模塊化基礎(chǔ)上的“三重”式工科課程教法改革與實(shí)踐*

張 楠，黃建平

(安陽(yáng)工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000)

本科教育是培養(yǎng)高層次人才的重要途徑，是實(shí)施“科教興國(guó)”偉大戰(zhàn)略的重要舉措。放眼世界，各國(guó)經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)是科學(xué)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，是人才的競(jìng)爭(zhēng)[1]。

就工科專業(yè)而言，工科專業(yè)基礎(chǔ)課程體系起著由理及工、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用，強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、定量運(yùn)算、定性分析、實(shí)驗(yàn)技能及設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際的結(jié)合，以提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力[2]。工科課程體系教法的科學(xué)性、合理性、創(chuàng)新性和藝術(shù)性，對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

文章以化工專業(yè)化工原理課程體系為例，探討工程認(rèn)證背景下，圍繞應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)這一核心，模塊化基礎(chǔ)上的“三重”式工科課程教法的具體實(shí)現(xiàn)及效果分析。

1 模塊化教學(xué)內(nèi)容

1.1 模塊化教學(xué)構(gòu)架設(shè)計(jì)

“模塊化”教學(xué)，通過(guò)對(duì)復(fù)雜對(duì)象的拆分、梳理、再歸類過(guò)程，能夠?qū)?fù)雜、繁多的信息通過(guò)多層面、立體化、遞進(jìn)式展示，便于學(xué)生全面理解和深度消化。將化工原理課程通過(guò)模塊化形式講授，在闡釋各知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的同時(shí)更能清晰展示各知識(shí)點(diǎn)彼此間聯(lián)系，便于學(xué)生對(duì)比記憶、理解消化，也能促進(jìn)其歸納總結(jié)、類推其它[3-4]。

經(jīng)多年的教學(xué)研究及實(shí)踐，最終形成的化工原理課程教學(xué)分為兩級(jí)模塊，第一層級(jí)為理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)教學(xué)4部分，第二層級(jí)分別就各一級(jí)模塊的內(nèi)容要點(diǎn)再細(xì)分各模塊，具體如圖1所示。

圖1 化工原理課程體系模塊化教學(xué)結(jié)構(gòu)及教學(xué)內(nèi)容

在這樣的模塊化教學(xué)體系結(jié)構(gòu)下，不僅有利于學(xué)生把握課程主體內(nèi)容，更有利于學(xué)生區(qū)別記憶、對(duì)比記憶，便于實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的識(shí)記、理解、消化和活用；同時(shí)，不同一級(jí)模塊下的二級(jí)模塊類比，如理論教學(xué)模塊中的單元設(shè)備模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊中的單元設(shè)備模塊和課程設(shè)計(jì)教學(xué)模塊中的設(shè)備制圖模塊，更是可以輔助學(xué)生完成對(duì)設(shè)備從外觀到內(nèi)部、從平面到立體、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)提升。例如：同是板式塔設(shè)備，理論教學(xué)側(cè)重結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、附件特征及作用、流體力學(xué)特征和操作特性分析；實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重設(shè)備內(nèi)部具體布局、附件結(jié)構(gòu)特征、流體在設(shè)備內(nèi)的流動(dòng)接觸狀態(tài)和操作效果；在課程設(shè)計(jì)層面，教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)為塔設(shè)備內(nèi)各附件的各基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)及優(yōu)化調(diào)整方法；而在實(shí)習(xí)教學(xué)層面，我們重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了工程放大后的設(shè)備外部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、流程和運(yùn)行的安全性控制。以理論知識(shí)為基礎(chǔ)、逐漸疊加實(shí)踐、強(qiáng)化工程性的層層遞進(jìn)式教學(xué)模塊的設(shè)計(jì)在實(shí)際教學(xué)中收獲了良好教學(xué)效果。

1.2 模塊化教學(xué)的教法側(cè)重

在各二級(jí)模塊的授課內(nèi)容上，講解要有“四重一輕”，即“重概念，重分析，重結(jié)論，重應(yīng)用，輕推導(dǎo)”。概念是學(xué)生認(rèn)識(shí)某一事物、某一問(wèn)題或某一現(xiàn)象的最直接的途徑，對(duì)概念的足夠認(rèn)識(shí)與重視可以避免學(xué)生大腦混沌的思想；重分析，重結(jié)論，重應(yīng)用則體現(xiàn)了社會(huì)的需要；推導(dǎo)只是讓學(xué)生知道公式是如何來(lái)的，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的培養(yǎng)收效甚微。因此，在這一理論的支持下可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一定的刪減[5]。例如：對(duì)于填料層有效高度計(jì)算中的脫吸因子法的講解，通過(guò)微元法分析找到在微元高度填料層中存在的“氣相溶質(zhì)減少量=液相溶質(zhì)增加量=該段相際傳質(zhì)通量”非常重要，這不僅是填料層有效高度計(jì)算式推出的基礎(chǔ)，也直接影響了傳質(zhì)過(guò)程優(yōu)化分析手段的提煉，促使我們整理得到了吸收任務(wù)、吸收劑選擇、吸收劑用量、原料物性等對(duì)于吸收分離效果有重要影響的結(jié)論，因此課程主講重點(diǎn)設(shè)置在這里，反觀公式的各種變形與參數(shù)整合，其重要性并不是太高，可以簡(jiǎn)要帶過(guò)或由學(xué)生自主推導(dǎo)去強(qiáng)化公式記憶。

2 “三重”式教學(xué)方法

在模塊化教學(xué)基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、自主性和能動(dòng)性，我們研究總結(jié)出了“三重”教學(xué)，即重案例引入、重啟發(fā)互動(dòng)、重創(chuàng)新培養(yǎng)。

2.1 重案例引入

工科專業(yè)基礎(chǔ)課不同于理科課程，知識(shí)點(diǎn)往往與生活、生產(chǎn)結(jié)合密切，合理、貼切而生動(dòng)的大量案例的引入不僅能大幅提高學(xué)生對(duì)于抽象知識(shí)的理解，也利于課堂氣氛的活躍，能有效促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)、研究興趣。

對(duì)于基礎(chǔ)原理的理解，如連續(xù)性方程，當(dāng)不可壓縮流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，u1A1=u2A2的公式并不難推，但其意義及應(yīng)用學(xué)生往往不能提煉，當(dāng)教師佐以澆花時(shí)捏擠管頭的實(shí)例時(shí)，不需引導(dǎo)，學(xué)生立刻可以結(jié)合方程自行分析出為什么水柱可以澆至更遠(yuǎn)處。案例極大刺激了公式及原理的理解。

對(duì)于設(shè)備，如填料塔中的液體分布器，語(yǔ)言不易描述具體結(jié)構(gòu)，平面圖也不易空間想象，但提到家中淋浴噴頭，學(xué)生豁然開(kāi)朗，并對(duì)其它形式的液體分布器也能想象出具體形態(tài)。

而對(duì)于更為抽象的操作特性比如液泛現(xiàn)象，僅靠文字描述會(huì)蒼白，三維繪圖又實(shí)屬不易，造成學(xué)生理解不清、記憶困難，但，以洗澡間頭發(fā)堵塞下水道導(dǎo)致浴室地面漫水為例做引子，則很容易使大家理解接受，對(duì)于其它原因引發(fā)的液泛也能夠領(lǐng)會(huì)精髓。

由此可見(jiàn)，案例引入能充分激發(fā)學(xué)生在生活、生產(chǎn)中尋找、驗(yàn)證并深究對(duì)應(yīng)現(xiàn)象，從而在一定程度上強(qiáng)化應(yīng)用型培養(yǎng)效果。

2.2 重啟發(fā)互動(dòng)

為遵循教育教學(xué)規(guī)律，體現(xiàn)“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”，要在各模塊的講解過(guò)程中重視啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生找到問(wèn)題突破點(diǎn)，找到解決關(guān)鍵，并在教師思維啟發(fā)中最終完成問(wèn)題的解決，從知而行的過(guò)程能強(qiáng)化記憶，更有助于學(xué)生形成工程問(wèn)題的自主解決思維，避免被動(dòng)接受，會(huì)學(xué)不會(huì)用。同時(shí)，善用課堂互動(dòng)，一能增加教師對(duì)于學(xué)生知識(shí)掌握情況的了解，便于針對(duì)學(xué)生特長(zhǎng)進(jìn)行分類培養(yǎng)；二能及時(shí)發(fā)現(xiàn)講授環(huán)節(jié)不足，利于持續(xù)改進(jìn)；三能在一定程度上實(shí)現(xiàn)課堂反轉(zhuǎn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，并烘托課堂氛圍，營(yíng)造輕松自然的學(xué)習(xí)環(huán)境。

在以往的教學(xué)實(shí)踐中，以啟發(fā)互動(dòng)式教法為主的授課班級(jí)，其知識(shí)點(diǎn)掌握程度較好，這不僅表現(xiàn)于課前預(yù)習(xí)的提問(wèn)環(huán)節(jié)，也在結(jié)論推演的互動(dòng)環(huán)節(jié)和期末考試表現(xiàn)中有充分體現(xiàn)。在近2年的傳統(tǒng)授課法和重啟發(fā)互動(dòng)授課法對(duì)比授課中，以期末成績(jī)分析，重啟發(fā)互動(dòng)授課法的班級(jí)成績(jī)合格率比傳統(tǒng)授課法上升近了7%，優(yōu)秀率上升近10%；就課堂學(xué)習(xí)氛圍和課下項(xiàng)目研討熱烈度論，重啟發(fā)互動(dòng)授課法的班級(jí)，其學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和課堂活躍度在學(xué)校督導(dǎo)反饋中也得到了非常高的評(píng)價(jià)。

2.3 重創(chuàng)新培養(yǎng)

創(chuàng)新是新時(shí)代高等教育人才應(yīng)具有的突出品質(zhì)，也是卓越工程師應(yīng)具備的基本能力素養(yǎng)。

在課程的模塊化學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們?cè)O(shè)立了多項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn)來(lái)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，如：在理論教學(xué)模塊中，關(guān)于傳熱工藝的優(yōu)化手段學(xué)習(xí)，設(shè)置了項(xiàng)目化作業(yè)：即由學(xué)生去搜集換熱器市場(chǎng)中不同類型設(shè)備的名稱、結(jié)構(gòu)及工作原理等，并依據(jù)所學(xué)內(nèi)容詳細(xì)分析其制熱效果，對(duì)比優(yōu)劣，并進(jìn)一步挖掘產(chǎn)品優(yōu)化途徑或技術(shù)更新方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊中，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)效果，提出實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)步驟調(diào)整建議，并據(jù)此評(píng)價(jià)學(xué)生報(bào)告成績(jī)；在實(shí)習(xí)過(guò)程中，由企業(yè)指導(dǎo)教師介紹企業(yè)在發(fā)展歷程中的革新與創(chuàng)造，以幫助學(xué)生樹(shù)立立體的創(chuàng)新觀、創(chuàng)業(yè)觀等等。

在模塊化基礎(chǔ)上實(shí)行“三重”式教學(xué)，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，注重了各種教學(xué)資源的整合與利用，以產(chǎn)出為導(dǎo)向、并可持續(xù)改進(jìn)，教學(xué)目標(biāo)明確，教學(xué)設(shè)計(jì)科學(xué)，可操作性強(qiáng)，符合現(xiàn)代教育理論的要求，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)最優(yōu)化。

3 教法實(shí)施效果

以“夯實(shí)基礎(chǔ)、注重實(shí)踐、應(yīng)用檢驗(yàn)、鼓勵(lì)創(chuàng)新”為思路構(gòu)筑的化工原理課程體系教學(xué)新思路實(shí)施多年以來(lái)，經(jīng)逐步完善，取得了良好的實(shí)施效果。

(1)在此教法影響下，課堂學(xué)習(xí)氛圍明顯活躍，實(shí)踐環(huán)節(jié)的動(dòng)手能力有一定程度提高，在時(shí)間上縱向?qū)Ρ龋瑢W(xué)生對(duì)于課程體系內(nèi)容的理解和掌握較之之前都有較大程度的提升。

(2)2019年學(xué)院參加全國(guó)化工實(shí)驗(yàn)大賽獲一等獎(jiǎng)1次，三等獎(jiǎng)1次；參加“全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽”，連續(xù)5年取得二等獎(jiǎng)成績(jī)；參加“挑戰(zhàn)杯”河南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽獲一等獎(jiǎng)1次，三等獎(jiǎng)1次。學(xué)生知識(shí)應(yīng)用、實(shí)踐動(dòng)手及創(chuàng)新能力得到了很好印證。

(3)以化學(xué)工程與工藝和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)為例，就近年來(lái)企業(yè)走訪座談情況看，實(shí)習(xí)生或畢業(yè)生在化工類企業(yè)工作中體現(xiàn)出的工科專業(yè)基礎(chǔ)、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維都得到了用工單位的肯定。

(4)在化工原理課題組近年來(lái)與多個(gè)高校的交流研討和對(duì)企業(yè)員工的技術(shù)培訓(xùn)中，該教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)水平也得到了對(duì)方的高度認(rèn)可和評(píng)價(jià)。