鄭爭志

(安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，安徽 合肥 230601)

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PBL模式在化工原理課程體系教學(xué)中的探索

鄭爭志

(安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，安徽 合肥 230601)

PBL教學(xué)模式是以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，將學(xué)習(xí)和現(xiàn)實(shí)問題相結(jié)合的一種新型教學(xué)模式，根據(jù)其特點(diǎn)，將此教學(xué)模式和化工原理理論課、化工原理實(shí)驗(yàn)和化工原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了有效結(jié)合。通過這項(xiàng)教學(xué)改革措施，有效的提高了化工原理課程體系的教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生的工程意識(shí)，并為我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)2014年通過中國工程教育專業(yè)認(rèn)證提供了有力的支撐。

PBL模式； 化工原理；實(shí)驗(yàn)；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

PBL(problem-based learning， 以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法) 模式是一種近幾年在實(shí)踐型課程中出現(xiàn)的新型教學(xué)模式，是以問題為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，基于實(shí)際問題的教育方式， 1969 年由美國的Barrows 教授首創(chuàng)，目前已成為世界上比較流行的一種教學(xué)方法[1]。與傳統(tǒng)教學(xué)方法以教師講授為主不同，PBL 教學(xué)模式是以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主。PBL 教學(xué)模式將學(xué)習(xí)與現(xiàn)實(shí)的任務(wù)或問題結(jié)合，讓學(xué)生置身于問題中，把學(xué)習(xí)過程設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情景中，通過學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和自主學(xué)習(xí)來解決問題，從而將所設(shè)計(jì)問題隱含的科學(xué)知識(shí)更深刻的學(xué)習(xí)，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力[2]。

PBL教學(xué)模式的特點(diǎn)符合工科專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)的需求，PBL 教學(xué)模式可以在工科專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)中有效開展。化工原理是化工類及其相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，它以化工及相關(guān)工業(yè)中各種物理生產(chǎn)過程為背景，系統(tǒng)闡述了這些物理生產(chǎn)生產(chǎn)過程中的各種單元操作的基本原理、設(shè)計(jì)計(jì)算、典型設(shè)備選型及安裝等內(nèi)容，是介于自然科學(xué)理論與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐之間的一門“橋梁”學(xué)科[3,4]。該課程體系包括化工原理理論課、化工原理實(shí)驗(yàn)和化工原理課程設(shè)計(jì)，有工程學(xué)科的典型特點(diǎn)，應(yīng)用面廣，實(shí)用性強(qiáng)。學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理理論課程，第一次接觸到“工程”的概念[5]，并在化工原理實(shí)驗(yàn)和化工原理課程設(shè)計(jì)中不斷加強(qiáng)。因此，本課程對(duì)學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用[6]。

而學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程前，接觸的課程主要是化學(xué)、高等數(shù)學(xué)和物理學(xué)等理論性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課，缺乏工程觀念， 學(xué)生的學(xué)習(xí)僅僅局限于書本的內(nèi)容和習(xí)題， 對(duì)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程缺乏了解， 在遇到實(shí)際問題時(shí)， 無法對(duì)學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行靈活的應(yīng)用，進(jìn)而影響其他和該課程相關(guān)的其他課程或設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)。

學(xué)生工程觀念的形成和培養(yǎng)對(duì)其順利走上專業(yè)崗位有重要作用[7]。針對(duì)本課程體系特點(diǎn)和教學(xué)中存在的問題，我?；ぴ碚n程教研組教師不斷的將新的實(shí)踐教學(xué)方法引入到傳統(tǒng)化工原理課程體系教學(xué)的過程中。其中，把PBL教學(xué)模式與化工原理課程體系結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和解決實(shí)踐問題的能力，取得了顯著的成效，為我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)2014年通過中國工程教育專業(yè)認(rèn)證提供了有力的支撐。

1 PBL教學(xué)模式與化工原理理論課程學(xué)習(xí)相結(jié)合

傳統(tǒng)的PBL教學(xué)模式是以問題為導(dǎo)向，以實(shí)際問題為載體，學(xué)生以小組為單位，突破課堂限制，使學(xué)生研究和學(xué)習(xí)的時(shí)間、 空間得到拓展和延伸，培養(yǎng)學(xué)生綜合知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的教學(xué)方法。根據(jù)化工原理理論課程的特點(diǎn)和學(xué)時(shí)的限制，該理論課程在學(xué)習(xí)過程中很難做到以小組分工和討論的形式進(jìn)行課下學(xué)習(xí)，課上總結(jié)。但是在學(xué)習(xí)相關(guān)理論前，可以以問題為導(dǎo)向，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)問題去思考，帶著問題在學(xué)習(xí)過程中通過理論學(xué)習(xí)一步一步揭開問題的答案和原因，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

對(duì)于化工專業(yè)或以化工原理課程為專業(yè)核心課專業(yè)來說，化工原理理論課一般在大二下學(xué)期和大三上學(xué)期進(jìn)行。此時(shí)的學(xué)生只學(xué)習(xí)了理論性較強(qiáng)的基礎(chǔ)自然學(xué)科，沒有工程意識(shí)和工程觀念。對(duì)此時(shí)的學(xué)生只能提出和所教學(xué)理論內(nèi)容相關(guān)的日常生活例子作為問題，引發(fā)學(xué)生的思考。例如在學(xué)習(xí)能量傳遞重要內(nèi)容——伯努利方程之前可以讓同學(xué)們思考：為什么火車站臺(tái)要?jiǎng)澮幻拙€？家里給魚缸換水的時(shí)候只要用一根軟管一吸，水就會(huì)源源不斷的通過軟管從魚缸流出來？在學(xué)習(xí)傳熱這部分內(nèi)容之前可以讓同學(xué)們思考：日常使用的暖水瓶為什么采用軟木塞，為什么瓶膽要鍍銀，還要對(duì)瓶膽抽真空？打開水的時(shí)候是把水放的滿滿的好，還是不要打的太滿，水位到瓶塞之間還有一段空隙比較好？剛上完體育課比較渴，剛從暖水瓶里倒出來的開水如何讓它比較快的變涼，這些方法的原理是什么？在學(xué)習(xí)蒸餾這部分內(nèi)容之前可以讓學(xué)生思考：通過糧食發(fā)酵出來的米酒度數(shù)一般比較低，如何得到酒精度較高的酒？等等。

通過這些問題的引導(dǎo)，可以讓同學(xué)們知道化工原理所學(xué)的理論知識(shí)不止局限于工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際生活里也隨處可見，學(xué)好這門課不但能對(duì)生活中相關(guān)的問題知其然，還會(huì)知其所以然，同時(shí)也會(huì)增加同學(xué)們解決日常相關(guān)問題的能力，提高了學(xué)生們學(xué)習(xí)這門課的興趣和積極主動(dòng)性。在學(xué)習(xí)完相關(guān)理論知識(shí)后，再把此部分知識(shí)的應(yīng)用延伸至工業(yè)應(yīng)用，在工業(yè)應(yīng)用的過程中會(huì)遇到哪些問題，這些問題在設(shè)備設(shè)計(jì)及安裝維護(hù)過程中是如何進(jìn)行解決的。同時(shí)，為檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)了相關(guān)理論內(nèi)容是否融匯貫通，能夠靈活應(yīng)用或者解決實(shí)際問題，在考核過程中也可以增加相應(yīng)的問答題讓學(xué)生進(jìn)行相關(guān)理論的闡述。

2 PBL教學(xué)模式與化工原理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

化工原理實(shí)驗(yàn)作為將化工原理理論與實(shí)踐聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié)，是理論課的重要輔助和補(bǔ)充，它不同于其他基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)，屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇，是化工及相關(guān)學(xué)科的重要實(shí)驗(yàn)課[8]?；ぴ韺?shí)驗(yàn)是在已經(jīng)學(xué)習(xí)完相關(guān)理論課程后進(jìn)行的實(shí)踐課程，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以測(cè)定參數(shù)，驗(yàn)證相關(guān)理論為主。根據(jù)專業(yè)認(rèn)證相關(guān)要求，實(shí)驗(yàn)操作一般每臺(tái)(套)不多余4人，根據(jù)分組情況在實(shí)驗(yàn)課程的前期，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求，把實(shí)驗(yàn)以實(shí)際工程生產(chǎn)的形式讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，讓學(xué)生帶著問題查閱文獻(xiàn)和相關(guān)資料，收集與本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)信息，了解該實(shí)驗(yàn)裝置在工業(yè)生產(chǎn)中的用途、 地位和操作方法。通過該過程使學(xué)生加固已學(xué)理論知識(shí)，搞清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程， 并對(duì)實(shí)際設(shè)備的操作、使用規(guī)范和安全注意事項(xiàng)有更深入的了解。通過學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作及安全注意事項(xiàng)的講解或者提問的形式，了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，老師再根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)的情況給予補(bǔ)充或提醒。實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，認(rèn)真進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的記錄，及時(shí)進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果匯總。實(shí)驗(yàn)結(jié)束， 老師和學(xué)生對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行討論分析，并把實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用的延伸，為后面化工原理課程設(shè)計(jì)、化工設(shè)計(jì)及工廠的實(shí)習(xí)見習(xí)打下基礎(chǔ)。

3 PBL教學(xué)模式與化工原理課程設(shè)計(jì)相結(jié)合

化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理課程后一次綜合性能力訓(xùn)練，目的是讓學(xué)生掌握單元設(shè)計(jì)的基本要求、流程及設(shè)備選擇的方法、設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)說明書的撰寫，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)過程、設(shè)備進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)的能力，訓(xùn)練學(xué)生查閱(手冊(cè)) 資料、撰寫設(shè)計(jì)說明書的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析問題和解決問題的能力，為學(xué)生今后從事化工類型工程設(shè)計(jì)奠定初步技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)和提高及其重要[9-10]?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)所涉及的課程知識(shí)除了化工原理之外，還要求學(xué)生學(xué)會(huì)圖紙的繪制方法，能夠獨(dú)立查找和估算化工物性數(shù)據(jù)，合理論證流程并進(jìn)行設(shè)備的選擇，掌握流程和設(shè)備設(shè)計(jì)的一般步驟和具體計(jì)算方法，熟練編寫設(shè)計(jì)說明書，達(dá)到綜合運(yùn)用所學(xué)化工原理課程及其相關(guān)知識(shí)，提高工程設(shè)計(jì)的能力。

在學(xué)習(xí)過化工原理理論課，進(jìn)行過化工原理實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生掌握一定的理論基礎(chǔ)和具備一定的解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力。此時(shí)采用PBL教學(xué)模式開展化工原理課程設(shè)計(jì)，更能提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。我校化工專業(yè)同學(xué)化工原理上冊(cè)學(xué)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)，化工原理下冊(cè)學(xué)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行塔器設(shè)計(jì)，較其他院?；蚍腔I(yè)學(xué)生進(jìn)行一次化工原理課程設(shè)計(jì)相比，學(xué)生進(jìn)行了更全面更深刻的學(xué)習(xí)。課程設(shè)計(jì)前期，指導(dǎo)老師根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)提出相應(yīng)的換熱器或塔器設(shè)計(jì)任務(wù)。學(xué)生每3～5人一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，每人一個(gè)設(shè)計(jì)條件，合理分工進(jìn)行查閱文獻(xiàn)，匯總資料，提出合理的設(shè)計(jì)思路和方法。和指導(dǎo)老師進(jìn)行匯報(bào)或討論后，經(jīng)指導(dǎo)老師提示注意事項(xiàng)或?qū)W生未考慮到的問題，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行局部修改后進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生需要查閱資料，根據(jù)資料中已有的工程經(jīng)驗(yàn)值自行選擇設(shè)計(jì)初值，待設(shè)計(jì)過程完成后再對(duì)代入的初值進(jìn)行校核，看是否滿足賦值條件。從設(shè)計(jì)方案的確定，設(shè)計(jì)過程的進(jìn)行到畫出設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說明書，整個(gè)過程都是以學(xué)生為主題，將學(xué)到的理論知識(shí)、實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和查閱資料收集匯總的信息運(yùn)用到解決工程設(shè)計(jì)問題中去。

化工原理課程設(shè)計(jì)量較大，并且設(shè)計(jì)一般集中在學(xué)期末的兩周，為保證課程設(shè)計(jì)能順利圓滿地完成，保證每位同學(xué)的設(shè)計(jì)工作量，要求指導(dǎo)教師能及時(shí)地解決學(xué)生在課程設(shè)計(jì)里遇到的問題，并合理規(guī)定好學(xué)生的設(shè)計(jì)時(shí)間，確保設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

4 PBL教學(xué)模式對(duì)老師和學(xué)生的要求

PBL作為一種新的教學(xué)模式，對(duì)教師的素質(zhì)和教學(xué)技巧都有很高的要求。要求教師不但對(duì)本專業(yè)、本課程內(nèi)容熟練掌握，還應(yīng)當(dāng)扎實(shí)掌握相關(guān)學(xué)科知識(shí)，并要具備提出問題解決問題的能力、靈活運(yùn)用知識(shí)的能力、嚴(yán)密的邏輯思維能力。我?；ぴ斫萄薪M教師均擔(dān)任至少一門除化工原理課程體系以外的化工專業(yè)必修課程，例如，化工熱力學(xué)，化學(xué)反應(yīng)工程，化工儀表及自動(dòng)化和化學(xué)分離工程等課程。同時(shí)，教研組教師均有化工相關(guān)專業(yè)工科教育背景，具備扎實(shí)的工程訓(xùn)練基礎(chǔ)和系統(tǒng)的工程觀念。為了解化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的最近技術(shù)和設(shè)備，教研組教師經(jīng)常去工廠、企業(yè)和其他高校進(jìn)行調(diào)研；從事化工原理課程設(shè)計(jì)和其他設(shè)計(jì)課程教學(xué)的老師還根據(jù)自身情況，依據(jù)地理優(yōu)勢(shì)，利用假期去安徽省化工設(shè)計(jì)院和東華工程科技股份有限公司進(jìn)行設(shè)計(jì)培訓(xùn)和訓(xùn)練，從而不斷提高個(gè)人專業(yè)技能，為PBL教學(xué)模式在化工原理課程體系的順利開展提供了強(qiáng)有力的前提條件。

PBL教學(xué)模式在化工原理課程體系中開展，還需要學(xué)生具有一定的知識(shí)儲(chǔ)備。比如，學(xué)生需要具備微積分的概念和運(yùn)算能力，以便學(xué)習(xí)化工原理理論課過程中基本知識(shí)和相應(yīng)公式的推導(dǎo)計(jì)算；學(xué)生需學(xué)習(xí)過物理化學(xué)課程，以便學(xué)習(xí)質(zhì)量傳遞中的亨利定律和拉烏爾定律相關(guān)內(nèi)容，理解理想體系的概念；學(xué)生需學(xué)習(xí)過工程制圖，以便讀懂圖紙資料中單元操作設(shè)備結(jié)構(gòu)，并在設(shè)計(jì)過程中通過畫圖表達(dá)出來；等等。學(xué)生從得到教師提出的生產(chǎn)操作問題或設(shè)計(jì)項(xiàng)目開始，就要查閱大量的文獻(xiàn)資料，并積極與其它同學(xué)交流溝通以便工作后能主動(dòng)學(xué)習(xí)，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題，勝任工程師這一角色。

5 結(jié) 語

PBL教學(xué)模式是一種新型的教學(xué)模式， 具有很多其他教學(xué)模式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)?；ぴ碚n程體系，尤其化工原理實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)性質(zhì)及教學(xué)環(huán)境特點(diǎn)非常適合采用 PBL教學(xué)模式。我校在化工原理課程體系教學(xué)過程中， 采用了這種新型的教學(xué)模式，取得了比較好的教學(xué)效果。PBL教學(xué)模式不僅使學(xué)生在化工原理課程體系理論學(xué)習(xí)中提高了工程意識(shí)，還鍛煉了學(xué)生們查閱文獻(xiàn)資料、歸納總結(jié)和自學(xué)的能力，這些將對(duì)今后走上工作崗位，開展工程項(xiàng)目打下良好基礎(chǔ)。

[1] 劉春城. PBL教學(xué)模式在工程訓(xùn)練教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012, 29(4):158-161.

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Exploration of Teaching System in Principles of Chemical Engineering Course by PBL Model*

ZHENGZheng-zhi

(School of Chemistry & Chemical Engineering,Anhui University, Anhui Hefei 230601, China)

PBL model teaching mode, which is engaged students learning activity, is a new methodology consisted of the learning and real problem. According to the characteristics, the PBL module is effectively combined with the Chemical Engineering Theory course, the Chemical Engineering Laboratory course and the Chemical Engineering Design course. The PBL module not only improved the teaching efficiency, but also enhanced the consciousness of engineering of students. Via this measure of teaching reform, it offered a strong support to the Chemical Engineering and Technology major in our university passing the Chinese engineering education professional certification in 2014.

PBL model; Principles of Chemical Engineering; experiment; curriculum design; teaching reform

安徽大學(xué)本科教育質(zhì)量提升計(jì)劃項(xiàng)目(No:ZLTS2015056)；安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院研究基金。

鄭爭志(1984- )，女，講師，主要從事煙氣脫硫和化工分離過程的研究。

G420

A

1001-9677(2016)021-0166-03