促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的教學(xué)方法探索和實(shí)踐*

馬玉龍 高小紅 文艷霞 吳春姍 楊艾玲

(武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化學(xué)與制藥工程系 湖北武漢 430223)

獨(dú)立學(xué)院是我國(guó)高等學(xué)校的重要組成部分，但學(xué)生的基礎(chǔ)與重點(diǎn)大學(xué)相比有差別。因此，充分發(fā)揮獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高他們的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)和促進(jìn)他們接受教師的指導(dǎo)，自覺(jué)進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)，比其他學(xué)校的學(xué)生更顯得重要，這對(duì)于提升我國(guó)高等教育的教學(xué)質(zhì)量也有重要的意義。

學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性與教師的引導(dǎo)有關(guān)，“教”和“學(xué)”的改革是相輔相成、互相促進(jìn)的。楊海燕等[1]用膠體溶液的光散射性質(zhì)解釋李白《望廬山瀑布》中“紫煙”的成因，就是一個(gè)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的好例子。

我院制藥工程專業(yè)是第3批本科，其定位是面向基層，面向生產(chǎn)第一線，服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)；畢業(yè)生的就業(yè)崗位主要在制藥企業(yè)。因此，化工原理課程是該專業(yè)最重要的主干課程之一。為了引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效果，滿足用人單位的需要，在教學(xué)過(guò)程中，我們根據(jù)化工原理課程的特點(diǎn)和學(xué)生的基礎(chǔ)，進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

1 建立促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的教學(xué)理念

所謂創(chuàng)新學(xué)習(xí)，是指以培養(yǎng)人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為取向的學(xué)習(xí)[2]。中國(guó)的教育，書(shū)本知識(shí)的傳授量和訓(xùn)練的強(qiáng)度大，繼承性強(qiáng)，所以培養(yǎng)的學(xué)生，書(shū)本知識(shí)掌握得多，考試成績(jī)較好。我們既要發(fā)揚(yáng)我國(guó)大學(xué)教育的優(yōu)點(diǎn)，也要學(xué)習(xí)西方發(fā)達(dá)國(guó)家大學(xué)教育的長(zhǎng)處，提高民族的創(chuàng)新能力。要培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的人才，對(duì)獨(dú)立學(xué)院的教師而言，關(guān)鍵之一是要有提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，改革應(yīng)試教育和教學(xué)方法。大學(xué)教育作為基礎(chǔ)教育通向終身學(xué)習(xí)的重要階段，教師尤其要重視學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)，以創(chuàng)新學(xué)習(xí)推動(dòng)和深化教學(xué)方法創(chuàng)新，以教學(xué)方法創(chuàng)新引導(dǎo)、促進(jìn)和服務(wù)創(chuàng)新學(xué)習(xí)[3]；對(duì)學(xué)生而言，則要逐漸形成創(chuàng)新學(xué)習(xí)的理念和方法，既要學(xué)習(xí)前人積累的知識(shí)，更要注重對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和創(chuàng)新，注重在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)和提高創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力，避免為考試成績(jī)而學(xué)習(xí)?？傊?，要做到創(chuàng)新學(xué)習(xí)，既要有教師的引導(dǎo)，更要有學(xué)生的自主行動(dòng)。

2 采用促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的教學(xué)方法

在化工原理課程中，有不少研究工程問(wèn)題的創(chuàng)新思想方法和創(chuàng)造性應(yīng)用傳遞過(guò)程原理的實(shí)例。各種單元操作處理復(fù)雜的工程問(wèn)題，既有類似性，也有區(qū)別，既有共同規(guī)律，也有特例；因此，教師除了授業(yè)解惑外，還應(yīng)根據(jù)課程的特點(diǎn)，向?qū)W生介紹創(chuàng)新學(xué)習(xí)的方法，尤其是不同于其他課程的創(chuàng)新學(xué)習(xí)方法，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和提高創(chuàng)新能力是有益的。

2.1 突出研究工程問(wèn)題的創(chuàng)新思想方法

化工原理是化工與制藥類專業(yè)的一門(mén)重要工程技術(shù)基礎(chǔ)課程。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程中的一些研究和處理工程問(wèn)題的創(chuàng)新思想方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力。例如，動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的規(guī)律是不同的，雷諾從渦流現(xiàn)象導(dǎo)致在與主流垂直的方向上存在流體質(zhì)點(diǎn)交換出發(fā)，導(dǎo)出了3種傳遞過(guò)程的類比關(guān)系式[4]，揭示了3種傳遞過(guò)程之間的內(nèi)在聯(lián)系。

在講授單元操作時(shí)，我們特別強(qiáng)調(diào)各個(gè)單元操作過(guò)程研究和處理工程實(shí)際問(wèn)題的方法的類似性。如傳熱邊界層和傳質(zhì)邊界層、傳熱單元數(shù)和傳質(zhì)單元數(shù)、最小回流比和最小液氣比、吸收操作線方程和精餾操作線方程等。通過(guò)傳遞過(guò)程類比和類似的討論，能夠幫助學(xué)生舉一反三，溫故知新，既學(xué)到化工原理的書(shū)本知識(shí)，又學(xué)到前人處理實(shí)際問(wèn)題的思想方法。

2.2 突出傳遞過(guò)程原理的創(chuàng)造性應(yīng)用

傳遞過(guò)程原理的應(yīng)用往往需要工程技術(shù)人員做再發(fā)明、再創(chuàng)造。例如，醫(yī)院用的一次性輸液注射器就是馬里奧特容器的改進(jìn)，是應(yīng)用伯努利方程原理設(shè)計(jì)的一種穩(wěn)流裝置，它能夠自始至終以恒定速度輸液，而且其輸液速度及其所需要的輸液時(shí)間能夠應(yīng)用伯努利方程進(jìn)行定量計(jì)算。不少學(xué)生都有輸液的經(jīng)歷，通過(guò)分析解答這些問(wèn)題，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且使他們知道了一次性輸液注射器的應(yīng)用原理，還感受到了傳遞過(guò)程原理的創(chuàng)造性應(yīng)用能夠給人類帶來(lái)方便和效益，活躍了課堂氣氛，促進(jìn)了創(chuàng)新學(xué)習(xí)，提高了教學(xué)效果。又如，從用t-x-y相圖闡述精餾的原理到精餾在工業(yè)上的應(yīng)用，也是工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地引入 “回流”后，才在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)的。這些例子使學(xué)生懂得了學(xué)習(xí)傳遞過(guò)程原理重在學(xué)習(xí)前人的思想方法和對(duì)原理的創(chuàng)造性應(yīng)用。

2.3 共性和特例的比較

像其他許多學(xué)科一樣，在化工原理課程中，也存在不少共性和特例問(wèn)題。例如，流體靜力學(xué)方程是伯努利方程的特例；不可壓縮濾餅的過(guò)濾基本方程式是可壓縮過(guò)濾基本方程式的特例；導(dǎo)熱速率方程式和對(duì)流傳熱速率方程式是總傳熱速率方程式的特例；等分子反向擴(kuò)散速率方程是單方向擴(kuò)散速率方程的特例；分吸收速率方程是總吸收速率方程的特例；x-y相圖中的對(duì)角線方程是精餾段操作線方程和提餾段操作線方程的特例等，引導(dǎo)學(xué)生分析這些共性和特例，既可使學(xué)生融會(huì)貫通，增強(qiáng)記憶，又為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)提供了思路和方法。

2.4 開(kāi)展課堂討論

適時(shí)開(kāi)展課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的原理，解決工業(yè)生產(chǎn)上的實(shí)際問(wèn)題或解釋一些自然現(xiàn)象和突發(fā)事件等，也是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的有效途徑。例如，在講完流體流動(dòng)一章后，要求學(xué)生分析武漢長(zhǎng)江大橋的橋墩多次被過(guò)往船只碰撞的客觀原因。船只碰撞橋墩的主觀原因是駕駛?cè)藛T操作失誤；但是，當(dāng)船只一側(cè)嚴(yán)重偏向橋墩時(shí)，根據(jù)伯努利原理，駕駛員就很難避免船只與橋墩相碰了。又如，用苯作恒沸劑，采用恒沸精餾方法從乙醇-水的恒沸混合物中制取無(wú)水乙醇[5]時(shí)，從塔頂?shù)玫降娜惴谢旌衔镞M(jìn)入塔頂冷凝器冷凝后分為兩層，上層主要含恒沸劑，可直接引回塔中再用；下層主要含水，應(yīng)避免使其進(jìn)入塔中；因此，控制塔頂?shù)挠退纸缑媸呛苤匾?，可要求學(xué)生應(yīng)用靜力學(xué)原理設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單裝置[6]，將油水分界面從塔頂引回到地面的操作室內(nèi)，以方便工人操作，提高工作效率，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。學(xué)生通過(guò)復(fù)習(xí)教材，查閱文獻(xiàn)，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入討論，不僅較好地理解了各種單元操作的原理，而且創(chuàng)新思維和能力都得到了鍛煉和提高。

2.5 研制和應(yīng)用多媒體輔助教學(xué)課件

化工原理課程的特點(diǎn)是設(shè)備多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如各種形式的流體輸送設(shè)備、過(guò)濾設(shè)備、傳熱設(shè)備、精餾和吸收設(shè)備等，大多數(shù)學(xué)生從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò);有些概念較難理解，如精餾一章中的“液泛”。研制和應(yīng)用動(dòng)畫(huà)、圖片和視頻，能夠?qū)⒛承?fù)雜設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)操作過(guò)程和某些難以理解的概念生動(dòng)地展現(xiàn)在屏幕上，教師只需要作簡(jiǎn)單地解釋，就能夠使學(xué)生一目了然。例如液泛和浮閥塔板的動(dòng)態(tài)操作過(guò)程，學(xué)生即使到工廠也難以看到，而采用動(dòng)畫(huà)能夠?qū)⒁悍汉透￠y的動(dòng)態(tài)操作過(guò)程表現(xiàn)得惟妙惟肖，使學(xué)生一目了然。多媒體輔助教學(xué)集圖、文、聲、像于一體，將復(fù)雜的設(shè)備和枯燥的概念介紹變成形象生動(dòng)的視頻，這是傳統(tǒng)的教學(xué)方式達(dá)不到的。

3 實(shí)踐教學(xué)是促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)

制藥工程是由多學(xué)科相互滲透和交叉形成的工程技術(shù)專業(yè)，屬實(shí)驗(yàn)學(xué)科，因此實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中具有重要的地位和作用，是促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。要使實(shí)踐教學(xué)真正起到促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的作用，離不開(kāi)教師的悉心指導(dǎo)?；ぴ韺?shí)踐教學(xué)主要包括化工原理仿真實(shí)驗(yàn)、化工原理實(shí)驗(yàn)、化工原理課程設(shè)計(jì)和化工原理校外實(shí)習(xí)(與生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)一塊進(jìn)行)等。

在做化工原理實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)真思考教師提出的問(wèn)題。以填料精餾塔分離乙醇-正丙醇混合液的操作為例，先讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、裝置構(gòu)造、數(shù)據(jù)測(cè)取和整理等;在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，測(cè)定全回流和部分回流條件下的理論塔板數(shù)和等板高度;引導(dǎo)學(xué)生思考物料組成和塔內(nèi)溫度沿塔高的分布，回流比變化和加熱電壓過(guò)高對(duì)精餾操作的影響，引起塔頂溫度升高和塔釜溫度降低的原因及恢復(fù)正常操作的調(diào)節(jié)方法等。

我們還通過(guò)開(kāi)設(shè)化工原理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)主要有雷諾實(shí)驗(yàn)、伯努利實(shí)驗(yàn)和旋風(fēng)分離實(shí)驗(yàn)等。為了開(kāi)好這些實(shí)驗(yàn)，先讓學(xué)生參考有關(guān)資料，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)，經(jīng)過(guò)教師審查同意后，再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間由學(xué)生自己選擇。以雷諾實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的仔細(xì)觀察，比較實(shí)驗(yàn)觀察到的流動(dòng)形態(tài)和雷諾數(shù)的計(jì)算結(jié)果，加深了對(duì)雷諾思想方法和雷諾數(shù)的認(rèn)識(shí)。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要有精餾實(shí)驗(yàn)、過(guò)濾實(shí)驗(yàn)、吸收實(shí)驗(yàn)和膜分離實(shí)驗(yàn)等。其中膜分離實(shí)驗(yàn)包括超濾、微濾和反滲透等3種膜組件，可以根據(jù)需要任意組合。這類實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自己擬定實(shí)驗(yàn)步驟，經(jīng)教師簽字同意后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如，用反滲透法生產(chǎn)醫(yī)藥用純化水。

無(wú)論是理論課、實(shí)驗(yàn)課，還是生產(chǎn)實(shí)習(xí)，要想培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效果，其關(guān)鍵都是要教師善于引導(dǎo)，精心設(shè)計(jì)和安排教學(xué)內(nèi)容。只有這樣，才能夠取得較好的促進(jìn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)的教學(xué)效果。

[1] 楊海燕，葉非，徐雅琴.大學(xué)化學(xué)，2008，23(3)：53

[2] 唐鵬里，林明.吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(人文社會(huì)科學(xué)版),2005(6)：8

[3] 屈林巖.教育創(chuàng)新重“教”更應(yīng)重“學(xué)”.中國(guó)教育報(bào),2009-01-12-2

[4] 譚天恩，麥本熙，丁惠華.化工原理(下冊(cè)).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1984

[5] 大連理工大學(xué).化工原理(下冊(cè)).第2版.北京:高等教育出版社,2009

[6] 北京大學(xué)化學(xué)系《化學(xué)工程基礎(chǔ)》編寫(xiě)組.化學(xué)工程基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2000