化工大类专业课程教学改革之初探

程金萍　王胜平　黄成德　范江洋　张宝

[摘 要] 以天津大学化工学院专业课程的教学改革为例，从教学方法、课程思政、评价体系三方面入手，介绍了以学生为中心，借助信息技术拓宽课程内容和国际视野等化工大类专业课程及实践课程教学改革的具体措施，列举了增强学生的民族自豪感和创新能力、学科自身的使命感和责任意识等课程思政切入点，以及多元評价体系的构成，为构建有高度、有深度、有创新性的化工大类的金课教育体系提供了一种可借鉴的模式。

[关键词] 教学模式;课程思政;评价方式;化学工程

[基金项目] 2020年度天津大学课程思政教改项目“理论电化学课程思政示范建设项目”（20200242）

[作者简介] 程金萍（1973—），女，黑龙江齐齐哈尔人，学士，天津大学化工学院本科生教务部部长，主要从事教学改革与教学管理研究;王胜平（1973—），女，河北石家庄人，博士，天津大学化工学院教授，博士生导师，主要从事教学改革研究;黄成德（1968—），女，四川中江人，博士，天津大学化工学院副教授，硕士生导师（通信作者），主要从事教学改革研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）04-0005-04 [收稿日期] 2021-06-01

在高等教育阶段，最值得重视并与青年学子成才及深造息息相关的关键阶段是本科教育阶段。前教育部部长陈宝生指出，高教大计、本科为本，本科不牢、地动山摇;因此，目前高等教育的教学改革应围绕“以本为本”来进行。在深化高等教育改革的过程中，应着力推进“四个回归”，以“奋进之笔”为总抓手，为提高人才培养质量提供保障[1]。而如何将教学改革贯穿本科课堂教学的全过程并全面提高课程建设质量，是实现“以本为本”的关键措施之一。

一、化工大类课程简介

天津大学化工学院共设有7个本科专业：化学工程与工艺、过程装备与控制工程、分子科学与工程、制药工程、生物工程、食品科学与工程和应用化学（工）。而化学工程与工艺专业又分为化学工程、化学工艺、工业催化和高分子化工四个方向。目前开设的专业基础课、基础实验课及专业选修课共90余门，其内容覆盖了化工、制药、能源及食品等领域。不同专业的学生在大学一年级及二年级所接受的化工类基础知识相同，进入三年级之后，在专业细分的前提下，各个专业的专业基础课内容差别较大。尽管七个本科专业各有特色，然而在“大化工”的框架下，其办学定位、培养目标是一致的，即培养专业理论知识扎实、专业综合素质高、追求卓越，具有家国情怀、全球视野、创新精神、实践能力的卓越人才。

二、化工类专业课程教学改革的设计思路与举措

（一）创建新的教学方式

“具有良好的现代科学素质、人文素养、社会责任感和职业道德，扎实掌握本学科的基础理论和专业技能”是天津大学化工学院的人才培养理念。如何立足于该理念，并根据专业基础课和专业课内容的不同，构建新的教学方式和手段是教师面临的问题。“课程专门化模式”提出：高校教学法的有效性取决于两个要素，一是专业知识的性质与结构;二是学生的发展状态和学习规律[2，3]。因此，在化工学院的各门课程中，以专业知识为基础和实践能力为抓手的教学方式的变革并不相同。例如：“制药工艺学”是制药工程专业的专业核心课，该课程内容丰富，将制药工艺的基础知识、共性规律和典型药物（如青霉素、维生素C、重组人干扰素、重组人红细胞生成素）等生产工艺融合在一起，是一门将化工的基础单元操作和生物、制药的需求相融合的课程。在该课程教学中，教师采用了以下四种方式构建了新的教学方法：（1）建立新的课程教学资源。充分利用信息技术和互联网技术，在中国大学MOOC的基础上，在智慧树平台上建立了生物制药工艺学和化学制药工艺学网络教学资源（例如大纲、课件、学习方法、学习视频、作业等）;建立课程微信群，及时回复学生遇到的问题。同时，针对突发的新冠疫情，及时增加新冠肺炎及其药物制造工艺分析方面的教学内容。（2）在课程的深度和广度上进行延伸，引导学生线下拓展型学习。充分利用智慧树平台，布置预习、测试题、课后作业，并发布课外阅读内容、资料及学习资源链接等，要求学生在规定时间内完成并提交。（3）与线下学习密切结合，进行双向互动教学。利用教学平台的问答广场，及时与学生交流课内外学习内容并进行互动讨论。在课堂教学中，只讲解作业、习题中的重难点、易错点，解答学生的疑问。（4）布置单元综合大作业，进行反转课堂教学。将各章内容联系起来，以产品工艺研究开发为目标，布置大作业。由学生制作课件，并在规定时间内进行讲解，同时学生之间互动提问和交流，教师给予点评。化学工程专业是化工学院的优势专业，教师的科研能力强，故该专业开设的“化学工艺学”课程的教学方式与上述提及的“制药工艺学”有较大差别。该课程首先在课程内容上进行创新，即根据工程教育的特点，以工艺过程讲授为主，与新工艺、新技术、新进展相结合，加强基础、面向实际，引导思维、启发创新。根据学科前沿，更新教学内容，拓展知识模块，增加绿色化学工艺、工艺技术专题内容，根据科技和产业发展及时更新课程相关工艺路线、流程和设备。在课堂讲授时，还把教学团队的部分科研成果转化为教学内容，促进了科研与教学互动。随后在教学过程中，先强调问题导向和团队学习，注重高级认知方面的教学设计，如借助现代教育技术，利用多维教学资源课前自主学习，课堂中对工艺热点及难点进行必要的研讨、辩论、作业分享等，在交互式活动中实现能力建设及态度养成。另外，注重实践创新能力培养，如利用多媒体、实验室参观、虚拟仿真、模式装置等多层次实践教学平台，将理论与工程实践相结合，提高学生解决实际问题的能力。

（二）以课程思政为抓手

课程思政在本质上是学术思想政治、教学思想政治。课程思政育人就是要把科学的思维方法、做人做事的基本道理、社会主义核心价值观的要求、服务国家的理想和责任充分融入课程教学中[4]。在“新药设计与开发”课程中，教师在尊重课程内容的逻辑性、完整性和科学性的基础上，分别以“讲好一个中国故事、塑造一种天大品格、树立一位天大典型”作为课程思政的三个切入点。“讲好一个中国故事”，即把2020年防疫阻击战中的中央精神、先进事迹等鲜活素材及时纳入课堂，充分发挥课堂的主渠道、主阵地作用，让学生切身感受到中国制度的优越性。把抗疫过程中的典型经验变成教育教学中的“活教材”，在向学生传递科学严谨治学态度的同时，激发青年学子的爱国热情。通过介绍中医中药对新冠肺炎的治疗和康复作用，引导学生增强文化自信，培养其民族自豪感。而“理论电化学”是化学工程与工艺专业电化学方向的专业基础课，该课程的特点是理论性较强，涉及的基本概念和公式推导较多。教师在具体的教学活动中以如下四个方面作为课程思政的切入点：（1）介绍电化学与国家建设的关系。在绪论或介绍电极电位在材料保护应用的过程中，结合实际的案例，例如，闻名中外的港珠澳大桥设计使用寿命为120年，得益于电化学领域中的金属阴极保护技术;比亚迪的磷酸铁锂“刀片”电池使新能源汽车续航里程达到605公里，多方面介绍国民经济建设中的先进技术，激发学生的民族自豪感。在介绍电化学的发展历史时，将业界的国内著名人物介绍给学生，通过前人在国民经济建设和科技工作方面的突出贡献潜移默化地影响学生的人生观。例如，国内电化学领域知名学者查全性，1977年从国家建设和人才选拔和培养的角度出发，率先提出恢复高考，改变了千千万万青年的命运;学术界享有盛名的“父子院士”——田绍武、田中群为电化学发展做出的巨大贡献。（2）学科和专业本身的使命感和责任意识教育。在课程教学设计针对课程内容，重点强调在电化学领域国家今后发展的方向及目前国际上能源领域研究取得的创新性技术成果。例如，向学生介绍2019年诺贝尔化学奖获得者在锂离子电池方面的开创性成就，增强学生学习的兴趣，提高学生对本专业的认同感。在具体的教学案例中，力图使理论联系实际，讲述具体的概念和动力学公式在研究前沿和产品开发及评价中的应用，或者结合课程内容，和学生一起谈谈行业内的热点问题和新闻，让学生认识到学科的重要性。例如，珠海银隆公司开发的锂离子电池，其使用寿命长达上万次，已用于天津、哈尔滨等地的公交车，减少了燃油车尾气排放带来的大气污染。此外，邀请外单位的专家作行业发展方面的讲座，如中电科集团第十八研究所的教授级高工给学生介绍了在国民经济建设和国防方面化学电源的应用，强调了电化学的实际应用，突破了课程书本内容的限制，拓宽了学生的眼界，深受大家的欢迎。（3）进行创新思维的培养。在教学环节，让学生作为主体参与课程的教学。例如，让学生充当讲师，分组教授课程的某些内容，采用课堂展示的方法进行演示。在这个过程中，培养了学生的创新思维和严谨的科学态度。而学生的综合素质、团队精神和实事求是的工作作风均得到了训练，同时也培养了学生自主学习的能力，强化了学生的科学素养。（4）在教学过程中，结合授课内容融入自然辩证法的观点，培养学生的哲学思维，使之在后续的研究和工作中能够运用辩证思维有效地发现和解决问题。例如，在讲述非稳态浓度极化公式的推导时，引导学生思考如何根据具体情况，从繁到简地确定初始条件和边界条件，如何根据边界条件的不同进行分类讨论。在“食品工艺学”课程中，食品安全和行业伦理是该课程的课程思政切入点。例如，列举“三聚氰胺”“苏丹红”等食品安全事件对消费者和涉案企业的影响，明确《中华人民共和国食品安全法》等法律法规的重要性;让学生知晓HACCP、GMP、ISO等质量管理体系，以及国内著名食品企业;明确作为食品从业者的基本素质和职业道德，了解从国家标准网、食品伙伴网等网站查阅食品相关知识的方法。

（三）建立新的评价体系

一个良好的评价机制是形成教学竞争性氛围的关键因素，是教师工作重心回归课堂、回归教学的重要保障。通常教学评价体系分为过程性评价和形成性评价。过程性评价注重学生在学习知识过程中的活动，这种评价有利于促使学生主动参与到学习中;而形成性评价则着眼于学生掌握了哪些知识和技能，这种评价有助于教师根据学生的反馈，及时调整教学计划，改进教学方法[5]。传统的评价体系大多为形成性评价，对学生能力的评价过于单一。随着“以学生为中心”的教育理念逐渐贯穿本科课堂教学的全过程，我们对化工类课程的教学评价体系也进行了改革，构建了新的评价体系。然而，脱离了教学方式和教学手段的评价体系无异于“空中楼阁”，但与课程自身的教学改革相融合的评价体系不但有助于反映学生的综合素质，同时对课程的建设和教学方法的改进也具有促进作用。在“精细有机合成化学及工艺学”课程中，教学团队构建了多元化评分体系，加强了学生综合能力的提升。具体做法是将课程引入大作业和课堂展示环节，把精细合成新技术列为大作业，请学生自己选择题目，通过自主查阅文献资料，进行文献综述，写出文献综述报告，并按照选择的课题，组成小组讨论，加深对新技术的理解。各组在讨论的基础上，在课堂上展示PPT，做口头报告，教师与学生一起探讨学术前沿热点问题。这种创新模式在强调学生团队合作的基础上，培养了学生查阅文献、综述文献的能力，激发了学生对学科前沿的兴趣和独立调研、思考的能力，獲得学生的一致好评。在考核方式上，加大了过程成绩所占比重，引入阶段性测验，提高了作业和讨论环节的成绩比重，并在期末考试中加入对前沿热点的考查，提高学生对于学习过程的重视，改变“一考定成绩”的传统做法，让学生平时的努力体现在最终成绩上。在“制药工艺学”中，采用的评价方式是将平时作业习题等测验与考试考核相结合，综合评定学生成绩。在“化学制药工艺学”课程中，平时成绩由签到和互动次数（10%）和每章测验（40%）组成，单元考核由大作业的翻转课堂组成（50%）;在“生物制药工艺学”课程中，平时成绩由每章测验（20%）、单元大作业（30%）组成，期末闭卷考试成绩占50%。例如，在“生物制药工艺学”课程中，57名学生每人一题，布置57种新药的微生物制药、基因工程制药、动物细胞制药工艺研究的三个大作业。在“化学制药工艺学”课程中，56名学生分28组，两人1组，共布置28种最新药物，学生必须查阅大量中外文献，团结合作才能按时完成所布置的8个单元大作业，并最终形成所选药物的生产工艺设计研究翻转课堂汇报。“化学制药工艺学”课程2019年的平均分为78.33，2020年的平均分为84.23，均分比上一年提高了7.5%。

目前，高校本科教育改革的主题是建设具有高阶性、创新性和挑战度的“金课”[6]。在这个过程中，既对教师自身的知识水平和教学能力提出了更高的要求，同时也要求教师对学生思维和能力的训练有所侧重;因此，在教学方法和手段的改进中，应在实际的教学中引入创新思维。对课程的内容和上课形式不能墨守成规，而应引入前沿性和时代性资讯，充分利用案例式、启发式和互动式的教学形式，依据课程本身的特点，积极利用信息化的手段，培养学生的创新思维。