師范類《化工基礎(chǔ)》理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合教學(xué)模式的構(gòu)建*

黃紫洋，朱麗麗，莊燕玲

(福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007)

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師范類《化工基礎(chǔ)》理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合教學(xué)模式的構(gòu)建*

黃紫洋，朱麗麗，莊燕玲

(福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007)

針對(duì)目前高師院?！痘せA(chǔ)》教學(xué)中存在的問題，通過理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的《化工基礎(chǔ)》教學(xué)模式的構(gòu)建，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀念，通過整合理論教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，以PBL教學(xué)法理論為基礎(chǔ)，提出創(chuàng)新式教學(xué)提升理論學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，讓學(xué)生建立良好的工程技術(shù)科學(xué)素養(yǎng)。

高師院校；化工基礎(chǔ)；理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；化學(xué)教育

《化工基礎(chǔ)》是一門理論與生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系的化學(xué)類工程課程，是由理科到工科學(xué)習(xí)的橋梁和紐帶，課程教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析和解決化工單元操作中各種工程實(shí)際問題，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，有利于學(xué)生工程概念的建立及科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。

1 《化工基礎(chǔ)》課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 學(xué)生對(duì)于《化工基礎(chǔ)》重視程度不夠

化學(xué)教育專業(yè)的學(xué)生常常認(rèn)為《化工基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)對(duì)于中學(xué)化學(xué)教學(xué)的意義不大，高考對(duì)于化工生產(chǎn)內(nèi)容考察的知識(shí)點(diǎn)少且要求低，故學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高。另一方面，化工基礎(chǔ)是工科課程，具有其獨(dú)特性，對(duì)于從未接觸過這類課程的理科生來說，存在一定的抵觸心理。

1.2 課程教學(xué)缺少實(shí)踐性環(huán)節(jié)

由于《化工基礎(chǔ)》課程課時(shí)安排一般不多，加上學(xué)校教學(xué)經(jīng)費(fèi)緊張，無法安排一定的工廠實(shí)地的見習(xí)或?qū)嵙?xí)，若教學(xué)中采取直接講授的授課方式，只做平面的描繪，學(xué)生無法直觀感受到工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備及整個(gè)工藝流程。為完成一定的教學(xué)任務(wù)，教師可能會(huì)忽視學(xué)生的自主性，以教代學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生只是表面看似理解，而非真正的掌握，遇到用理論知識(shí)解決實(shí)際的化工生產(chǎn)問題時(shí)無從下手。

1.3 理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合層次不深

對(duì)于師范類學(xué)生《化工基礎(chǔ)》課程的理論學(xué)習(xí)顯得不夠深入，理解不徹底，只知其表面，在實(shí)驗(yàn)過程中，存在“應(yīng)付”現(xiàn)象，學(xué)生機(jī)械地模仿教師操作，完全依賴于教師，無法將理論知識(shí)很好地運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合層次不深，沒有真正做到《化工基礎(chǔ)》理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到用所學(xué)的理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)反過來促進(jìn)理論學(xué)習(xí)的效果。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏或老化現(xiàn)象嚴(yán)重

由于《化工基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏，加上有些設(shè)備老化嚴(yán)重，無法正常使用，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能多人共用一臺(tái)設(shè)備，不利于學(xué)生親自獨(dú)立動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，甚至個(gè)別學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中都沒有參與，只是作為旁觀者，不利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，分析問題、解決問題能力的提高。實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法及時(shí)地隨時(shí)代的發(fā)展進(jìn)行更新，造成與現(xiàn)代的《化工基礎(chǔ)》理論“脫節(jié)”的現(xiàn)象[1]。

2 《化工基礎(chǔ)》理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合教學(xué)模式的構(gòu)建

2.1 提高學(xué)生對(duì)《化工基礎(chǔ)》的重視

眾所周知，興趣是最好的老師?；瘜W(xué)新課標(biāo)以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為主要目標(biāo)，師范生更應(yīng)嚴(yán)格要求自己全面發(fā)展，成為創(chuàng)新型人才和復(fù)合型人才，理科與工科的學(xué)習(xí)都應(yīng)具備。STS(Science Technology and Society)化學(xué)課程的構(gòu)建，探討了科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)三者之間的復(fù)雜關(guān)系，強(qiáng)調(diào)化學(xué)與生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系。要想將來成為一名優(yōu)秀的教師，需培養(yǎng)學(xué)生具有綜合的科學(xué)素養(yǎng)，師范生作為未來教師的主力軍，必須有理論聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際的能力。《化工基礎(chǔ)》作為工科課程，在培養(yǎng)分析問題、解決問題能力、綜合素質(zhì)的提高方面，有著其他課程不能取代的作用，故學(xué)好《化工基礎(chǔ)》這門課程對(duì)于化學(xué)師范生來說是十分有必要的。

2.2 理論教學(xué)內(nèi)容的整合

我?；瘜W(xué)教育專業(yè)使用的教材是由福建師范大學(xué)與上海師范大學(xué)編寫的第四版《化工基礎(chǔ)》。該套教材包括四個(gè)部分，上冊(cè)為化工原理部分，下冊(cè)包括化學(xué)反應(yīng)工程、化工工藝學(xué)和化工開發(fā)三個(gè)部分。由于教學(xué)課時(shí)有限，理論課教學(xué)內(nèi)容主要為“三傳一反”(動(dòng)量傳遞、質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、化學(xué)反應(yīng)工程)，并將教學(xué)的重點(diǎn)放在流體的流動(dòng)和輸送、傳熱過程、精餾和基本反應(yīng)器上，將化工工藝學(xué)作為學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，使學(xué)生在重點(diǎn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)上更加深入，而非只停留在表面上。調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，以學(xué)為主，教為輔，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證理論的學(xué)習(xí)，加深對(duì)理論知識(shí)的記憶和理解。實(shí)驗(yàn)室是創(chuàng)新人才的培養(yǎng)基地，當(dāng)前高校中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)和以往大不相同，它不僅包括基于課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，還增加了學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合素質(zhì)培養(yǎng)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)等新要素和功能[2-3]。我?；瘜W(xué)教育專業(yè)的《化工基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)部分主要是化工原理部分的單元操作，其中也包括化學(xué)反應(yīng)工程的單釜和多釜串聯(lián)反應(yīng)器停留時(shí)間分布測(cè)定的實(shí)驗(yàn)。化工原理部分具體的實(shí)驗(yàn)有流體流動(dòng)形態(tài)的測(cè)定(雷諾實(shí)驗(yàn))、流體流動(dòng)過程中的能量轉(zhuǎn)化演示實(shí)驗(yàn)、流體流動(dòng)阻力的測(cè)定、空氣-蒸汽傳熱膜系數(shù)的測(cè)定、篩板精餾實(shí)驗(yàn)、二元系統(tǒng)氣-液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定等。實(shí)驗(yàn)主要為驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也有一定的綜合性，體現(xiàn)出一定的創(chuàng)新性，當(dāng)然也結(jié)合學(xué)校具有化學(xué)工程與工藝本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)，選取相應(yīng)的化工過程進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)[4]。

2.4 理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合教學(xué)模式的構(gòu)建

2.4.1 基于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式

由于《化工基礎(chǔ)》課時(shí)不多，理論課和實(shí)驗(yàn)課可盡量減少重復(fù)，采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，在理論課上可運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)或者模型教學(xué)，幫助學(xué)生理解較為抽象、難懂的化工基礎(chǔ)知識(shí)；在實(shí)驗(yàn)課上，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)講解必要的原理知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)教學(xué)是在教授完理論課后，在實(shí)驗(yàn)室由老師演示一些危險(xiǎn)、復(fù)雜、工程化的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生的記憶，這種方式存在時(shí)間上不連貫，易造成知識(shí)的脫節(jié)，且教師工作量大，故這些過程適合制作成仿真CAI課件系統(tǒng)輔助教學(xué)[5]。在理論課的教學(xué)上，可運(yùn)用CAI軟件避免純粹、單一、枯燥的黑板教學(xué)，以更為直觀、生動(dòng)的立體動(dòng)畫調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，變抽象為具體，加深學(xué)生記憶，提高教學(xué)效果。CAI軟件可以模擬仿真實(shí)驗(yàn)，不僅使學(xué)生直觀地看到難以想象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在過程中的變化，且能在對(duì)實(shí)驗(yàn)外在現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的同時(shí)，解決原理與過程、理論與實(shí)踐結(jié)合的實(shí)質(zhì)問題，使學(xué)生把過程意識(shí)、理論知識(shí)、控制操作能力、儀表運(yùn)用能力及運(yùn)用計(jì)算機(jī)等各項(xiàng)能力有機(jī)結(jié)合在一起[6]。在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)上，采用CAI軟件可輔助教師教學(xué)，節(jié)約實(shí)驗(yàn)課上的理論部分講解時(shí)間，令學(xué)生有更多的時(shí)間進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有更深的印象，從而對(duì)理論知識(shí)有進(jìn)一步的理解。

2.4.2 基于PBL教學(xué)法的理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

PBL(Problem Based Learning, PBL)教學(xué)法是以問題為基礎(chǔ)，學(xué)生為中心，PBL的教學(xué)模式是小組討論教學(xué)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，發(fā)展學(xué)生思考能力和解決實(shí)際問題的能力，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[7]。由于《化工基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)是分組實(shí)驗(yàn)，小班化教學(xué)，故可將PBL的小組討論式教學(xué)模式嘗試運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中。PBL的核心是提出問題，所以問題的設(shè)計(jì)十分重要，問題既要考慮到學(xué)生已有的知識(shí)水平，又需要給學(xué)生一定的時(shí)間和空間進(jìn)行思考探索。教師在教學(xué)當(dāng)中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生用理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際《化工基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提出“預(yù)習(xí)、討論、講授、操作、總結(jié)”的五步教學(xué)法[8]。(1) 在實(shí)驗(yàn)課前，教師提出問題，留給學(xué)生課前預(yù)習(xí)，學(xué)生根據(jù)已學(xué)過的理論并通過查閱文獻(xiàn)資料嘗試找出答案，通過預(yù)習(xí)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、儀器、步驟、注意事項(xiàng)等就有一定了解；(2) 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，學(xué)生首先要熟悉儀器，由教師提出需要解決的一些實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)理論課上已有知識(shí)進(jìn)行討論，分析回答問題，教師引導(dǎo)學(xué)生思考，直到學(xué)生徹底弄清問題，在此過程中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也得到進(jìn)一步加深；(3) 教師對(duì)于實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)等重要知識(shí)進(jìn)行講授，使學(xué)生具有獨(dú)立思考并開展實(shí)驗(yàn)的能力，避免了學(xué)生機(jī)械地模仿教師操作，完全依賴于教師的情況；(4) 學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題的過程，學(xué)生根據(jù)已有的理論知識(shí)，將理論應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)從而使問題得到解決，實(shí)在無法自行解決，再尋求教師幫助，教師應(yīng)是指點(diǎn)啟發(fā)，而非直接代替操作，否則將造成學(xué)生依賴心理；(5) 實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫。通過理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，保障實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生利用自己學(xué)過的理論知識(shí)進(jìn)行分析問題、動(dòng)手操作、解決問題，學(xué)生通過整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的操作獲得成就感。

2.4.3 基于創(chuàng)新式實(shí)驗(yàn)提升理論的學(xué)習(xí)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能使學(xué)生更加直觀、形象地理解吸收理論知識(shí)，而且學(xué)生通過親身動(dòng)手操作，驗(yàn)證理論知識(shí)，產(chǎn)生興趣，提高學(xué)習(xí)效率。創(chuàng)新式實(shí)驗(yàn)教學(xué)將教學(xué)效能放大，加深了理論知識(shí)的理解，對(duì)理論教學(xué)起促進(jìn)作用[9]；其提倡以學(xué)生為主，學(xué)生通過自行預(yù)習(xí)、查閱資料，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，教師引導(dǎo)輔助；同時(shí)避免了傳統(tǒng)教學(xué)的依賴心理，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象更為深刻。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生親自動(dòng)手，熟悉有關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)、流程，了解典型化工過程的特點(diǎn)及化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)性，熟悉從事化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)研究的基本方法、技巧，培養(yǎng)分析問題、解決問題能力，鞏固、加深對(duì)《化工基礎(chǔ)》課程的基本理論和知識(shí)的理解與掌握，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步提升理論的學(xué)習(xí)。例如，在流體流動(dòng)過程中的能量轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過觀察流體靜止時(shí)的壓強(qiáng)分布規(guī)律，觀察流體在流動(dòng)過程中靜壓能、動(dòng)能、位能和阻力損失等各項(xiàng)能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，了解阻力損失與流速之間的關(guān)系，加深對(duì)柏努利方程的理解。在進(jìn)行分析和整理數(shù)據(jù)、撰寫工程實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，又一次運(yùn)用理論知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或處理數(shù)據(jù)，進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的與理論不是十分一致的結(jié)果，學(xué)生可通過反思，尋求解答方案，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有些理論公式只是經(jīng)驗(yàn)式，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)質(zhì)疑，通過實(shí)驗(yàn)提升對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

3 結(jié) 語

《化工基礎(chǔ)》及其實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)對(duì)于高?；瘜W(xué)教育師范生來說有其獨(dú)特的作用，但目前學(xué)生工程意識(shí)薄弱，因此，建議在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行整合優(yōu)化，采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，依據(jù)PBL教學(xué)法理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，以創(chuàng)新式實(shí)驗(yàn)提升理論的學(xué)習(xí)，構(gòu)建理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的《化工基礎(chǔ)》教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)驗(yàn)的能力，使學(xué)生成為全面發(fā)展的復(fù)合型人才。

[1] 陳麗萍,照日格圖. 高師化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教與學(xué)的現(xiàn)狀調(diào)查與對(duì)策分析[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào):教育科學(xué)版, 2007, 20(3):136-138.[2] 鞠彩霞, 李鳳剛,肖瑞瑞,等. 化工原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革與探索[J]. 廣州化工, 2016, 44(1): 169-170.

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Constructionon on Teaching Model of Combination of Theory and Experiment for Normal Class ofChemicalEngineeringFoundation*

HUANGZi-yang,ZHULi-li,ZHUANGYan-ling

(College of chemistry and chemical engineering, Fujian Normal University, Fujian Fuzhou 350007, China)

Some teaching problems have embroidered on teaching ofChemicalEngineeringFoundationin colleges and universities so far. A teaching model was emerged by combination of theory and experiment ofChemicalEngineeringFoundation. It aimed to cultivate students’ engineering idea and concept of technology and economy, improve the students’ attention to course teaching. Through integration of the theory of teaching contents, optimizing experiment teaching subject, utilizing the way of computer assisted instruction, based on the theory of PBL teaching method, an innovative teaching model to enhance the learning of theory was put forward, which can establish an excellent engineering technology scientific literacy for every students.

normal colleges and universities;ChemicalEngineeringFoundation; combination of theory and experiment; chemical education

福建師范大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目(I201401016)。

黃紫洋。

G642 0

A

1001-9677(2016)024-0153-03