懸疑課堂讓理工科專(zhuān)業(yè)課充滿(mǎn)魅力

潘夢(mèng) 龐雅慧 霍朝飛 李興揚(yáng) 石萍萍 楊仁春

摘 要：針對(duì)理工科專(zhuān)業(yè)課教學(xué)過(guò)程中普遍存在的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足等問(wèn)題，基于問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)法，創(chuàng)建出了懸疑課堂教學(xué)模式，并在化工熱力學(xué)課程中進(jìn)行了深入應(yīng)用。實(shí)踐表明，在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)設(shè)置引人入勝的疑問(wèn)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在課堂教學(xué)過(guò)程中層層引疑設(shè)疑、構(gòu)筑懸念能夠讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到保持，最終可以實(shí)現(xiàn)灌輸教學(xué)向啟發(fā)教學(xué)、枯燥課堂向魅力課堂的轉(zhuǎn)變。課堂教學(xué)的改革創(chuàng)新促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的大幅度提升，取得了顯著的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化工熱力學(xué)；教學(xué)改革；學(xué)習(xí)興趣；問(wèn)題導(dǎo)向；懸疑課堂

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1673-260X（2023）07-0075-03

隨著我國(guó)高等教育的大規(guī)模發(fā)展，高校人才培養(yǎng)質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。課堂教學(xué)作為高校本科人才培養(yǎng)的主渠道、主陣地、主戰(zhàn)場(chǎng)，對(duì)本科人才培養(yǎng)質(zhì)量起著決定性的作用[2]。然而，當(dāng)前大學(xué)課堂的教學(xué)現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀，特別是在非重點(diǎn)院校，學(xué)生上課不認(rèn)真聽(tīng)課的現(xiàn)象較為常見(jiàn)，遲到、早退，甚至逃課的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生[3]。因此，推進(jìn)本科課堂教學(xué)改革，提升課堂教學(xué)質(zhì)量目前顯得格外重要，是保證高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵[4]。

孔子曰：知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者。正所謂興趣是最好的老師，提升課堂教學(xué)質(zhì)量的首要任務(wù)應(yīng)是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。學(xué)生只有對(duì)教學(xué)內(nèi)容有了興趣才會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，才容易保持高效的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而最終獲得較好的學(xué)習(xí)效果[6]。但是，對(duì)于大多數(shù)理工科專(zhuān)業(yè)課，其內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)難度大，若教師仍采用傳統(tǒng)教法，學(xué)生很難產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣[7]。例如，化工熱力學(xué)課程是化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生必修的核心專(zhuān)業(yè)課程，課程具有理論性強(qiáng)、抽象概念多、公式多且推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜等特點(diǎn)[8]。在我校以往的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映該課程枯燥乏味、學(xué)習(xí)難度大，對(duì)課程內(nèi)容缺乏學(xué)習(xí)興趣，從而導(dǎo)致課堂教學(xué)效果欠佳。

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)理工科專(zhuān)業(yè)課的興趣，我國(guó)教育工作者進(jìn)行了大量的教學(xué)改革研究與實(shí)踐，探索出了眾多有益的舉措[9-12]。例如，在課堂上引入現(xiàn)代化教育手段，將教學(xué)內(nèi)容與生活生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合等。在這些改革措施中，采用問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)法教學(xué)是提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣最常用的方法[10-12]。問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)法是一種啟發(fā)式教學(xué)方法，其核心思想是教師將教學(xué)內(nèi)容以問(wèn)題的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生在探索、解決問(wèn)題的過(guò)程中掌握知識(shí)、提高能力、增強(qiáng)素質(zhì)。

筆者在化工熱力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中對(duì)問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)法進(jìn)行了多年的應(yīng)用探索，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了進(jìn)一步的改革創(chuàng)新，構(gòu)建出了懸疑課堂的教學(xué)模式，取得了顯著的教學(xué)效果。本文將以化工熱力學(xué)課程為例，對(duì)懸疑課堂教學(xué)模式進(jìn)行詳細(xì)論述，以期為其它理工科專(zhuān)業(yè)課程提供參考。

1 懸疑課堂整體構(gòu)建思路

基于“學(xué)起于思，思源于疑”的觀點(diǎn)，為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，我們?cè)谡n前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后復(fù)習(xí)三個(gè)環(huán)節(jié)中均設(shè)置若干疑問(wèn)，以問(wèn)題激發(fā)興趣、驅(qū)動(dòng)思考、促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。在課前以課前作業(yè)的形式布置疑問(wèn)，借助疑問(wèn)驅(qū)動(dòng)預(yù)習(xí)；在課后以課后作業(yè)的形式留下疑問(wèn)，讓學(xué)生在自我探疑的過(guò)程中鞏固復(fù)習(xí)。特別是在課堂教學(xué)過(guò)程中，在堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向的基礎(chǔ)上，我們提出了引人入勝、層層設(shè)疑、環(huán)環(huán)相扣、步步懸念的創(chuàng)新理念。這其中包含兩個(gè)方面的特點(diǎn)。一方面是引人入勝，也就是在課堂導(dǎo)入部分融入生活實(shí)例或熱點(diǎn)新聞，在這些實(shí)際案例中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，由問(wèn)題引出教學(xué)主題，從而激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面是層層設(shè)疑、環(huán)環(huán)相扣、步步懸念，也就是在講授教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中，借助邏輯關(guān)聯(lián)巧妙地步步引疑、設(shè)疑、構(gòu)筑懸念，以疑問(wèn)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，用懸念讓學(xué)生保持興趣，在層層探疑、解疑的過(guò)程中傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)。最終，在化工熱力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中構(gòu)建出懸疑課堂教學(xué)模式。

2 化工熱力學(xué)懸疑課堂教學(xué)實(shí)例

為進(jìn)一步闡述懸疑課堂教學(xué)模式，我們以課程第2章中“純物質(zhì)p-T相圖及超臨界流體”和第6章中“熱泵及其應(yīng)用”這兩節(jié)內(nèi)容為例進(jìn)行具體說(shuō)明。在講授這兩節(jié)內(nèi)容時(shí)，教學(xué)過(guò)程分為了課前預(yù)習(xí)、課堂導(dǎo)入、知識(shí)講解、知識(shí)升華、知識(shí)應(yīng)用、課堂練習(xí)、課堂小結(jié)、課后思考共8個(gè)環(huán)節(jié)。在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，兩節(jié)內(nèi)容均布置了2個(gè)疑問(wèn)，借助疑問(wèn)驅(qū)動(dòng)學(xué)生預(yù)習(xí)?！凹兾镔|(zhì)p-T相圖及超臨界流體”這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)是：（1）掌握純物質(zhì)的p-T相圖的基本概念和分布規(guī)律，（2）掌握臨界點(diǎn)及超臨界流體的定義和特性，（3）能夠應(yīng)用純物質(zhì)p-T相圖分析基礎(chǔ)的工程問(wèn)題。在講解這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，我們由“在治療新冠肺炎的過(guò)程中哪種醫(yī)療物質(zhì)用量最大？”這一問(wèn)題引出氧氣，再由“醫(yī)用氧氣是如何制得的？”引出空氣深冷分離技術(shù)，講解完空氣深冷分離的基本原理后進(jìn)一步提出疑問(wèn)：空氣深冷分離時(shí)溫度壓力如何選擇，以什么為標(biāo)準(zhǔn)？由該問(wèn)題引出本節(jié)課的教學(xué)主題，從而完成課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)。在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)將教學(xué)主題與治療新冠肺炎的氧氣相關(guān)聯(lián)能夠很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在知識(shí)講解環(huán)節(jié)，我們以“相圖是分布圖還是變化趨勢(shì)圖？”“相圖中各元素的含義是什么？”這兩個(gè)問(wèn)題為開(kāi)端，在帶領(lǐng)學(xué)生解疑的過(guò)程中讓學(xué)生掌握相圖的基本概念。緊接著我們繼續(xù)提出疑問(wèn)：為什么物質(zhì)在不同的溫度、壓力下會(huì)處于不同的狀態(tài)？為什么單相為面、兩相共存為線、三相共存為點(diǎn)？在解答這兩個(gè)疑問(wèn)的過(guò)程中讓學(xué)生理解相圖。然后我們圍繞相圖的特點(diǎn)進(jìn)一步提出疑問(wèn)：相圖中右上角空白區(qū)域是什么？為什么氣相區(qū)會(huì)有汽、氣之分？在解疑的過(guò)程中讓學(xué)生掌握超臨界流體的概念?；诔R界流體的概念，我們繼續(xù)提問(wèn)：超臨界流體有什么特點(diǎn)？在帶領(lǐng)學(xué)生解疑的過(guò)程中讓學(xué)生理解超臨界流體，從而完成了知識(shí)講解環(huán)節(jié)。在知識(shí)升華環(huán)節(jié)，我們基于相圖的基本概念提出疑問(wèn)：物質(zhì)的相態(tài)分布滿(mǎn)足相圖的規(guī)律，那我們的人生狀態(tài)分布滿(mǎn)足什么規(guī)律呢？在解疑的過(guò)程中以物比人，不僅強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，而且培養(yǎng)其奮斗精神。緊接著我們回到課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)提出的問(wèn)題：空氣深冷分離時(shí)溫度壓力應(yīng)該如何選擇？在引導(dǎo)學(xué)生探疑、解疑的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，基于該問(wèn)題答案中的關(guān)鍵點(diǎn)——超臨界流體，我們進(jìn)一步提出疑問(wèn)：超臨界流體還有什么用途？在解疑的過(guò)程中開(kāi)拓學(xué)生眼界，強(qiáng)化高階思維能力。接下來(lái)的課堂練習(xí)和課堂小結(jié)環(huán)節(jié)均由問(wèn)題引導(dǎo)，讓學(xué)生在解疑的過(guò)程中鞏固知識(shí)、提升能力。課堂的最后留下疑問(wèn)：CO2加氫轉(zhuǎn)化一般在高溫、高壓條件下進(jìn)行，請(qǐng)查閱文獻(xiàn)確定是否有在超臨界狀態(tài)下研究該反應(yīng)的報(bào)道？超臨界狀態(tài)對(duì)該反應(yīng)有什么影響？讓學(xué)生在課后探疑的過(guò)程中鞏固復(fù)習(xí)，同時(shí)提升創(chuàng)新思維能力。課堂教學(xué)總流程如圖1所示。

“熱泵及其應(yīng)用”這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)是：（1）掌握熱泵的概念和工作原理，（2）掌握理想熱泵的能量分析方法，（3）能夠運(yùn)用熱泵相關(guān)知識(shí)分析實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。課堂教學(xué)總流程如圖2所示。我們由“冬季取暖使用電暖器和空調(diào)哪個(gè)更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)能？”這一與日常生活息息相關(guān)的問(wèn)題引出教學(xué)主題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在知識(shí)講解環(huán)節(jié)，學(xué)生在探究“熱泵是什么？”“熱泵與換熱器有什么區(qū)別？”這兩個(gè)疑問(wèn)的過(guò)程中能夠掌握熱泵的概念，在探究“熱泵依據(jù)什么原理輸送熱？與熱力學(xué)第二定律矛盾嗎？”這個(gè)疑問(wèn)的過(guò)程中能夠理解熱泵的工作原理，在探究“熱泵經(jīng)濟(jì)嗎？”“常見(jiàn)熱泵的熱源有哪些？”“熱泵在運(yùn)行過(guò)程中節(jié)能嗎？”“制冷系數(shù)如何獲得？”這幾個(gè)疑問(wèn)的過(guò)程中能夠?qū)W到理想熱泵的能量分析方法。需要注意的是，這些疑問(wèn)并不是相互獨(dú)立的，而是具有層層遞進(jìn)的邏輯關(guān)系。例如，在解答“熱泵是什么？”這個(gè)問(wèn)題時(shí)我們強(qiáng)調(diào)熱泵是輸送熱量的設(shè)備。那么，借助邏輯聯(lián)系，可以進(jìn)一步提出疑問(wèn)：同樣是輸送熱量的設(shè)備，熱泵與以前學(xué)的換熱器有什么區(qū)別？在探究這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，我們強(qiáng)調(diào)了熱泵是由低溫向高溫輸送熱量的設(shè)備?；谶壿嬎伎?，很容易想到：低溫向高溫輸送熱量是怎么實(shí)現(xiàn)的？與熱力學(xué)第二定律矛盾嗎？正是借助這樣的邏輯關(guān)系，我們?cè)谡n堂上層層引疑設(shè)疑、構(gòu)筑懸念，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到保持。接下來(lái)的知識(shí)升華環(huán)節(jié)也是由遞進(jìn)的疑問(wèn)做引導(dǎo)。緊接著我們回到課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)提出的問(wèn)題：電暖器與空調(diào)比較，采用哪種方式取暖更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)能？在引導(dǎo)學(xué)生探疑、解疑的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用熱泵相關(guān)知識(shí)分析實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)進(jìn)一步的疑問(wèn)設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索、拓寬知識(shí)。接下來(lái)的課堂練習(xí)和課堂小結(jié)環(huán)節(jié)也均由問(wèn)題引導(dǎo)。在課堂的最后留下疑問(wèn)：青藏鐵路建設(shè)過(guò)程中使用的“熱棒”是熱泵嗎？其與熱泵有什么區(qū)別和聯(lián)系？讓學(xué)生在課后探疑的過(guò)程中學(xué)會(huì)舉一反三，不僅鞏固知識(shí)，而且鍛煉高階思維。課堂教學(xué)模式詳見(jiàn)圖2。

3 化工熱力學(xué)懸疑課堂建設(shè)成效

懸疑課堂教學(xué)模式極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)課程的興趣，取得了顯著的教學(xué)效果。在增加期末考試綜合題比例，增大考試難度的前提下，學(xué)生的期末考試平均成績(jī)（17級(jí)）相比于課程改革前（16級(jí)）提高了5.6分。更重要的是，學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)風(fēng)氣有了很大的改善。在近三年的授課過(guò)程中，超80%的學(xué)生積極參與了課堂互動(dòng)，超50%的學(xué)生參加了與課程內(nèi)容相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽，超20%的學(xué)生獲得了省級(jí)及以上學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)。此外，懸疑課堂教學(xué)模式也受到了我校師生的廣泛好評(píng)。在近三年學(xué)院組織的教學(xué)信息問(wèn)卷調(diào)查中，本課程的整體滿(mǎn)意度全部超95%，課程主講教師的評(píng)教成績(jī)也連續(xù)兩年位居全學(xué)院第一名。課程先后獲批校級(jí)金課、校級(jí)課程思政示范課、省級(jí)教學(xué)示范課、校級(jí)一流課程。基于懸疑課堂教學(xué)模式建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)近三年獲得了包括省級(jí)高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽三等獎(jiǎng)、校級(jí)教師教學(xué)創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)、校級(jí)青年教師基本功大賽一等獎(jiǎng)在內(nèi)的各類(lèi)校級(jí)及以上教學(xué)競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)8項(xiàng)。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者提出的懸疑課堂教學(xué)模式日漸成熟，在課堂教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮的作用日益凸顯，有效解決了理工科專(zhuān)業(yè)課教學(xué)過(guò)程中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了灌輸教學(xué)向啟發(fā)教學(xué)、枯燥課堂向魅力課堂的轉(zhuǎn)變，取得了顯著的教學(xué)效果。相關(guān)課堂教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)值得其它理工科專(zhuān)業(yè)課程借鑒參考。

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