新工科背景下應用化學專業分析化學課程教學改革與探索*

高慧穎 周陽修 李志勇 （華北電力大學科技學院）

伴隨著世界范圍內科技革命和產業變革的加速進行，第四次工業革命正以指數級的速度展開，世界各國都想在第四次工業革命浪潮來臨前搶占制高點。在此背景下，我國也開始布局實施創新驅動發展，推進“中國制造2025”“互聯網+”“網絡強國”“一帶一路”倡議等重大戰略。為實現以上重大戰略部署，中國必須依托高校建設適合未來新產業、新經濟的新工科，才能全面推進實施制造強國的戰略目標。[1-2]為推動、開展圍繞“新工科”建設與發展的教學研究及實踐活動，深化工程教育改革，2017 年2 月18 日教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，達成了“復旦共識”；2017 年4 月8 日教育部在天津大學召開新工科建設研討會，會議討論通過“新工科”建設行動路線（天大行動）；2017 年6 月9 日教育部審議通過《新工科研究與實踐項目指南》（北京指南），提出新工科建設指導意見。復旦共識、天大行動和北京指南構成了新工科建設的“三部曲”，奏響了我國新工科人才培養的主旋律。同時提出更加注重理念引領，堅持立德樹人、德學兼修，培養德才兼備的高素質應用型人才，并強調把思想政治工作貫穿教育教學全過程。[3-4]“新工科”建設開拓了我國工程教育與改革新思路，標志著我國以新工科建設為主體的高等工程教育改革進入了一個新階段。

應用化學是介于化學專業和化學工程與工藝專業之間的一個應用學科。華北電力大學科技學院的應用化學專業則以能源電力化學為專業特色，立足服務電力生產，同時兼顧其他化學化工領域方向。要求培養學生針對復雜應用化學問題開展系統分析并通過優化設計提出合理解決方案的能力。該專業涉及廣泛，不僅與電力，還與環境、能源、材料、醫藥、石油化工、航空航天等眾多產業息息相關，直接影響這些產業的發展層次和水平。[5-6]

分析化學是應用化學專業必修的四大專業基礎課之一，是研究物質的組成、含量、結構和形態等化學信息的分析方法及相關理論的一門科學。其課程體系包括課堂教學和實驗教學兩個方面，旨在培養學生掌握分析化學的基礎理論知識和實驗基本操作技能，并初步具備查閱文獻、選擇分析方法、進行數據處理和正確表達分析結果的能力，為解決生產工藝和科學研究中的實際問題打下基礎。同時，培養學生良好的實驗習慣以及嚴謹細致、實事求是的科學作風，使學生逐步具備科技人員的素質。[7]因此，學好本門課程對培養應用化學專業高質量新工科人才起著至關重要的作用。

一、當前分析化學課程教學存在的問題

（一）課堂教學模式被動，課堂效果差強人意

當前，大學課程的授課普遍都是由任課教師來把握課堂節奏，教師決定學習的方式和內容，學生是被動性的學習。簡單地說，就是“老師負責講、學生負責聽”。這種“填鴨式”的教學方式容易讓學生產生厭學心理。分析化學的教學與之類似，是以教材內容為主，以課件、視頻為輔助的形式進行授課，這樣往往導致我們忽略了引導學生對一門課程產生興趣的重要性。而且由于分析化學課程具有難度不大，但知識點多且瑣碎的特點，很多學生會陷入“只見樹木，不見森林”的學習困局，這樣就造成學生在學習中主動性不高，容易分心分神，導致課堂教學效果差強人意。

（二）教學內容單調，書本理論知識講授過多

作為一門理論知識偏多的課程，很多任課教師由于個人精力及興趣的問題，只限于講解課本上的內容，對分析化學的前沿發展和行業實踐的關注較少。這導致教師乃至學生的認識過于局限和理論化，片面地認為這門科學與實際生產生活缺乏聯系，且近年發展緩慢。比如沒有認識到很多新興的二級和三級學科，如環境分析和監測技術等，實際就是分析化學與其他學科交叉形成，并涉及大量當前正在開展的熱點研究。而隨著計算機技術、新能源、新材料以及新技術的不斷研發和應用，分析化學在相關行業的運用也發生了很大變化。認識不到這些變化，就跟不上時代的腳步，也不可能更有效地提高學生的學習興趣。

（三）實踐能力培養不足，創新理念匱乏

當前理論知識的傳授仍普遍以課堂教學為主要方式，但分析化學更是一門強調動手能力、培養實驗操作技能的課程。平時忽略實踐能力的培養會導致學生在實驗操作、分析和解決實際問題方面都存在較大的不足。而這種重理論、輕實踐的傳統教學模式也導致學生在學習中難以發揮主觀能動性，創新意識薄弱，不清楚自己所學理論知識在現實生活和生產中如何應用。

（四）課程只重視自然科學知識的講述，缺乏思想政治方面的教育

分析化學是一門關于自然科學的課程，教師的著眼點通常是傳授教材上的知識或者教學大綱的內容，而往往忽視了對學生學習態度和學習動力的關注。學習態度是根本性問題，態度不端正就很難取得理想的學習效果和成績。有些學生對大學里要繼續努力學習的認知不夠；有些學生則是對所學專業不感興趣。智能化技術的快速發展更是給學生提供了一個放縱自我的借口，導致部分學生即使來到課堂也是手機不離手，終日沉迷游戲，這已經成為當前影響課堂教學效果的最主要因素。而這一切都源于部分學生本身缺少足夠正確的價值觀、人生觀和世界觀。

二、分析化學課程改革與探索

（一）采取主動教學模式

眾所周知，課堂教學時間占大學生在校學習時間的70%以上，其效果將直接影響學生的培養質量。現代教學理論認為教學的主體是學生，教學的所有活動都應該以調動學生學習的主動性、積極性為出發點，引導學生主動探索、積極思考，使每個學生都能得到充分、全面的發展。

改變傳統的“先教后學”的教學模式，采用現代以“先學后教”為核心思想的翻轉課堂形式，并輔以短視頻、自制PPT、大學慕課等新媒體手段提高教學效果。教師通過啟發、誘導的方式，根據分析化學各章節的知識點提出相應的重點問題，并在課前布置這些問題，促使學生提前主動預習。在自主學習的過程中，會有一部分學生出現找不到答案、不知如何解答或能獲得答案但并不理解的情況，這些情況一方面能幫助學生了解自己學習的薄弱環節，另一方面能幫助老師了解學生知識掌握存在難點的部分。正式上課時，學生在課堂上匯報自己的答題思路和預習的知識點，顯現出主體地位；教師引導學生學習，解答學生疑問并進行總結。同時，課上設置分組討論環節，以學生原有知識為基礎，以周圍生活中的實際例子為分析對象，向學生提出如“我身邊的分析化學”的討論課題，引導學生探討自己對在日常生活中所涉及的分析化學知識的理解，并結合課程中相關的知識點進行說明，提升學生課堂的參與度，激發學生主動學習的欲望。課后布置幾個相關的研究課題，學生根據興趣進行選擇，教師通過聊天工具（如微信、QQ、郵件等）和線上教學平臺（如騰訊會議、課堂派、釘釘等）多種形式與學生進行互動和交流，最終以小論文形式完成并提交，實現教學相長。

此外，教師還可以在班級中舉行小型競賽活動，通過比賽的形式來激勵學生更投入也更深入地進行學習。當然競賽的形式可以不單單以筆試方式考查教材中的理論知識以及實驗中的原理和注意事項，還可以通過組織實驗競賽的形式考查學生的動手操作能力，激發學生的學習熱情。如學生做完酸堿滴定的實驗后，可進行工業醋酸含量測定的實驗操作競賽，考查學生酸堿滴定的規范操作、實驗速度以及數據處理過程，看誰能又快又準確地測定工業醋酸的準確濃度。既增加了學生在學習過程中的參與度，又調動了學生爭勝負的學習積極性。

（二）豐富課堂教學內容

課堂教學是培養學生的主戰場，其中應引入與教材內容和教學過程相關的前沿性科學研究和各行業中的應用實踐。教師要時刻關注并了解分析化學學科的前沿學術領域及發展動態與趨勢，在教學過程中補充傳授學科發展的最新知識，旁征博引，使學生獲得更厚實的知識，提升開放性的想象力與創造性思維的空間，激發學生的學習興趣。

在講解完畢每部分理論知識后，結合各行業實際生產過程，著重介紹理論知識在相關行業生產方面的應用。如針對本校應用化學專業與電力行業關系緊密的特點，在學習分析化學課程過程中將專業學生穿插安排到本地熱電廠化學車間進行現場參觀的實習環節，幫助學生了解水質不良對鍋爐乃至正常發電的影響和危害。通過電廠專業工程師對鍋爐補給水的離子交換處理以及水質指標的檢測過程的現場講解，讓學生認識到合格的水質對鍋爐安全、穩定、經濟運行具有重要意義。現場實習完成后，銜接常規水質檢測的分析化學實驗內容，包括水質酸堿度、硬度等滴定分析的操作。通過這種“理論講授-現場實習-實驗操作”的混合教學過程，讓學生更深刻地體會學好分析化學理論知識的重要性，達到學有所用、學以致用、學用結合的目標。

（三）加強創新創業教育

新工科建設提出要強化工程人才的創新創業能力培養，完善工科人才“創意-創新-創業”教育體系，提升工科學生的創新精神、創業意識和創新創業能力。這就需要不斷完善創新創業教育課程體系，通過創新實踐教育和科研立項等形式，積極鼓勵、指導和培訓學生參與相關專業類競賽和教師的科研項目。一方面促使專業課教師積極申請各類教育教學和科研項目，不斷提高自己的教學和科研水平；另一方面學生通過參與各類項目，以賽促創，強化對學科的認識和理解，鍛煉動手能力，提高學生的科研能力、團隊協作能力、創新能力和工程意識，為適應新工科建設培養所需要的人才。如在分析化學授課過程中，教師挑選實驗操作扎實且具有濃厚科研興趣的學生，指導他們參與到教師主持的科研項目中。利用課余時間引導學生實踐課堂上學到的理論知識，并將獲得的實驗成果轉化成文字性的總結報告，作為進一步申報大學生創新創業項目、學術論文發表和專利申請的基礎。同時，積極鼓勵并指導學生參加校級、省市級等各級各類科技創新創業大賽，如“互聯網+”“挑戰杯”等。學生從比賽獲獎的過程中不僅能夠體會到知識帶來的成就感，也將極大地增加學生將課堂理論知識應用于實際科技創新方面的信心，進而提高學生對分析化學學習的主動性，增強學生的創新能力。

（四）引入思想政治教育

《新工科建設北京指南》中提出：堅持立德樹人、德學兼修，強化工科學生的家國情懷、國際視野、法治意識、生態意識和工程倫理意識等，著力培養“精益求精、追求卓越”的工匠精神。

在分析化學課堂上必須引入思想政治方向的教育。一方面，引導學生形成正確的人生觀、世界觀和價值觀，端正學生的學習態度，為更好地學習打下思想基礎。如講解分析化學發展史時，通過學科發展歷程，比如分析對象數量級從常量-微量-痕量-分子水平的發展，讓學生體驗科學研究的艱辛歷程，促使學生學習并追求鍥而不舍的執著精神和勇于創新的開拓精神，從而引導他們樹立正確的科學觀念。再如講解誤差時，通過誤差是客觀存在的、不以主觀意志為轉移的授課內容，讓學生體會馬克思主義的辯證唯物主義的現實意義；酸堿滴定分析中，有關滴定曲線的繪制涉及滴定突躍的過程，強酸堿的滴定體積0.04mL 的改變就會引起pH 4.30-9.70 的陡然變化，這就是由量變到質變的過程。這些哲學思想的引入，不僅有助于引導學生用科學的思維方式去分析和解決問題，更有利于其塑造正確的價值觀。另一方面，在教學過程中結合課本上的知識點，著重介紹我國科學家在相應領域的貢獻和成就，培養學生的家國情懷。如在分析化學第一堂緒論課講解過程中，介紹著名分析化學家高鴻院士在祖國最需要的時候毅然回國，獻身祖國的科研事業，為分析化學領域發展做出了杰出貢獻的事跡，讓學生感受老一輩科學家的科學獻身精神；在學習工業純堿滴定的時候介紹“侯氏制堿法”，這是侯德榜先生在我國深受帝國主義侵略時經過艱苦探索發明的一項以中國人名字命名的制堿工藝。這一發明不僅實現了中國人自己制堿的夢想，也將世界制堿科學推向了一個新階段，大大滿足了當時國內外市場對純堿的需求。這樣的學習不僅能幫助學生獲取科學知識，也讓學生能真切感受到老一輩科學家們的人格魅力和愛國情懷，培養工程倫理意識，并樹立為國家和社會的和諧發展貢獻力量的信念。

綜上，依據本學院應用化學專業人才培養方案，結合河北省地方特色，建立具有專業特色和符合社會需求的創新應用型人才培養新模式，其詳細實施方案如圖1 所示。

圖1 分析化學教學改革框架示意圖

在新工科背景下，當前很多院校的分析化學教學體系都不能完全滿足時代發展的要求。基于此，本文立足華北電力大學科技學院應用化學專業的特色，根據本校發展定位和專業培養目標，探討了分析化學教學體系存在的問題。通過改變教學模式、豐富教學內容、加強創新創業教育和引入課程思政等教學改革手段，優化了人才培養模式，有效提高了分析化學課程的教學效果，提升學生的創新創業能力和綜合應用能力，提高應用化學專業應用型人才培養質量，為社會培養并輸出具有較強創新能力的應用型技術人才。