新工科背景下應用化學專業化學綜合設計實驗課程的改革與實踐

王琨琦，紀曉娜，張培旭，鄒廣玉，左妍，崔振峰

（長春工程學院 理學院，吉林長春 130012）

隨著新工科建設的“復旦共識”“天大行動”“北京指南”“交大篇章”等文件的相繼發布，高等教育新工科建設拉開帷幕[1]。新工科建設與傳統專業建設相比，主要體現在“新”上，建設重點是圍繞工程教育改革的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量開展[2]。教育部頒布了《關于地方本科高校轉型發展的指導意見》等文件，強調在新形勢下, 應用型地方高校應用化學專業要培養服務地方經濟社會發展的應用型化學類人才[3]。鑒于此，新工科背景下應用化學專業應以培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才為目標。在應用化學專業的課程設置中，化學綜合設計實驗是培養學生具有知識型、創新型和復合型專業素質的重要課程之一。因此，在新工科建設的大背景下，加速推進化學綜合設計實驗課程建設、改革與發展，對提升教學質量和學生創新能力、工程實踐能力和就業競爭力具有十分重要的意義。

1 新工科背景下應用化學專業化學綜合設計實驗課程研究

1.1 應用化學專業化學綜合設計實驗課程的地位與作用

化學綜合設計實驗是應用化學專業學生在具有一定基礎知識和基本操作技能的基礎上，對學生實驗技能和實驗方法進行綜合訓練[4], 是提高學生綜合素質和實驗操作能力的主要課程，是培養學生實事求是作風和創新精神的有效路徑[5]，也是培養知識型、創新型和復合型人才的重要實踐環節[6-7]。

1.2 應用化學專業化學綜合設計實驗課程開設的現狀

目前，全國2 631 個普通高等學校中有451 所學校開設了應用化學專業，占比為17.1%，其中開設化學綜合設計實驗類課程的有54 所高校，占開設應用化學專業學校的12%，開設比例不是很高?；瘜W綜合設計實驗課程不僅在應用化學專業開設，而且已經擴展到在材料科學與工程、生物工程、生物技術、制藥工程、食品科學與工程、動物科學、環境工程、過程裝備與控制工程、安全工程、建筑環境與設備工程和土木工程等12 個專業，化學綜合設計實驗課程不僅服務應用化學專業學生，還使相關專業學生同樣受益[8]。

1.3 應用化學專業化學綜合設計實驗課程存在的不足

化學綜合設計實驗課程在應用化學專業教學過程中發揮著重要作用，但在課程教學中還存在一些問題，表現在：（1）化學綜合設計實驗課程在形式上沒有鮮明特色，與其他學科實驗沒有區別，不能展現應用化學專業學科特點；（2）部分學生在化學綜合設計實驗課程中表現出動手能力欠缺、儀器操作技能差、理論難以應用于實踐和創新創業能力不足等問題；（3）多數普通高?；瘜W綜合設計實驗課程的課程設置和實驗內容選擇與應用型人才培養需求脫節，實驗經費投入不足，這些嚴重制約了課程教學質量的提高。因此，加快對化學綜合設計實驗課程的建設與改革，是新工科背景下應用化學專業培養新工科人才的迫切需求。

2 新工科背景下應用化學專業化學綜合設計實驗課程的改革與實踐

2.1 明確新工科背景下應用化學專業化學綜合設計實驗課程目標

運用文獻資料法和實地調查法對目前高等學校應用化學專業化學綜合設計實驗課程進行了深入研究，確定了以學生為本、基于0BE 教育理念及以PBL 教學法為理論基礎的改革、建設路徑[9-11]，將培養符合應用化學專業理論與實踐要求的工程實踐能力強、創新能力高、具備競爭力的高素質復合型新工科人才作為應用化學專業化學綜合設計實驗課程總目標，同時將總目標進一步細分為具體目標（見表1）。

表1 應用化學專業化學綜合設計實驗具體課程目標

2.2 更新并完善化學綜合設計實驗課程的教學內容

根據學校辦學定位和專業培養目標定位，結合學科進展和行業需求，對課程教學內容進行了大幅度調整、更新和優化，詳細實驗項目及內容見表2。

表2 應用化學專業化學綜合設計實驗課程實驗項目及內容詳表

表2 中新課程內容以課程目標為導向，增強了實驗的針對性、實用性和創新性，融入了先進的性能表征技術和儀器分析方法，注重加強學生發現問題、分析問題、解決問題能力，自主學習能力和團隊合作精神的培養。

2.3 應用化學專業化學綜合設計實驗課程教學的新方式、方法及環節

遵循以學生為中心的原則，基于0BE 教育理念及PBL 教學法理論，化學綜合設計實驗課程根植課程培養目標，依據不同的教學內容，設計線上仿真、課前預習報告、文獻資料調研、實驗方案設計和匯報、科技先進成果介紹、課堂小組討論、教學現場互動、實驗數據分析與展示和總結性小論文等教學環節，激發學生的學習興趣，增強學生學習主動性和創新意識。同時，采用線上線下相結合的教學方式，結合新的雙語教學、翻轉課堂、微課等先進教學手段提高課程教學效果，具體實施情況參見表3。

表3 應用化學專業化學綜合設計實驗課程教學環節、教學手段、教學方式具體實施表

2.4 建立應用化學專業化學綜合設計實驗課程新考核與評價體系

化學綜合設計實驗課程考核和評價不僅是給學生一個分數，而是對學生能力的一種認定和鼓勵。因此，該課程考核和評價體系的設計及實施要有利于激發學生的主動參與意識，挖掘學生的潛能，提高學生的創造力和創新精神[14]，這符合新工科背景下應用化學專業新工科人才的課程培養目標。

傳統實驗課程考核與評價多采用終結性考核和評價體系，依托實驗報告評定學生課程成績，這種考核和評價方式是片面、不科學的。因此，課程教學團隊構建了形成性考核與終結性考核相結合的考核和評價方式，形成性考核包括實驗方案設計和實驗方案實施兩部分，在總成績中各占比25%；終結性考核包括技能評估和課設匯報兩部分，在總成績中的占比分別為 15%和 35%，課程指標量化考核如圖1所示。

圖1 應用化學專業化學綜合設計實驗課程考核指標量化圖

上述化學綜合設計實驗課程考核和評價方法被應用化學專業3 個學年6 個班級采用，學生反饋積極正面。這種多維度考核和評價體系使學生學習從被動接受型轉為主動參與型，將過去單純重視知識點、技能考核轉變為注重對學生學習能力、解決問題能力和創新能力的考核，有利于學生整體綜合素質提高，更有利于課程教學及時反饋和持續改進。

2.5 應用化學專業化學綜合設計實驗課程建設成果

截至目前，新實驗項目在應用化學專業化學綜合設計實驗課程中已經全面投入，在教學過程中學生表現出濃厚的學習興趣，提升了創新意識和專業應用能力。教師基于相關研究成果發表教學改革論文2 篇；學生獲中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽省賽二等獎1 項，三等獎2 項；完成國家級、省級大學生創新創業項目各1 項，獲省級大學生創新創業項目2 項；獲東北賽區化工學科競賽一等獎1 項、三等獎1 項。

在化學綜合設計實驗課程建設中，教學大綱、教學日歷、實驗指導書、實驗任務書、課程成果報告、課程總結和成績達成度分析等教學資源進一步完善，使該課程教學更加科學化、規范化和制度化，為培養應用化學專業新工科人才提供扎實的基礎保障。

化學綜合設計實驗課程師資隊伍建設取得明顯進展，師德師風建設不斷強化，實行師德師風一票否決制。團隊新增加青年博士教師2 人，在持續開展教學模式與方法、教學內容更新等教學研究活動過程中，團隊專業教學能力和整體素質顯著提升，2 名教師晉升為教授。目前，化學綜合設計實驗課程團隊已經成為一支師德高尚，理論基礎知識扎實，實踐操作能力過硬，富有團隊合作精神，年齡、職稱梯隊合理的師資隊伍，為該課程的可持續發展提供了堅實支撐。

3 新工科背景下應用化學專業化學綜合設計實驗課程改革與實踐的思考

3.1 應用化學專業化學綜合設計實驗課程改革與實踐尚待解決的問題

首先，在新工科背景下，應用化學專業化學綜合設計實驗課程建設要認真貫徹以人為本、發展性強等教育觀，堅定0BE 理念，積極實踐PBL 教學法，并將上述理論與課程建設緊密結合；其次，為保持應用化學專業化學綜合設計實驗課程活力，專業教師要調整課程教學內容、教學方式、教學手段及教學評價體系，不斷學習新理論、新方法，新技能，提升教學能力；最后，要不斷提升應用化學專業化學綜合設計實驗課程教學質量，進一步推進產學研合作教育和互聯網等先進信息技術應用，更充分地使用教學資源。

3.2 應用化學專業化學綜合設計實驗課程改革與實踐的展望

在新工科背景下應用化學專業化學綜合設計實驗課程的改革與實踐中發現，未來該課程建設應該重點加強以下兩個方面工作。（1）特色教材建設。特色教材是培養具有應用化學專業特色新工科人才的重要載體，為此，需要整合現有師資力量，加快編著一批凸顯課程特色、創新性強、實用性強的高質量教材。（2）互聯網共享資源建設。深入挖掘和高效利用互聯網共享資源，豐富教學內容和方法，為培養基本技能與能力扎實、工程實踐能力強、具有創新意識及能力的高素質復合型新工科人才提供支撐。

4 結束語

在新工科背景下，化學綜合設計實驗課程教學團隊堅持以人為本和發展性高等教育觀，基于0BE理念和PBL 教學法等，明確了培養符合應用化學專業理論與實踐要求的工程實踐能力強、創新能力高、具備競爭力的高素質復合型新工科人才的課程目標，調整課程教學內容，增加了行業針對性強、應用廣泛和體現新科技進展的教學內容；采用線上線下相結合教學方式、雙語教學、翻轉課堂、微課等先進教學方法，構建了形成性考核與終結性考核相結合的課程考核和評價模式，為培養應用化學專業新工科人才提供了強有力保障。同時，師資隊伍也在教學改革和發展中得到鍛煉和提高，為課程可持續發展提供了有力保障和動力。

新工科背景下應用化學專業化學綜合設計實驗課程改革與實踐，全面提升了學生科學思維和創新意識，充分調動了學生學習的積極性和主動性，開闊了學生的視野，提高了學生分析和解決實際問題的能力以及對專業的興趣；明顯提升了課程教學效果和質量，為應用化學專業新工科人才培養起到引領和示范作用。