新工科背景下機器人工程《工程化學》教學改革初探

聶煜東，沈 倩，李 軍，王 洪，冉秀芝

(重慶理工大學 化學化工學院，重慶 400054)

當前，科學技術日新月異，特別是進入21世紀以來，以智能化、信息化為代表，多學科交叉推動的新一輪科技革命正如火如荼的進行，推動了世界各地的產業變革[1]。為了能夠把握變革中的機遇，應對變革帶來的挑戰，從而在這一波科技革命中搶占先機，我國適時的提出了包括新工科建設在內的“四新建設”，以期通過向各新興行業大量輸送人才，推動產業的持續更新，進而在本輪科技革命中占據有利位置[2-3]。

各新興產業大多源自于傳統學科的交叉，因此在各新興產業的發展過程中，對綜合性人才需求的迫切性往往高于傳統專業性人才。綜合性人才除了需要有扎實的本專業基礎知識外，還需要對各相關學科有充分的了解。作為支持機器人工程專業發展的重要基礎學科，化學知識體系的構建對于培養綜合性機器人工程專業人才至關重要。工程化學是高等院校為非化學專業的工程技術人才培養設立的一門重要基礎課程，是工程類專業進行工程教育認證的必要課程之一，同時也是非化學專業同學在大學中所唯一能接觸的化學課程[4]。因此，工程化學在為機器人工程專業同學建立化學知識體系的過程中有著重要作用。

基于此，本文結合近年來作者在工程化學一線教學中的認識與思考，對機器人工程專業工程化學教學過程中出現的問題進行分析，并對問題所涉及的教學改革進行初步探索。

1 教學中存在的問題

我校目前為機器人專業所在的機械學院開設了十六學時的工程化學課程，主要面對專業有機械工程、智能制造工程、機器人工程等專業。此外，車輛學院、應用技術學院等一并開設了該項課程。該課程作為必修課程，每年涉及的學生約1300人，其中機器人工程專業學生約70人。學校根據授課內容，將課程分為八個專題進行教學，包括化學反應與能源、分析化學、有機化學、物質結構、金屬腐蝕及防護、新型功能材料表征、新能源材料、化學與環境保護，每個專題兩個課時。教學目標是幫助學生了解從事工程工作所需的相關化學科學知識，熟悉工程化學的基本原理，掌握工程化學中的基礎理論與方法，能將專業和工程知識應用于解決復雜機器人工程技術原理的相關問題，并且能夠掌握并應用工程化學的基本知識，分析、識別、判斷和表達機器人工程問題中有關機器人設備腐蝕及防腐方面的技術原理、關鍵環節，能夠提出合理的解決方案。能夠基于工程化學的基本原理和專業知識，了解與機器人工程專業相關的生產、設計、研究與開發、環境保護和可持續發展等方面的知識，能夠基于工程化學的相關背景知識，理解和評價針對機器人設計、制造和運行等的工程實踐過程對環境、社會可持續發展的影響。但在實際的教學過程中，出現了如下亟待解決的教學問題。

1)課時分布需調整

我校為工程化學設定的課時量為十六學時，在課時量固定的前提條件下，為提高課時利用效率，需對課時分布進行科學調整。作為一門基礎學科，化學所包含的知識點具有內容多、范圍廣的特點。我校所使用的教材為浙江大學陳林根教授主編的《工程化學基礎》，全書內容包括了物質的化學組成與聚集狀態、物質的結構和材料的性質、化學反應與能源、水溶液中的化學反應和水體保護、化學反應與材料保護等諸多章節[5]。如何利用這十六學時的課時量，如何在抓住重點的同時將主要知識點全覆蓋，是目前工程化學教學中所面臨的難題之一。這就需要在實際授課過程中，擺脫對教材章節分布的依賴，重新調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定的教學任務，而加快講課速度，影響教學效果。

2)專業針對性待加強

工程化學，作為一門全校性的化學基礎課程，因此不會針對特定專業進行知識點設置。筆者在實際教學過程中發現，如能夠為該專業同學講授其學科中所涉及的化學知識，將能幫助同學們建立本專業與化學學科間的聯想，且能激發其更大的興趣。在實際教學中也發現，個別同學存在對化學的錯誤認識，即認為化學對本專業的學習幫助不大。因此，有必要在教學過程中加強專業針對性，并幫助學生克服錯誤認識，以飽滿熱情投入到工程化學的學習當中。

3)部分同學化學基礎薄弱

根據課堂調查，我校機器人工程專業的同學有近四分之一到六分之一在高中時未選修化學，這部分同學對化學中一些最基本的名詞并沒有概念，因此在學習工程化學的過程中面臨一定困難。同時，各地高中階段對學生的化學要求也無統一標準。上述原因共同導致了不同學生的化學基礎參差不齊，給工程化學的教學推進造成了一定難度。

2 教改思路

根據實際教學情況和機器人工程專業的特點，結合上述機器人工程專業工程化學教學中的典型問題，為提高教學效果，本文探索性的提出以下教改思路。

1)針對課時分布的問題。一方面應當適當增加課時量，從而保證有充足的課時來完成既定的教學任務;另外一方面，應當有選擇性的減少一些教學內容，而將有限的學時用在精煉下來的教學內容上。例如，主要講解必須要講授的化學基礎知識部分，以及與機器人領域相關的化學知識。此外，在教學過程中，教師不應一味求快，更應注重快慢結合、張弛有度，在基礎性的、關鍵性的問題上應當適當放慢速度，而在次要性內容上，在進行提綱挈領形式的引導后，借助課后作業，鼓勵同學在課后主動學習，從而完善和補充相應知識點，積極觀察，做到理論聯系實際，并在下節課檢驗上一節課的課后學習成果。通過以上手段，相信可在一定程度上提高上課效率。

2)針對專業針對性的問題。可在工程化學教學大綱基礎上，結合機器人工程的專業特點，適當增加一到兩個專業性專題。如增加“化學在機器人工程中的應用”“機器人工程的能源供應”等，重點介紹化學知識在機器人工程領域及其相關產業中所涉及的技術、裝備以及工程上的應用，從而讓學生意識到機器人相關領域與化學息息相關，幫助同學認識到學好化學對于學好本專業知識的意義所在。例如，我們可在新能源材料專題中大力介紹蓄電池、燃料電池等內容，幫助學生認識到機器人的運行離不開能源化學的知識;也可在金屬腐蝕與防護專題中介紹防腐技術對于機器人壽命的重要性等。通過實際的案例，提高機器人工程專業同學對工程化學學習的興趣，幫助同學們認識到如何從化學的角度面對機器人工程相關問題。

3)針對部分同學基礎薄弱的問題。應堅持原則，即盡可能的幫助基礎薄弱同學跟上教學進度。可以通過增加化學基礎專題，幫助高中未學習過化學的同學，在較短時間內掌握必須了解的化學概念，從而保證學生們整體能跟上教學進度。同時，可以為這部分同學提供一個化學基礎知識學習要點，鼓勵并督促這部分同學在課前進行學習，與其他同學及老師多交流，在最短的時間幫助其了解化學的基本知識結構，建立化學的基礎知識體系。另一方面，在強調基礎化學知識學習的同時，應當適當弱化復雜化學機理的學習，而應將重點放在工程實例上。作為一門以“工程”冠名的化學課程，應當在教學中重點突出化學在機器人工程中的實際工程應用，從而在一方面幫助學生了解如何用化學解決實際的工程問題，另一方面也促使學生通過工程實例，直觀的認識相關化學概念。

3 結語

工程化學在新工科建設背景下，對于培養具有化學思維的機器人工程專業綜合性人才有著極為重要的意義。本文以重慶理工大學工程化學一線教學經歷為基礎，通過自身思考結合學生反饋，對教學中存在的課時分布、專業針對性、部分同學化學基礎薄弱等問題進行了歸納。并進一步根據機器人工程專業特點，依次提出了增加課時量，精煉教學內容，把握教學節奏，鼓勵課后學習;增加機器人工程專業性專題，提高學生學習興趣;增加化學基礎專題，理論聯系實際等教改思路。通過上述教改措施，以期為今后機器人工程專業的工程化學教學乃至機器人工程專業人才培養提供幫助。