“新工科”要求，“工程化学”应如何根据有限学时，对广泛的教学内容进行选择、安排与衔接，同时培养学生的工程观点、工程思维和工程能力值得思考，也势在必行。

    三、“工程化学”教学内容改革的思路

    （一）注重前后知识延续

    “工程化学”一般在大学一年级开设，学生离开高中教师的监管、父母的呵护来到大学校园，一切都既好奇又陌生，加上大学课程数目多、难度大，学生很容易产生挫败感。“工程化学”授课时如果能联系高中化学，温故而知新，由浅而入深，则会有事半功倍的效果。高考化学一般是必修两册、选修两册（选修四是必选），经歷高考的洗礼，学生们对这些知识都很熟悉，授课中可以由此引入。如介绍化学反应过程中的能量变化——由标准摩尔生成焓△fHθm计算标准摩尔反应焓△rHθm计算时，△rHθm=[g△fHθm（G）+h△fHθm（H）]-[a△fHθm（A）+b△fHθm（B）]=∑νB△fHθm，学生会感觉符号（上标、下标位置）、公式计算难以理解，产生距离感，时间一长会失去信心学习。此处可提示学生此部分是高中化学选修四第一章化学反应与能量的第一节、第三节内容的延伸，从学过的反应热、能量守恒定律入手，再由恒压热、焓H，引入△rHθm，指出△rHθm就是标准压力下，发生了1mol反应而引起的恒压反应热，下标r代表反应（reaction），下标m代表mol，上标θ表示标准状态。物质的绝对焓值目前无法测定，故计算△rHθm需要另辟蹊径，△fHθm则是求解△rHθm的常用方法。诸如此类，“工程化学”建立在高中化学基础上，知识点间有着必然联系，笔者总结见表1。

    （二）挖掘生活现象内密

    “工程化学”内容多，受课时所限等，常忽视实际问题的解决。授课过程中，可结合“新工科”的内涵和授课专业的人才培养目标，对课程基础理论、基本应用、知识拓展所占比例结构进行调整、优化，增加生活中的实例。对生活中的一些常见现象，提出问题，先学生回答，再评价并通过化学原理加以解释，从而激发学生的兴趣和好奇心。例如讲解稀溶液依数性时，提问冬季冰雪路面撒食盐为什么可以融雪？让学生对习以为常的事情质疑，并启发使其找到原因：冰雪可认为是固态纯水，在其表面撒食盐，食盐溶解在水中可形成稀溶液，由于稀溶液的凝固点低于纯溶剂凝固点，并随溶质增多而提高降低程度，故可使冰雪融化。举一反三，可以进一步解释北方冬天汽车水箱中添加乙二醇为何可以抗冻？户外水缸为何比酱缸易冻裂？氯化钙为什么可以做干燥剂，金属发黑液中添加NaNO2为什么可在140℃不沸腾？渗透、反渗透、海水淡化等。

    （三）拓展学科发展前沿

    “工程化学”开课专业均为非化学专业，学生常会因不是专业课而不重视，甚至不感兴趣，引入专业发展的新成果、新发现，探讨其中相关的化学内容，强调化学学科对授课专业发展的重要作用，不但开拓学生视野，还可以提高学生对化学知识的理解，从而提高其学习化学的积极性。例如对土木工程、机械工程、材料工程等专业可以讲解材料腐蚀与防护的新技术及应用。腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，其防护技术也离不开化学原理的指导，如“热化学表面改性”“高能等离子体表面涂层”“金刚石薄膜涂层技术”“表面改性与涂层工艺模拟和性能预测”等方面的新突破等。再如新能源工程、新汽车材料、安全工程监控等方面的新进展等。

    （四）强化化学发展简史

    教育从本质上是一种心灵的点燃，培养“新工科”人才更是如此。“新工科”教育要点燃学生的社会责任感，使其铭记他们是技术变迁和人类进步的主要力量之一，对社会进步、国家发展和人类幸福负有重要的责任。授课过程中结合科学家轶事及学科发展史，培养学生爱国精神、人文情怀、综合素质等。例如出身寒门，勤奋学习，终身投入科学事业，成果遍及化学、生物、哲学、气象学等领域的“原子之父”道尔顿;如经过100多年努力，凝聚无数化学家心血甚至付出生命的悲壮历史——氟的制备过程;坚定信仰、立志报国，数十年如一日，忘我工作，潜心研究的孙家钟;再如把化学确定为一门科学的机械专家波义尔、睡梦中领悟苯环结构的凯库勒、淡泊名利八十多岁仍不懈奋斗的屠呦呦等等。通过一个个生动形象的故事，让学生们了解科学发现的过程，科学工作者具有的优良品格，学科的相互交叉及发展历程等，培养学生对科学和科学家的尊重、遇到困难不言放弃的精神和强烈的社会责任感。

    “新工科”是我国面对日益激烈的国际竞争的重要决策，是结合国家创新驱动发展战略新需求、国际格局新形势和立德树人新要求，对我国工程教育提出的改革新方向。化学是创造新物质、发现新方法的科学，为“新工科”人才培养提供了优越的学科基础。本文依托“新工科”理念，探讨了交叉学科广、极具创新性，但教学状况不理想的重要基础课程“工程化学”的教学内容探索和改革，注重知识传承、更新、应用及人文关怀、品德培养，以提高学生的创新意识、学科交融、责任担当等综合素质，为“新工科”人才培养提供一定的参考和借鉴。

    参考文献：

    [1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究， 2017，（3）.

    [2]张干清，郭磊，向阳辉.新工科双创人才培养的实践教学范式[J].高教探索，2018，（8）.

    [3]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017，（1）.

    [4]崔建峰，陈克忠，黄智云.新工科视角下地方高校计算机基础课程改革[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2019，（3）.

    [5]张海生.我国高校“新工科”建设的实践探索与分类发展[J].重庆高教研究，2018，（1）.

    [6]张树永.非化学类专業化学基础课教学改革的思路与重点浅释[J].高等理科教育，2017，（2）.

    [7]宿辉，白青子.工程化学：第二版[M].北京：北京大学出版社，2018：5.

    收稿日期：2019-04-25

    作者简介：宿辉（1971—），女，山东莱州人，黑龙江工程学院材料与化学工程学院教授，博士，主要从事材料及化学研究。

    基金项目：黑龙江省教育科学“十三五”规划备案课题“‘基于互联网+“新工科人才定位需求的课程体系构建——以工程化学为例“（GBC1317127）;黑龙江工程学院教学改革项目“基于‘互联网+高校创新型人才培养的工程化学课程新体系的探索与实践“（JG201815）;黑龙江工程学院新工科研究与实践项目“基于互联网+‘新工科工程化学课程体系的研究与建设“（XGK2017208）