啟發(fā)討論式教學法在吸收教學中的應用

童敏曼 秦正龍

(江蘇師范大學 化學與材料科學學院，江蘇 徐州 221116)

化工原理是一門重要的工程技術基礎課程，是應用化學、環(huán)境工程、制藥工程、材料科學等專業(yè)必修的一門主干課[1]，具有概念多、公式多、習題多、圖表多、計算復雜、綜合性大、工程觀念強等特點[2,3]。在教學過程中，教師認為教的已經很好了，但學生對知識的理解、掌握及應用不夠；學生認為學的很刻苦了，但總有一過就忘、一用就錯、上課清楚、作業(yè)糊涂、學不懂記不住的感覺，不能形成完整的知識體系[4,5]，出現“教師忙于講解，學生難于理解”的窘境[6]。究其原因主要有兩點。其一是教師的教學方式。目前，盡管教學的方式已多種多樣，但受傳統(tǒng)教學思想的影響，多采用單一的以“教”為中心的“填鴨式”教學，并形成了一種定勢，即“我講你看”、“我講你聽”的教學模式，忽視了學生的主體性，知識是被灌輸給學生的，而不是學生主動思考獲得的，學生的創(chuàng)新性思維缺失。其二是學生的學習方式。學生的學習是被動的學習，往往是教師講學生聽，教師講學生記，教師教到哪里，學生學到哪里，缺乏自主學習。因此，要想使學生真正掌握化工原理課程的知識內容，就要培養(yǎng)學生學習的主動性和學習興趣[7,8]。為此,許多教師在化工原理教學過程中進行了積極的探索[9-12]。我們在教學過程中采用啟發(fā)討論式教學法(以吸收單元操作教學為例)，將傳統(tǒng)的以“教師為中心”的教學模式轉變?yōu)椤耙詫W生為主體、教師為主導”的教學模式，取得了良好的教學效果。

1 啟發(fā)討論式教學法的基本內涵

現代教學論認為，教學必須以學生的發(fā)展為宗旨，啟發(fā)學生思維為核心，調動學生學習的主動性和積極性，發(fā)揮其主體作用。所有的教育、教學活動都應使每一個學生的個性得到自由充分的發(fā)展。

啟發(fā)討論式教學就是教師根據教學目的、教學內容、教學環(huán)境及學生的知識基礎、認知水平、接受能力等實際情況，采用啟迪、引導、討論、點撥、匯報、對比、總結等手段喚醒學生自主學習意識，調動學生學習的主動性和積極性，充分發(fā)揮其主體作用，促使學生積極主動獲取知識的一種教學方法[13,14]。該方法將傳統(tǒng)的“一言堂”轉變成為“群言堂”，將單一的“滿堂灌”轉變成為開放的啟迪與探討，形成和諧的師生互動、生生互動，產生教學共振。學生由學會向會想、會學、會用轉變，自發(fā)產生“我要學”的激情，提高自學能力、組織能力、表達能力、協(xié)作能力和獨立觀察、發(fā)現、分析解決問題的能力，實現最佳教學效能。

2 應用

2.1 在確定設計條件中的應用

吸收塔設計型計算的目的是求填料層的高度Z。一般給定的條件是：惰性氣體的摩爾通量V、氣體中溶質組分入塔濃度Y1、氣體中溶質組分出塔濃度Y2(或回收率η)、平衡關系Y=f(X)(或相平衡常數m)、氣相總體積吸收系數KYa。可供選擇的條件是：吸收的流向(逆流、并流)，吸收劑入塔濃度(X2，逆流)，吸收劑的摩爾通量L，溶劑的再循環(huán)等。

對于吸收操作中溶劑的再循環(huán)學生是很茫然的，因此，教師首先提問“吸收的目的是什么”，學生很快就回答“為了獲得出塔濃度X1較高的液體產物”，教師接著問“為了獲得出塔濃度X1較高的液體產物，可以采取哪些措施”。學生一時回答不了，此時就組織學生進行討論，然后老師進行總結。可以應用的有效措施主要有：降低吸收的溫度、提高吸收的壓強、減小吸收劑的用量等。但是，如果吸收劑的用量太小，塔內的填料不能完全被液體濕潤，氣液兩相的接觸面積變小，不利于傳質，此時采用吸收劑的再循環(huán)。老師小結完后，繼續(xù)啟發(fā)提問“采用吸收劑再循環(huán)后，吸收的推動力怎么變化”。學生本以為有關溶劑再循環(huán)的學習討論已經結束，不料老師又拋出一個新的問題，一下子調動了學生的學習積極性及創(chuàng)造性思維，課堂又開始活躍起來。同時，老師在黑板上畫出溶劑再循環(huán)的流程圖(圖1a)及無溶劑再循環(huán)的操作線和平衡線(圖1b，稀線)，并提示學生在采用溶劑再循環(huán)后，吸收劑入塔濃度怎么變化？這樣又復習鞏固了物料衡算等方面的知識。

對圖a中的C點進行物料衡算：

對總物料衡算：L′=L+Lθ

顯然，溶劑再循環(huán)使液相入塔濃度X2′大于新鮮吸收劑的入塔濃度X2。如果氣體出塔濃度Y2保持不變，可在圖1b中畫出吸收劑再循環(huán)后的操作線，即操作線在塔頂的位置將由A點移動到A′點。可見吸收的推動力變小，因此吸收劑再循環(huán)對吸收不利。學生對這樣的結論“大失所望”。在學生“失望”之時，老師及時點撥：如果吸收過程是一個比較強的放熱過程，通過大量吸收劑的再循環(huán)，可以降低吸收的溫度，平衡線將怎么變化？“平衡線向下移動”學生們脫口而出。老師在黑板上畫出溫度降低后的平衡線，此時絕大部分學生發(fā)現吸收的推動力變大了，學生們或微微點頭，或微微一笑，說明學生理解了。最后老師補充“吸收的推動力提高了，氣相總體積吸收系數KYa也增大了”。通過設問-啟發(fā)-討論-小結-再設問-再啟發(fā)-再討論-再小結，學生不僅掌握了溶劑再循環(huán)操作的特點、結果及應用，而且提高了學生觀察、發(fā)現、分析和解決問題的科學方法。

2.2 在操作型計算中的應用

操作型計算是對已有設備或某一過程完成一定任務進行計算或核定某些操作參數。操作型計算不但變量多，而且變量之間的關系往往是非線性的，因此計算復雜，知識應用靈活[15]。

在長期的教學實踐中我們發(fā)現，學生對換熱器的操作型計算掌握的比較好，但對吸收塔的操作型計算難以理解，我們就采用啟發(fā)討論類比的教學方法，得到了事半功倍的教學效果。

例如在講吸收塔操作型計算方法之一的消元法時，首先啟發(fā)學生回顧換熱器操作型計算消元法的思路:需要幾個方程？需要消去的是哪一項？然后組織學生復習討論。老師接著問吸收塔操作型計算的消元法需要幾個方程？需要消去哪一項目？學生很快就會回答，需要兩個方程。物料衡算方程：

V(Y1-Y2)=L(X1-X2)

(1)

及吸收特征方程即填料層高度計算方程：

Z=HOGNOG

(2)

需要消去Y1-Y2，變非線性方程(2)為線性方程。

“那如何消去Y1-Y2呢”，老師繼續(xù)啟發(fā)提問。學生又開始熱烈的討論，提出各種各樣的想法和方案，同時老師及時點撥：不要忘了相平衡方程及物料衡算。最后與學生一起導出整個過程。如下

根據定義，方程(2)中的NOG為

(3)

而

(4)

故

(5)

又因為

V(Y1-Y2)=L(X1-X2)

即

(6)

將式(6)代入式(5)得

(7)

再將式(7)代入式(3)得

(8)

將式(8)代入式(2)，并整理得

(9)

通過以上一系列的變換，非線性方程(2)轉變?yōu)榫€性方程(9)。聯立求解方程組(1)、(9)，即可求出Y2、X1。

吸收塔第一類操作型計算講完后要及時總結，并與傳熱相關知識進行比較(見表1)，使知識由點成線。通過啟發(fā)-討論-點撥-對比-總結，激發(fā)了學生的思維，培養(yǎng)了學生的興趣，發(fā)展了學生的能力，潛移默化地實現對新知識的遷移，化難為易，使學生愉快地自主學習。

表1 吸收塔第一類操作型計算的總結比較

3 實施啟發(fā)討論式教學法需要注意的問題

3.1 選擇內容要適宜

啟發(fā)討論式教學需要系列問題作引領。因此，討論的選題必須是重點或關鍵性的知識，最好能夠引發(fā)學生對某種生活經歷或實踐經驗的思考，學生有興趣并樂于參與。選擇的內容應具有系統(tǒng)的邏輯性，能夠把學生的思維引向縱深，使討論更加全面，使知識相互交聯滲透，內容相互補充。

3.2 教師應適時啟發(fā)指導

在啟發(fā)討論式教學中最怕出現冷場，教師可以采取鼓勵或適當的引導啟發(fā)，也可以通過點名的方式打破冷場。在整個討論過程中，教師的角色應該是個“導演”，要組織好討論過程，認真聽取學生的發(fā)言，參與學生的討論，啟發(fā)、引導和控制好討論的方向和深度。

3.3 及時總結反思

采取啟發(fā)討論式教學法，就學生對問題的分析和看法要及時進行歸納，肯定和表揚學生的勞動成果，但對學生錯誤的觀點，要及時指出，及時糾正，并分析原因。另外，受教學學時的限制及啟發(fā)討論式教學法特點的影響，該教學法只適合于20人左右的小班。為了適應教學改革的需要，過程性評價的分數在課程總成績中所占的比重越來越高，但如何評定學生在啟發(fā)討論式教學中的成績，還缺乏有效的定量評估手段。

4 結語

采用啟發(fā)討論式教學法，激發(fā)學生獨立學習能力、培養(yǎng)學生積極表達能力、訓練學生創(chuàng)新思維能力，學生由原來的被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，充分體現學生在學習中的主體地位和教師的引導作用，在啟發(fā)討論中掌握觀察、發(fā)現、思考、分析和解決問題的科學方法，達到高階學習的目標。在后疫情時期，如何更好的使啟發(fā)討論式教學法與分層式教學法、微課、SPOC、MOOC等現代教學技術有機融合，還需要廣大教學工作者去探索、去實踐。