新工科教育背景下開設工程化學課程的重要性

李雪梅，宋江，孟海濤，郭勤，李守柱

(新疆理工學院能源化工工程學院，新疆 阿克蘇 843100)

0 引言

為應對發(fā)展迅速、競爭激烈的國際發(fā)展環(huán)境，需要培養(yǎng)出一大批具有實踐能力、創(chuàng)新精神、致力于新興產(chǎn)業(yè)德智體美勞全面發(fā)展的高素質(zhì)復合型新工科人才。在國家“一帶一路”倡議下，培養(yǎng)高級工程技術人才，大力發(fā)展具有鮮明特色的新工科建設人才，是新工科背景下高等教育培養(yǎng)模式和創(chuàng)新改革的大趨勢[1]?！靶鹿た啤北尘跋陆逃砟畹慕ㄔO和發(fā)展，可彌補一些傳統(tǒng)工業(yè)和現(xiàn)有工業(yè)人才培養(yǎng)過程中的缺失，大力推動新工科各個專業(yè)和學科之間的協(xié)同發(fā)展，而且還可以為不同領域的新工科人才和建設者提供更加強大、全面和扎實的理論功底。鑒于此研究滿足當下新工科人才發(fā)展需求的課程教學模式就顯得尤為必要。

1 工程化學課程概要

工程化學是一門面向非化學研究、非化學品制造類的學生開設的高級科普課程，是高等學校非化工類各工科專業(yè)培養(yǎng)現(xiàn)代工程技術人才的必修基礎課。本課程的目的主要是幫助學生建立物質(zhì)變化的觀點和能量變化的觀點，提高學生的基本素質(zhì)和創(chuàng)新能力。工程化學從物質(zhì)的化學組成、化學結(jié)構和化學反應出發(fā)，密切聯(lián)系現(xiàn)代工程技術中遇到的如材料的選擇和壽命、環(huán)境的污染與保護、能源的開發(fā)與利用、信息傳遞、生命科學發(fā)展等有關化學問題，深入淺出地介紹有現(xiàn)實應用價值的基礎理論和基本知識，使學生在今后的實際工作中能有意識地運用化學觀點去思考、認識和解決問題[2]。工程化學課程主要是對大一年級不同專業(yè)開設的。這門課對學生化學知識點的學習可起到一個承上啟下的作用。學生可在高中化學知識點的學習基礎上，結(jié)合大學其他課程專業(yè)知識的學習，由淺入深地對化學知識點更加深入學習。面對不同的非化工類專業(yè)開設工程化學，可為學生專業(yè)課程的學習奠定一定的基礎，有利于學生從化學物質(zhì)、化學材料等不同的化學角度去思考問題。另外，該課程還配有一定的實踐訓練項目，讓學生可靈活地把所學的理論知識應用到實踐中去。在這樣的教育理念下，不僅可以讓學生有扎實的理論知識作為儲備，還鍛煉了學生的動手創(chuàng)新能力，做到了一舉兩得。這也為新工科背景下，培養(yǎng)合格的工程實踐和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應用型人才打下了扎實的基礎。在近些年的教學過程中，針對工程化學的教學，還面臨幾點不足之處：第一，學生的難題。學生在課堂上經(jīng)常會反思這樣的問題，如“我學習了這個知識點有什么用”，而且學生在聽課過程中還存在一聽就懂但一做題就出錯的現(xiàn)象。第二，工程化學對不同專業(yè)的學生，開設的學時也不同，但是選用同一門教材，這就導致對一些專業(yè)的教學學時少，教學內(nèi)容較多，上課進度緊張。第三，新課改后，有部分同學是在高中課堂上沒有接觸過化學或者接觸較少，面對這樣的學生，教學班級很容易出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。第四，教材理論教學過多，涉及的工程應用實例較少，學生體會不到學習這門課的意義所在。所以，大力推動在新工科背景下工程化學的教學改革，培養(yǎng)出具有基本的科學素養(yǎng)，整合思維、工程推理和解決復雜工程問題能力，能夠適應產(chǎn)業(yè)領域需求的高素質(zhì)工程應用型人才，以及適應地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展需要、滿足國家和企業(yè)的行業(yè)發(fā)展需求的高級人才[3]。

2 新工科背景下工程化學的教學改革

2.1 思政育人理念的融入

對每一位大學生開展思政教育是非常有必要的，而且思政教育并不是只能在相關思政類的課程上才能開展的。工程化學這門課程，無論是對過控專業(yè)、土木專業(yè)還是機械類專業(yè)的學生，都是在一年級入校學習時開設的。那么，對于大一的新生而言，在剛?cè)雽W階段就給學生講好思政，讓思政理念潤物細無聲地融入課堂中，對他們大學四年的生活都將是受益匪淺的。在工程化學課中，如何融入思政元素？可以將愛國主義、工匠精神、美麗中國、平安中國等思政元素作為出發(fā)點[4]。例如在講解第三章第一小節(jié)波粒二象性是核外電子運動的基本特征時，要先給學生介紹一下量子力學的發(fā)展史，此時就會涉及很多科學家，例如愛因斯坦、普朗克、薛定諤等人，正因為有了這些前輩們歷經(jīng)千辛萬苦的努力和堅持，才為學生們更好地接收知識奠定了基礎。為什么會成為巨人，正因為站在了這些前人的肩膀上，避免我們走了很多彎路，去探索更多的有價值的信息和知識[5]。在講到第五章第四小節(jié)水質(zhì)與水體保護時，要給學生講解建設美麗中國、保護地球家園的思政理念[6]。黨的二十大報告指出，要推進美麗中國建設，堅持山水林田湖草沙一體化保護和系統(tǒng)治理，統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整、污染治理、生態(tài)保護、應對氣候變化，協(xié)同推進降碳、減污、擴綠、增長，推進生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展。

2.2 理論與實踐課程的結(jié)合

工科專業(yè)理論知識點的學習，一定要與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合。大學的學習，無論任何一門課程，都要做到學以致用。那么對于工程化學而言，如何讓學生做到學以致用？這就要求學生不僅需要扎實學習理論知識，而且具備基本的實驗功底。對理論知識點的學習，學生主要以教材和一些其他的參考資料為主，工程化學主要選用陳林根老師主編的《工程化學基礎》，在這本教材里面涵蓋了無機化學、分析化學、物理化學、高分子化學、儀器分析化學、環(huán)境化學等不同科目的化學知識點[7]。這本教材里講授的知識點對于非化工類的學生來說很適用，因為它涵蓋的知識點全面、原理性的內(nèi)容不深。對理論知識點的學習較為全面[8]。除了理論的學習外，工程化學對不同專業(yè)的學生，還有不同課時量的實驗課程安排，這也是學好理論知識不可或缺的重要部分。工程化學實驗課程的設計可根據(jù)不同專業(yè)的特色開展，盡量做到單人單組開展，爭取讓每個學生都有獨自動手練習的機會。實驗項目的設定需要有基礎實驗、綜合實驗和開放性實驗。其中基礎性實驗可針對所有專業(yè)的學生開展，其主要目的是培養(yǎng)學生的基本實驗素養(yǎng)以及對化學實驗儀器的認識和了解。在基礎性實驗開展前，一定要對學生進行實驗室安全的培訓，讓學生在熟悉實驗室基本環(huán)境，全面了解實驗室以及一些安全知識后方可開展實驗，避免意外的發(fā)生?；A性實驗可主要集中開展一些基本化學儀器的使用和簡單溶液的配制，例如常用的玻璃儀器燒杯、容量瓶、移液管、量筒的使用方法等，還有一些精密儀器，如電子天平的使用方法。學生在練習固體溶液配制的過程中，就會涉及理論知識點的應用。例如，需要學生配制250 mL 的1.0 mol/L NaOH 溶液，這就涉及到在理論課上講到的物質(zhì)的量計算方法的應用。對綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗，則可根據(jù)不同專業(yè)的特色，設定具有專業(yè)特色的實驗，通過學生發(fā)散性的思維，在思考一些專業(yè)性問題的同時，既可以鍛煉學生的思維能力、動手操作能力，又加深了學生對理論知識點的記憶。

2.3 產(chǎn)教融合教育理念的開展

學生為什么要學習這門課程？學習這門課程有什么用？這些問題不僅需要學生去思考，更應該值得每一位教師去反思。學習要讓每一位學生做到學以致用，這是老師應該思考的問題。工程化學課程的教學，就需要培養(yǎng)出一支可以立足地方經(jīng)濟發(fā)展、服務于企業(yè)經(jīng)濟，具備基本的科學素養(yǎng)和能夠推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的復合型工程技術人才。另外，在培養(yǎng)學生具備適應地方經(jīng)濟發(fā)展技術能力的同時，還需要學生掌握專業(yè)基礎知識(數(shù)學、物理學、化學、材料學)和主攻方向的基本理論與基本技能，并使其具有整合思維、工程推理和解決復雜工程問題能力，從事研究、開發(fā)、設計、制造和管理的技術能力和工程實踐能力，能夠適應產(chǎn)業(yè)領域需求的高素質(zhì)應用型人才，適應社會經(jīng)濟發(fā)展需要，滿足國家和企業(yè)的綜合行業(yè)發(fā)展需求的高級人才。通過在課堂講解知識的同時，讓學生了解自己專業(yè)的情況以及畢業(yè)后就業(yè)的大背景，使學生在接收知識的同時，結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)需求和地方經(jīng)濟發(fā)展的環(huán)境，為扎根地方、留住人才作出貢獻，從而起到產(chǎn)教學相融合、讓學生明白學有所思、學有所用的道理。

2.4 專業(yè)導向?qū)W習模式的實施

工程化學是一門面向過控、土木、機械等不同專業(yè)開設的課程。針對每個不同的專業(yè)，工程化學的學習側(cè)重點是不同的，而且每個專業(yè)就業(yè)方向不同。所以在授課過程中，就需要針對不同專業(yè)的專業(yè)特色和就業(yè)前景，開展基礎理論教育和實驗操作能力的訓練[9]。例如，在講解第六章化學反應與材料保護時，對過控專業(yè)的學生，在講解時側(cè)重點可放在金屬腐蝕的發(fā)生，此時可借助一些數(shù)據(jù)，比如每年由于腐蝕而報廢的鋼鐵設備給經(jīng)濟帶來的損失等數(shù)據(jù)，這些現(xiàn)象有可能會對人體安全帶來嚴重的危害[10]。因此，學生在以后的一些壓力容器或者塔裝置設備的專業(yè)性設計中，就需要去注意這些問題。對土木專業(yè)的學生，重點可放在金屬腐蝕的防護與利用這個知識點上，在給土木學生講這個知識點時，可結(jié)合他們的專業(yè)特點，在介紹一些建筑工程中鋼鐵材料的腐蝕等工程實例問題時，通過學習讓學生懂得如何防止或者避免腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，讓學生在課堂上就有將知識點運用到實際生活和工作中去的想法[11]。另外，對于機械專業(yè)的學生而言，可結(jié)合第四章氧化還原反應和能源的開發(fā)與利用這一知識點，將課堂的重點集中在化學電源的設計上，給學生介紹國家新型能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和發(fā)展趨勢[12]，引發(fā)學生的思考，使學生在一些新能源類電池等不同電化學產(chǎn)品上產(chǎn)生興趣，激發(fā)學生主動將工程化學課程上所學的知識點融入自己專業(yè)的研究中，讓學生真正體會到學以致用的效果。

3 新工科背景下化工行業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索

基于對新工科背景下工程化學的教學改革模式的探索，由探索方法及理論結(jié)果引申到實際的鍛煉和操作中，是工科教育的大計。那么結(jié)合工程化學的教學，對“新工科”背景下化工人才培養(yǎng)模式的探索與構建，就顯得尤為必要。

3.1 當前化工行業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題

(1)教學方式和知識體系急需改善

目前，化工行業(yè)處于一個高速發(fā)展的階段。在如此快速發(fā)展的模式下，對該行業(yè)所需的人才就有了更高程度的要求。但是從實際教育的情況來看，一些高校的教育教學方式在理論知識方面還存在一些問題。比如專業(yè)基礎知識教學薄弱、教學方式單一、理論知識與實踐結(jié)合不緊密等問題。因此，對教學方式和知識體系進行改善，是提高化工行業(yè)高素質(zhì)人才發(fā)展的重要途徑。以工程化學的教學為例，結(jié)合化工實例，需要在教學過程中，對不同專業(yè)的學生，制定不同的課程要求，大力完善教學方式，多引入線上教學環(huán)節(jié)改善單一的教學模式，多利用網(wǎng)絡教學資源去模擬專業(yè)對口的真實工作環(huán)境。另外，對知識體系的改革也要張弛有度開展，讓學生能夠清晰地了解并認識自己學習的專業(yè)特色，從而為化工行業(yè)人才培養(yǎng)在基礎理論時就奠定較為扎實的基礎。

(2)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科研工作融合不緊密

促進行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，是需要創(chuàng)新性高、應用性強的科研作為支柱。其中高校的科研力量是不容小視的，但是在依靠高校這一平臺發(fā)展科研的過程中，有些高校還存在著一定的弊端。例如，有些高校的科研只是局限于論文和評職稱層面，沒有重視科研的實踐性，沒有考慮把科研轉(zhuǎn)化為成果，去實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，去促進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當然這一過程是需要大量的科研基礎研究才可以實現(xiàn)，但是在最初的科研規(guī)劃中，就要有產(chǎn)業(yè)化這樣的科研導向。所以，現(xiàn)在的科研工作，在培養(yǎng)創(chuàng)新人才和產(chǎn)教融合方面還存在一定的理念教導問題，致使產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科研工作融合度較低。這就要求高校在培養(yǎng)人才時，應大力構建一些實踐平臺，為學生提高更多的機會，加大與企業(yè)的聯(lián)系，爭取做到科研成果產(chǎn)業(yè)化。

3.2 化工行業(yè)人才培養(yǎng)模式的構建

以我校的地理位置為特色，因地制宜，大力培養(yǎng)化工行業(yè)人才，推動地區(qū)乃至新疆經(jīng)濟的發(fā)展。工程化學作為工科專業(yè)的一門基礎課程，加強理論、實踐和科研的教學，對構建化工行業(yè)的人才十分重要。那么，要構建化工行業(yè)的人才培養(yǎng)模式，需要做到以下幾點：第一，以新疆能源化工產(chǎn)業(yè)的需求作為就業(yè)導向，持續(xù)改進教學人才培養(yǎng)方案，爭取為行業(yè)輸入高質(zhì)量的人才；第二，不斷優(yōu)化和完善課程教學方法，從而提升學生自主學習的能力，讓學生體會學有所用的過程；第三，大力強化思政育人的課程理念，構建“思政育人”的大格局，讓學生在行業(yè)中能夠全方位的發(fā)展；第四，多增加化工實驗實訓平臺，為學生的學習和科研提供更多的平臺，加強學生實踐能力的培養(yǎng)。

4 結(jié)語

積極開展“新工科”背景下的工科教育理念，是適應新形勢下國家培養(yǎng)工科人才的重要途徑。這一教育理念，不僅需要培養(yǎng)學生在工程領域上具備較強的專業(yè)技能，而且對學生的專業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實踐能力都有了更高的要求。在工程化學課程的教學過程中，更加應該去順應時代和國家的發(fā)展需求，大力培養(yǎng)“新工科”人才。因此，進一步優(yōu)化課程體系，對課程進行改革，力爭做到“師者，傳道授業(yè)解惑”，加強思政育人的教學環(huán)節(jié)，積極將理論知識與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，面對不同的專業(yè)開展不同的專業(yè)導向教育教學的學習模式，努力將所學知識與技能轉(zhuǎn)化到企業(yè)和產(chǎn)業(yè)中去，做到產(chǎn)教相融合，為培養(yǎng)高層次、多技能的全能型的工程技術人才而付出行動。