化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)工程思維： 內(nèi)涵、必要性及實(shí)現(xiàn)途徑

鄒國(guó)華　劉帥　蔡小蔓　鄧陽(yáng)

摘要： 化學(xué)與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，將化學(xué)學(xué)科知識(shí)運(yùn)用于化工生產(chǎn)，需要運(yùn)用工程思維，高中化學(xué)教學(xué)有必要培養(yǎng)工程思維。分析工程思維的內(nèi)涵和教學(xué)中培養(yǎng)工程思維的必要性，探索高中階段化學(xué)教學(xué)培養(yǎng)工程思維的實(shí)現(xiàn)途徑。

關(guān)鍵詞： 工程思維; 化學(xué)教學(xué); 思維活動(dòng)

文章編號(hào)： 10056629（2020）08000305

中圖分類(lèi)號(hào)： G633 8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

化學(xué)是一門(mén)古老而有活力、有價(jià)值的學(xué)科，與社會(huì)、生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密，化學(xué)的發(fā)展是推動(dòng)科技進(jìn)步和現(xiàn)代社會(huì)文明的重要力量。人類(lèi)從原子、分子水平研究物質(zhì)，總結(jié)自然規(guī)律，其目的不僅是為了揭示物質(zhì)世界的奧秘，也是為了能創(chuàng)造和生產(chǎn)物質(zhì)，以改善人類(lèi)的生活條件，保障人類(lèi)的健康，推進(jìn)人類(lèi)文明的發(fā)展。將研究成果運(yùn)用于生產(chǎn)生活是化學(xué)研究的最終目標(biāo)，也是化學(xué)學(xué)科的價(jià)值體現(xiàn)。將化學(xué)學(xué)科知識(shí)運(yùn)用于工業(yè)化生產(chǎn)，其過(guò)程包含了經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的評(píng)估、工藝條件的選擇和控制、廢氣廢料的回收處理等思維活動(dòng)，這些思維活動(dòng)包含于工程思維中。

1? 工程思維的內(nèi)涵

思維是人類(lèi)所具有的高級(jí)認(rèn)識(shí)活動(dòng)，按照信息論的觀(guān)點(diǎn)，思維是對(duì)新輸入信息與腦內(nèi)儲(chǔ)存知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行一系列復(fù)雜心智操作的過(guò)程。人類(lèi)針對(duì)不同的場(chǎng)合、工作性質(zhì)、價(jià)值追求進(jìn)行思維活動(dòng)時(shí)會(huì)有不同的思維方式，常見(jiàn)的思維方式有工程思維、科學(xué)思維和藝術(shù)思維。

從本質(zhì)上看，“創(chuàng)造”“發(fā)現(xiàn)”和“想象”分別體現(xiàn)了工程思維、科學(xué)思維和藝術(shù)思維三種思維與現(xiàn)實(shí)的關(guān)系，通過(guò)工程活動(dòng)“創(chuàng)造”出現(xiàn)實(shí)世界中的“人工物品”需要的思維方式屬于工程思維;“發(fā)現(xiàn)”科學(xué)定律、規(guī)律所需的思維方式屬于科學(xué)思維;進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作活動(dòng)中需要的“想象”過(guò)程屬于藝術(shù)思維[1]。

工程思維的主體是工程師、企業(yè)家和管理者，是在工程的設(shè)計(jì)、研究和實(shí)踐中形成的思維，工程思維的核心是籌劃性地運(yùn)用各種知識(shí)解決工程實(shí)踐問(wèn)題[2]。Shlomo Waks等通過(guò)對(duì)工程專(zhuān)家的訪(fǎng)談分析，總結(jié)出工程思維是一種有目的性、權(quán)衡性、創(chuàng)造性、系統(tǒng)性的具體思維[3]。宋蕊通過(guò)分析前人對(duì)工程思維的研究，認(rèn)為工程思維具有系統(tǒng)性、權(quán)衡性、籌劃性，其次工程思維還具有邏輯性、科學(xué)性與創(chuàng)造性等特征[4]。

美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》首次將科學(xué)與工程實(shí)踐的內(nèi)容整合進(jìn)基礎(chǔ)教育，明確提出了關(guān)于科學(xué)與工程實(shí)踐的表現(xiàn)性期望、類(lèi)型、內(nèi)容以及具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)[5]。隨著全球STEM教育的發(fā)展，工程思維的培養(yǎng)逐漸走進(jìn)基礎(chǔ)教育階段。目前，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究認(rèn)為基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)的工程思維并非專(zhuān)業(yè)工程領(lǐng)域中的工程思維，而是利用解決工程問(wèn)題的方法范式來(lái)解決真實(shí)情境問(wèn)題的思維方式與習(xí)慣[6]。美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院（NAE）認(rèn)為K12工程教育應(yīng)該促進(jìn)學(xué)生工程思維習(xí)慣的發(fā)展，其中工程思維習(xí)慣的要求與21世紀(jì)基本能力一致，包括了系統(tǒng)思維、創(chuàng)造性思維、樂(lè)觀(guān)、合作、溝通與倫理道德等要素[7]。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的相關(guān)研究中，王美茹認(rèn)為工程思維是從現(xiàn)實(shí)出發(fā)而不是從概念出發(fā)的一套具有創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、科學(xué)性和現(xiàn)實(shí)性等特點(diǎn)的獨(dú)特思維方式與習(xí)慣[8]。李永勝認(rèn)為工程思維包括籌劃性思維、規(guī)則性思維、科學(xué)性與藝術(shù)性兼容的思維、綜合集成性思維、構(gòu)建性思維、權(quán)衡性思維、差異化思維、價(jià)值性思維和過(guò)程性思維等[9];趙美嵐認(rèn)為工程思維分為系統(tǒng)思維、運(yùn)籌思維、整合思維、雙贏思維、形象思維和美感思維[10]。

可見(jiàn)，工程思維是系統(tǒng)的、復(fù)雜的思維方式，鑒于文獻(xiàn)研究與化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為中學(xué)化學(xué)教學(xué)可培養(yǎng)的工程思維要素包括創(chuàng)造性思維、系統(tǒng)性思維、權(quán)衡性思維、價(jià)值性思維、雙贏思維，具體涵義如表1。

創(chuàng)造性思維一種具有開(kāi)創(chuàng)意義的思維活動(dòng)，即開(kāi)拓認(rèn)識(shí)新領(lǐng)域、開(kāi)創(chuàng)認(rèn)識(shí)新成果的思維活動(dòng)。

系統(tǒng)性思維抓住問(wèn)題的各個(gè)方面，又不忽視其重要細(xì)節(jié)，考慮問(wèn)題要從整體出發(fā)，能夠很好地處理整體與局部關(guān)系的思維活動(dòng)。

權(quán)衡性思維通過(guò)合理匹配各種要素，優(yōu)化選擇各種模式，調(diào)和各種不同需求，對(duì)多元價(jià)值目標(biāo)（經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治、技術(shù)、生態(tài)、審美等）和多種利益關(guān)系進(jìn)行比較的思維活動(dòng)。

價(jià)值性思維以滿(mǎn)足社會(huì)需要、實(shí)現(xiàn)并創(chuàng)造更大的價(jià)值為目標(biāo)，對(duì)不同的價(jià)值目標(biāo)與錯(cuò)綜復(fù)雜的利益關(guān)系進(jìn)行排序、組合、配置與平衡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合與優(yōu)化的思維活動(dòng)。

雙贏思維在互惠、互利、平等下相互協(xié)作、共同發(fā)展的思維。提倡溝通合作、互利互惠，包含不同個(gè)體、單位、行業(yè)間的雙贏，人與自然的雙贏。

化學(xué)工程問(wèn)題常是“結(jié)構(gòu)不良”或“無(wú)明確邊界”的問(wèn)題，面對(duì)這類(lèi)問(wèn)題需要綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)創(chuàng)造性地解決問(wèn)題;化學(xué)工程受到地域、氣候、資金、人力資源等限制，也受到速率、限度、原料等方面的影響，考慮問(wèn)題要有全局意識(shí)，從整體出發(fā)，要預(yù)見(jiàn)可能的風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)及產(chǎn)品的可靠性，即要有系統(tǒng)性思維;如何合理匹配各要素，調(diào)和不同需求，如何平衡各種利益關(guān)系，需要有權(quán)衡性思維;化工生產(chǎn)目的是為社會(huì)生產(chǎn)出有價(jià)值的產(chǎn)品，同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益，如何讓生產(chǎn)的各方價(jià)值都最大化需要有價(jià)值性思維;生產(chǎn)中需要與其他企業(yè)、部門(mén)溝通合作以取得共同發(fā)展，同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)于人類(lèi)社會(huì)，應(yīng)踐行綠色發(fā)展、謀求人與自然和諧發(fā)展，不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，需要雙贏思維。

2? 化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)工程思維的必要性

目前理工科大學(xué)生普遍存在工程意識(shí)和思維能力不足，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力差的問(wèn)題，加強(qiáng)學(xué)生工程思維能力培養(yǎng)已刻不容緩[11]。工程思維培養(yǎng)的責(zé)任不僅在高校，基礎(chǔ)教育階段也應(yīng)開(kāi)展，化學(xué)教學(xué)中有必要培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

首先，工程思維是運(yùn)用于解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的思維方式，其本身具有重要性。學(xué)科知識(shí)和工程思維是指導(dǎo)工程生產(chǎn)的兩個(gè)保障，工程思維為復(fù)雜工程問(wèn)題的解決提供思路和方法，也能遷移至生產(chǎn)、生活中復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決。

其次，培養(yǎng)工程思維有助于促進(jìn)學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)。以化工素材為載體，探索科學(xué)家和工程師的工作，厘清科學(xué)與工程之間的區(qū)別與聯(lián)系，能更深刻地理解學(xué)科與工程領(lǐng)域的知識(shí)與意義，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心，吸引學(xué)生的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生在該領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)[12]，增進(jìn)對(duì)學(xué)科內(nèi)容的理解。

最后，培養(yǎng)工程思維有助于促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展。工程思維的培養(yǎng)以工程實(shí)踐過(guò)程為框架，以科學(xué)探究為方法，以任務(wù)解決為目標(biāo)，系統(tǒng)地、權(quán)衡地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，逐步迭代優(yōu)化方案，學(xué)生在復(fù)雜工程情景下的問(wèn)題解決能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等也得到了發(fā)展[13]。

當(dāng)然，培養(yǎng)工程思維也是為祖國(guó)培養(yǎng)從事化學(xué)工程方面研究人員、高級(jí)從業(yè)人員的需要;工程思維要素與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)蘊(yùn)含的要素中有諸多重合之處，培養(yǎng)工程思維也是發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的需要。

3? 教學(xué)中培養(yǎng)工程思維的實(shí)現(xiàn)途徑

基于設(shè)計(jì)的教學(xué)模式（Learn by Design，簡(jiǎn)稱(chēng)LBD）有利于實(shí)現(xiàn)工程思維的培養(yǎng)。Han等[14]認(rèn)為，LBD的實(shí)施過(guò)程中應(yīng)包含的要素有： 選擇合適的工程項(xiàng)目;提供具體的學(xué)習(xí)素材;探究解決工程問(wèn)題的策略;學(xué)生設(shè)計(jì)、實(shí)施和修正方案;交流、評(píng)價(jià)。王穎[15]、王奇?zhèn)16]借助LBD理論建構(gòu)工程思維培養(yǎng)的教學(xué)模型，模型包含創(chuàng)設(shè)情境，明確任務(wù)→搭建橋梁，建立聯(lián)系→設(shè)計(jì)實(shí)施，修改完善→交流評(píng)價(jià)，總結(jié)歸納四個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生在機(jī)器人、手機(jī)支架等設(shè)計(jì)中發(fā)展工程思維。本文闡述的是以工程問(wèn)題的解決范式來(lái)探究化工任務(wù)的解決以培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，與設(shè)計(jì)制作作品的方式略有不同，但教學(xué)模型值得借鑒。筆者結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，將上述環(huán)節(jié)調(diào)整為： 創(chuàng)設(shè)情境，明確任務(wù)→分解任務(wù)，搭建橋梁→探究方案，修改完善→關(guān)注表現(xiàn)，及時(shí)評(píng)價(jià)。下面結(jié)合教學(xué)實(shí)踐予以介紹。

3.1? 創(chuàng)設(shè)情境，明確任務(wù)

創(chuàng)設(shè)工程情境，明確有意義的工程任務(wù)，是培養(yǎng)工程思維的基礎(chǔ)。以真實(shí)的工程素材為情境，圍繞生產(chǎn)原理、原料的獲取、工藝條件的選擇與優(yōu)化、產(chǎn)品的制備與純化等方面設(shè)置工程任務(wù)，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)讓學(xué)生明確待解決的工程問(wèn)題。

該環(huán)節(jié)應(yīng)遵循真實(shí)性、開(kāi)放性、啟發(fā)性、適切性原則。真實(shí)性原則指工程情境以化工素材為載體，待解決的任務(wù)要真實(shí)且有意義;開(kāi)放性原則指所設(shè)置的任務(wù)要滿(mǎn)足“結(jié)構(gòu)不良”或“無(wú)明確邊界”，需通過(guò)探究尋求解決方案;啟發(fā)性原則指所創(chuàng)設(shè)的情境應(yīng)有助于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索求解，啟示學(xué)生運(yùn)用已儲(chǔ)備的知識(shí)和技能模擬工程從業(yè)人員處理工程問(wèn)題;適切性原則指創(chuàng)設(shè)情境時(shí)應(yīng)考慮學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平，工程問(wèn)題往往錯(cuò)綜復(fù)雜，要有適當(dāng)?shù)臈l件限定和信息的指引。

筆者結(jié)合本市資源（兩家火電廠(chǎng)和一家環(huán)保公司），開(kāi)設(shè)了“煙氣脫硝原理及工藝條件選擇的探究”省級(jí)公開(kāi)課，教學(xué)中創(chuàng)設(shè)情境和預(yù)設(shè)的工程任務(wù)如表2。情境、任務(wù)滿(mǎn)足真實(shí)性等四原則，學(xué)生明確需完成的任務(wù)，并且提供了必要的提示信息。用真實(shí)工程素材激發(fā)學(xué)生探究興趣的同時(shí)讓學(xué)生意識(shí)到煙氣脫硝問(wèn)題就在自己身邊，探索高效的脫硝方案必要且很有意義。

我市兩家火電廠(chǎng)年耗煤量約250萬(wàn)噸，電廠(chǎng)燃煤煙氣中含大量氮和硫的氧化物，煙氣需脫硝、脫硫后才能排放到空氣中，火電廠(chǎng)所用的脫硝設(shè)備為我市××公司生產(chǎn)的SCR脫硝系統(tǒng)，其脫硝原理為氨氣與NOx、 O2作用生成N2和H2O，脫硝效率能達(dá)到90%以上。為降低煙氣中NOx的含量，減少環(huán)境污染，如何選擇工藝條件提高煙氣中NOx的脫除率？4NH3（g）+4NO（g）+O2（g）4N2（g）+6H2O（g）? ΔH<0

4NH3（g）+6NO（g）5N2（g）+6H2O（g）? ΔH<0

4NH3（g）+2NO2（g）+O2（g）3N2（g）+6H2O（g）? ΔH<0

8NH3（g）+6NO2（g）7N2（g）+12H2O（g）? ΔH<0

3.2? 分解任務(wù)，搭建橋梁

工程中的問(wèn)題往往是“結(jié)構(gòu)不良”或“無(wú)明確邊界”的問(wèn)題，對(duì)學(xué)生而言可能難以逾越，需要將工程任務(wù)分解成若干個(gè)探究活動(dòng)，每個(gè)探究活動(dòng)還可根據(jù)需要細(xì)化為若干個(gè)任務(wù)，細(xì)化后的任務(wù)不僅能清晰確定教學(xué)中可納入的思維要素，還能確定解決問(wèn)題所需的支架信息。

此處搭建橋梁包含兩層涵義： 一是打通任務(wù)與思維要素之間的壁壘，建立任務(wù)與工程思維要素之間的聯(lián)系;二是提供解決工程任務(wù)需要的知識(shí)與技能，搭建任務(wù)解決所需的信息橋梁。僅根據(jù)表2素材，學(xué)生難以完成“選擇工藝條件提高煙氣中NOx的脫除率”的工程任務(wù)，為此將任務(wù)拆分為“壓強(qiáng)探究”等四個(gè)探究活動(dòng)，每個(gè)探究活動(dòng)可細(xì)化成若干任務(wù)，以便確定可納入的思維要素和需提供的支架信息。限于篇幅，筆者以“壓強(qiáng)探究”為例（見(jiàn)圖1）進(jìn)行介紹。

壓強(qiáng)的選擇需要運(yùn)用速率、平衡等知識(shí)，任務(wù)1主要任務(wù)是激活解決任務(wù)2、 3所需要的基礎(chǔ)知識(shí)，搭建解決任務(wù)的支架;任務(wù)2引導(dǎo)學(xué)生抓住選擇壓強(qiáng)要考慮的各個(gè)方面因素，不忽視細(xì)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性思維;任務(wù)3需要綜合考慮限度、速率、成本、安全風(fēng)險(xiǎn)等因素，對(duì)比、權(quán)衡后作出壓強(qiáng)選擇，培養(yǎng)權(quán)衡性思維;選擇合適壓強(qiáng)的原則是在保證脫硝效果的前提下降低成本，關(guān)注壓強(qiáng)選擇的價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的價(jià)值性思維。

3.3? 探究方案，修改完善

工程思維是在工程問(wèn)題的解決過(guò)程中發(fā)展和提升的，學(xué)生在已有知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上，結(jié)合所收集的信息，探究問(wèn)題解決、權(quán)衡方案、優(yōu)化方案、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性等過(guò)程的體驗(yàn)，提升真實(shí)問(wèn)題的解決能力，理解工藝設(shè)計(jì)的理性和方法。該環(huán)節(jié)是教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，更是落實(shí)工程思維培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，教師要充當(dāng)好探究活動(dòng)的組織者和引路人，可設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用工程思維進(jìn)行方案探究，并逐步修改完善。

例如，圖1中的“任務(wù)3”為發(fā)展學(xué)生的權(quán)衡性思維和價(jià)值性思維進(jìn)行如下教學(xué)：

[教師]其他條件一定的情況下，脫硝工藝中壓強(qiáng)應(yīng)選擇低壓、常壓還是高壓？

[教師]請(qǐng)結(jié)合脫硝的反應(yīng)的化學(xué)方程式和相關(guān)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行探討。

[學(xué)生]小組討論后回答。組1： 選擇低壓;組2： 選擇高壓;組3： 選擇常壓……

[教師]我們先一起探討小組1的預(yù)設(shè)方案，請(qǐng)組1的同學(xué)回答，支持你們做出判斷的理由有哪些？

[學(xué)生]總體來(lái)說(shuō)，脫硝反應(yīng)體積增大，低壓有利于平衡正向移動(dòng)，提高NOx脫除率。

[教師]是否合理？其他組同學(xué)請(qǐng)回答。

[學(xué)生]不合理，低壓反應(yīng)速率慢，NOx脫除率會(huì)比較低。

[教師]是的，還得考慮速率問(wèn)題。

[教師]高壓是否合理呢？請(qǐng)同學(xué)們?cè)u(píng)價(jià)。

[學(xué)生]也不合理，高壓反應(yīng)逆向移動(dòng)，不利于煙氣脫硝。

[教師]是的，高壓也不合適。我們?cè)趬簭?qiáng)選擇時(shí)，不僅要考慮速率、限度問(wèn)題，還要考慮成本、安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。

[教師]常壓是否可行呢？請(qǐng)結(jié)合以上提示信息進(jìn)一步探討。

[學(xué)生]從限度角度來(lái)看，脫硝的4個(gè)反應(yīng)式總體氣體分子數(shù)增大，但增大不多，如4NH3（g）+4NO（g）+O2（g）4N2（g）+6H2O（g），左邊9分子氣體，右邊10分子氣體，所以壓強(qiáng)對(duì)限度的影響不大;從成本角度來(lái)看，常壓不需要減壓、加壓等設(shè)備，可降低成本;從速率角度來(lái)看，常壓速率適中;從安全風(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)看，常壓是比較安全的。綜合起來(lái)，選擇常壓下脫硝合理。

[教師]正確，理由也闡述得很清晰，你的選擇與我們市火電廠(chǎng)脫硝時(shí)選擇的壓強(qiáng)是一致的！我們的目標(biāo)是在保證脫硝效果、安全生產(chǎn)的前提下盡可能降低成本、能耗。

通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比三種壓強(qiáng)下的速率、限度、成本和安全風(fēng)險(xiǎn)，最終做出合理選擇，發(fā)展了權(quán)衡性思維，壓強(qiáng)選擇最終是為了保證脫硝效果的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)效益的最大化，培養(yǎng)學(xué)生的價(jià)值性思維。

3.4? 關(guān)注表現(xiàn)，及時(shí)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)的目的是為教學(xué)提供反饋，調(diào)整、改進(jìn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的思維培養(yǎng)，評(píng)價(jià)的對(duì)象不是學(xué)生最終設(shè)計(jì)的方案或答案，而是學(xué)習(xí)表現(xiàn)所反映的工程思維水平。對(duì)于工程思維的評(píng)價(jià)，可借助學(xué)習(xí)進(jìn)階理論[17]將工程思維要素進(jìn)行水平劃分，通過(guò)學(xué)生的表現(xiàn)或測(cè)試結(jié)果分析其工程思維要素所對(duì)應(yīng)的水平等級(jí)，進(jìn)而對(duì)工程思維進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。下面以權(quán)衡性思維為例，構(gòu)建進(jìn)階層次，并對(duì)每個(gè)層次賦予一定分值（見(jiàn)圖2），在工程思維的培養(yǎng)過(guò)程中，通過(guò)活動(dòng)評(píng)價(jià)或者紙筆檢測(cè)判斷學(xué)生權(quán)衡性思維所處的水平等級(jí)，并記錄分?jǐn)?shù)，使得思維評(píng)價(jià)變得可視化和量化。

高低水平3： 能自主搜索證據(jù)資料進(jìn)行多因素利益關(guān)系對(duì)比權(quán)衡（3分）

水平2： 能進(jìn)行給定信息的多因素利益關(guān)系對(duì)比權(quán)衡（2分）

水平1： 能進(jìn)行單因素利益關(guān)系對(duì)比權(quán)衡（1分）

例如，“其他條件一定情況下，脫硝工藝中壓強(qiáng)應(yīng)選擇低壓、常壓還是高壓？”探究活動(dòng)中可根據(jù)學(xué)生的回答評(píng)價(jià)其權(quán)衡性思維的等級(jí)，具體如表3。通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)，為個(gè)體在群體中工程思維發(fā)展水平提供參考。

未給信息提示從限度角度來(lái)看，脫硝的4個(gè)反應(yīng)式總體氣體分子數(shù)增大，但增大不多，壓強(qiáng)對(duì)限度的影響不大;從成本角度來(lái)看，常壓不需要減壓、加壓等設(shè)備，可降低成本;從速率角度來(lái)看，常壓速率適中;從安全風(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)看，常壓是比較安全的。綜合起來(lái)，選擇常壓下脫硝合理。能自主綜合考慮限度、速率、成本、安全風(fēng)險(xiǎn)等兩種以上因素進(jìn)行分析，且分析過(guò)程正確的定為水平3。3

未給信息提示“選擇低壓，因?yàn)榈蛪耗苁姑撓醴磻?yīng)的平衡正向移動(dòng)，提高NOx脫除率”或“選擇高壓，高壓能加快反應(yīng)速率，單位時(shí)間內(nèi)提高NOx脫除率”。能從限度、速率、成本、安全風(fēng)險(xiǎn)等因素中的一個(gè)角度進(jìn)行分析，且分析過(guò)程正確的定為水平1。1

應(yīng)考慮速率、限度、成本、安全風(fēng)險(xiǎn)等因素從限度角度來(lái)看，脫硝的4個(gè)反應(yīng)式總體氣體分子數(shù)增大，但增大不多，壓強(qiáng)對(duì)限度的影響不大;從成本角度來(lái)看，常壓不需要減壓、加壓等設(shè)備，可降低成本;從速率角度來(lái)看，常壓速率適中;從安全風(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)看，常壓是比較安全的。綜合起來(lái)，選擇常壓下脫硝合理。信息提示前只進(jìn)行了單因素分析，且分析過(guò)程正確，但提供信息后，能進(jìn)行多因素分析，且分析過(guò)程正確的定為水平2;若多因素分析錯(cuò)誤的仍定為水平1。2

目前我國(guó)對(duì)中學(xué)階段化學(xué)教學(xué)中培育工程思維的研究還比較少，但可行且很有必要。本文拋磚引玉，對(duì)化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)工程思維進(jìn)行探索嘗試，有不當(dāng)之處，請(qǐng)批判指正。

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