案例導向式教學在化工傳遞過程課程中的探索與應用

趙青山

（中國石油大學（華東）化學化工學院，山東 青島 266580）

0 引言

化工傳遞過程是化工類專業的專業基礎課程之一，主要研究化工過程中動量、熱量和質量傳遞的基本原理和規律，并揭示三種傳遞過程之間存在的類似性[1]。不同于化工原理、反應工程等化工類專業課程相對宏觀、具體的研究問題的方法，化工傳遞過程是基于三種傳遞現象的內在本質，以微觀視角去看待問題，從復雜的物理、化學過程中抽取數學模型，通過求解微分/偏微分方程得到問題的答案。通過本門課程的學習，旨在提高學生對三傳機理的認識和理解，并利用化工傳遞過程知識分析和解決實際工程問題[2]。然而，由于其研究問題獨特的思路和方法，化工傳遞過程具有工程理論性強、內容抽象且推導公式多等突出特點，要求學生在學習過程中需要具備較好的邏輯思維能力和對復雜過程的理解能力，而建模和求解又要求學生具有較好的高等數學功底。因此，學生普遍反映課程學習難度大，極大地限制了學習興趣和積極性，并且難以真正理解化工傳遞過程的核心知識以及具備運用知識解決實際問題的能力，導致課堂效果不佳，不能很好地達到預期的課程培養目標[3]。基于學時短、任務重、難度大等客觀條件，如何提升學生對化工傳遞過程課程的學習興趣，提高對課程知識的學習和運用能力，是當前化工傳遞過程教學中亟須解決的重要難題。

1 案例導向式教學在化工傳遞過程課程教學中的重要性

所謂案例導向式教學是在課堂中引入學生日常生活、熟知或感興趣的場景，讓學生把自己納入到案例場景中，拉近課程與學生之間的距離，讓學生以主人翁的身份主動學習，并運用所學知識分析討論或解決案例問題[4]。由于化工傳遞過程課程內容難度大，一旦學生對課程失去了學習興趣，學生更多時候會選擇“躺平”的狀態去學習；反之如果學生對課程產生了濃厚的學習興趣，那么學生會變被動學習為主動求知，積極主動地思考和探索，在求知探索中產生愉悅和滿足，再難的課程也會變得事半功倍[5]。若能夠將化工傳遞過程抽象的知識與具象的生活、工程及科研等方面的素材和案例有機結合起來，恰當地應用到課堂導入、知識推進、章節小結等教學的各個環節中，將抽象的課程知識具體化，能夠把學生從理論思維中解脫出來，拉近學生和課程內容之間的心理距離，極大地提高學生學習探索的興趣和積極性。同時，在課程知識推進過程中案例式學習還可以強化學生對知識的理解和運用，在潛移默化中學習和掌握理論知識；在完成階段性學習任務后，課上或課后綜合案例分析則能夠讓學生運用所學的知識解決身邊的問題，提高學生學習的成就感和解決工程實際問題的能力，發展學生獨立思考和創新思維能力，培養具有優異邏輯思維能力和理論實踐水平的高素質復合型化工人才。

2 案例素材的篩選與設計

首先，案例素材要緊密結合傳遞知識內涵，建立表面現象和三傳過程的內在聯系。為了生動形象的闡釋教學內容，需要從生活常識、工程案例、科研論文等各方面收集、整理和篩選緊扣課程內容的典型案例素材，并從復雜的案例問題中抽提出涵蓋的傳遞過程，建立表觀現象與三傳內涵之間的關聯，讓學生通過案例學習更好的理解和學習知識點。其次，案例要貼近生活生產，并緊跟科學前沿。化工傳遞過程是一門“頂天立地”的課程，傳遞現象既廣泛應用于最先進的科學技術領域（如導彈發射、火星探索等），又在日常生活中無時無刻不在發生（如春風拂面、做飯炒菜等）。案例素材可以選擇學生熟悉的生活生產場景，形成“問題源于生活/生產—認清問題、學習知識—回到生活/生產”的閉合學習循環，又可以結合最新的科學研究進展，培養學生的科學研究思維和探索創新意識，對學生未來工作和研究學習都有諸多裨益。第三，案例的難度要適中，知識要深入淺出。為了適應課程的需求和學生的知識水平，案例的難度需要適中，太簡單會讓學生失去探索的欲望，太難則會讓學生產生畏難情緒，失去案例導向式教學的優勢。因此，在實施過程中需要精心篩選難度適中的案例素材，通過案例將三傳知識深入淺出的傳授給學生。

3 案例導向式教學在化工傳遞過程課程教學中應用

根據化工傳遞過程課程的特點和實施的教學環節，案例導向式教學大體可分為開篇案例法、問題案例法和綜合案例法。（1）開篇案例課堂導入。通過一個鮮活的案例引出新課知識，會極大地增加課堂的生動性，拉近抽象的課堂知識與學生之間的距離，吸引學生的注意力和興趣，促使其成為積極主動的知識探究者。例如在講授邊界層分離時，可以拿乒乓球和高爾夫球讓學生們扔，讓學生直觀體驗兩者不同的運動軌跡，激發學生們的關注和興趣，引出邊界層分離的概念。再例如講授分子傳質擴散時，通過跟學生分享做飯切洋蔥的經歷，引發學生的切身體會，講出放入水中切可以有效避免刺激眼睛，引導學生更好的理解氣體和液體中的分子擴散及速率。（2）問題案例內容推進。在課程知識學習進程中，可讓學生分析生活、工程或科研中的案例問題，使其感受傳遞過程原來就在身邊，發現基礎理論的作用和工程知識的魅力，在問題案例中訓練和掌握三傳的學習方法。例如在講授傳熱部分時，講完三種基本傳熱方式后可以提出問題讓同學們辯論：冬天南方濕冷，北方干冷，哪里更冷？這樣一下子就把學生置身到虛擬場景中，讓學生以主人翁的身份去思考兩種環境中的傳熱方式，并能夠更好地理解導熱系數。再例如所謂“心急吃不了熱豆腐”，可以讓學生們討論怎么才能盡快吃到熱豆腐？在這個過程中能夠讓學生帶著興趣去思考，促進對熱量傳遞速率過程的理解和掌握。（3）綜合案例訓練總結。在完成章節或階段性學習后，通過綜合案例提出需要解決的生活、工程或科研問題，引導學生綜合利用所學知識獨立思考或者分組討論，達到知識系統化運用的目的。例如在講授完傳熱部分后，可以讓學生們建模分析討論秋衣和大衣穿的次序對溫度分布和保暖效果的影響；再例如人體體溫恒定是由于身體內部不斷產熱和表面不斷散熱的平衡，可以讓學生建模分析自己身體向外散熱的速率。通過分析和解決學生們身邊息息相關的案例問題，能夠讓學生將所學知識學以致用，極大地提高學生學習的成就感和對知識的實踐運用能力。此外，由于受課程學時的限制，需要做到案例學習和理論教學的緊密有機融合，并可有效利用課前討論、課后作業等環節保證案例教學的充分實施。

4 結語

經過長期的教學實踐，案例導向式教學能夠大幅度提高學生對化工傳遞過程課程的興趣和學習積極性，從學習的客體變為主體，在實際將生活、工程、科研案例中啟發思維，從而更好地學習和掌握課程知識，并能夠把基礎知識、思維能力、專業素質有機融合在一起，培養學生解決復雜工程問題的綜合能力。案例導向式教學在化工傳遞過程課程中效果顯著，有望進一步推廣和應用。