基于問題設(shè)計(jì)藝術(shù)的緒論課實(shí)踐

[摘要]文章針對工科學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)化學(xué)積極性不高，基于大一學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，結(jié)合筆者課程教學(xué)實(shí)踐，以無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析緒論課為例，總結(jié)出基于問題設(shè)計(jì)藝術(shù)，即以解決“學(xué)什么（what）、為什么學(xué)（why）和怎么學(xué)（how）”三大問題為主線，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的緒論課上課模式。

[關(guān)鍵詞]無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析；課程建設(shè)；教學(xué)實(shí)踐

[Abstract]article for chemical engineering students learn basic motivation is not high， based on the characteristics of freshman students' cognitive and applied talents training needs， combined with the author about the course， inorganic chemistry and chemical analysis Introduction class， for example， summed up the problem-based design Art， that is to solve the "what to learn （what）， why bother to learn （why）， and how to learn （how）" three major issues the main line， to stimulate student interest in learning and improve student learning enthusiasm introduction class to class model.

[Key words]inorganic chemistry and chemical analysis； curriculum construction； teaching practice

無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析是由無機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)整合而來的一門專業(yè)平臺課程，主要面向化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)、環(huán)境工程和能源化學(xué)工程等多個(gè)本科專業(yè)開設(shè)。

本文主要以無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析緒論課教學(xué)實(shí)踐為例，對以解決“what（學(xué)什么？）、why（為什么學(xué)？）和how（如何學(xué)？）”為主線，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的基于問題設(shè)計(jì)藝術(shù)上課模式進(jìn)行了介紹和總結(jié)。

一、了解工科大一學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)，找到緒論課的切入點(diǎn)

現(xiàn)行高考模式導(dǎo)致高等院校錄取招收的學(xué)生化學(xué)知識基礎(chǔ)不同，甚至相差較大。不參加化學(xué)科目高考的學(xué)生，只是在高中低年級修滿畢業(yè)要求的6個(gè)學(xué)分，進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)，其高中階段所學(xué)習(xí)化學(xué)知識只能算是啟蒙加基礎(chǔ)；參加化學(xué)科目高考的學(xué)生，可能具有8-10個(gè)學(xué)分的化學(xué)知識量，其高中階段所學(xué)的化學(xué)知識基本能夠支撐大學(xué)化學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的主干知識框架。[1]

對于化學(xué)工程與工藝等工科類學(xué)生，主要來源于高中理科生，高中階段化學(xué)課程內(nèi)容只是定性地對大學(xué)化學(xué)部分基本核心知識的簡單介紹，對于相關(guān)概念、理論還不能全面、系統(tǒng)地進(jìn)行深入闡述，還不能從定量的視角表達(dá)、描述和應(yīng)用。

二、把握工科大一學(xué)生學(xué)習(xí)心理，找到緒論課的興趣點(diǎn)

大一剛?cè)雽W(xué)工科專業(yè)學(xué)生對工科的理解往往局限于較模糊的“工程”概念，許多學(xué)生認(rèn)為，無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等四大基礎(chǔ)化學(xué)是理科同學(xué)應(yīng)該學(xué)習(xí)的，他們學(xué)好學(xué)不好無所謂。所以，當(dāng)拿到課表看到“無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析”這門課時(shí)，很容易產(chǎn)生疑問：這是一門啥課程、學(xué)習(xí)哪些知識（what）？為什么學(xué)、與我們工科課程有多大關(guān)聯(lián)度（why）？怎樣學(xué)（how）？等問題。這些都是學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)、興趣點(diǎn)。設(shè)計(jì)問題、創(chuàng)造性地解決好這些問題，直接關(guān)系到緒論課的成敗，也關(guān)系到該門課在學(xué)生心目中的地位。What、why、how恰巧是問題設(shè)計(jì)藝術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

三、貼近學(xué)生基礎(chǔ)，融入學(xué)科前沿，解決是什么、學(xué)什么（what）問題

關(guān)于如何講好緒論課，專家、學(xué)者針對不同課程提出了很多有益的建議。[2-7]如何從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，抓住學(xué)生的心理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)中的作用是大家共同關(guān)注的問題。在了解學(xué)生基礎(chǔ)和心理特點(diǎn)的前提下，首要解決的問題就是該課程是什么、學(xué)什么（what）的問題。

上課首先拋出第一個(gè)問題，“中學(xué)化學(xué)課程中，同學(xué)們都學(xué)過合成氨反應(yīng)，對該反應(yīng)你們了解多少？”，第二個(gè)問題，“若在化工生產(chǎn)中投產(chǎn)，按年產(chǎn)100萬噸計(jì)算，投資商關(guān)注什么？工程師關(guān)注什么？如何對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行控制？如何進(jìn)行清潔生產(chǎn)，做到節(jié)能環(huán)保？”。及時(shí)對學(xué)生的回答進(jìn)行總結(jié)、提升，指出反應(yīng)的產(chǎn)率、速率問題，學(xué)完無機(jī)化學(xué)知識即可解決，質(zhì)量檢測是分析化學(xué)中要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，其中，分析可分為化學(xué)分析和儀器分析，反應(yīng)工藝設(shè)計(jì)、廠房布置、節(jié)能環(huán)保等是同學(xué)們后續(xù)課程關(guān)注的問題。由此，指出無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析是無機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)中化學(xué)分析部分的有機(jī)結(jié)合。這樣就解決了是什么的問題。同時(shí)，學(xué)生也對該門課程有了專業(yè)的認(rèn)同感。

學(xué)生了解了該門課是什么后，關(guān)于學(xué)什么也有了初步了解，為了實(shí)現(xiàn)知識的完整性、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拋出第三個(gè)問題，“大家都知道合成氨需要的反應(yīng)條件較苛刻，如高溫、高壓、催化劑等，根據(jù)你所掌握的知識，能否通過其它途徑將氮?dú)廪D(zhuǎn)換成氨氣？對于任意一個(gè)反應(yīng)，又如何判斷反應(yīng)的可行性與收率問題呢？”，借機(jī)介紹人工固氮的學(xué)科前沿知識，指出化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)初步知識是該門課的知識模塊之一。而后，基于學(xué)生已掌握的中學(xué)化學(xué)平衡初步知識，總結(jié)出四大平衡、四大滴定是該門課程的又一知識模塊。接著拋出第四個(gè)問題，“世界發(fā)展日新月異，假若發(fā)現(xiàn)118號元素，你能確定它在元素周期表中的位置、可能具有的性質(zhì)及應(yīng)用價(jià)值嗎？”，指出物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素化合物部分是該門課程的另外兩大知識模塊。這樣，學(xué)生既了解了該門課是什么，又明白了該門課程的四大知識模塊。

四、抓住學(xué)生興趣點(diǎn)，解決為什么學(xué)（why）問題

工藝設(shè)計(jì)、工程管理是工科類學(xué)生感興趣的話題，以此為切入點(diǎn)，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為解決為什么學(xué)，設(shè)計(jì)了如下問題：某企業(yè)擬投資生產(chǎn)丁二烯，有人提供了如下三種方法，

（1）C4H8（g）=C4H6（g）+H2（g）

（2）C4H8（g）+1/2O2（g）=C4H6（g）+H2（g）

（3）2C2H4（g）=C4H6（g）+H2（g）

作為工程研究人員，你關(guān)注哪些問題？引導(dǎo)學(xué)生討論后，總結(jié)指出，哪種方法能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)（反應(yīng)能否發(fā)生、若能發(fā)生反應(yīng)條件如溫度、壓力、催化劑等）、哪種方法更節(jié)能環(huán)保（需要的反應(yīng)溫度低等）、哪種方法能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益（反應(yīng)的速率和轉(zhuǎn)化率等）都是首先要考慮的問題，解決以上問題所需要知識即無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析課程模塊一所涉獵的內(nèi)容。只有這些問題明確了，才能進(jìn)行工藝路線設(shè)計(jì)、反應(yīng)釜設(shè)計(jì)等工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。對于生產(chǎn)所需原料的純度、反應(yīng)過程中反應(yīng)進(jìn)度的監(jiān)控，及最后產(chǎn)品的質(zhì)量檢測均需要通過分析化學(xué)手段來把關(guān)。由此看來，學(xué)好基礎(chǔ)化學(xué)知識是必要的。

當(dāng)然，上面列舉的只是一個(gè)案例，化學(xué)知識與實(shí)際生活密不可分，同學(xué)們已深有體會，留給學(xué)生課下總結(jié)。接著抓住學(xué)生關(guān)注的航空、航天事業(yè)與化學(xué)的關(guān)系問題，選擇隱形材料、形狀記憶材料、超導(dǎo)材料及嫦娥一號著陸系統(tǒng)控制等學(xué)科前沿知識，和同學(xué)們分享。及時(shí)總結(jié)，一個(gè)國家航空、航海、航天發(fā)展水平的高低，也與化學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)，如隱形材料、超導(dǎo)材料、形狀記憶材料等都與我們即將學(xué)習(xí)的元素化合物知識緊密相連，無機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析所學(xué)習(xí)知識是基礎(chǔ)，是解決許多工程問題、能耗問題、質(zhì)量問題、材料問題的基礎(chǔ)。

五、授人以漁，解決怎樣學(xué)（how）問題

指導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)好課程、引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生良好的化學(xué)素養(yǎng)，是需要從大學(xué)第一堂課開始并一以貫之的。緒論課作為第一堂課，其重要性可想而知。

六、總結(jié)與體會

在緒論課教學(xué)中，以“學(xué)什么（what）、為什么學(xué)（why）和怎么學(xué)（how）”三大問題為主線，扣緊學(xué)生關(guān)注問題，設(shè)計(jì)問題、引入案例、融入學(xué)科前沿，較好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)，將工程、環(huán)保、節(jié)能等理念融入教學(xué)，使工科學(xué)生對專業(yè)有了認(rèn)同感。

實(shí)際上，具體到任意一課堂，what即該節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)；why即學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容有什么用，或與工業(yè)生產(chǎn)、學(xué)科發(fā)展、培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)等有何聯(lián)系等；how即教法和指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法的選擇。試想，不只是緒論課，對任意一節(jié)課，如果教師從備課開始都能抓住這三點(diǎn)，課堂上再逐一落實(shí)，都將是一節(jié)精彩的課。該授課模式長期堅(jiān)持下去，對于學(xué)生而言，學(xué)生的自學(xué)能力、邏輯思維能力、探究學(xué)習(xí)能力都將有大的提升。

參考文獻(xiàn)

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[4]鄧玉恒，李夏，王少亭，聶峰梅，金瓊花，田洋.普通化學(xué)原理緒論課的一點(diǎn)教學(xué)體會[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，28（12）：6-10.

作者簡介

李大枝，1971- ，女，副教授，博士，化學(xué)工程系副主任，主要研究方向：材料設(shè)計(jì)與模擬；化學(xué)分離。

資金資助

山東省高等學(xué)校精品課程建設(shè)項(xiàng)目（2013BK008）