概念法教學(xué)模式在工科教學(xué)中實(shí)踐與探討

孫始財(cái)

山東科技大學(xué)土建學(xué)院 山東 青島 266510

0 引言

在多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，很多工科專業(yè)學(xué)生在專業(yè)課程的學(xué)習(xí)過程中存在 “死記公式，忽視概念”的現(xiàn)象。在他們的認(rèn)識(shí)中公式必須牢牢記住，而與公式直接密切關(guān)聯(lián)的概念卻往往被忽略。更有甚者，對(duì)公式中涉及的物理量及其物理意義一概不知，也不清楚公式的適應(yīng)范圍，只是生搬硬套。在計(jì)算具體的題目時(shí)，一旦計(jì)算結(jié)果不正確，就不知道該如何分析，也找不出原因在那里。當(dāng)然，對(duì)于應(yīng)用錯(cuò)誤的公式碰巧得出正確結(jié)果的情況，更不可能意識(shí)到。在這種情況下，學(xué)生為了應(yīng)付考試不得不進(jìn)行大量的習(xí)題練習(xí)。即便如此，考試中出現(xiàn)平時(shí)訓(xùn)練中沒有做過的題目，也照樣束手無策。這種現(xiàn)象即我們常說的應(yīng)試教學(xué)模式：例題-習(xí)題-解題方法分類-模擬考試-正式考試。這種模式在教師和學(xué)生頭腦中早已輕車熟路、根深蒂固，可操作性極強(qiáng)。應(yīng)試教學(xué)模式對(duì)于中學(xué)階段的教學(xué)或許有它的實(shí)際作用，即應(yīng)付高考。但是對(duì)大學(xué)教學(xué)，特別是工科專業(yè)課程的教學(xué)來說，沒有太多的價(jià)值。因?yàn)楣た茖I(yè)課程中很多公式來源于工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并在技術(shù)發(fā)展過程中不斷改進(jìn)，同一個(gè)概念在不同的工程領(lǐng)域中可能有不同的表達(dá)公式。如果去死記硬背這些公式以及各自的應(yīng)用條件，那是一件非常困難和枯燥的事情。實(shí)際上，這些公式根本無需去記憶，只要能夠理解其對(duì)應(yīng)的基本概念就足夠了。在多年講授《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》課程的基礎(chǔ)上，分析每年學(xué)生反饋的課堂教學(xué)信息，結(jié)合從事燃?xì)庑袠I(yè)的畢業(yè)生提供的信息，不斷摸索、改進(jìn)教學(xué)方法，提出概念法教學(xué)模式，并應(yīng)用于該課程的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果明顯提高，而且學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自覺性大大提高。這里，以概念法教學(xué)模式在《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》課程中的教學(xué)實(shí)踐為例，對(duì)其進(jìn)行總結(jié)、探討，供同行討論交流。

1 概念法教學(xué)模式

概念是思維的基本形式之一，反映了客觀事物的一般的、本質(zhì)的特征。人類在認(rèn)識(shí)過程中，把所感覺到的事物的共同特性提取出來、加以概括，就成為概念。概念不但是抽象思維的起點(diǎn)，也是任何學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)體系的原始支撐點(diǎn)，是自然科學(xué)與人文科學(xué)的真正靈魂。然而，在長期的應(yīng)試教學(xué)模式下，基本概念（特別是比較抽象的基本概念）的教學(xué)顯得非常薄弱。盡管很多人認(rèn)識(shí)到基本概念的重要性，但在教學(xué)過程的具體操作上，往往不自覺地退化到應(yīng)試模式上。因此，要打破傳統(tǒng)的應(yīng)試教學(xué)模式，從根本上來講，需要建立一套行之有效的新的概念法教學(xué)模式。概念法教學(xué)模式簡要的內(nèi)涵及形式為：概念理解-概念分析-概念組合-概念對(duì)比-概念應(yīng)用。上述簡要形式中并沒有關(guān)于課程性質(zhì)的限定，并且概念存在于任何課程中，也是任何課程的基礎(chǔ)。所以，從理論上講概念法教學(xué)適應(yīng)于任何課程。但是，從可操作性和其自身要求來看，概念法教學(xué)模式更適合基礎(chǔ)課程教學(xué)，如高等數(shù)學(xué)等。根據(jù)長期的教學(xué)實(shí)踐和概念法理論，提出以概念貫穿公式，以概念貫穿章節(jié)的教學(xué)模式（這里仍簡稱之為概念法教學(xué)模式），極大地提高了課堂效率，獲得了教與學(xué)雙贏。

2 《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》課程介紹

《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的一門學(xué)位課程，授課內(nèi)容要求學(xué)生具備較好的燃燒學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為該課程枯燥難學(xué)、不易理解?，F(xiàn)有版本的教材內(nèi)容和章節(jié)組織結(jié)構(gòu)基本相似，重點(diǎn)內(nèi)容不夠突出，明顯優(yōu)秀的教材缺乏?？偨Y(jié)一下主要存在以下幾個(gè)問題：①重點(diǎn)概念沒有進(jìn)行詳細(xì)闡述，只是一般性簡單描述，有的甚至沒有任何解釋，如火孔熱強(qiáng)度的概念。這種情況下，如果授課教師缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、照本宣科，不加引導(dǎo)和強(qiáng)調(diào)的話，學(xué)生肯定會(huì)忽略它的重要性，那么后續(xù)課程的學(xué)習(xí)只能生搬硬套。②公式直接給出，沒有任何推導(dǎo)。如華白指數(shù)公式，從表面看來，這個(gè)概念和公式簡單、容易理解，實(shí)際上管網(wǎng)壓力和燃?xì)馕镄缘牟煌浔磉_(dá)式也不同，這也是華白指數(shù)和廣義華白指數(shù)的區(qū)別。③同一個(gè)概念/公式出現(xiàn)在不同章節(jié)時(shí)，沒有承上啟下貫穿、過渡，而是直接給出其不同的表達(dá)形式。如噴嘴流量公式，在教材第七章第一節(jié)和第四節(jié)都用到這個(gè)物理量，但是教材中沒有進(jìn)行任何推導(dǎo)或說明就直接給出不同的公式。如果授課教師也不加以說明，很多學(xué)生會(huì)以為這又是一個(gè)新的公式。所以，如果忽視概念的重要性，一味地講解計(jì)算公式和工藝/設(shè)備設(shè)計(jì)過程，可能會(huì)本末倒置。另外，這門課程安排在大四上學(xué)期，這時(shí)候很多學(xué)生面臨考研和找工作，如果教學(xué)方法不當(dāng)，學(xué)生很容易厭學(xué)，課堂出勤率很低，更談不上教學(xué)效果。因此，探索一種實(shí)用的教學(xué)方法，不僅能提高課堂教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且更重要的是能為學(xué)生繼續(xù)深造和以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 教學(xué)實(shí)施方法

在最初講授《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》課程時(shí)，主要采用以內(nèi)容主線貫穿、循序漸進(jìn)的方式，絕大多數(shù)學(xué)生也能夠隨堂理解授課內(nèi)容。但是，當(dāng)后續(xù)內(nèi)容出現(xiàn)前面章節(jié)的概念而其表達(dá)形式與之不同時(shí)，學(xué)生普遍不能理解。例如火孔熱強(qiáng)度的概念在教材中沒有明確給出定義，教材中僅僅提到了燃燒熱強(qiáng)度的概念，并且是在括號(hào)中用一句話說明的。然而火孔熱強(qiáng)度是燃燒器設(shè)計(jì)過程中使用的非常重要的基本參數(shù)，教材中也頻繁出現(xiàn)和應(yīng)用。因此，在課程第一次出現(xiàn)火孔熱強(qiáng)度概念時(shí)，就對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)格的定義和詳細(xì)的解釋，并再三強(qiáng)調(diào)它的重要性，隨之給出了擴(kuò)散式燃燒器中火孔熱強(qiáng)度的公式。后來講到大氣式燃燒器時(shí)，在隨堂小測(cè)試中讓學(xué)生結(jié)合火孔熱強(qiáng)度的基本概念和擴(kuò)散式燃燒器火孔熱強(qiáng)度的公式，推導(dǎo)大氣式燃燒器火孔熱強(qiáng)度公式，結(jié)果令人吃驚：兩個(gè)班級(jí)（合堂）68個(gè)學(xué)生，只有4個(gè)學(xué)生推導(dǎo)出來。這說明64個(gè)學(xué)生對(duì)火孔熱強(qiáng)度的概念沒有真正理解和掌握，他們困惑為什么同一個(gè)概念會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同的公式。在這種情況下，學(xué)生只能用記憶公式的辦法彌補(bǔ)對(duì)概念的不理解。這種現(xiàn)象在講授熱力著火、支鏈著火、火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒒鼗?、脫火、華白指數(shù)等重要的概念時(shí)也出現(xiàn)類似的情況。后來筆者經(jīng)過幾次研究、改進(jìn)教學(xué)方法，包括提問法、案例法、討論法，都沒有收到明顯效果。在最近三年采用以概念貫穿公式，以概念貫穿章節(jié)的教學(xué)方法后，教學(xué)效果極大改善，學(xué)生普遍反應(yīng)“這門課程只要好好聽課，很簡單”。在這里，還是以火孔熱強(qiáng)度為例簡單介紹這種概念法教學(xué)模式。

火孔熱強(qiáng)度定義是單位時(shí)間燃燒器頭部單位火孔面積燃?xì)馊紵尫懦龅臒崃?。根?jù)這一定義，可以直接給出公式其中Q為單位時(shí)間燃?xì)馊紵尫诺臒崃?，僅與燃?xì)鉄嶂岛腿細(xì)饬髁坑嘘P(guān)，與燃燒方式無關(guān)。所以無論是擴(kuò)散式燃燒器、大氣式燃燒器還是完全預(yù)混式燃燒器，都有Q=Hl×Lg。但是不同的燃燒方式引射的一次空氣量不同，混合氣體的流量也不同。所以，如果火孔出口速度相同，火孔面積A就不同。假設(shè)燃燒器火孔面積用A表示，則大氣式燃燒器和完全預(yù)混式燃燒器的火孔面積A=將不同燃燒方式下Q和A的表達(dá)式分別代入火孔熱強(qiáng)度的基本概念公式就很容易得到擴(kuò)散式燃燒器火孔熱強(qiáng)度大氣式燃燒器和完全預(yù)混式燃燒器火孔熱強(qiáng)度也就是教材中直接給出的公式 （在推導(dǎo)過程全部采用國際標(biāo)準(zhǔn)單位，所以不存在單位轉(zhuǎn)化系數(shù)10-6）。這種概念法教學(xué)模式將不同章節(jié)中的火孔熱強(qiáng)度概念和公式有機(jī)地串講，學(xué)生不僅可以理解概念本身，而且能夠區(qū)別不同工況下其不同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。這樣可以通過一個(gè)概念（當(dāng)然還有其它幾個(gè)基本概念）將教材中第六章擴(kuò)散式燃燒器、第七章大氣式燃燒器和第八章完全預(yù)混式燃燒器中三種燃燒器的教學(xué)內(nèi)容整合，強(qiáng)化共性，突出異性，把貌似各自獨(dú)立的三章內(nèi)容行云流水般地闡釋清楚。這種概念法教學(xué)模式從最基本的概念入手，結(jié)合不同的條件一步步推導(dǎo)出實(shí)際應(yīng)用的公式，學(xué)生一目了然，也不會(huì)出現(xiàn)公式錯(cuò)誤套用的問題，使教與學(xué)都輕松高效，學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程的興趣也極大地提高。

4 總結(jié)

大多數(shù)工科專業(yè)課程的概念和公式較多，枯燥難學(xué)，無論是教師授課還是學(xué)生學(xué)習(xí)，都需要結(jié)合實(shí)際課程研究行之有效的方法。而教師采用恰當(dāng)?shù)恼n堂教學(xué)方法對(duì)提高課堂授課效率、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性非常關(guān)鍵。通過多年講授《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》課程，初步探索、積累、研究出的概念法教學(xué)模式以概念貫穿公式，以概念貫穿章節(jié)，在課堂教學(xué)實(shí)踐中取得了非常明顯的教學(xué)效果，并逐步應(yīng)用到其它專業(yè)課程的教學(xué)過程，得到多屆學(xué)生的肯定和歡迎。

[1] 吳鏘.思維素質(zhì)與概念教學(xué)法[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2001，18（03）：109-111.

[2] 陳保國.討論式教學(xué)方法在路基路面工程教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].高等建筑教育，2009，18（06）：78-80.

[3] 鐘玉泉，彭健伯.問題激發(fā)教學(xué)法與大學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2009，（07）：57-58.

[4] 同濟(jì)大學(xué).燃?xì)馊紵c應(yīng)用（第三版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.