《化工原理》课程的案例导向式型教学法

摘 要：《化工原理》是化工专业最重要的专业基础课,其教学模式也亟待创新.探讨了一种新型的《化工原理》课程的案例导向式研究型教学方法,包括该方法的实施过程,组织方式等,并以举例的方式进行了深入的分析.对《化工原理》课程的教学创新,教法改革具有一定的指导意义.

关 键 词：案例导向　研究型教学　化工原理

中图分类号：G64　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2010)09-160-02

《化工原理》课程是化工及其他化学加工过程类各专业的一门重要的技术基础课,以单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算为基础,研究物料在工业规模条件下,发生物理或者化学变化的工业过程,涉及相关装置的设计与操作.通过学习这门课程可以逐步引导学生由原来的纯理论学习转到实践性、工程化学习,是一门理论与实践密切联系的课程.

长期以来,学生对《化工原理》的学习都存在很大的畏难情绪,这是由于课程本身存在大量工程计算,复杂的工艺流程,庞大的设备结构,枯燥复杂的概念、公式和原理,让刚刚结束《高等数学》、《物理化学》等课程的大三学生感觉学习难度很大,而且了无兴趣.在这种情况下,如果再加上传统的照本宣科式的教学方法,学生自然叫苦不迭.在科学技术飞速发展的今天,这种教学方式也显然不能与时俱进,得到良好的教学效果.因此,《化工原理》的教学方式亟待创新和改革.

北京工商大学是北京市重点建设的多科性大学,近年来,学校正在由教学型大学向教学科研型大学转变的过程当中.在此大背景下,我们尝试改变传统的《化工原理》教学方式,将案例导向式教学法,研究型教学法相结合,应用于本门课程的教学,取得了一定成果.以下将对这种创新型的教学方法作以初步探讨.

1.案例导向式教学和研究型教学

“案例导向式教学”是教育学中广为认可的一种教学方法,它是一种通过模拟或者重现现实生活中的一些场景,让学生把自己纳入案例场景,通过讨论或者研讨来进行学习的一种教学方法.教学中既可以通过分析、比较,研究各种各样的成功的和失败的管理经验,从中拙象出某些一般性的管理结论或管理原理,也可以让学生通过自己的思考或者他人的思考来拓宽自己的视野,从而丰富自己的知识.《化工原理》课程本身存在大量的工程案例,教师本身从事的科研领域,在不涉密的前提下,也会向课程提供一部分案例,使《化工原理》的案例教学成为可能.

“研究型教学”并非教育专业类书籍中可见的一个名词,而是最近教育界提出的一种新理念.许多科研型大学比如清华大学,已经提出了“研究型教学”的概念.研究型教学体现“寓学于研”的核心思想,它至少具有以下内涵：实行教学与研究的有机结合,人才培养与学科建设的有机结合,学生有机会参与研究工作,接触科技前沿,形成探索未知的视野：在教学过程中通过优化课程结构建立一种基于研究探索的学习模式,或者说是以研究为本的学习模式,使学生在学习过程中获得一个发现世界、探索世界的宽松环境,提供研究问题的时间和空间,激发创新的：以学生为主体,支持学生个性的发展.

从上面所述的“案例导向型教学”与“研究型教学”的思想内涵来看,二者有异曲同工之意.因此,可以将二者有机结合起来,让学生在案例中研究,案例为研究的载体,研究是案例的应用和发展,将案例导向式教学与研究型教学相结合.共同提高《化工原理》的教学效果.以下将以《化工原理》中《沸腾传热》一节的教学内容为例,介绍案例导向式研究型教学的具体过程.

2.案例的选取和导入

在案例导向式研究型教学的过程中,案例的导入十分重要.在课程的开始,一个能激发学生学习兴趣的案例,由教师生动地展示出来,将会给整个课程教学一个良好的开端.案例可以是教师本身所进行的研究课题,也可来自其他参考书或者各类媒体相关报道.但是案例的选择要遵循以下几个基本原则：

(1)案例必须具有真实性,而且不脱离生活实际.在工科教学尤其是《化工原理》这类实践性非常强的课程教学过程中,只有用真实可信的案例,才能让学生真正体会到知识的应用性,并且只有与生活密切相关的案例,更能激发学生的求知欲,为下一步的讨论奠定良好的基础.

(2)案例与教学内容密切相关.案例过程中所涉及的讨论,将会给学生以深刻的印象,如果将案例中的核心内容设计成本节教学的重点或者难点,无疑可以得到事半功倍的教学效果,当然有效利用多媒体手段可以增强这种效果.

(3)案例应带有启发性,延伸性.不完整性.当案例给出时,大家便已经开始针对这个情境开始思考,一个更有悬念的案例将会更加调动起大家的积极性,因此在案例的设计中并不需要给出所有要素,有时可以刻意的回避一些关键点,让同学自己去补漏.此外,一个案例讨论结束后不应该就此结束,优秀案例是具有发散性和延伸性的,在深入的思考中,学生可以用研究型的心态由此知彼,靠自己的自觉性学习继续探索.任何案例不存在绝对正确的答案,目的在于启发学生独立自主地去思考、探索,注重培养学生独立思考能力,启发学生建立一套分析、解决问题的思维方式.

以《沸腾传热》一节的教学内容为例,可提出北京电视台生活频道播出的一则新闻作为案例.内容为一位男性观众致电节目组说,自己最近经历了一件怪事.某日他想冲咖啡喝,于是拿了个杯子接了一杯饮水机里的水,放到微波炉里热了几分钟,之后他把杯子拿出来,发现里边的水没有任何动静.于是他打开一袋速溶咖啡倒了进去.结果怪事发生了：杯里原本风平浪静的水一下子喷了出来,并开始剧烈沸腾.这位观众百思不得其解之后,打求助电视台.

这个案例是生活中常见的突沸现象,又与沸腾传热重点内容即气泡产生的条件密切相关,同时只有现象,并未给出解答,可以鼓励同学自己思考,并带着问题学习当天的课程.

3.案例的讨论

当案例提出后,教师要有足够的能力规划和引导学生进行讨论.教师应该围绕以下的几个问题来组织讨论：案例中的疑难问题是什么哪些要素是至关重要解决问题的方法有哪些这些方法都是从哪方面出发考虑的这些方法有什么优点和缺点有无折衷的最佳方案这个方案还可以作哪些改进讨论可分4个不同阶段：(1)开始调动学生积极性：(2)讨论疑难关键问题；(3)提供不同解决方案；(4)讨论如何实施和改进.

在案例教学的讨论中,教师应该本着以下几个原则进行组织.

(1)使讨论井然有序.不能影响课堂纪律.任何形式的授课方式,必然以课堂纪律的保证为前提；(2)提出切中要害的和关键性问题,因为这些是教师希望学生掌握的重点内容.这些问题最好由学生发现并提出：或者由教师稍加引导；(3)把学生个体的讨论意见集结在一起,引导学生讨论思路.整个讨论必须围绕一个案例中心主题,一定要防止跑题,集中讨论更容易尽快得出结论,而广泛撒网,会使整个案例讨论节奏松散而拖沓；(4)对案例的教学目标、难点和重点等进行分析.这就对教师掌控课堂教学的能力提出了很高的要求,不仅教师要熟知本节案例的所有知识点,并且要对学生可能出现的观点有预见性和控制能力.教师要有意识地将学生的总体意见依课程内容重点的需要加以分析.

仍以上述案例为例子,可以围绕以下几个问题进行讨论：(1)水的突然沸腾原因是在水、水杯、微波炉还是咖啡(2)水为什么在加入咖啡前不沸腾(3)如果不用玻璃杯(换陶瓷杯)会出现什么结果(4)在杯子里面可以加些其他餐具97这些问题是与沸腾传热的核心内容气泡生成直接相关的,这也是案例的核心和关键.

4.案例的总结

这个阶段通过从案例讨论中引申出一定的结论,有画龙点睛的作用,为后续的课堂教学提供准备.在这个阶段,可以让学生总结,也可以教师自己总结,讲明案例中的关键点,以及讨论中解决方案的不足和长处.在总结中,教师要揭示出案例中包含的理论,这样可以大大加深学生对教学的重点和难点的印象,并且为后续案例的延伸埋下伏笔,鼓励参与讨论的同学进行相关的研究,把研究型学习的思想融入其中.

以上述案例为例子,总结可以从同学找出的关键影响因素入手,比如纯净水、加热温度、干净的杯子,咖啡的多孔性.解决方案同样从相对应的影响因素对症下药.强调其中涉及到气泡产生的两个条件即过热度和汽化核心.

5.案例的延伸

当讨论分析以及总结结束的时候,应该对现有案例加以延伸,进一步增强同学们的探索意识.比如我们找到了突沸的原理,也就知道了沸腾的要素,那么是否可以应用这个原理去解决和改进生活中的其他设施,让我们生活得更美好呢

可以作业或者思考题的形式布置下去.比如可留下思考题：(1)在2010中国北京国际节能环保展,展出了一件循环加热烧水壶,它的烧水时间比普通水壶节省一半以上,请依据沸腾传热的机理分析其节能的原因以及存在的问题.

(2)请提出几种方案,对家用的热水壶壶底进行改造,以达到强化沸腾传热目的.这样的思考题会在案例结束之后再次引起学生对知识的探索兴趣,提示同学们关注身边的科学现象及相关展会,把书本知识与生活实际有机结合,从中受益匪浅.

6.研究型教学思想的体现.

在整个案例被提出导入、分析讨论以及总结的过程中,教师应注重时刻将研究型教学的相关思路贯穿其中.

通过案例的提出,分析和解决,引导学生了解科学问题的一般认识过程.并且在讲授提出解决方案时,及时引导学生不仅仅局限于课堂上所提出的这几种,更鼓励他们自己去查相关资料,了解最新的研究进展,开拓学生知识面.培养学生探索前沿知识的兴趣,在案例讨论的过程中,教师也需要特别注意发挥学生的主动性,形成“以学生为主体,以教师为主导”的充满活力的课堂教学.同时应该注意教师与学生的互动性,毕竟学生只是刚刚接触到相关知识,而教师一般是在本领域方面有所建树的专家.

此外,当案例已经得到圆满解决时,适时引导学生理解身边的现象往往蕴含着深刻的科学道理,发现科学规律可以让我们的生活变得更加美好.书本知识与实际有机结合起来,将会使我们的学习受益匪浅.

7、案例导向式研究型教学存在的问题

作为一种新型的教学方法,案例导向式研究型教学需要师生的共同配合,还需要相关资料的支撑,因此存在几个问题需要注意：

(1)教师本身可能是刚刚从校门走出的青年人,在实践经验和课堂掌控经验上还有很大不足,教师本身科研经历的多少也对该方法的应用有很大的影响；

(2)该种教学方法对学生水平要要求也比较高,如果达不到预期的效果,教师只能考虑选择更加简单的案例加以讨论；

(3)《化工原理》课程的实际工程案例来源并不丰富,由于课题涉密等等原因,很多好的案例无法公开成为教学方法改革的一个制约因素.

总之,《化工原理》课程是一门非常重要的专业基础课,任课教师要意识到课程的重要性.在教学实践中,不断思考.不断创新,如果能在案例式研究型教学方法中,将案例与研究型教学统一起来,则能使原本枯燥的《化工原理》教学更加生动有趣,增强学生学习的主动性,强调综合能力的提高,为社会培养更多合格的现代化化工人才.