基于問(wèn)題導(dǎo)向（PBL）教學(xué)法在《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

鄧人攀 張玉才

摘 要：在新疆高?！痘瘜W(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)中，存在著缺乏良好教學(xué)條件，學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)普遍較薄弱等問(wèn)題。為調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，文章利用問(wèn)題導(dǎo)向（PBL）教學(xué)法在《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)中進(jìn)行了初步實(shí)踐。結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)教學(xué)法，PBL教學(xué)法更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)于該門課程的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從而可顯著提高學(xué)生的整體學(xué)習(xí)效果和成績(jī)。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)工程；PBL；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）01-0079-03

Abstract： In the teaching of "Chemical Reaction Engineering" in colleges and universities in Xinjiang， there are problems such as the lack of good teaching conditions and the general awareness of active learning for the students. In order to motivate students' enthusiasm for active learning， the problem-based learning （PBL） teaching method was used for preliminary practice in the teaching of "Chemical Reaction Engineering" in this paper. The results showed that compared with the traditional teaching method， the PBL method had the advantages of better mobilizing the subjective initiative of students and further stimulating their interest and enthusiasm of the course， which can significantly improve the overall learning effect and performance on the course.

Keywords： Reaction engineering； PBL； teaching practice

化學(xué)反應(yīng)工程（Chemical Reaction Engineering），通常簡(jiǎn)稱為反應(yīng)工程，是一門涉及高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、傳遞現(xiàn)象、過(guò)程優(yōu)化與控制等多學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。作為一門工程類學(xué)科，它的主要研究?jī)?nèi)容為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析[2]，其目的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化[3]。化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程、化學(xué)工藝等專業(yè)的核心課程之一，通常也作為應(yīng)用化學(xué)、工業(yè)催化、生物化工、制藥工程、高分子材料與工程等專業(yè)的一門必修或?qū)I(yè)選修課程。因此，反應(yīng)工程可以說(shuō)是一門旨在培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，強(qiáng)化工程分析能力的重要課程[4]。石河子大學(xué)是國(guó)家“211工程”重點(diǎn)建設(shè)高校，其開(kāi)設(shè)的化工專業(yè)已通過(guò)工程教育認(rèn)證，且化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科被列為國(guó)家雙一流建設(shè)學(xué)科。石河子大學(xué)現(xiàn)開(kāi)設(shè)《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的本科專業(yè)包括化學(xué)工程與工藝及應(yīng)用化學(xué)；研究生專業(yè)開(kāi)設(shè)此課程的還包括工業(yè)催化等。在最新修訂的2017級(jí)本科人才培養(yǎng)方案中，化學(xué)工程與工藝以及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)都已將《化學(xué)反應(yīng)工程》設(shè)置為專業(yè)核心課程。筆者在《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)合石河子大學(xué)學(xué)生的實(shí)際情況及新疆的特殊區(qū)情，總結(jié)和分析了《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，并針對(duì)性地提出和利用了基于問(wèn)題導(dǎo)向（PBL）教學(xué)法在《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)中進(jìn)行了初步實(shí)踐。

一、新疆高?！痘瘜W(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題

（一）缺乏相對(duì)良好的教學(xué)條件

這里的教學(xué)條件主要指兩個(gè)方面，一是客觀硬件條件，二是師資配備情況。在客觀硬件條件方面，地處西北偏遠(yuǎn)地區(qū)的新疆，本身就存在著很大的劣勢(shì)。在教材征訂、教材更新、信息獲取等方面相對(duì)于內(nèi)地教育發(fā)達(dá)地區(qū)來(lái)說(shuō)，存在較為嚴(yán)重的單一性和滯后性。相應(yīng)地，也缺乏面向?qū)W生的開(kāi)放性課程網(wǎng)站，而試題庫(kù)及習(xí)題庫(kù)更是嚴(yán)重不足，這些都不利于學(xué)生課后積極自主學(xué)習(xí)。另一方面，部分高校，特別是南疆地區(qū)的高校，大部分教室甚至不具備多媒體授課的條件，僅靠板書(shū)講授抽象的知識(shí)，尤其對(duì)于復(fù)雜方程及公式的推導(dǎo)是極為費(fèi)時(shí)的，且教學(xué)效果并不理想。在師資配備方面，由于受制于地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)環(huán)境等多方面因素，新疆地區(qū)的高校在人才引進(jìn)方面往往比較困難。高校也普遍存在著師生比例較低，專業(yè)型教師數(shù)量較少，且中青年教師數(shù)量?jī)?chǔ)備不足等問(wèn)題。這些都導(dǎo)致像《化學(xué)反應(yīng)工程》這種對(duì)專業(yè)知識(shí)要求較高的課程在師資配備方面較為短缺，經(jīng)常出現(xiàn)一個(gè)老師帶幾個(gè)專業(yè)學(xué)生的情況。南疆部分高校由于師資嚴(yán)重缺乏，該門課程的任課教師甚至只能從援疆教師中調(diào)配。這些問(wèn)題無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)在客觀上存在較多困難，另一方面，也對(duì)任課教師在授課模式、教學(xué)方法以及教學(xué)效率上提都出了更高的要求。

（二）學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)普遍較薄弱

學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)是保證良好教學(xué)效果的重要條件，但遺憾的是，學(xué)生對(duì)于《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的學(xué)習(xí)積極性普遍不高。造成這一現(xiàn)象的原因主要有三方面。首先，客觀上來(lái)說(shuō)《化學(xué)反應(yīng)工程》這門課程內(nèi)容比較深?yuàn)W抽象，很多內(nèi)容都涉及到高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、傳遞現(xiàn)象等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，課本上公式繁多，且推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，學(xué)生較難理解，這很大程度上降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，如前文所述，由于缺乏良好的教學(xué)條件，使得教師在教學(xué)過(guò)程中對(duì)于抽象內(nèi)容的講解缺乏形象生動(dòng)的演示，而僅僅依靠灌輸式的板書(shū)教學(xué)很難真正激發(fā)學(xué)生的想象力，在學(xué)不懂的情況下，更加容易引起學(xué)生的厭學(xué)情緒，從而造成惡性循環(huán)。再者，由于課程成績(jī)的評(píng)定大部分取決于學(xué)生的期末考試，這種較單一的課程評(píng)價(jià)方法也使得學(xué)生平常主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性較低，認(rèn)為平時(shí)學(xué)不學(xué)都無(wú)所謂，期末突擊復(fù)習(xí)一下重點(diǎn)內(nèi)容即可。此外，相比于很多其他自然科學(xué)，化學(xué)反應(yīng)工程的學(xué)科發(fā)展史是比較短的，其正式被確立為一門獨(dú)立的學(xué)科也不過(guò)60余年[5]，因此，如何獲得具有良好教學(xué)效果的教學(xué)方法和模式實(shí)際上也還在不斷的探索中。綜上所述，為調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，以期獲得較理想的教學(xué)效果，探索并實(shí)踐《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)的新途徑、新模式是十分必要且有意義的。

二、基于問(wèn)題導(dǎo)向（PBL）教學(xué)法在《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)中的應(yīng)用

（一）《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)改革與實(shí)踐

事實(shí)上，已經(jīng)有不少高校在《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)方面做出了多方面的嘗試和實(shí)踐。包括歸納對(duì)比法、案例教學(xué)法、數(shù)學(xué)模型法、工程分析法等[1]。實(shí)踐表明多媒體課件的使用，將文字、聲音、動(dòng)畫(huà)等媒體有效的組合在一起進(jìn)行輔助教學(xué)，可顯著提高《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)效果[6，7]。將課堂教學(xué)與專業(yè)實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)習(xí)等相結(jié)合，可培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和工程分析能力[8]。也有教師提出將演繹式與案例式教學(xué)相結(jié)合，基礎(chǔ)知識(shí)與工業(yè)應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合，教學(xué)與科研實(shí)踐相結(jié)合，教師傳授與學(xué)生專題調(diào)研相結(jié)合等經(jīng)驗(yàn)方法可有效拓展學(xué)生視野并培養(yǎng)其解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新能力[9]?？傊?，為適應(yīng)新時(shí)代下培養(yǎng)具有工程意識(shí)和創(chuàng)新能力化工人才的需求，越來(lái)越多的教學(xué)工作者都提出了關(guān)于《化學(xué)反應(yīng)工程》課程體系教學(xué)實(shí)踐的不同的模式與方法。

（二）基于問(wèn)題導(dǎo)向（PBL）教學(xué)法

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)法是以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，由教師提出相關(guān)問(wèn)題，并以問(wèn)題為中心，以小組為單位，引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題，通過(guò)自主學(xué)習(xí)，查找文獻(xiàn)資料，相互討論問(wèn)題的已知點(diǎn)、未知點(diǎn)，收集相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，尋求解決問(wèn)題的辦法，從而讓學(xué)生在這一系列的過(guò)程中得到學(xué)習(xí)[10，11]。PBL教學(xué)法實(shí)際上最早由美國(guó)高校提出并用于醫(yī)學(xué)類課程的教學(xué)。經(jīng)過(guò)60余年的發(fā)展，PBL教學(xué)法的應(yīng)用實(shí)際上已拓展到其他學(xué)科，據(jù)報(bào)道，PBL教學(xué)法被成功應(yīng)用于高等數(shù)學(xué)、藥學(xué)、管理學(xué)、外語(yǔ)、教育學(xué)等多門學(xué)科或課程中，并且均取得了較理想的教學(xué)效果[12-15]。

（三）基于問(wèn)題導(dǎo)向（PBL）教學(xué)法在《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)中的初步實(shí)踐

1. PBL教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)

PBL需將學(xué)生分為若干討論組，針對(duì)某一具體問(wèn)題進(jìn)行分析討論，并與老師形成良好的互動(dòng)。這種學(xué)習(xí)模式以學(xué)生為中心，以問(wèn)題為媒介。因此，PBL教學(xué)法要求教師對(duì)學(xué)生有較強(qiáng)的組織管理能力。另一方面，對(duì)于所提出的問(wèn)題應(yīng)該同時(shí)具備針對(duì)性（問(wèn)題不能是盲目性的、非具體性的或者發(fā)散性的）、側(cè)重性（問(wèn)題的答案應(yīng)側(cè)重于所需掌握的知識(shí)點(diǎn)）和引導(dǎo)性（問(wèn)題應(yīng)盡可能引起學(xué)生的興趣并能激發(fā)學(xué)生積極的思考和討論）。為此，為達(dá)到課程預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，獲得良好的教學(xué)效果，需對(duì)PBL教學(xué)過(guò)程進(jìn)行充足而科學(xué)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)以李紹芬版《反應(yīng)工程》教材為例，其部分章節(jié)的課堂設(shè)計(jì)過(guò)程如表1所示。

通過(guò)PBL教學(xué)設(shè)計(jì)，其學(xué)習(xí)的內(nèi)容必須覆蓋課程的主要知識(shí)點(diǎn)，以便達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。對(duì)于PBL設(shè)計(jì)中未覆蓋的知識(shí)點(diǎn)，則可通過(guò)傳統(tǒng)授課的方式予以補(bǔ)充。以此便可達(dá)到較理想的教學(xué)效果。

2. PBL教學(xué)過(guò)程中需注意的問(wèn)題

為了保證PBL教學(xué)過(guò)程的順利進(jìn)行，以達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。PBL教學(xué)過(guò)程需注意如下幾個(gè)問(wèn)題。第一，學(xué)生分組情況要科學(xué)合理。PBL教學(xué)法一般不適用于大班教學(xué)，《化學(xué)反應(yīng)工程》是專業(yè)課，一般為小班教學(xué)。當(dāng)學(xué)生人數(shù)較多時(shí)，合班上課不宜超過(guò)60人。否則由于課堂時(shí)間限制，較難達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。每組學(xué)生3～5人為宜，一般不要超過(guò)6人。在分組時(shí)需考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，表達(dá)能力，性別以及性格等因素，盡量兼顧平衡。第二，教學(xué)過(guò)程中要嚴(yán)格控制時(shí)間。PBL教學(xué)法的重要組成部分是充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生不僅要學(xué)會(huì)分析和討論問(wèn)題，還要學(xué)會(huì)表達(dá)自己的觀點(diǎn)。教師在這一過(guò)程中要做好正確的引導(dǎo)，最后還要對(duì)知識(shí)點(diǎn)做出總結(jié)，并且補(bǔ)充PBL教學(xué)中未涉及到的知識(shí)點(diǎn)。因此，要嚴(yán)格控制PBL各環(huán)節(jié)的時(shí)間，以保證整個(gè)教學(xué)過(guò)程順利進(jìn)行。當(dāng)知識(shí)點(diǎn)較多時(shí)，可將問(wèn)題提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生在課前做好資料查找等工作，以便節(jié)省課堂時(shí)間。第三，PBL教學(xué)過(guò)程中要多鼓勵(lì)學(xué)生互動(dòng)。學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)可促進(jìn)對(duì)于問(wèn)題的深入思考，進(jìn)一步促進(jìn)分析和討論問(wèn)題；學(xué)生與老師之間的互動(dòng)可將涉及到知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)內(nèi)容的信息及時(shí)傳遞和反饋給彼此，這是PBL教學(xué)法中確保良好教學(xué)效果的關(guān)鍵。第四，PBL教學(xué)法要建立合適的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法。傳統(tǒng)教學(xué)法由于期末考試比重過(guò)大，從而造成學(xué)生平時(shí)不學(xué)，考前突擊復(fù)習(xí)，考后遺忘的局面。PBL教學(xué)法無(wú)論從形式上還是實(shí)質(zhì)上都要求學(xué)生的平時(shí)成績(jī)所占比重較高，一般不要低于40%。平時(shí)成績(jī)主要取決于學(xué)生在課堂上討論與回答問(wèn)題的情況，其次還取決于查找資料等情況。實(shí)踐證明，這樣的評(píng)價(jià)方法對(duì)于促進(jìn)學(xué)生平時(shí)積極主動(dòng)學(xué)習(xí)有很大的幫助。

3. PBL教學(xué)初步實(shí)踐的教學(xué)效果

筆者對(duì)于PBL教學(xué)法用于《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)進(jìn)行了初步的實(shí)踐。結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)教學(xué)法，PBL教學(xué)法的教學(xué)效果更優(yōu)。如表2所示，在上課人數(shù)相當(dāng)?shù)那闆r下，PBL教學(xué)法的末考及格率及優(yōu)秀率分別比傳統(tǒng)教學(xué)法高了約6.5%及14.2%；而平均成績(jī)高了約5.1分。此外，PBL教學(xué)法的末考成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)差比傳統(tǒng)教學(xué)法更小。這表明PBL教學(xué)法用于《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)可顯著提高學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果。

三、結(jié)束語(yǔ)

PBL教學(xué)法用于《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)的初步實(shí)踐表明改法已取得了良好的教學(xué)效果。相比于傳統(tǒng)教學(xué)法，PBL教學(xué)法更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)于該門課程的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從而可顯著提高學(xué)生的整體學(xué)習(xí)效果和成績(jī)。

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