鄧人攀 張玉才

摘 要：在新疆高?！痘瘜W反應工程》的教學中，存在著缺乏良好教學條件，學生積極主動學習的意識普遍較薄弱等問題。為調動學生主動學習的積極性，文章利用問題導向（PBL）教學法在《化學反應工程》教學中進行了初步實踐。結果表明，相比于傳統(tǒng)教學法，PBL教學法更能調動學生的主觀能動性，進一步激發(fā)了學生對于該門課程的學習興趣和熱情，從而可顯著提高學生的整體學習效果和成績。

關鍵詞：反應工程；PBL；教學實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）01-0079-03

Abstract： In the teaching of "Chemical Reaction Engineering" in colleges and universities in Xinjiang， there are problems such as the lack of good teaching conditions and the general awareness of active learning for the students. In order to motivate students' enthusiasm for active learning， the problem-based learning （PBL） teaching method was used for preliminary practice in the teaching of "Chemical Reaction Engineering" in this paper. The results showed that compared with the traditional teaching method， the PBL method had the advantages of better mobilizing the subjective initiative of students and further stimulating their interest and enthusiasm of the course， which can significantly improve the overall learning effect and performance on the course.

Keywords： Reaction engineering； PBL； teaching practice

化學反應工程（Chemical Reaction Engineering），通常簡稱為反應工程，是一門涉及高等數學、物理化學、化工熱力學、傳遞現象、過程優(yōu)化與控制等多學科領域的專業(yè)基礎課程[1]。作為一門工程類學科，它的主要研究內容為反應動力學和反應器的設計與分析[2]，其目的是實現工業(yè)反應過程的優(yōu)化[3]?；瘜W反應工程是化學工程、化學工藝等專業(yè)的核心課程之一，通常也作為應用化學、工業(yè)催化、生物化工、制藥工程、高分子材料與工程等專業(yè)的一門必修或專業(yè)選修課程。因此，反應工程可以說是一門旨在培養(yǎng)學生工程意識，強化工程分析能力的重要課程[4]。石河子大學是國家“211工程”重點建設高校，其開設的化工專業(yè)已通過工程教育認證，且化學工程與技術學科被列為國家雙一流建設學科。石河子大學現開設《化學反應工程》課程的本科專業(yè)包括化學工程與工藝及應用化學；研究生專業(yè)開設此課程的還包括工業(yè)催化等。在最新修訂的2017級本科人才培養(yǎng)方案中，化學工程與工藝以及應用化學專業(yè)都已將《化學反應工程》設置為專業(yè)核心課程。筆者在《化學反應工程》的教學實踐中，結合石河子大學學生的實際情況及新疆的特殊區(qū)情，總結和分析了《化學反應工程》的教學現狀及存在的問題，并針對性地提出和利用了基于問題導向（PBL）教學法在《化學反應工程》的教學中進行了初步實踐。

一、新疆高?！痘瘜W反應工程》教學過程中存在的主要問題

（一）缺乏相對良好的教學條件

這里的教學條件主要指兩個方面，一是客觀硬件條件，二是師資配備情況。在客觀硬件條件方面，地處西北偏遠地區(qū)的新疆，本身就存在著很大的劣勢。在教材征訂、教材更新、信息獲取等方面相對于內地教育發(fā)達地區(qū)來說，存在較為嚴重的單一性和滯后性。相應地，也缺乏面向學生的開放性課程網站，而試題庫及習題庫更是嚴重不足，這些都不利于學生課后積極自主學習。另一方面，部分高校，特別是南疆地區(qū)的高校，大部分教室甚至不具備多媒體授課的條件，僅靠板書講授抽象的知識，尤其對于復雜方程及公式的推導是極為費時的，且教學效果并不理想。在師資配備方面，由于受制于地理條件、經濟發(fā)展、社會環(huán)境等多方面因素，新疆地區(qū)的高校在人才引進方面往往比較困難。高校也普遍存在著師生比例較低，專業(yè)型教師數量較少，且中青年教師數量儲備不足等問題。這些都導致像《化學反應工程》這種對專業(yè)知識要求較高的課程在師資配備方面較為短缺，經常出現一個老師帶幾個專業(yè)學生的情況。南疆部分高校由于師資嚴重缺乏，該門課程的任課教師甚至只能從援疆教師中調配。這些問題無疑會導致《化學反應工程》的教學在客觀上存在較多困難，另一方面，也對任課教師在授課模式、教學方法以及教學效率上提都出了更高的要求。

（二）學生積極主動學習的意識普遍較薄弱

學生積極主動學習是保證良好教學效果的重要條件，但遺憾的是，學生對于《化學反應工程》課程的學習積極性普遍不高。造成這一現象的原因主要有三方面。首先，客觀上來說《化學反應工程》這門課程內容比較深奧抽象，很多內容都涉及到高等數學、物理化學、傳遞現象等相關學科知識，課本上公式繁多，且推導過程復雜，學生較難理解，這很大程度上降低了學生的學習興趣。其次，如前文所述，由于缺乏良好的教學條件，使得教師在教學過程中對于抽象內容的講解缺乏形象生動的演示，而僅僅依靠灌輸式的板書教學很難真正激發(fā)學生的想象力，在學不懂的情況下，更加容易引起學生的厭學情緒，從而造成惡性循環(huán)。再者，由于課程成績的評定大部分取決于學生的期末考試，這種較單一的課程評價方法也使得學生平常主動學習的積極性較低，認為平時學不學都無所謂，期末突擊復習一下重點內容即可。此外，相比于很多其他自然科學，化學反應工程的學科發(fā)展史是比較短的，其正式被確立為一門獨立的學科也不過60余年[5]，因此，如何獲得具有良好教學效果的教學方法和模式實際上也還在不斷的探索中。綜上所述，為調動學生主動學習的積極性，以期獲得較理想的教學效果，探索并實踐《化學反應工程》教學的新途徑、新模式是十分必要且有意義的。

二、基于問題導向（PBL）教學法在《化學反應工程》教學中的應用

（一）《化學反應工程》教學改革與實踐

事實上，已經有不少高校在《化學反應工程》教學方面做出了多方面的嘗試和實踐。包括歸納對比法、案例教學法、數學模型法、工程分析法等[1]。實踐表明多媒體課件的使用，將文字、聲音、動畫等媒體有效的組合在一起進行輔助教學，可顯著提高《化學反應工程》的教學效果[6，7]。將課堂教學與專業(yè)實驗及生產實習等相結合，可培養(yǎng)學生理論聯系實際和工程分析能力[8]。也有教師提出將演繹式與案例式教學相結合，基礎知識與工業(yè)應用實例相結合，教學與科研實踐相結合，教師傳授與學生專題調研相結合等經驗方法可有效拓展學生視野并培養(yǎng)其解決實際問題的創(chuàng)新能力[9]?？傊?，為適應新時代下培養(yǎng)具有工程意識和創(chuàng)新能力化工人才的需求，越來越多的教學工作者都提出了關于《化學反應工程》課程體系教學實踐的不同的模式與方法。

（二）基于問題導向（PBL）教學法

PBL（Problem-Based Learning）教學法是以問題為導向的教學方法，由教師提出相關問題，并以問題為中心，以小組為單位，引導學生思考問題，通過自主學習，查找文獻資料，相互討論問題的已知點、未知點，收集相關知識點，尋求解決問題的辦法，從而讓學生在這一系列的過程中得到學習[10，11]。PBL教學法實際上最早由美國高校提出并用于醫(yī)學類課程的教學。經過60余年的發(fā)展，PBL教學法的應用實際上已拓展到其他學科，據報道，PBL教學法被成功應用于高等數學、藥學、管理學、外語、教育學等多門學科或課程中，并且均取得了較理想的教學效果[12-15]。

（三）基于問題導向（PBL）教學法在《化學反應工程》教學中的初步實踐

1. PBL教學過程的設計

PBL需將學生分為若干討論組，針對某一具體問題進行分析討論，并與老師形成良好的互動。這種學習模式以學生為中心，以問題為媒介。因此，PBL教學法要求教師對學生有較強的組織管理能力。另一方面，對于所提出的問題應該同時具備針對性（問題不能是盲目性的、非具體性的或者發(fā)散性的）、側重性（問題的答案應側重于所需掌握的知識點）和引導性（問題應盡可能引起學生的興趣并能激發(fā)學生積極的思考和討論）。為此，為達到課程預設的教學目標，獲得良好的教學效果，需對PBL教學過程進行充足而科學的設計?，F以李紹芬版《反應工程》教材為例，其部分章節(jié)的課堂設計過程如表1所示。

通過PBL教學設計，其學習的內容必須覆蓋課程的主要知識點，以便達成教學目標。對于PBL設計中未覆蓋的知識點，則可通過傳統(tǒng)授課的方式予以補充。以此便可達到較理想的教學效果。

2. PBL教學過程中需注意的問題

為了保證PBL教學過程的順利進行，以達到預期教學效果。PBL教學過程需注意如下幾個問題。第一，學生分組情況要科學合理。PBL教學法一般不適用于大班教學，《化學反應工程》是專業(yè)課，一般為小班教學。當學生人數較多時，合班上課不宜超過60人。否則由于課堂時間限制，較難達到預期教學效果。每組學生3～5人為宜，一般不要超過6人。在分組時需考慮學生的學習能力，表達能力，性別以及性格等因素，盡量兼顧平衡。第二，教學過程中要嚴格控制時間。PBL教學法的重要組成部分是充分發(fā)揮學生的主觀能動性，學生不僅要學會分析和討論問題，還要學會表達自己的觀點。教師在這一過程中要做好正確的引導，最后還要對知識點做出總結，并且補充PBL教學中未涉及到的知識點。因此，要嚴格控制PBL各環(huán)節(jié)的時間，以保證整個教學過程順利進行。當知識點較多時，可將問題提前布置給學生，讓學生在課前做好資料查找等工作，以便節(jié)省課堂時間。第三，PBL教學過程中要多鼓勵學生互動。學生與學生之間的互動可促進對于問題的深入思考，進一步促進分析和討論問題；學生與老師之間的互動可將涉及到知識點或教學內容的信息及時傳遞和反饋給彼此，這是PBL教學法中確保良好教學效果的關鍵。第四，PBL教學法要建立合適的成績評價方法。傳統(tǒng)教學法由于期末考試比重過大，從而造成學生平時不學，考前突擊復習，考后遺忘的局面。PBL教學法無論從形式上還是實質上都要求學生的平時成績所占比重較高，一般不要低于40%。平時成績主要取決于學生在課堂上討論與回答問題的情況，其次還取決于查找資料等情況。實踐證明，這樣的評價方法對于促進學生平時積極主動學習有很大的幫助。

3. PBL教學初步實踐的教學效果

筆者對于PBL教學法用于《化學反應工程》的教學進行了初步的實踐。結果表明，相比于傳統(tǒng)教學法，PBL教學法的教學效果更優(yōu)。如表2所示，在上課人數相當的情況下，PBL教學法的末考及格率及優(yōu)秀率分別比傳統(tǒng)教學法高了約6.5%及14.2%；而平均成績高了約5.1分。此外，PBL教學法的末考成績標準差比傳統(tǒng)教學法更小。這表明PBL教學法用于《化學反應工程》的教學可顯著提高學生整體學習效果。

三、結束語

PBL教學法用于《化學反應工程》教學的初步實踐表明改法已取得了良好的教學效果。相比于傳統(tǒng)教學法，PBL教學法更能調動學生的主觀能動性，進一步激發(fā)學生對于該門課程的學習興趣和熱情，從而可顯著提高學生的整體學習效果和成績。

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