李興洵

[中國石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院，北京 102249]

化工原理課程是化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科及相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)工程核心基礎(chǔ)課程，在化工領(lǐng)域中本科生課程所體現(xiàn)出的必要性及重要地位是不言而喻的。因此，如何合理并高效地提高化工原理課程的教學(xué)質(zhì)量及課堂授課效率，成為此課程在教學(xué)方法層面需要重點突破的方向?；ぴ碚n程的核心內(nèi)容以動量傳遞、熱量傳遞與質(zhì)量傳遞的傳遞過程理論為主線，詳細(xì)講解了化工相關(guān)生產(chǎn)當(dāng)中的典型單元操作過程及設(shè)備。通過這門課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)充分理解傳遞過程理論并掌握化工生產(chǎn)過程中具有共性的重要核心單元操作的基礎(chǔ)概念、基本原理和相關(guān)理論，以及各單元操作中所對應(yīng)典型化工設(shè)備的設(shè)計與構(gòu)造，最終使學(xué)生獲得并具備能夠利用這些原理解決化工生產(chǎn)中工程實際問題的能力。然而，在近年來教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)化工原理這門專業(yè)類基礎(chǔ)課程之前，主要學(xué)習(xí)的是通識基礎(chǔ)類課程，其理論性較強(qiáng)并與專業(yè)核心基礎(chǔ)課程內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法有一定區(qū)別，學(xué)習(xí)此課程可能會遇到阻力、主動學(xué)習(xí)積極性不高等問題。同時，化工原理課程具有內(nèi)容多、知識量大、難度高、難理解、理論性與工程性均較強(qiáng)等特點。這致使學(xué)生對這門課的學(xué)習(xí)效率偏低、學(xué)習(xí)熱情也不高。因此，如果依舊應(yīng)用以傳統(tǒng)形式的教學(xué)方法為主的教學(xué)模式，很難激發(fā)學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)興趣與熱情，教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量均有待提高。為了突出和實現(xiàn)“教學(xué)以學(xué)生為中心”的重要教學(xué)理念，在線下課堂授課過程中，靈活合理地采用啟發(fā)式、研討式和情景式教學(xué)方法是十分必要的。這類教學(xué)新方法和理念會顯著提高課堂內(nèi)的師生互動性和學(xué)生參與度，進(jìn)而提高總體課堂教學(xué)質(zhì)量。啟發(fā)式教學(xué)可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。研討式教學(xué)可以采用模擬實踐場景、演講、辯論等形式更好地使學(xué)生投入化工原理的學(xué)習(xí)中，最終達(dá)到被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)的目的。

1 啟發(fā)式教學(xué)在化工原理中的應(yīng)用

1.1 啟發(fā)式教學(xué)模式在課堂教學(xué)中的重要性

為了突出和實現(xiàn)“教學(xué)以學(xué)生為中心”的重要教學(xué)理念，在線下課堂授課過程中，靈活合理地采用啟發(fā)式教學(xué)方法是十分必要的。啟發(fā)式教學(xué)是指在教學(xué)過程中教師根據(jù)課程知識點、教學(xué)目標(biāo)和授課任務(wù)，從學(xué)生所具備的知識水平和能力基礎(chǔ)等客觀實際情況出發(fā)，采用多種方式、方法及手段，以啟發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)思維為核心和目的，進(jìn)而有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)造性，并提高主動思考獲取知識的能力，完全發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中主體作用的教學(xué)主體思想和理念。教學(xué)過程中啟發(fā)式教學(xué)方法與手段是多樣的，如提問啟發(fā)式、追問啟發(fā)式、對比啟發(fā)式及聯(lián)系圖啟發(fā)式[1]。在課堂教學(xué)中能夠有效引導(dǎo)學(xué)生對化工原理課程中的經(jīng)典問題及核心案例進(jìn)行主動獨立思考與自由探究是啟發(fā)式教學(xué)的核心理念和內(nèi)容[2]。啟發(fā)式教學(xué)方法有助于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)到化工原理課程中工程問題的本質(zhì)，可更高效地對核心知識點進(jìn)行延伸講解，結(jié)合課前預(yù)習(xí)、課堂討論與思維導(dǎo)圖等，提升課堂教學(xué)質(zhì)量[3]。以啟發(fā)式教學(xué)方法為主導(dǎo)的教學(xué)模式必須將課程內(nèi)容中的理論與實際相結(jié)合，以提問和設(shè)問的形式展開并推進(jìn)知識點的講授，同時與學(xué)生一同對問題進(jìn)行分析與討論，將解決問題思路與方法融入工程實踐事例中，教師應(yīng)能做到通過巧妙設(shè)問、創(chuàng)造啟發(fā)性問題環(huán)境、引導(dǎo)學(xué)生獨立思考并啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性思維，因此教師在啟發(fā)式課堂教學(xué)的主導(dǎo)作用尤為突出[4]。啟發(fā)式教學(xué)的內(nèi)涵主要表現(xiàn)在教師應(yīng)利用自己的邏輯思維能力啟發(fā)學(xué)生，并促使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)思維共鳴。這類教學(xué)新方法和理念會顯著提高課堂內(nèi)的師生互動性和學(xué)生參與度，進(jìn)而提高總體課堂教學(xué)質(zhì)量。啟發(fā)式教學(xué)可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

1.2 思考性問題在啟發(fā)式教學(xué)中的應(yīng)用

啟發(fā)式教學(xué)中首要的環(huán)節(jié)是根據(jù)后續(xù)講解的重要知識點，對應(yīng)地在課前設(shè)置啟發(fā)性和探索性并具有吸引力的思考性問題，促使學(xué)生主動思考問題并帶著疑問去學(xué)習(xí)，從而高效地理解問題背后的理論，并最終獲得解決問題的方法，極大提高和強(qiáng)化了學(xué)習(xí)效率。例如，氣體吸收章節(jié)中一個完整的氣體吸收工業(yè)流程包括吸收和解吸兩個單元，在這兩個單元中間設(shè)置了兩個換熱設(shè)備（加熱器和冷卻器）。這兩個換熱設(shè)備是根據(jù)溫度對氣體在液體中溶解度的影響機(jī)制而設(shè)置的，但學(xué)生在這一學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的時間節(jié)點并不了解溫度對溶解度的影響規(guī)律。因此，為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)后續(xù)吸收的相平衡關(guān)系和氣體溶解度的影響因素等重要知識點，可以在此處設(shè)定啟發(fā)式的問題。這樣不僅可以促使學(xué)生主動思考，帶著問題去學(xué)習(xí)，還能通過這類銜接章節(jié)的設(shè)問將章節(jié)自然而緊湊地貫穿起來，形成知識體系和脈絡(luò)，并保證了知識點和內(nèi)容間的連貫性。

1.3 日常生活實例在啟發(fā)式教學(xué)中的應(yīng)用

將日常生活案例與化工原理課程特點相結(jié)合開展啟發(fā)式課堂教學(xué)，可高效地提升課堂教學(xué)的授課質(zhì)量和效率[5]。經(jīng)過課堂教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)通過加大生活常識實例的引入比例，可以更好地將啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)嵌入化工原理課堂授課當(dāng)中，進(jìn)而在授課過程中將理論知識與實踐實例相結(jié)合。例如，在氣體吸收章節(jié)講解平衡分壓和溫度與溶解度關(guān)系時，可引入生活實例小課堂的提問-思考-回答環(huán)節(jié)。通過平時飲用的碳酸飲料所涉及的日?，F(xiàn)象，讓學(xué)生更容易理解溫度對氣體在液相中溶解度的影響規(guī)律。打開碳酸飲料，發(fā)生氣體噴出現(xiàn)象的原因是壓力的突然降低導(dǎo)致氣體在水溶液中的溶解度下降；飲用碳酸飲料后常常會打嗝的原因是溫度升高導(dǎo)致氣體溶解度降低所致。引入魚池中的日?，F(xiàn)象和操作來講解氣體溶解度的知識點。氣溫高時，魚喜歡游向水面的原因為溫度升高導(dǎo)致水中氧氣溶解度過小，池塘中含氧量較低。然后，繼續(xù)提出延伸性啟發(fā)思考問題：如何增大魚池中的含氧量？在魚池水面設(shè)計噴淋裝置，將池水噴射至空氣中，進(jìn)而增大氣水接觸面積，增大氧氣在水中含氧量。這也是在化工工業(yè)填料塔設(shè)備中設(shè)計液體分布裝置和液體再分布器的主要原因。這一系列啟發(fā)性設(shè)問合理地將理論知識點、日?，F(xiàn)象和工業(yè)實際問題緊密地結(jié)合起來。通過引入這些生活中小常識及日?，F(xiàn)象對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式引導(dǎo)，會有效引起學(xué)生的共鳴，提升學(xué)習(xí)興趣，同時也解決了學(xué)生在日常生活中的一些科學(xué)疑問。

另外，啟發(fā)式教學(xué)方法及手段還可以展現(xiàn)在其他方面。例如，比喻法啟發(fā)式教學(xué)可以開發(fā)學(xué)生的聯(lián)想能力；矛盾法啟發(fā)式教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)及總結(jié)矛盾規(guī)律性，并解決實際問題的能力[6]。在化工原理的創(chuàng)新教學(xué)理念方面，應(yīng)以啟發(fā)性的、以問題為導(dǎo)向的探究式教學(xué)模式為主導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)新知識的熱情，從而做到層層深入逐步講解化工原理課程中所涉及的理論、公式、流程及設(shè)備。教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心，嘗試抓住學(xué)生的興趣點，將此與課堂內(nèi)容相結(jié)合，提高課堂教學(xué)效率。

2 研討式教學(xué)在化工原理中的應(yīng)用

2.1 研討式教學(xué)的基本模式

研討式教學(xué)是將研究、討論型的教學(xué)手段與課內(nèi)、課外和學(xué)生自學(xué)與教師講授相結(jié)合的一種多元化的創(chuàng)新教學(xué)模式，此類教學(xué)方法充分體現(xiàn)了學(xué)生在教學(xué)中主體作用。研討型教學(xué)模式是以課程所涉及的研討型課題為切入點，可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題的綜合能力[7]。在化工原理課程的研討式教學(xué)中，以探究型問題為導(dǎo)向，圍繞動量傳遞、熱量傳遞與質(zhì)量傳遞的問題設(shè)計與構(gòu)建尤為重要[8]。在化工原理課程授課中，可應(yīng)用“課前預(yù)習(xí)+課堂研討互動”的研討式教學(xué)方法，在課堂中加入小型“研討會”教學(xué)環(huán)節(jié)。在課前或課外，通過設(shè)計工程實踐案例和實際工況，由淺入深地布置具有研究性和思考性的研討式的設(shè)計型和操作線的問題。應(yīng)用情景式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識，課堂中適當(dāng)設(shè)立仿真模擬、學(xué)生演講、匯報與討論等環(huán)節(jié)，能更好地使學(xué)生投入化工原理的學(xué)習(xí)中，使學(xué)生被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

2.2 研討式問題在化工原理精餾內(nèi)容中的應(yīng)用

為激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)積極性，研討式教學(xué)鼓勵學(xué)生以研討小組的形式對化工原理中所涉及的工藝計算進(jìn)行討論與分析，并對工藝流程和設(shè)備設(shè)計及選型進(jìn)行計算和研討。例如，學(xué)生對于蒸餾章節(jié)中精餾原理及氣液傳質(zhì)設(shè)備章節(jié)中塔設(shè)備的理解往往不夠深入和全面。因此，針對這些內(nèi)容，課前可布置精餾原理的思考研討題、精餾流程工藝優(yōu)化和塔設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計等研討性課題。基于提出問題—討論問題—講述問題—解決問題的思路，學(xué)生可在研討中學(xué)習(xí)精餾原理核心理論和相關(guān)塔設(shè)備的設(shè)計理念和步驟。尤其是在精餾塔設(shè)備設(shè)計等的相關(guān)內(nèi)容當(dāng)中，此類研討式問題的設(shè)置尤為重要。例如，在精餾塔工藝設(shè)計中，塔頂及塔釜壓力和溫度如何確定；適宜操作回流比的確定方法是什么；回流比的內(nèi)涵和重要意義是如何理解的；回流比的大小和調(diào)整對精餾塔的設(shè)計和產(chǎn)品質(zhì)量的影響有哪些；在塔板設(shè)計中，如何確定板上溢流形式及溢流裝置類型及尺寸；塔板的鼓泡區(qū)如何設(shè)計；塔板如何布置最合理；在塔板初步設(shè)計后，如水力學(xué)校核結(jié)果不佳，將如何調(diào)整；通過繪制塔板負(fù)荷性能圖，分析塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)與塔板負(fù)荷性能圖的關(guān)聯(lián)性，分別從結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作條件兩個方面提出改進(jìn)和優(yōu)化方案；如計算出的操作彈性不佳，將如何調(diào)整等。學(xué)生通過分析、研討和解決這些問題，會自主地投入學(xué)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容當(dāng)中，然后將研討的結(jié)論以演講的形式進(jìn)行講述，再結(jié)合匯報成果進(jìn)一步進(jìn)行研討，徹底解決所遇到的疑惑。這類形式的主動學(xué)習(xí)模式會提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，促使學(xué)生更深入地融入學(xué)習(xí)知識過程中，也同時強(qiáng)化了教學(xué)效果。讓學(xué)生去主動探討、互相提問溝通，能夠提高學(xué)生綜合解決問題能力并培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作精神。同時，可以將工程實例內(nèi)容及仿真軟件引入化工原理課堂，學(xué)生以工程實踐小組的形式模擬工程情景進(jìn)行研討，最終達(dá)到培養(yǎng)解決工程實際問題能力的目的。

3 結(jié)束語

化工原理課程具有內(nèi)容多、知識量多、難度高、難理解、理論性與工程性均較強(qiáng)等特點。這致使學(xué)生對這門課的學(xué)習(xí)效率偏低、學(xué)習(xí)熱情與積極性也相對不高。因此，啟發(fā)與研討式教學(xué)作為有效的教學(xué)新模式應(yīng)該合理地引入到化工原理的課堂授課當(dāng)中。啟發(fā)式教學(xué)通過設(shè)計啟發(fā)式問題，以激發(fā)學(xué)生主動思考為核心目標(biāo)，可很好地調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，并培養(yǎng)學(xué)生獨立思考與分析問題的能力。研討式教學(xué)將研究與討論的教學(xué)手段相結(jié)合，展現(xiàn)了學(xué)生在教學(xué)過程中的主體作用，提升了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的探索精神和解決問題能力，從而使得學(xué)生的綜合能力及素質(zhì)得以提高。