“工程化學”及其實驗課程線上線下結合教學的探索

孫 楊，金 盈，吳友吉，黃 睿

（1.安徽工程大學化學與環境工程學院，安徽 蕪湖 241000；
2.安徽工程大學教務處，安徽 蕪湖 241000）

時代的發展推動了科技的進步，許多新出現的問題和現有的知識相互交融，催生出的交叉專業日新月異，各學科間的交流與融合進一步加深?；瘜W作為一門基礎學科，也更加廣泛地與其他學科發生相互滲透。相關專業的學生要求掌握一定的化學知識，“工程化學”這門課程就應運而生?？梢哉f，“工程化學”就是連接化學知識與工程實踐的一門“橋梁”型學科[1]，是高等工科院校非化學專業開設的一門必修課。通過“工程化學”基本理論的學習，使學生能有意識地運用化學觀點去思考、認識和解決工作、生活中遇到的問題。

我校開設的“工程化學”這門課，所選用的教材是由浙江大學陳林根主編的《工程化學基礎》，屬于普通高等教育“十五”國家級規劃教材。教材內容廣泛，主要包括物質的化學組成和聚集狀態、物質結構與性質、化學反應與能源、水溶液中的化學反應及材料的保護等；
教材涉及的知識面較寬，囊括了“無機化學”“物理化學”“高分子材料”等學科的基本知識?！肮こ袒瘜W”一般作為高等學校各個理工科專業的通識必修課。各專業在使用“工程化學”作為化學基礎課程方面認同度較高，如機械設計制造及其自動化、車輛工程、材料科學與工程、材料成型及控制工程、土木工程等各專業都需要學生對化學基礎知識有一定程度的認知?！肮こ袒瘜W”作為基礎課程有著雄厚的需求背景，作為研究課題有著大量的學生教學案例。

“工程化學”課程從開設至現在，課時數發生了很大變化。從一開始的72學時到現有課程中的48學時（長學時工程化學）和30學時（短學時工程化學），課時數總體來說是大幅度減少的。我們在教學過程中發現，非化學專業的學生在“工程化學”的課堂上學習興趣不高，認為其難度大，學習效果亟待提高。

“工程化學”課程設置在“材料科學基礎”“材料物理化學”“土木工程材料”等專業課程之前，對于學生來說是十分必要的，應當扎實學好?！肮こ袒瘜W”課程設置的內容銜接度高，能夠前承高等數學、大學物理，后續上述各專業課程，也有利于老師在此基礎上更深入地講解。因此，“工程化學”課程的教學內容和教學方法有進行適度改革的必要。作者從近三年來各個專業“工程化學”課程教學實踐的經驗出發，結合我校各專業設置和學生學習能力的實際情況，在“工程化學”的課堂上開展了線上線下混合式教學活動，實施了一些課程內容的改變，探索了線上和線下兩部分教學內容的適用場景以及討論了具體內容的教學后反饋。

近年來，在教學活動轉移至線上開展的大背景下，教學方法發生了重大變化。原有的線下面對面教學活動被線上教學活動方式部分替代，因此教師在教學方法上也亟待轉型升級。在這種情況下，“工程化學”教學方法也應當順應時代潮流，積極對接雨課堂、學習通等線上教學平臺，逐步建設成學生喜聞樂見、易于推廣、便捷高效的課堂教學方式[2]，并且隨著人機交互設備與軟件日新月異的進步，線上的教學方法也更加靈活多樣。多媒體教學早已不再局限于視頻和ppt教學方法，線上教學平臺的推送、海量資源的自主學習，甚至學生與程序人機交互式的個性化學習、拓展式學習[3]等新的學習模式不斷涌現，這就要求“工程化學”課程能夠與時俱進，敢于創新，從形式到內容作出深刻變革。因此，作為工程類高校，我校亟待率先推出特色鮮明的“工程化學”課程教學體系及與其配套的實驗。

進行“工程化學”及其實驗課程內容的修訂目標是建設有安徽工程大學特色的“工程化學”課程和實踐新內容，使“工程化學”課程緊跟各專業的發展變化，更新時代前沿的課程內容。同時，更新升級課程中使用的交互軟件，建設虛擬的“工程化學”課堂，提高學生對化學基礎課程的興趣和學習效率。

完善“工程化學”課程和實驗的教材、課件、網絡資源整合等基本教學內容；
將已有的教學經驗和專業特色的教學內容在教學和實踐環節中加以體現，并匯編整理成講義，為建設具有工科大學特色的“工程化學”課程做準備。探索改革的內容如下：

（1）發展線上課堂教學：線上課堂教學中，雨課堂、學習通代替傳統線下教學中的黑板和試卷，一節課結束以后圍繞一個主題隨堂開展教學效果檢測。學生通過手機端作答迅速，易于操作，測試結果統計起來也相當方便。此外，“工程化學”教材的“第二章物質聚集狀態”對于學生來說普遍學習起來比較容易，可以結合高中知識進一步學習。為此，結合線上開展教學活動的實際情況，讓學生組成3～5人的學習小組，對這一章涉及的“2.2固體”“2.3液體與溶液依數性”“2.4氣體與理想氣體狀態方程”進行討論、分析與總結。然后，在線上課堂學生使用ppt匯報所總結的知識，教師最后點評與糾偏。組與組之間、學生與老師之間，通過這種線上課堂的方式交流，豐富了課堂形式和課程內容，增強了教學活動的參與感和啟發性，有助于學生更加牢固掌握學習知識點。

（2）開展線下翻轉課堂：例如在環境化學、金屬材料腐蝕部分內容結束后，增加了一定學時的ppt匯報。機械制造及其自動化專業的學生對于機械設備的運行條件、大氣濕度等對機械設備的影響以及空氣污染等實踐意義較大，學生結合其他專業知識可進行一定程度的深入探索；
土木專業的學生自主探究的方向為建筑室內環境的影響因素、橡膠等高分子材料的加工；
材料、材科專業的學生自主探究了金屬材料腐蝕電化學過程。在準備ppt過程中，學生們理清了思路，通過翻轉課堂的學習過程加深了知識的印象，掌握了專業相關的前沿領域。

（3）完善更新最前沿的多媒體教學內容。在“第四章 化學反應與能源”和“第五章 水溶液中的化學反應”中使用的化學熱力學公式推導方面以板書為主，但是在教水溶液離子化學、腐蝕電化學、水資源保護等方面內容時，使用多媒體視頻可以在短時間內向學生直觀地介紹大量知識信息，若單純地介紹概念性內容很可能造成課堂氣氛沉悶，教學過程死板。因此，教學中多插入視頻介紹應用方面的實例，能調動學生的在課堂上的學習興趣，提高前排率和抬頭率。

（4）加強”工程化學“實驗方面的探索。未來可以增加實驗的開放程度，實行設置多級結論的實驗結果，充分發揮學生的自主探究和靈活運用能力，進一步完善學生學習能力評價體系。例如：在6滴0.1 mol/L硝酸銀溶液中滴加3滴0.1 mol/L鉻酸鉀溶液，要求學生記錄觀察到的現象。再逐滴加入0.1 mol/L氯化鈉溶液，充分振搖，觀察有何變化，寫出反應方程式。這類沉淀的轉化驗證實驗，原理清晰，反應明確，但學生操作過程中往往記錄的結果五花八門。沉淀應當為白色的氯化銀，由于轉化前沉淀鉻酸銀顏色的影響，學生往往會記錄氯化銀最終為黃色沉淀，甚至這一實驗結果有學生記錄為黃色溶液，這很可能是學生在懸濁液未能固液分離的情況下就已經下了結論，也有可能是學生在“逐滴加入”這個環節中，滴加數的變量有多有少，氯化銀和鉻酸銀兩種沉淀混雜的情形也可能會被當作結果記錄下來。因此，教師應當對這樣不同的結論進行分級評價，對學生的學習能力以示區分。學生堅定得到氯化銀白色沉淀結論并寫出完整化學方程式的，應當給予優良評級；
學生猶豫在黃色還是白色沉淀的，或者對于化學方程式與結論不一致、不匹配的，應當給予良中評級；
學生僅僅是做了該實驗，記錄了黃色溶液或者其他文不對題的答案的情況，應當酌情給予及格，甚至不及格的評級，以示區分。

編寫有本校特色的“工程化學”課程，如新增的人工智能專業的化學基礎知識銜接和緊跟專業動態的實踐內容需要更新換代。針對現有機械設計制造及其自動化、車輛工程、材料科學與工程、材料成型及控制工程、土木工程等專業學習“工程化學”或者“工程化學基礎”課程的特點和需求，在主干教學內容基礎上，定制有特色的教學與實踐內容。

修訂后的“工程化學”多媒體內容豐富，學生交互方式多樣，是適應線上線下混合式教學的課程，具體方案如下：

（1）匯編更多教學內容供學生使用，形成本校特色的”工程化學“講義。

（2）制作更新一套可以線上交互的智能課件，建設多媒體課件庫、手機端習題庫和試卷庫，調動學生課下線上自主學習的積極性。

（3）根據課程實驗內容，制作“工程化學”實驗虛擬仿真平臺，逐步編入內容為結果開放型的“工程化學”實驗線上交互平臺。

全新編排的“工程化學”課程內容增加了多媒體教學互動課堂，學生上課同步可以線上互動答題?；觾热菥o密結合教材，有益于學生自主安排課余時間復習課堂知識，練習鞏固知識，提高學業水平。同時，線上內容與傳統線下的混合又靈活運用了教材之外的一切移動設備和互聯網資源，給學生打造一個立體、自主、高效、便捷的課程學習體驗。

“工程化學”課內的實驗內容設置為顏色變化較多的“沉淀溶解平衡和氧化還原反應”，基本都是基于液相反應的不同顏色的沉淀析出、少量存在冒出氣泡的反應。新修訂的這一實驗作為“工程化學”課內的實驗內容，特點：①有益于激發理工科非化學類專業學生對于化學實驗的興趣，通過顏色變化的沉淀反應和氧化還原，認識化學、了解化學；
②液液反應析出固體，實驗現象豐富，特別是固體的顏色多樣，能充分調動學生學習化學的興趣；
③這類實驗的條件比較溫和，沒有明火加熱，溫度最高為90℃水浴加熱，實施起來安全、高效又節能。

《工程化學講義》預備將來形成我校自主編制的教材，擁有公共章節和特色章節。公共章節涵蓋普通化學和無機化學的部分內容，是大學理工科均需學習的化學知識內容的總論和基礎知識。特色章節緊隨其后，仍按順序統一編排，在面向各個學院的相關專業講授時，選講相應的章或者節。特色章節力求少而精，符合當前教育改革短學時的特點，把講授的內容編得“精”，把線上課后學習的內容編得“廣”。既照顧了所有學生學習到大綱規定的通識知識，也考慮學有余力，有望提升的學生的學習興趣和發展需要。

（1）通過教學內容與教學方法的改進，進一步激發了學生學習“工程化學”的興趣，加強對相關專業學生厚基礎、重應用、有體系的理工科基本素質的培養。

（2）為適應教學現代化、教學內容信息化的需要，本課程相關教案、講稿、課后習題及答案等通過線上教學平臺（超星學習通）發布，并結合課堂實時教學平臺（雨課堂）與學生互動，促進課程教學的互動性和信息化，建立起教師與學生之間的良好互動和及時交流。

（3）加強現有“工程化學”實驗課等實踐環節對于理論知識的強化作用，通過實驗虛擬仿真平臺的建設，進一步提高學生的實踐能力和創新能力，使培養的學生具有一定的科研基礎和科研能力，并且這種線上實驗活動使得教學方式更加靈活，教育場所更加多元，教學效果更加顯著。