工程認證背景下“無機及分析化學實驗”教學改革與實踐

摘要：在工程認證背景下，為了讓學生更好理解實驗理論與工程實踐的聯系，對“無機及分析化學實驗”課程進行教學改革與實踐。通過對教學內容重構，將教學內容置于工程實踐背景中，同時采用線上線下的教學方式，采取過程評價與總結性評價相結合的方式，增強學生學習的積極性和主動性，提高教學效率和質量，為學生提供更具實際應用價值的工程教育，滿足工程認證要求，也為工程認證專業課程的教學提供思路。

關鍵詞：工程認證；教學改革；實驗技能

中圖分類號：TQ

工程教育認證是一種基于能力導向的認證標準，秉承“學生中心、產出導向、持續改進”的教育理念，注重培養學生解決復雜工程問題的能力。在工程教育認證背景下，教學過程不再是以“教給學生什么”為目的，而是要以“學生要達到什么能力”為目標［13］。工程認證著重強調培養學生在工程領域的全面能力，包括問題解決、創新、團隊協作以及倫理責任等方面的技能。中國于2016年正式成為《華盛頓協議》的會員，這一會員資格對于提高我國工程技術人才培養質量具有重大意義［4］。同時，2018年教育部的相關倡議也強調了本科教育的重要性，以及課程在培養人才中的核心作用［56］。

實驗教學是理工科專業一個非常重要的教學環節，對提升學生創新意識和實踐能力起到至關重要的作用，是工程教育認證所規定課程體系的重要組成部分［78］。然而，盡管工程認證的重要性被廣泛認可，但在實際教育中，許多課程，特別是在化學領域的“無機及分析化學實驗”課程仍存在一些問題。傳統的教學方法往往過于理論化，難以與工程實踐有效地結合，可能導致學生畢業后在實際工程應用中遇到困難。因此，對“無機及分析化學實驗”課程的教學改革迫在眉睫，以滿足工程認證的要求，培養更具實際應用價值的工程專業人才。

1工程認證背景下的“無機及分析化學實驗”教學目標

“無機及分析化學實驗”課程是粉體材料科學與工程、高分子材料科學與工程、生物工程、食品科學與工程等涉化類專業大一新生的第一門實驗課程，該課程的學習對后面的專業實踐課程的學習具有重要的意義。

在工程認證的背景下，“無機及分析化學實驗”的教學目標是培養學生的實驗技能、分析實驗數據的能力，并使他們具備一定的實驗倫理和社會責任感。這門課程應該將化學實驗與實際工程應用相結合，使學生能夠將所學知識應用于工程項目，解決實際問題。

2工程認證背景下“無機及分析化學實驗”的教學改革實踐

傳統教學方式下，“無機及分析化學實驗”課程教學一般是教師講解演示，學生操作，課后完成并上交實驗報告，教師評分給出成績。此模式下，師生互動較少，教師無法掌握學生預習情況，評價方式單一，沒有過程性評價，不能滿足工程認證的要求。

基于工程認證背景下“無機及分析化學實驗”的教學改革模式如下圖所示。課前，教師重構教學內容，整合MOOC資源形成本校SPOC資源，發布預習任務，學生觀看SPOC，查閱資料，自主學習，完成預習；課中，學生自主實驗操作并展示實驗結果，教師隨堂指導，指導學生討論實驗過程中的異常現象，并總結歸納；課后，學生完成實驗報告，教師批改實驗報告并反饋出現的問題，并根據實驗內容提出倫理問題，引導學生思考討論，指導學生自主學習了解有關的工程應用，拓寬視野。

基于工程認證背景下“無機及分析化學實驗”的教學改革模式圖

2.1重構教學內容

傳統的教材中，僅是列出實驗目的、實驗原理、實驗步驟、思考題。學生雖然能根據教材理解實驗原理，并能參照教材進行實驗操作，但是學生無法知道該實驗原理能應用于哪些實際應用中。

在工程認證背景下，需要對傳統教材的實驗內容進行重新設計，確保每個實驗都與工程實踐密切相關。實驗應該基于真實的工程案例，要求學生運用化學知識解決具體的工程問題。例如，可以將原本的“氯化鈉提純”實驗改為解決一個工程項目：某化工公司計劃建設高純度氯化鈉生產工廠，以滿足醫藥、電子和食品等領域的需求，目標是生產99.9%以上純度的氯化鈉。再給出實驗原理、實驗步驟、實驗數據記錄表格、思考題等。將實驗內容置于工程案例背景，將空洞的理論場景化，幫助學生理解實驗的實際意義和應用場景。

2.2創新教學方法

傳統教學方法中，只是教師講，學生聽，很容易造成學生倦怠，而且此模式下，教師也無法掌握每一個學生的預習情況，不利于有針對性地進行教學。

隨著科技的發展，相關的MOOC資源很豐富。引入相關的MOOC視頻教程、模擬實驗或附加閱讀材料，構筑本校的“無機及分析化學實驗”SPOC課程，以進一步支持學生的學習。工程認證背景下，可以利用現代技術的發展，采用線上線下混合教學模式。例如，根據學生的知識基礎，在超星學習通上引入各慕課平臺的優勢MOOC資源，如中國慕課平臺上大連理工大學的無機化學實驗MOOC、學堂在線平臺上沈陽工業大學的無機化學實驗MOOC、智慧樹平臺上濰坊學院分析化學MOOC等，組合成適合本校學生水平的SPOC課程，方便學生在課前預習和課后復習。

2.2.1課前預習

傳統學習方式中，學生雖然會在課前預習，但僅是重復抄寫教材上的實驗原理、實驗步驟，沒有對相關的實驗操作進行預習。加之，學生在中學階段沒有實操，對實驗步驟的操作無法理解，預習效果不佳。

在工程認證背景下，學生可以通過線上SPOC課程觀看相關實驗操作的視頻，例如“氯化鈉提純”實驗中的過濾、蒸發濃縮、結晶等操作講解視頻，并使用MLabsPro仿真實驗進行實驗流程的模擬，這有助于學生在課前充分了解實驗內容。教師通過學習通批閱學生上傳的預習報告，并與學生互動交流。

2.2.2課中實踐

傳統教學課堂中，教師講解實驗原理和實驗過程，并進行實驗操作演示，占據大量的課堂實驗時間，且由于學生較多，教師無法對學生進行隨堂指導。

在工程認證背景的課堂上，將課堂還給學生，教師僅在實驗前對學生進行預習檢測，解答預習出現的問題，學生將有充分的時間進行實驗操作。教師可以巡堂指導學生規范操作，解答學生的疑問，引導學生將理論與實際聯系起來，解釋實驗現象背后的原因，以實現實驗的目標。例如，如果有學生在氯化鈉提純實驗中觀察到在蒸發過程中溶液呈現黃綠色，與教材描述的現象不符，教師可以引導學生思考可能的原因并解釋異常現象的出現。

2.2.3課后討論

傳統教學方式中，課后學生僅是完成并上交實驗報告，對于實驗過程中出現的問題、困惑，無法得到解答，師生交流沒有連通。

在工程認證背景下，實驗結束后，學生將進行數據處理并撰寫上交實驗報告，并判斷實驗結果是否達成工程目標。此外，他們還可以在線上討論實驗過程中涉及的工程倫理問題，例如，如何確保實驗室操作的安全性，是否需要妥善處理廢棄物，以及化學家對社會的責任感和倫理道德有何看法。這些課后討論將有助于培養學生的社會責任感和倫理觀念，塑造具備全面素質的工程師。

2.3課程評價的改進

傳統教學模式下，教師僅是通過實驗報告對學生進行總結性評價，實驗報告無法體現學生的實驗操作水平，因此此評價方式沒有對學生的實驗過程進行評價，評價過于片面。

工程認證背景下，課程評價不再僅僅依賴傳統的實驗報告，應綜合考慮過程評價和總結評價。

過程評價包括學生的實驗預習、實驗操作以及實驗報告。實驗預習情況通過學生在學習通上觀看相關課程視頻的記錄、回答練習題的情況，自動生成課程報告，此部分占平時成績的50%。課堂中的表現由課堂考勤、實驗表現和實驗報告組成，具體評分細則見表1，此部分占平時成績的50%。

總結性評價包含兩部分，一部分為學習通上的理論期末考試，占期末考核成績的50%；一部分為線下操作考核，根據專業不同給出與專業相符的課題，學生自行制訂實驗方案并驗證實驗結果，如本校粉體材料工程專業設計的實驗為“重鈣粉體中鈣含量的測定”，學生根據已學的知識自行設計實驗步驟，確定實驗藥品用量，并經過實驗驗證方案給出實驗結論，具體評分標準見表2，此部分占期末考核成績的50%。

3課程改革成效

在工程認證背景下，通過實驗教學改革，提高了學生的實驗技能，加深了實驗原理的認識，增強了實驗操作技能，初步建立了理論和實踐的聯系，初步掌握了科研實驗的基本方法。通過設計實驗的考核，學生基本能夠根據工程目標確定實驗方案，根據實驗方案進行實驗驗證，并能夠通過分析實驗數據評判實驗結果是否達成實驗目標，達到工程認證的目標。

通過問卷調查和個別訪談，學生普遍認為新教學模式使課程學習的目標更加清晰，有助于他們理解所學知識與實際應用的聯系，線上線下混合學習方式以及設計實驗的練習使學生更加自信地進行自主實驗。經過統計發現，通過教學改革后，學生參與教師科研項目和大學生創新項目的比例提高了30%，并且他們在科研過程中的表現得到了指導教師的一致認可。同時，學生積極參加“互聯網+”，獲得國家銅獎1項，廣西壯族自治區金獎3項，銀獎5項，取得了質的飛躍。

結語

總之，“無機及分析化學實驗”是涉化類專業大一新生的第一門實驗課程，在工程認證的背景下，該課程的教學改革與實踐顯得尤為重要。課程改革的核心目標是以學生為中心，培養學生的實驗技能、分析能力和實驗倫理，同時將化學知識與工程實踐相結合，為學生提供更具實際應用價值的教育。這一改革有助于滿足工程領域學生的需求，為學生后期的專業課學習打下堅實的基礎。

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基金項目：2022年廣西壯族自治區新工科項目《城校共生：碳酸鈣現代產業學院“三聚焦、三協同”應用型人才培養模式新探索》；廣西壯族自治區教改重點項目（2022JGZ168）；廣西壯族自治區教改一般A類項目（2022JGA346）；賀州學院校級教改項目（Hzxyybjg202105）

作者簡介：陳秋娟（1983—），女，漢族，廣西賓陽人，碩士，高級實驗師，研究方向為實驗教學、分析檢測。

*通訊作者：莫福旺（1986—），男，漢族，廣西賀州人，博士，副教授，研究方向為稀土發光材料。