工程认证视域下工科专业工程化学一流课程建设探究

摘  要：工程化学是工科非化学专业的一门基础化学类课程，是化学学科与工程技术间的桥梁。大量实践表明，工科学生在课程学习中存在“化学和工程有什么关系？”“为什么要学化学？”“学化学有什么用？”等疑惑，学习效果普遍较差。为激发学生的学习兴趣和提升教学质量，提高大学生学习的适应能力和培养科学的思维方式，我们结合“两性一度”原则和工程专业教育认证三大理念对工程化学课程进行建设。以学生为中心，以知识传授和价值引领为目标，从教学目标的重构，课程内容的优化，教学过程的设计三方面着手，采用线上线下混合教学模式，促成“知其然，且知其所以然，更能用之于然”的学习效果。

关键词：工程化学；以学生为中心；一流课程建设；案例教学；教学目标

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）25-0020-05

Abstract： Engineering Chemistry is a basic chemistry course in engineering non-chemical major and a bridge between chemistry and engineering technology. It is indicated that engineering students have some doubts in chemistry learning， such as "What is the relationship between chemistry and engineering？"， "Why study chemistry？" and "What's the use of learning？"，resulting in unsatisfactory learning effect. In order to stimulate students' interest and improve teaching quality， improve the adaptability of university learning and cultivate a scientific way of thinking， we have combined with the principle of "Two properties and One degree" and three concepts of Engineering Certification. Taking students as the center， and taking knowledge impartment and value guidance as the goal， we have made improvements in reconstruction of teaching objectives， optimization of course content and design of teaching process， and used the online and offline mixed teaching mode. The students can not only know how and why but also use chemical principles skillfully.

Keywords： Engineering Chemistry; student-centered; first-class undergraduate curriculum; case-based teaching; teaching objective

《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》中明确指出课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量[1]，全面开展一流本科课程建设，以“两性一度”为评判基本标准[1]。工程化学是针对工科非化学专业开设的一门基础化学类课程，是化学学科与工程技术间的桥梁。

兰州交通大学（以下简称“我校”）是以工科为主、服务交通的多学科协调发展的综合性大学。工程化学课程自1958年建校开设，不仅支撑我校特色专业（土木工程、交通运输、铁道工程等）参加“工程认证”课程体系中15%的自然科学课程[2]，而且支撑毕业要求子项第1项和第7项的达成。

工程化学作为公共基础课，开设在第一学期。学生不明白化学与其所学专业的关系，存在“化学和工程有什么关系？”“为什么要学化学？”“学化学有什么用？”等困惑[3]，致使学习动力不足。为加强工程化学与专业课程之间的联系，激发学生学习兴趣，提高教学质量，提升大学生学习的适应能力和培养科学的思维方式，本课程教学团队坚持以学生为中心，以知识传授和价值引领为目标，不断完善课程教学内容和知识体系、改革教学方法和优化考核机制。

一  教学目标与理念

为适应当今社会发展对人才的需求，体现对工科专业毕业要求的重要支撑，本课程根据我校的办学定位、专业培养方案，从知识、能力和素养三方面着手制定了课程教学目标。

知识目标：使学生了解化学的知识体系和化学在现代社会中的地位；熟悉化学学科与其专业的关系；掌握化学基本理论知识。

能力目标：能够应用化学原理对工程问题进行合理分析；具备应用工程的观点和思维解决工程实际问题的能力。

素养目标：培养学生自主学习能力，形成批判性思维和创新意识；增强文化自信和家国情怀；强化工程与职业伦理意识。

为实现以上教学目标，我们构筑了以“应用为导向—问题为线索—学生为主体—创新为目的”的核心理念。通过化学原理在实际工程和生活实践的应用为导向，激发学生的学习兴趣；以科学问题为线索推动对化学基础知识的理解，增加学生对基础知识的应用能力；通过探究、翻转的学习模式，培养学生自主学习、团队协作能力及批判思维的形成；融入工程中科技成果的实践创新，促进学以致用。

二  教学内容

课程建设的核心是教学内容和知识体系的构建[4]。工程化学教学内容分为化学基本理论和工程中常见的化学应用两部分。为加强工程化学与专业课程之间的联系，激发学生学习兴趣，我们构筑了“整合知识+工程案例+生活案例”内容模块。首先，依托北京交通大学出版的《工科化学》对知识进行整合，以化学热力学、化学动力学、水溶液反应和电化学四大内容为主，内容层层递进，符合学生的认知。其次，融入工程案例和生活案例。工科专业的高阶教学目标是要培养学生解决复杂工程问题的综合能力和终身学习的能力，因此，工程化学的教学重点是化学在工程中的应用。我们根据专业需求对教学内容进行有效的取舍，多引入实际工程案例。从专业应用、生活实践、人文素质等方面进行案例设计，培养学生的综合应用能力，开拓学生的创新思维，激发学生的探究精神和爱国情怀。

（一）  工程案例

随着科技进步和交叉学科的发展，各行各业都有化学知识的渗入，并且这种渗透越来越深入。实际教学中，根据专业需求，借助典型案例分析，帮助学生理解化学与其所在专业的联系，提高学生理论联系实际、发现问题、解决问题的能力，培养具有化学素养的高质量工科专业应用复合型人才。表1列举了一些我校特色专业涉及的工程案例。

土木工程建设用到大量的水泥，为什么不同的工程使用的水泥不同？这可能是因为水泥成分不同导致水化热不同，水化热不同收缩应力不同，对工程质量的影响不同；也可能是因为水泥及其固化后的产物与周围环境物种发生反应，从而影响工程质量。那么，实际工程中怎样选择水泥呢？中国高铁技术——国家亮丽的名片，无缝钢轨的焊接使用铝热剂，反应如式1所示，该反应是放热反应还是吸热反应？在实际工程操作过程中如何进行？老师抛出与学生所学专业相关的问题，学生进行探究分析，在翻转课堂进行案例分享。这不仅有利于促进学生了解化学与其专业间的关系，同时提升学生分析问题、解决问题的能力。

Fe2O3+Al→Fe+Al2O3（1）

（二）  生活案例

化学是一门实用性学科，涉及我们生活的方方面面。表2列举了部分生活中的化学原理。比如，龋齿的形成。Ca和P在骨骼牙齿中以羟基磷灰石（Ca5（PO4）3OH）形式存在，在口腔唾液中存在沉淀溶解平衡关系，而糖类物质在口腔酶的作用下会产生有机弱酸（H+），有机弱酸H+与OH-结合促进平衡右移（图1），导致牙齿损伤，形成龋齿。而含氟牙膏可以有效防止龋齿，主要是F-可以形成更耐酸的氟磷灰石（Ca5（PO4）3F）。通过对生活中小问题所蕴含的有趣化学原理的认识，学以致用，切身体会，激发了学生的学习兴趣。

（三）  思政案例

课程教学过程中深入挖掘课程中蕴含的思政教育资源，在传递知识的同时，潜移默化地开展思政教育，实现立德树人。工程化学中的思政元素见表3。

催化剂学习中，结合当下的俄乌战争，全球出现能源危机。在我国，2022年上半年95号汽油价格突破十元，92号汽油价格进入九元时代。我国石油的对外依存度近80%，如何解决我国的能源危机呢？引导学生分析我国的能源结构——富煤、贫油、少气。我们要大力发展煤炭行业，将煤变油、变清洁能源。煤如何变成油呢——催化剂是关键。当前，我国神华集团煤直接液化和煤间接液化工艺居世界前列。

密西西比河大桥坍塌——“一坨鸟屎”引发的灾难案例分析，使学生明白一个小问题可能带来灾难。借此，引导大家了解印度比尔哈邦大桥、美国科马海峡吊桥、加拿大魁北克大桥等世界桥梁的故事，同时分析我国的“豆腐渣”工程（上海莲花河畔景苑、武夷山公馆大桥、九江大桥等）。每个事故都折射出工程在设计、承建、监理、检测等多方面的失职。这突出了工程师的工程伦理重心和伦理责任的重要性。作为土木学子首先必须培养个人的工程伦理和职业道德，在从事工程活动中严格遵循工程伦理的五项原则，利用知识和技能为人类造福，为中国的基建强大贡献力量。

三  教学过程

（一）  教学模式

基于学习通网教平台，采用线上线下混合的教学模式。老师课前发布教学任务，学生完成自主预习，掌握基本概念和原理，并完成小测。课中重在参与互动，学生通过翻转课堂、问题讨论，小组任务展示等方式参与课堂，教师讲解重难点。课后重在思维拓展，通过思维导图梳理，巩固回溯知识；通过讨论、质疑加深知识理解，通过小组任务及拓展知识，增加挑战度。

（二）  强化教学管理过程

要促使学生有效的自主学习并取得一定的学习成效，教师必须强化教学管理过程，落实每一个教学环节，进行全方位的教学设计。开课前，将分组情况、准备好的详尽教学大纲以及采用的教学模式通过学习通网教平台发布给学生；每节课前1～2天发布教学设计，细化学习任务（图2）。

（三）  重视动态学情

“以学为中心”就是以学生的学为中心。首先认真、全面地分析学情，再因材施教，并且将学情分析贯穿于整个教学过程。老师通过学生课前预习的小测试掌握学生的基础，灵活调整教学重点；通过课堂互动、讨论和翻转课堂了解学生的学习能力和学习习惯，调整教学方法；通过课后作业完成情况了解学生对知识的掌握，指导后续教学。

（四）  优化过程考核

注重过程考核，体现付出与收获的平衡。针对教学过程的不同环节设置考核方法和分值占比（表4）。“以学为中心”的过程考核强化了对学生平时学习过程的考核，平时成绩在课程考核总成绩中的占比为50%；平时成绩又细分为课前、课中和课后3个环节，并对各自的考核方法进行详细的说明。同时卷面考核以主观题型为主，以化学原理应用的分析题和案例题为主，重在考察学生对基础知识的理解和应用。

四  教学成效