探究式教學(xué)在化工原理教學(xué)中的應(yīng)用

張潔婧++張建峰++朱學(xué)軍

摘 要：文針對(duì)農(nóng)科院校非化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，提出了探究式教學(xué)方法，使學(xué)生在不斷的自我探索與自行解決問(wèn)題的過(guò)程中提高對(duì)化工原理課程的學(xué)習(xí)興趣，并且提供工程意識(shí)和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：化工原理；非化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)；探究式教學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.008

1 引言

化工原理是化工及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，分析和解決化工及其相關(guān)類(lèi)型生產(chǎn)中各種物理過(guò)程問(wèn)題的工程學(xué)科[1]?；ぴ碚n程是一門(mén)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算相結(jié)合的學(xué)科，具有很強(qiáng)的工程背景。本課程擔(dān)負(fù)著由理論到工程、由基礎(chǔ)到專(zhuān)業(yè)的橋梁作用，化工原理教學(xué)水平的高低對(duì)化工及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

但是，化工原理具有內(nèi)容多、計(jì)算多、內(nèi)容枯燥、抽象、工程性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，特別是農(nóng)科院校的學(xué)生，大多數(shù)學(xué)生由于理學(xué)基礎(chǔ)較差會(huì)很頭疼上這樣的課。究其原因主要是傳統(tǒng)的理論傳授式教學(xué)模式主張學(xué)生的被動(dòng)接受，學(xué)生上課注意力很難集中，教學(xué)效果差。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)方式進(jìn)行改革，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理課程的積極性和主動(dòng)性，并提高其應(yīng)用化工原理知識(shí)解決學(xué)習(xí)和生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問(wèn)題的能力。

探究式教學(xué)模式目前被廣泛認(rèn)為是最科學(xué)的教學(xué)模式，其指導(dǎo)思想是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺(jué)地、主動(dòng)地探索，以掌握認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的知識(shí)體系。[2]目前，探究式教學(xué)在高等教育中主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫(kù)原理[3]、生物化學(xué)[4]、力學(xué)[5]、電工學(xué)[6]、生物材料[2]等理論科目，以及大學(xué)化學(xué)等實(shí)驗(yàn)科目的教學(xué)當(dāng)中。目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)將探究式教學(xué)引入化工原理教學(xué)中的研究。為了提高教學(xué)質(zhì)量我們首次將探究式教學(xué)方法引入到化工原理教學(xué)中。

2 實(shí)施方法

僅僅通過(guò)看、聽(tīng)這類(lèi)輸入式的方式接受知識(shí)一方面比較枯燥，另一方面接受起來(lái)也比較困難，我們提倡的探究式教學(xué)方式是一種讓學(xué)生充分的參與到問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、研究直到解決的全過(guò)程中的教學(xué)方式。這種教學(xué)方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)甚至味覺(jué)來(lái)感覺(jué)所涉及的問(wèn)題或現(xiàn)象，并通過(guò)充分的思考來(lái)積極解決這些問(wèn)題。這樣學(xué)生不僅能夠更好的掌握知識(shí)還能體會(huì)的科學(xué)的魅力，從而愛(ài)上這門(mén)學(xué)科。下面我們以牛頓粘性定律以及牛頓型流體與非牛頓型流體的區(qū)別為例來(lái)討論探究式教學(xué)的具體實(shí)施方法。

傳統(tǒng)的教學(xué)方式中我們講到這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候會(huì)很呆板的講“運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的作用力，又稱(chēng)為粘滯力或粘性摩擦力。由于粘滯力的存在使得流體在垂直于流動(dòng)方向上速度存在梯度。實(shí)驗(yàn)表明，兩流體層之間的摩擦力τ與垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度成正比，即。式中μ稱(chēng)為粘性系數(shù)，或動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度。一類(lèi)在流動(dòng)中形成的剪應(yīng)力與速率梯度的關(guān)系完全符合牛頓粘性定律的流體是牛頓型流體，如水、空氣等。但工業(yè)中還有多種流體。如泥漿、某些高分子溶液、懸浮液等，并不服從牛頓粘性定律，這類(lèi)流體稱(chēng)為非牛頓型流體?！睂W(xué)生聽(tīng)完后往往一片茫然，覺(jué)得毫無(wú)趣味而言。但是如果以探究式的方式來(lái)與學(xué)生一起討論這個(gè)問(wèn)題那么學(xué)生，那么學(xué)生既能體會(huì)到科學(xué)的趣味又能有所得。

同樣的課程內(nèi)容我們可以這樣進(jìn)行：老師多提問(wèn)一些問(wèn)題，比如“河中心的水流動(dòng)速度快還是河邊的水流動(dòng)速度快呢？”，“流體流動(dòng)阻力的大小與流速有沒(méi)有什么關(guān)系呢？”，讓學(xué)生充分的思考，并在此過(guò)程中解決學(xué)生提出的問(wèn)題，最后總結(jié)“這些問(wèn)題的答案牛頓曾經(jīng)也不知道，但他努力去做研究，最終發(fā)現(xiàn)：兩流層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力τ與垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度成正比，即。于是，人們把這一發(fā)現(xiàn)稱(chēng)為牛頓粘性定律。

接著繼續(xù)提問(wèn)：“這個(gè)定律是不是對(duì)于所有的流體都適用呢？”這時(shí)老師可以拿番茄醬及玉米糊做實(shí)驗(yàn)，看看什么情況下番茄醬會(huì)流出來(lái)，什么情況下玉米糊會(huì)固化，從而引出非牛頓流體的概念，并帶領(lǐng)學(xué)生探討流體流動(dòng)性與流體受力之間的關(guān)系。經(jīng)過(guò)研究學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)非常有趣現(xiàn)象，有些流體受力流動(dòng)性會(huì)變好，比如番茄醬；而有些流體受力后流動(dòng)性會(huì)變差，比如流沙、玉米糊等。

用類(lèi)似這樣探究式的方法來(lái)教學(xué)，學(xué)生會(huì)實(shí)時(shí)參與到教學(xué)中，并能體會(huì)到科學(xué)的樂(lè)趣，課堂氣氛非?；钴S且學(xué)生能更容易掌握所學(xué)知識(shí)。因此，探究式教學(xué)是種非常有效的教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈紹義，夏清，吳松海，姜峰.工程案例教學(xué)法在化工原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].化工高等教育，2010（03）：78.

[2]朱建華，崔名芳.大學(xué)化學(xué)教學(xué)中探究式教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2012（29）：156.

[3]陳林，徐化祥.基于探究式的數(shù)據(jù)庫(kù)原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)研究[J].軟件導(dǎo)刊，2012（11）：161.

[4]楊志偉，張瑋瑋，陳志玲，廖薊，劉曉晴，萬(wàn)平.生物化學(xué)探究式教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施[J].生命的化學(xué)，2013（33）：105.

[5]傅玲，何新鳳.探究式教學(xué)在“力學(xué)”課程中的實(shí)踐[J].教法研究，2012（03）：148.

[6]李華，劉素貞，黎霞，毛一之.探究式教學(xué)在“電工學(xué)”課程中的探索實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012（09）：71.

作者簡(jiǎn)介：張潔婧（1983-），女，河北人，博士，主要研究方向：化工原理教學(xué)及傳質(zhì)與分離。

*通訊作者