基于問題設計藝術的緒論課實踐

[摘要]文章針對工科學生學習基礎化學積極性不高，基于大一學生認知特點和應用型人才培養需求，結合筆者課程教學實踐，以無機化學與化學分析緒論課為例，總結出基于問題設計藝術，即以解決“學什么（what）、為什么學（why）和怎么學（how）”三大問題為主線，激發學生學習興趣和提高學生學習積極性的緒論課上課模式。

[關鍵詞]無機化學與化學分析；課程建設；教學實踐

[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

無機化學與化學分析是由無機化學和分析化學整合而來的一門專業平臺課程，主要面向化學工程與工藝、應用化學、材料化學、環境工程和能源化學工程等多個本科專業開設。

本文主要以無機化學與化學分析緒論課教學實踐為例，對以解決“what（學什么？）、why（為什么學？）和how（如何學？）”為主線，激發學生學習興趣和提高學生學習積極性的基于問題設計藝術上課模式進行了介紹和總結。

一、了解工科大一學生化學基礎，找到緒論課的切入點

現行高考模式導致高等院校錄取招收的學生化學知識基礎不同，甚至相差較大。不參加化學科目高考的學生，只是在高中低年級修滿畢業要求的6個學分，進入大學學習，其高中階段所學習化學知識只能算是啟蒙加基礎；參加化學科目高考的學生，可能具有8-10個學分的化學知識量，其高中階段所學的化學知識基本能夠支撐大學化學專業領域的主干知識框架。[1]

對于化學工程與工藝等工科類學生，主要來源于高中理科生，高中階段化學課程內容只是定性地對大學化學部分基本核心知識的簡單介紹，對于相關概念、理論還不能全面、系統地進行深入闡述，還不能從定量的視角表達、描述和應用。

二、把握工科大一學生學習心理，找到緒論課的興趣點

大一剛入學工科專業學生對工科的理解往往局限于較模糊的“工程”概念，許多學生認為，無機化學、分析化學等四大基礎化學是理科同學應該學習的，他們學好學不好無所謂。所以，當拿到課表看到“無機化學與化學分析”這門課時，很容易產生疑問：這是一門啥課程、學習哪些知識（what）？為什么學、與我們工科課程有多大關聯度（why）？怎樣學（how）？等問題。這些都是學生的關注點、興趣點。設計問題、創造性地解決好這些問題，直接關系到緒論課的成敗，也關系到該門課在學生心目中的地位。What、why、how恰巧是問題設計藝術的關鍵環節。

三、貼近學生基礎，融入學科前沿，解決是什么、學什么（what）問題

關于如何講好緒論課，專家、學者針對不同課程提出了很多有益的建議。[2-7]如何從學生的實際出發，抓住學生的心理，激發學生的學習興趣、發揮課程在人才培養中的作用是大家共同關注的問題。在了解學生基礎和心理特點的前提下，首要解決的問題就是該課程是什么、學什么（what）的問題。

上課首先拋出第一個問題，“中學化學課程中，同學們都學過合成氨反應，對該反應你們了解多少？”，第二個問題，“若在化工生產中投產，按年產100萬噸計算，投資商關注什么？工程師關注什么？如何對產品的質量進行控制？如何進行清潔生產，做到節能環保？”。及時對學生的回答進行總結、提升，指出反應的產率、速率問題，學完無機化學知識即可解決，質量檢測是分析化學中要學習的內容，其中，分析可分為化學分析和儀器分析，反應工藝設計、廠房布置、節能環保等是同學們后續課程關注的問題。由此，指出無機化學與化學分析是無機化學和分析化學中化學分析部分的有機結合。這樣就解決了是什么的問題。同時，學生也對該門課程有了專業的認同感。

學生了解了該門課是什么后，關于學什么也有了初步了解，為了實現知識的完整性、培養學生的學習興趣，拋出第三個問題，“大家都知道合成氨需要的反應條件較苛刻，如高溫、高壓、催化劑等，根據你所掌握的知識，能否通過其它途徑將氮氣轉換成氨氣？對于任意一個反應，又如何判斷反應的可行性與收率問題呢？”，借機介紹人工固氮的學科前沿知識，指出化學熱力學、動力學初步知識是該門課的知識模塊之一。而后，基于學生已掌握的中學化學平衡初步知識，總結出四大平衡、四大滴定是該門課程的又一知識模塊。接著拋出第四個問題，“世界發展日新月異，假若發現118號元素，你能確定它在元素周期表中的位置、可能具有的性質及應用價值嗎？”，指出物質結構、元素化合物部分是該門課程的另外兩大知識模塊。這樣，學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、抓住學生興趣點，解決為什么學（why）問題

工藝設計、工程管理是工科類學生感興趣的話題，以此為切入點，容易激發學生的學習興趣。為解決為什么學，設計了如下問題：某企業擬投資生產丁二烯，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，你關注哪些問題？引導學生討論后，總結指出，哪種方法能實現生產（反應能否發生、若能發生反應條件如溫度、壓力、催化劑等）、哪種方法更節能環保（需要的反應溫度低等）、哪種方法能產生較大的經濟效益（反應的速率和轉化率等）都是首先要考慮的問題，解決以上問題所需要知識即無機化學與化學分析課程模塊一所涉獵的內容。只有這些問題明確了，才能進行工藝路線設計、反應釜設計等工程設計環節。對于生產所需原料的純度、反應過程中反應進度的監控，及最后產品的質量檢測均需要通過分析化學手段來把關。由此看來，學好基礎化學知識是必要的。

當然，上面列舉的只是一個案例，化學知識與實際生活密不可分，同學們已深有體會，留給學生課下總結。接著抓住學生關注的航空、航天事業與化學的關系問題，選擇隱形材料、形狀記憶材料、超導材料及嫦娥一號著陸系統控制等學科前沿知識，和同學們分享。及時總結，一個國家航空、航海、航天發展水平的高低，也與化學的發展息息相關，如隱形材料、超導材料、形狀記憶材料等都與我們即將學習的元素化合物知識緊密相連，無機化學與化學分析所學習知識是基礎，是解決許多工程問題、能耗問題、質量問題、材料問題的基礎。

五、授人以漁，解決怎樣學（how）問題

指導學生如何學好課程、引導學生實現學習方式的轉變，進而培養學生良好的化學素養，是需要從大學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、總結與體會

在緒論課教學中，以“學什么（what）、為什么學（why）和怎么學（how）”三大問題為主線，扣緊學生關注問題，設計問題、引入案例、融入學科前沿，較好地激發了學生的學習興趣，極大地提高了學生學習積極性。同時，將工程、環保、節能等理念融入教學，使工科學生對專業有了認同感。

實際上，具體到任意一課堂，what即該節課的教學目標、教學內容、教學重點和難點；why即學習本節內容有什么用，或與工業生產、學科發展、培養目標的實現等有何聯系等；how即教法和指導學生學習的方法的選擇。試想，不只是緒論課，對任意一節課，如果教師從備課開始都能抓住這三點，課堂上再逐一落實，都將是一節精彩的課。該授課模式長期堅持下去，對于學生而言，學生的自學能力、邏輯思維能力、探究學習能力都將有大的提升。

參考文獻

[1]陸靖.高中化學與大學化學知識銜接的研究[J].大學化學，2014，28（1）：11-21.

[2]鄭凱迪，王建光，毛孫忠，葉輝.講好緒論調動起學生學習生物化學的興趣[J].大學教育，2013，（7）：118-119.

[3]劉延輝，林文松，李曼萍，王慧萍，李芳.基于激發學習興趣的緒論課實踐-以航空材料為例[J].大學教育，2013，（3）：56-57.

[4]鄧玉恒，李夏，王少亭，聶峰梅，金瓊花，田洋.普通化學原理緒論課的一點教學體會[J].首都師范大學學報（自然科學版），2007，28（12）：6-10.

作者簡介

李大枝，1971- ，女，副教授，博士，化學工程系副主任，主要研究方向：材料設計與模擬；化學分離。

資金資助

山東省高等學校精品課程建設項目（2013BK008）