案例導(dǎo)向式教學(xué)在化工傳遞過程課程中的探索與應(yīng)用

趙青山

（中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266580）

0 引言

化工傳遞過程是化工類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，主要研究化工過程中動量、熱量和質(zhì)量傳遞的基本原理和規(guī)律，并揭示三種傳遞過程之間存在的類似性[1]。不同于化工原理、反應(yīng)工程等化工類專業(yè)課程相對宏觀、具體的研究問題的方法，化工傳遞過程是基于三種傳遞現(xiàn)象的內(nèi)在本質(zhì)，以微觀視角去看待問題，從復(fù)雜的物理、化學(xué)過程中抽取數(shù)學(xué)模型，通過求解微分/偏微分方程得到問題的答案。通過本門課程的學(xué)習(xí)，旨在提高學(xué)生對三傳機(jī)理的認(rèn)識和理解，并利用化工傳遞過程知識分析和解決實(shí)際工程問題[2]。然而，由于其研究問題獨(dú)特的思路和方法，化工傳遞過程具有工程理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象且推導(dǎo)公式多等突出特點(diǎn)，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要具備較好的邏輯思維能力和對復(fù)雜過程的理解能力，而建模和求解又要求學(xué)生具有較好的高等數(shù)學(xué)功底。因此，學(xué)生普遍反映課程學(xué)習(xí)難度大，極大地限制了學(xué)習(xí)興趣和積極性，并且難以真正理解化工傳遞過程的核心知識以及具備運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力，導(dǎo)致課堂效果不佳，不能很好地達(dá)到預(yù)期的課程培養(yǎng)目標(biāo)[3]?；趯W(xué)時短、任務(wù)重、難度大等客觀條件，如何提升學(xué)生對化工傳遞過程課程的學(xué)習(xí)興趣，提高對課程知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用能力，是當(dāng)前化工傳遞過程教學(xué)中亟須解決的重要難題。

1 案例導(dǎo)向式教學(xué)在化工傳遞過程課程教學(xué)中的重要性

所謂案例導(dǎo)向式教學(xué)是在課堂中引入學(xué)生日常生活、熟知或感興趣的場景，讓學(xué)生把自己納入到案例場景中，拉近課程與學(xué)生之間的距離，讓學(xué)生以主人翁的身份主動學(xué)習(xí)，并運(yùn)用所學(xué)知識分析討論或解決案例問題[4]。由于化工傳遞過程課程內(nèi)容難度大，一旦學(xué)生對課程失去了學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生更多時候會選擇“躺平”的狀態(tài)去學(xué)習(xí)；反之如果學(xué)生對課程產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，那么學(xué)生會變被動學(xué)習(xí)為主動求知，積極主動地思考和探索，在求知探索中產(chǎn)生愉悅和滿足，再難的課程也會變得事半功倍[5]。若能夠?qū)⒒鬟f過程抽象的知識與具象的生活、工程及科研等方面的素材和案例有機(jī)結(jié)合起來，恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到課堂導(dǎo)入、知識推進(jìn)、章節(jié)小結(jié)等教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，將抽象的課程知識具體化，能夠把學(xué)生從理論思維中解脫出來，拉近學(xué)生和課程內(nèi)容之間的心理距離，極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)探索的興趣和積極性。同時，在課程知識推進(jìn)過程中案例式學(xué)習(xí)還可以強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解和運(yùn)用，在潛移默化中學(xué)習(xí)和掌握理論知識；在完成階段性學(xué)習(xí)任務(wù)后，課上或課后綜合案例分析則能夠讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識解決身邊的問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感和解決工程實(shí)際問題的能力，發(fā)展學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)具有優(yōu)異邏輯思維能力和理論實(shí)踐水平的高素質(zhì)復(fù)合型化工人才。

2 案例素材的篩選與設(shè)計(jì)

首先，案例素材要緊密結(jié)合傳遞知識內(nèi)涵，建立表面現(xiàn)象和三傳過程的內(nèi)在聯(lián)系。為了生動形象的闡釋教學(xué)內(nèi)容，需要從生活常識、工程案例、科研論文等各方面收集、整理和篩選緊扣課程內(nèi)容的典型案例素材，并從復(fù)雜的案例問題中抽提出涵蓋的傳遞過程，建立表觀現(xiàn)象與三傳內(nèi)涵之間的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生通過案例學(xué)習(xí)更好的理解和學(xué)習(xí)知識點(diǎn)。其次，案例要貼近生活生產(chǎn)，并緊跟科學(xué)前沿?；鬟f過程是一門“頂天立地”的課程，傳遞現(xiàn)象既廣泛應(yīng)用于最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域（如導(dǎo)彈發(fā)射、火星探索等），又在日常生活中無時無刻不在發(fā)生（如春風(fēng)拂面、做飯炒菜等）。案例素材可以選擇學(xué)生熟悉的生活生產(chǎn)場景，形成“問題源于生活/生產(chǎn)—認(rèn)清問題、學(xué)習(xí)知識—回到生活/生產(chǎn)”的閉合學(xué)習(xí)循環(huán)，又可以結(jié)合最新的科學(xué)研究進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究思維和探索創(chuàng)新意識，對學(xué)生未來工作和研究學(xué)習(xí)都有諸多裨益。第三，案例的難度要適中，知識要深入淺出。為了適應(yīng)課程的需求和學(xué)生的知識水平，案例的難度需要適中，太簡單會讓學(xué)生失去探索的欲望，太難則會讓學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，失去案例導(dǎo)向式教學(xué)的優(yōu)勢。因此，在實(shí)施過程中需要精心篩選難度適中的案例素材，通過案例將三傳知識深入淺出的傳授給學(xué)生。

3 案例導(dǎo)向式教學(xué)在化工傳遞過程課程教學(xué)中應(yīng)用

根據(jù)化工傳遞過程課程的特點(diǎn)和實(shí)施的教學(xué)環(huán)節(jié)，案例導(dǎo)向式教學(xué)大體可分為開篇案例法、問題案例法和綜合案例法。（1）開篇案例課堂導(dǎo)入。通過一個鮮活的案例引出新課知識，會極大地增加課堂的生動性，拉近抽象的課堂知識與學(xué)生之間的距離，吸引學(xué)生的注意力和興趣，促使其成為積極主動的知識探究者。例如在講授邊界層分離時，可以拿乒乓球和高爾夫球讓學(xué)生們?nèi)?，讓學(xué)生直觀體驗(yàn)兩者不同的運(yùn)動軌跡，激發(fā)學(xué)生們的關(guān)注和興趣，引出邊界層分離的概念。再例如講授分子傳質(zhì)擴(kuò)散時，通過跟學(xué)生分享做飯切洋蔥的經(jīng)歷，引發(fā)學(xué)生的切身體會，講出放入水中切可以有效避免刺激眼睛，引導(dǎo)學(xué)生更好的理解氣體和液體中的分子擴(kuò)散及速率。（2）問題案例內(nèi)容推進(jìn)。在課程知識學(xué)習(xí)進(jìn)程中，可讓學(xué)生分析生活、工程或科研中的案例問題，使其感受傳遞過程原來就在身邊，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)理論的作用和工程知識的魅力，在問題案例中訓(xùn)練和掌握三傳的學(xué)習(xí)方法。例如在講授傳熱部分時，講完三種基本傳熱方式后可以提出問題讓同學(xué)們辯論：冬天南方濕冷，北方干冷，哪里更冷？這樣一下子就把學(xué)生置身到虛擬場景中，讓學(xué)生以主人翁的身份去思考兩種環(huán)境中的傳熱方式，并能夠更好地理解導(dǎo)熱系數(shù)。再例如所謂“心急吃不了熱豆腐”，可以讓學(xué)生們討論怎么才能盡快吃到熱豆腐？在這個過程中能夠讓學(xué)生帶著興趣去思考，促進(jìn)對熱量傳遞速率過程的理解和掌握。（3）綜合案例訓(xùn)練總結(jié)。在完成章節(jié)或階段性學(xué)習(xí)后，通過綜合案例提出需要解決的生活、工程或科研問題，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識獨(dú)立思考或者分組討論，達(dá)到知識系統(tǒng)化運(yùn)用的目的。例如在講授完傳熱部分后，可以讓學(xué)生們建模分析討論秋衣和大衣穿的次序?qū)囟确植己捅ＥЧ挠绊懀辉倮缛梭w體溫恒定是由于身體內(nèi)部不斷產(chǎn)熱和表面不斷散熱的平衡，可以讓學(xué)生建模分析自己身體向外散熱的速率。通過分析和解決學(xué)生們身邊息息相關(guān)的案例問題，能夠讓學(xué)生將所學(xué)知識學(xué)以致用，極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感和對知識的實(shí)踐運(yùn)用能力。此外，由于受課程學(xué)時的限制，需要做到案例學(xué)習(xí)和理論教學(xué)的緊密有機(jī)融合，并可有效利用課前討論、課后作業(yè)等環(huán)節(jié)保證案例教學(xué)的充分實(shí)施。

4 結(jié)語

經(jīng)過長期的教學(xué)實(shí)踐，案例導(dǎo)向式教學(xué)能夠大幅度提高學(xué)生對化工傳遞過程課程的興趣和學(xué)習(xí)積極性，從學(xué)習(xí)的客體變?yōu)橹黧w，在實(shí)際將生活、工程、科研案例中啟發(fā)思維，從而更好地學(xué)習(xí)和掌握課程知識，并能夠把基礎(chǔ)知識、思維能力、專業(yè)素質(zhì)有機(jī)融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力。案例導(dǎo)向式教學(xué)在化工傳遞過程課程中效果顯著，有望進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。