“互聯網+教學”助力工程化學教學新形態

王萃娟，蔣雅君，王懿萍，趙菊梅，王雅雯

（1.西南交通大學生命學院化學化工系，四川 成都 610031；2.西南交通大學土木學院，四川 成都 610031）

“互聯網+”時代是教育系統升級與變革發展階段的拐點，互聯網教育應用從融合階段進入到創新階段[1]。在這個階段，互聯網創新成果與社會經濟各領域深度融合推動了各領域和傳統行業的變革與升級，其中包括“互聯網+教育”所引發的教育系統化變革[2]，教育大數據成為重要因素、教育技術環境創新、教育服務供給升級、課堂結構與流程再造等等，這些變革加速了教學形態的變革，使新的教育形態正在形成。可見，“互聯網+教學”[3]不只是教學的數字化和網絡化，而是基于育人目標和教學規律，將互聯網思維、技術與環境等創新成果與教學各要素，包括教學思維、教學關系、教學結構與過程互相滲透、深度交叉融合并超越，進一步創新教學理念、增能教學元素、整合教學資源、開放教學系統、構造開放、交叉、共享、和諧的教學生態環境、形成新型教學形態[4-5]。西南交通大學開設的工程化學課程是我校工科專業新生接觸到的第一門公共基礎課，受眾面大。涉及材料、土木、機械、車輛、安全等專業七十多個自然班約2000余名學生。工程化學課程需要把握新工科內涵，以持續改進為理念，以交叉融合、繼承創新、協調共享為主要途徑，培養多元化、創新型卓越工科人才[6]。因此，工程化學教學改革不只是教學的網絡化與數字化，而是基于新工科教學本質和育人目標，將互聯網與教學過程互相滲透、深度交叉融合，加強知識間內在聯系，整合重構知識體系，形成開放、交叉、共享、融合的工程化學教學新理念，探索交叉融合的教育教學資源建設方式和路徑，為進一步深化“互聯網+”背景下，工程化學新工科教育資源提供理論和實踐依據[7-8]。

1 存在問題

工程化學課程面向全校工程工科專業，目前存在以下幾方面的問題：

1.1 課程內容多而學時少

如土木專業開設的工程化學課程為2.5個學分，包含2個理論教學學分與0.5個實踐學分。工程化學理論教學內容主要包括：熱力學、動力學、溶液、電化學與金屬防腐，化學和環境保護、化學與材料，物質結構基礎7大板塊的內容，實踐包括：電化學實驗，水污染實驗，熔點實驗，焓變的測定等，需要掌握的知識內容與需要提升的實際動手操作實踐都比較多，也如何在有限的學分內達到培養目標，培養其專業素養，提升其創新能力，為今后專業課的學習以及個人綜合知識能力的提升打下良好的知識儲備與能力儲備，是本課程亟須解決的問題之一。

1.2 教學中缺乏工程訓練環節

傳統教學中的教育環節，教師根據實際教材進行理論知識講解，教學環節中工程訓練環節太少，故學生不能學以致用，更缺乏用批判性思維分析、研究、解決土木工程相關領域化學問題的能力，因此很難達到新工科建設對創新型人才培養的要求[9]。

1.3 學生水平參差不齊

新高考改革之后，各省各地學生化學基礎、化學知識框架不盡相同，為了幫助上述學生克服大學工程化學知識銜接中的困難，如何在大學進校的第一年塑造起后續土木等工科專業所需的工程化學知識儲備，探索合適的教學方式方法，并為之建立完善的學科交叉知識體系，也是本課程需要解決的問題之一。

1.4 實踐環節不夠

如前面所描述，工程化學課程是實踐性較強的學科，實踐、實驗對培養學生創新思維，鍛煉動手能力及其重要。而目前實踐教學中的許多問題：有些實踐教學內容存在重復與交叉，缺乏系統性；有的實踐內容與當前的智能工藝相差較遠，脫離了時代需求，無法達到培養創新型高級工程技術人才的需求。因此需要依據新工科需求，利用現代科技手段設置分層式，開放式，探索性的實踐、實驗環節，是目前需要解決的另外一個問題。

2 研究設計

2.1 混合式教學模式助力工程化學模塊化教學

通過搭建網絡超星教學平臺，設計工程化學線上線下“混合式”教學模式，重新整合原有課程內容,打破固定章節，實施知識內容模塊化，將原有章節分為7大板塊知識：熱力學、動力學、溶液、電化學與金屬防腐，化學和環境保護，化學與材料，物質結構基礎。每個模塊都設計有課前預習任務點發放、課堂測試、搶答、投票互動，課后學情反饋等環節，授課教師依據課程及專業培養需要，靈活調度，使用，線上線下有機結合，合理設計，翻轉課堂，小組討論等，解決課程內容多而學時少的問題，讓學生做課堂的主人，引導學生達到知識結構的塑造以及知識綜合創新能力的培養。

2.2 項目式課程

引入土木、機械等專業建立優秀課程資源與講座，建立項目式課程體系，引導學生自主學習的同時打破固定知識章節的教學，構建交叉跨學科項目式課程，通過文獻檢索、項目任務派發，讓學生構思、設計、實現項目的設計，養成自主學習、設計的習慣并培養創造、創新能力。

針對土木專業，可以設計2～3個工程實際案例。提煉化學基礎理論中工程問題模型，將理論知識沉浸并應用在實際工程場景。如模擬跨海大橋設計與施工防腐中，水中鋼結構的防腐中涉及的工程場景問題，讓學生查找相關文獻資料，思考，分組討論并設計出解決實施方案，引導學生用環氧涂層工藝、外加電流陰極保護法等溶液、材料，電化學等綜合化學知識理論解決工程中的實際問題。讓學生在解決工程實際問題的過程中學到知識，感受自身創造的價值，激發專業學習興趣和熱情。同時通過小組協作學習，互幫互助，不僅解決了學生水平參差不齊的問題，同時培養學生的實踐意識以及解決復雜工程問題的能力和團隊合作精神。

2.3 設置梯度、創新場景實踐

結合虛擬仿真技術，開發和建設系統性虛實結合實驗課程體系。工程化學課內實驗，可依據不同專業，設置不同的實驗項目內容，通過科學系統化的設計與升級，建立一套適應不同專業的分層、逐級遞升、挑戰性的虛實結合的實驗體系。打破原有學分固定、實驗固定制的學習模式，設置部分自選性、挑戰性、探索性實驗?？梢葬槍Σ煌瑢I，設置如滴定操作、熔點測定、水污染測定等部分自選實驗內容，可依據自身專業培養特色、興趣等進行選做；對部分高危、易制毒驗證性實驗，可用虛擬仿真實驗代替；同時對電化學等腐蝕實驗的工程場景，引導學生設計依據實際案例場景實踐操作，達到學生創新思維的培養，知識遷移、綜合應用能力的培養[10]。解決了工程實踐環節缺少的問題。

3 研究結果

通過轉變教學觀念、創新教學理論、整合教學資源、工程化學逐漸構造了開放、交叉、共享、和諧的新型教學形態：

（1）“互聯網+教學”推動了教學數字化的進程，在線教學學習平臺、課堂實時互動系統和技術、使學生學習過程數據可以被全面記錄，并科高效分析與挖掘，有力支持了教師在教育教學過程中對學生整體、小組和學生個體學情的精確掌握，故能夠及時調整、優化教學過程，因此可以實現教學全過程基于學習分析數據的動態生成，即數據驅動的科學化改進教學。根據評測結果，教師可實時調整后續教學內容、策略與節奏。極大促進了工程化學課程的教學的改進與改革。以2020級土木專業為例，2020-2021第一學期，共發放44個章節任務點，部分任務點未完成同學可及時預警提醒，課堂互動、課后作業以及任務點完成情況可以直觀給出學生總評成績，利于小組和個體學情的精準掌握，反饋并及時改進教學。

（2）工程化學課程經過一學期的教學改革，引入土木、機械等專業建立優秀課程資源與講座，注重項目式課程的開發建設，受到了學生極大的喜愛。調查顯示，95%以上的同學對交叉學科講座非常有興趣，80%以上的同學認為內容全部掌握，95%以上的同學認為交叉學科講座對自己的學習規劃特別有幫助，4%的同學認為有幫助。96%以上的學生認可這種教學改革，認為這種教學更加尊重和重視學生的主體地位與個性需求。

（3）關注學生的學習過程，面向產出，學生評價體系中，過程考核占40%（含實驗20%，半期10%，學習投入10%）。2020-2021學期期末平均分79.81，及格率100%，標準差7.96（2020級土木9，10班），而2019-2020學期工程化學平均分76.81,及格率98.08%，標準差10.71（2019級土木9，10班），成績有所提升，標準差也更小。當教學重心從傳統科學范式的知識呈現與傳遞轉向情境化學習經驗的構筑與轉化，從促進接受式學習向促進自主體驗、探究和創造轉化，學生的學習效果明顯得到了提升。

“互聯網+”時代是信息時代教學模式變革發展進程的拐點。工程化學教學改革在“互聯網+技術”的助力下，逐漸形成了以培養具有一定工程化學專業基礎知識、知識綜合應用能力、創新思維能力的工科人才為目標的工程化學新形態教學體系。建立了我校獨有的工程化學教學體系，為培養具有創新思維能力與綜合能力的新工科卓越人才提供研究基礎與實踐經驗。