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問(wèn)題鏈教學(xué)模式在工程熱力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2017-04-20 10:40邱進(jìn)偉
科技視界 2017年1期
關(guān)鍵詞:教學(xué)功能工程熱力學(xué)問(wèn)題鏈

邱進(jìn)偉

【摘 要】介紹了問(wèn)題鏈教學(xué)模式的概念,設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈時(shí)的基本要求。從工科院校教學(xué)功能的角度出發(fā),研究不同的問(wèn)題鏈類(lèi)型,并將該模式應(yīng)用于工程熱力學(xué)課堂教學(xué)中。以問(wèn)題為主線,將課堂教學(xué)內(nèi)容經(jīng)過(guò)提煉和加工,然后設(shè)計(jì)成若干個(gè)教學(xué)問(wèn)題,形成一定的邏輯鏈條。問(wèn)題鏈教學(xué)模式避免了教師“灌”,學(xué)生“收”的單一被動(dòng)接受的弊端,問(wèn)題鏈教學(xué)模式適用于高校講授型的課堂教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】問(wèn)題鏈;教學(xué)模式;工程熱力學(xué);教學(xué)功能

工程熱力學(xué)是研究熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門(mén)學(xué)科,課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容面廣、概念抽象、晦澀難懂,相對(duì)一部分學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)有一定困難[1]。工程熱力學(xué)課堂教學(xué)中,大部分教師采用的是“教師講,學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)模式,這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式在高校是普遍存在的。這種教學(xué)方法忽略了學(xué)生的“問(wèn)”,從而導(dǎo)致學(xué)生缺失應(yīng)有的存疑、批判、想象和創(chuàng)造的學(xué)習(xí)過(guò)程。長(zhǎng)此以往,就存在教師“灌”,學(xué)生“收”的單一被動(dòng)接受的弊端,這樣就是容易造成學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力不足等問(wèn)題,這往往與工程熱力學(xué)的課堂教學(xué)效果背道而馳。英國(guó)哲學(xué)家波普爾說(shuō):“科學(xué)知識(shí)的增長(zhǎng)永遠(yuǎn)始于問(wèn)題,終于問(wèn)題”[2]。那么,對(duì)于要講授的課堂教學(xué)內(nèi)容,如何重新設(shè)計(jì),形成若干個(gè)未知的教學(xué)問(wèn)題,以問(wèn)題為中心展開(kāi)教學(xué),讓問(wèn)題貫通整個(gè)教學(xué)過(guò)程呢?筆者采用了問(wèn)題鏈教學(xué)模式進(jìn)行工程熱力學(xué)教學(xué)研究與實(shí)踐,并對(duì)各種不同的問(wèn)題鏈加以運(yùn)用。

1 問(wèn)題鏈的教學(xué)模式

1.1 問(wèn)題鏈教學(xué)模式的定義[3-4]

何謂問(wèn)題?問(wèn)題是一個(gè)障礙、一個(gè)有待完成的目標(biāo),即“問(wèn)題=障礙+目標(biāo)”。所謂“問(wèn)題鏈”是教師根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo),通過(guò)將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提煉,并設(shè)計(jì)成一連串的問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比、分析、綜合和概括,問(wèn)題鏈就是這些像鎖鏈一樣的問(wèn)題集合,問(wèn)題鏈就是圍繞某一個(gè)教學(xué)目標(biāo),開(kāi)發(fā)出來(lái)的一連串層層深入的問(wèn)題集合體。因此,開(kāi)發(fā)出來(lái)的問(wèn)題應(yīng)該環(huán)環(huán)相扣、由淺入深,而且應(yīng)該具有多元性、多角度,分層次等特點(diǎn),問(wèn)題的編制應(yīng)宜粗不宜細(xì),問(wèn)題要少而精。問(wèn)題鏈要能達(dá)到引導(dǎo)學(xué)生對(duì)舊知識(shí)點(diǎn)的回憶和重構(gòu),并對(duì)新知識(shí)點(diǎn)的探索和思考的目的,起到開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的作用。

1.2 問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)要求

問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)不是隨機(jī)的,任意的,必須具有一定的邏輯順序,設(shè)計(jì)的問(wèn)題鏈能方便教師引導(dǎo)學(xué)生。問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)要求如下:

1)問(wèn)題鏈應(yīng)明確教學(xué)目標(biāo),突出本節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn);

2)設(shè)計(jì)的問(wèn)題鏈必須對(duì)學(xué)生有驅(qū)動(dòng)性和啟發(fā)性;

3)問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)需要具有層次性、遞變性、情境性、可行性;

4)問(wèn)題鏈應(yīng)具有趣味性、新穎性,能集中學(xué)生的注意力、激發(fā)學(xué)生的求知欲。

2 問(wèn)題鏈教學(xué)模式的應(yīng)用

“問(wèn)題鏈”在功能和形式上多種多樣,其設(shè)計(jì)也因“問(wèn)”而異。工程熱力學(xué)課程內(nèi)容比較多、概念活,研究對(duì)象為氣體,根據(jù)工程熱力學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié),基于教學(xué)立意,圍繞教學(xué)中心,從而設(shè)計(jì)不同的問(wèn)題鏈類(lèi)型[5]。根據(jù)教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)立意設(shè)計(jì),筆者在工程熱力學(xué)這門(mén)課設(shè)計(jì)的問(wèn)題鏈主要有:引入性問(wèn)題鏈、探索性問(wèn)題鏈、情境性問(wèn)題鏈、類(lèi)推性問(wèn)題鏈、總結(jié)性問(wèn)題鏈等。

2.1 引入性問(wèn)題鏈

傳統(tǒng)的引入性方法是直接從前一節(jié)內(nèi)容開(kāi)門(mén)見(jiàn)山引入本節(jié)教學(xué)內(nèi)容,方法往往枯燥乏味。引入性問(wèn)題鏈就是教師將舊知識(shí)點(diǎn)直接平滑連接到后續(xù)的知識(shí)點(diǎn)上,引導(dǎo)學(xué)生的注意力,喚醒學(xué)生找出問(wèn)題答案的求知欲而設(shè)計(jì)的問(wèn)題鏈。

講授水蒸氣的熱力性質(zhì)時(shí),教師可以以某一發(fā)電廠為出發(fā)點(diǎn),引入教學(xué)內(nèi)容,采用該教學(xué)模式實(shí)施課堂教學(xué),具體教學(xué)設(shè)計(jì)如下:

問(wèn)題1:同學(xué)們每天都用電,很多電都是由熱能轉(zhuǎn)變而來(lái),那么你們知道熱能是如何轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷膯幔?/p>

問(wèn)題2:發(fā)電廠有哪些主要的熱力設(shè)備,各設(shè)備功能是什么樣的?這些熱力設(shè)備中的循環(huán)工作的工質(zhì)是什么?這些工質(zhì)是如何把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能發(fā)電的?

問(wèn)題3:工質(zhì)的熱力狀態(tài)發(fā)生了哪些變化,其變化過(guò)程中,工質(zhì)發(fā)生了哪些基本的熱力過(guò)程?

在教學(xué)中,教師先拿出一個(gè)大家都熟悉的發(fā)電廠發(fā)電的話題,讓學(xué)生在開(kāi)放的氛圍中展開(kāi)思考;接著通過(guò)展示熱力發(fā)電廠的相關(guān)圖片或播放錄像,邊看邊向?qū)W生解釋燃煤發(fā)電廠工作過(guò)程;然后通過(guò)PPT向?qū)W生展示蒸汽動(dòng)力裝置示意圖,如圖1所示。根據(jù)蒸汽動(dòng)力裝置流程簡(jiǎn)圖向?qū)W生介紹水蒸氣動(dòng)力循環(huán)的系統(tǒng)組成、工作原理及循環(huán)在T-s圖和p-v圖上的表示方法。

2.2 探索性問(wèn)題鏈

探索性問(wèn)題鏈?zhǔn)窃O(shè)計(jì)一些具有探索性和趣味性的知識(shí)問(wèn)題。這種教學(xué)方法能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索學(xué)習(xí),同時(shí)能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索精神,探索性問(wèn)題鏈能使學(xué)生從現(xiàn)象探索事物的本質(zhì)。

在講授“濕空氣”時(shí),教師先讓學(xué)生思考簡(jiǎn)單的生活問(wèn)題,由此提出探索性問(wèn)題讓學(xué)生展開(kāi)討論,通過(guò)教師對(duì)實(shí)例啟發(fā)性的分析,把枯燥的理論變成具體的實(shí)際問(wèn)題。由此,教師設(shè)計(jì)如下問(wèn)題鏈:

問(wèn)題1:為什么陰雨天曬衣服不容易干,而晴天則容易干呢?

問(wèn)題2:什么是濕空氣?什么是干空氣?如何理解水蒸氣的含量是變量這一問(wèn)題?

問(wèn)題3:未飽和濕空氣和飽和濕空氣有什么區(qū)別?水蒸氣的分壓力和溫度有何關(guān)系?由此得出什么結(jié)論?

教師通過(guò)生活實(shí)例,向?qū)W生解釋?zhuān)骸瓣幱晏飙h(huán)境空氣濕度大,空氣吸取水蒸氣的能力差,所以陰雨天曬的衣服不容易干。晴天則恰恰相反,所以容易干”。教師讓學(xué)生對(duì)濕空氣相關(guān)概念進(jìn)行理解、探究,引導(dǎo)學(xué)生去分析。留有足夠時(shí)間和空間讓學(xué)生去思考分析,爭(zhēng)論探討,提煉拓寬,訓(xùn)練學(xué)生思維的深刻性。

2.3 情境性問(wèn)題鏈

情境性問(wèn)題鏈就是教師設(shè)計(jì)或引入特定的生活情境,使學(xué)生產(chǎn)生一定的求知欲。精心設(shè)計(jì)的情境可以使學(xué)生從情境中挖掘出新知識(shí)點(diǎn),從而幫助學(xué)生更好進(jìn)入新知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

為了讓學(xué)生掌握壓縮制冷循環(huán)這一知識(shí)點(diǎn)時(shí),首先展示一幅錯(cuò)誤安裝空調(diào)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的的圖片,如圖2所示。針對(duì)這一生活情境,設(shè)計(jì)如下問(wèn)題鏈:

問(wèn)題1:同學(xué)們來(lái)看一下這幅圖,圖中,室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的安裝是否正確,為什么?那么這樣安裝會(huì)產(chǎn)生什么效果,為什么?

問(wèn)題2,:壓縮機(jī)制冷循環(huán)的是如何實(shí)現(xiàn)房間制冷的?壓縮制冷循環(huán)的工作原理?各經(jīng)歷了哪些循環(huán)過(guò)程?

問(wèn)題3:如何利用P-V圖和T-s圖來(lái)表示壓縮機(jī)制冷循環(huán)過(guò)程?制冷系數(shù)如何確定?

教師利用這種貼近生活、富有吸引力的情境圖片,讓學(xué)生思考空調(diào)機(jī)安裝存在的問(wèn)題;接著向?qū)W生解釋為什么該安裝方式不正確。根據(jù)制冷循環(huán)的原理,空調(diào)內(nèi)機(jī)吸熱,外機(jī)放熱,二者理想是相等的,實(shí)際算上管線電路損耗什么的是放熱大于吸熱的,因此安裝該空調(diào)后產(chǎn)生的效果是房間只會(huì)越來(lái)越熱;然后通過(guò)圖3向?qū)W生解釋壓縮機(jī)制冷循環(huán)是如何實(shí)現(xiàn)房間制冷,其工作原理,具體的循環(huán)過(guò)程及壓縮機(jī)制冷循環(huán)的P-V圖和T-s圖,制冷系數(shù)的計(jì)算。教學(xué)方法是通過(guò)情景圖片演示、問(wèn)題分析、問(wèn)題探討,引導(dǎo)學(xué)生追蹤過(guò)程、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、得出結(jié)論;從而到達(dá)使學(xué)生完全掌握這一知識(shí)點(diǎn)的目的。

2.4 類(lèi)推性問(wèn)題鏈

類(lèi)推性問(wèn)題鏈?zhǔn)侵竿ㄟ^(guò)一類(lèi)事物所具有的某種屬性推測(cè)出與其類(lèi)似的事物屬性,由此所產(chǎn)生的一序列問(wèn)題,此類(lèi)問(wèn)題鏈需要滿(mǎn)足條件是兩個(gè)問(wèn)題或者現(xiàn)象具有一定的相似性。

在講述工程熱力學(xué)的熵增原理時(shí),為了讓學(xué)生掌握熵增原理的概念,列舉了教材上一個(gè)實(shí)例,如圖4所示,由此設(shè)計(jì)了如下問(wèn)題鏈:

問(wèn)題1:將隔板抽去后,氣體將如何變化?若將A容器里面裝滿(mǎn)跳蚤,同樣將隔板抽去后,跳蚤將如何變化?

問(wèn)題2:對(duì)于問(wèn)題1和問(wèn)題2,若達(dá)到平衡后,能否自動(dòng)恢復(fù)以前狀態(tài)?這種現(xiàn)象說(shuō)明什么問(wèn)題?

問(wèn)題3:熵增原理是什么?

為了讓學(xué)生掌握熱力學(xué)第二定律的熵增原理的方向性,教師引入貼近生活的跳蚤現(xiàn)象,利用熵增原理和跳蚤現(xiàn)象的類(lèi)比,從而達(dá)到解釋自然過(guò)程的方向性,即一切過(guò)程的發(fā)生都是沿著熵增加的方向進(jìn)行,自然的過(guò)程是不可逆的。上述問(wèn)題鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)類(lèi)推等方法使學(xué)生掌握課堂知識(shí),從而達(dá)到理解科學(xué)知識(shí)的作用。

2.5 總結(jié)性問(wèn)題鏈

總結(jié)性問(wèn)題鏈?zhǔn)墙處熢谡n堂快要結(jié)束時(shí),采用邏輯方法把知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)從而形成知識(shí)系統(tǒng)的問(wèn)題鏈。其目的是幫助學(xué)生總結(jié)知識(shí)和達(dá)到鞏固知識(shí)的目的。通過(guò)問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì),能夠系統(tǒng)性歸納、總結(jié)那些分散和孤立的知識(shí)點(diǎn),并對(duì)學(xué)生分散的知識(shí)進(jìn)行了梳理,從而形成相互聯(lián)系的整體。

在復(fù)習(xí)理想氣體的熱力過(guò)程時(shí),有的教師會(huì)按照教材的順序來(lái)復(fù)習(xí)概念、影響因素及其原因分析。而有經(jīng)驗(yàn)教師會(huì)通過(guò)總結(jié)性的問(wèn)題鏈展現(xiàn)出來(lái)。

問(wèn)題1:工程中存在哪些主要的熱力過(guò)程?

問(wèn)題2:這幾個(gè)熱力過(guò)程各自有什么樣的特點(diǎn),過(guò)程方程形式是什么?

問(wèn)題3:熱力過(guò)程中的狀態(tài)參數(shù)p、v、T、?駐u、?駐h、?駐s和過(guò)程量Q、W分別是如何計(jì)算的,上述過(guò)程如何用p-v 、T-s圖表示?試著總結(jié)出多變過(guò)程原理。

上述的問(wèn)題是依據(jù)總→分→總的形式策略歸納出理想氣體的熱力過(guò)程的內(nèi)容的。這種問(wèn)題鏈能激發(fā)學(xué)生歸納總結(jié)知識(shí)及發(fā)散學(xué)生的思維,教師經(jīng)常設(shè)計(jì)總結(jié)性問(wèn)題鏈能培養(yǎng)學(xué)生梳理知識(shí)、理解知識(shí)、歸納知識(shí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3 問(wèn)題鏈教學(xué)模式的實(shí)施效果

問(wèn)題鏈教學(xué)模式遵循“產(chǎn)生問(wèn)題→分析提出問(wèn)題→引申擴(kuò)展→提出新的問(wèn)題→分析解決問(wèn)題”循環(huán)規(guī)律,以問(wèn)題為中心,通過(guò)問(wèn)題的層層遞進(jìn),將知識(shí)變?yōu)榻虒W(xué)問(wèn)題。問(wèn)題鏈教學(xué)模式的核心是激發(fā)學(xué)生思維活動(dòng),教師如何設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈,直接影響到模式的教學(xué)的效率和質(zhì)量。筆者改傳統(tǒng)的教學(xué)模式為問(wèn)題鏈教學(xué)模式后,學(xué)生學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)的主動(dòng)性和積極性都有所加強(qiáng),主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的人數(shù)也明顯增加。教學(xué)實(shí)踐證明,問(wèn)題鏈教學(xué)模式值得在工科院校中應(yīng)用和推廣。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯:田吉捷]

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