研究性學(xué)習(xí)在“生物質(zhì)資源利用技術(shù)”課程的教學(xué)實(shí)踐

郭建華，蔡威盟，胡恩柱，胡坤宏

（合肥學(xué)院能源材料與化工學(xué)院，安徽 合肥 230601）

自2020 年疫情爆發(fā)后，全球經(jīng)濟(jì)都受到重創(chuàng)。西方國家一邊限制高科技出口，一邊又去中國化，對我國科技發(fā)展造成了影響。習(xí)近平總書記在合肥主持召開《扎實(shí)推進(jìn)長三角一體化發(fā)展座談會(huì)》時(shí)提出“當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演變，更加凸顯了加快提高我國科技創(chuàng)新能力的緊迫性”“創(chuàng)新主動(dòng)權(quán)、發(fā)展主動(dòng)權(quán)，必須牢牢掌握在自己手中”[1]。只有如此，我們國家的科技發(fā)展才不會(huì)受制于他國。創(chuàng)新的根本在于人才，大學(xué)生是國家寶貴的人力資源，是科技發(fā)展的希望。2005 年教育部在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中就明確提出了“積極推動(dòng)研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”的要求[2]。一系列教學(xué)實(shí)踐也表明了研究性教學(xué)在課程中的應(yīng)用可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力[3-5]。

“生物質(zhì)資源利用技術(shù)”是我校能源化學(xué)工程的專業(yè)課程，課程內(nèi)容符合可持續(xù)發(fā)展需求，具綜合性、前沿性的特點(diǎn)。本文結(jié)合本校能源化學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)情況，分享研究性學(xué)習(xí)在“生物質(zhì)資源利用技術(shù)”課程中的教學(xué)探索與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 “生物質(zhì)資源利用技術(shù)”課程培養(yǎng)目標(biāo)能力要求

“生物質(zhì)資源利用技術(shù)”課程內(nèi)容包括生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化到能源、化學(xué)品和材料的原理、技術(shù)和工藝流程。通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)對生物質(zhì)能利用、新能源開發(fā)等能源化工問題進(jìn)行分析與判斷，并獲得有效結(jié)論的能力，并使學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)生物質(zhì)資源的重要性，樹立安全、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念。課程目標(biāo)分解如表1所示。

表1 課程達(dá)成目標(biāo)能力要求

學(xué)生要在課程學(xué)習(xí)之后獲得表1中能力，這就要求教師在教學(xué)中采取高效手段，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，不斷強(qiáng)化學(xué)生分析、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2 “生物質(zhì)資源利用技術(shù)”教學(xué)的瓶頸

2.1 知識(shí)更新快，教材相對滯后

“生物質(zhì)資源利用技術(shù)”發(fā)展非常迅速，但目前市面書籍所含內(nèi)容多為較成熟的已經(jīng)工業(yè)化的技術(shù)，如生物乙醇、生物柴油、生物質(zhì)發(fā)電、氣化等[6-8]。而近十幾年新興的高附加值生物質(zhì)平臺(tái)分子上下游轉(zhuǎn)化的相關(guān)內(nèi)容和成熟技術(shù)的新進(jìn)展介紹相對較少。以生物柴油生產(chǎn)技術(shù)為例，多數(shù)書籍對技術(shù)成熟的第一代生物柴油的生產(chǎn)原理與工藝流程有詳細(xì)介紹，而較少闡述第二、三代生物柴油技術(shù)，因此單從教材上無法使學(xué)生全面認(rèn)知生物柴油的最新發(fā)展?fàn)顩r。

2.2 知識(shí)點(diǎn)分散，綜合性強(qiáng)

“生物質(zhì)資源利用技術(shù)”課程綜合了多門課程知識(shí)，信息量大，知識(shí)點(diǎn)多。以一種重要的生物質(zhì)平臺(tái)分子——乙酰丙酸的生產(chǎn)為例，涉及的知識(shí)點(diǎn)有乙酰丙酸的分子結(jié)構(gòu)特征（有機(jī)化學(xué)）、原料組成與來源（生物化學(xué)與植物生物學(xué)）、制備方法（有機(jī)化學(xué)、工業(yè)催化）、產(chǎn)物的分離與定性定量分析（分析化學(xué)、儀器分析）、工藝流程設(shè)計(jì)（化工原理、化工工藝學(xué)）、關(guān)鍵設(shè)備選擇（化工設(shè)備與單元操作、化工機(jī)械設(shè)備）、下游產(chǎn)品合成（有機(jī)合成、工業(yè)催化）等。傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師為主體，以教授知識(shí)為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)。在課堂授課過程中，學(xué)生如果單純依靠教師講述獲取知識(shí)，很難跟上教師的思路，無法將基礎(chǔ)知識(shí)串聯(lián)整合，難以進(jìn)一步思考、應(yīng)用和創(chuàng)新。

3 研究性學(xué)習(xí)實(shí)施辦法

3.1 教材內(nèi)容與新進(jìn)展結(jié)合，擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面

在教學(xué)過程中要結(jié)合教材和最新進(jìn)展，使學(xué)生了解技術(shù)的工業(yè)化程度和發(fā)展現(xiàn)狀。在對較為成熟的技術(shù)進(jìn)行課堂講解的同時(shí)設(shè)置文獻(xiàn)資料閱讀任務(wù)，讓學(xué)生自主選擇課題，從最新文獻(xiàn)中了解生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)的前沿發(fā)展情況，分析技術(shù)優(yōu)劣并進(jìn)行課堂展示與討論，使得學(xué)生對生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展有更深入的理解。

3.1.1 任務(wù)設(shè)置

在課堂講解過基本原理和技術(shù)后，發(fā)布文獻(xiàn)調(diào)研任務(wù)。學(xué)生在一定主題范圍內(nèi)自由選擇并確定課題，圍繞課題查找近期相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行閱讀，并通過分析得到結(jié)論。學(xué)生3～4 人一組自由組合，自行分配組內(nèi)工作。

在學(xué)生工作開始前利用自主學(xué)習(xí)指導(dǎo)時(shí)間進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研培訓(xùn)，介紹生物質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)的主要期刊和生物質(zhì)研究方向相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)課題組網(wǎng)站，教授如何快速準(zhǔn)確地了解課題代表性工作和近年發(fā)展趨勢，如何對中英文文獻(xiàn)進(jìn)行速讀篩選和精讀解析。

3.1.2 課堂報(bào)告與討論

要求學(xué)生在課下對選定的課題進(jìn)行資料調(diào)研和分析總結(jié)，完成后通過分組課堂報(bào)告和分主題討論的形式交流生物質(zhì)技術(shù)的最新研究進(jìn)展。報(bào)告和討論安排在課堂教學(xué)中相關(guān)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)基本原理、影響因素、關(guān)鍵設(shè)備和工藝流程的學(xué)習(xí)之后，內(nèi)容主要集中在新技術(shù)的原理、創(chuàng)新點(diǎn)與不足之處的分析，對其是否可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行展望。在學(xué)生講述、互相提問、交流討論、教師點(diǎn)評后完成課堂學(xué)習(xí)任務(wù)。同時(shí)在“學(xué)習(xí)通”推送資料和進(jìn)行討論，方便學(xué)生在課下進(jìn)一步交流。

3.2 案例討論引入課堂，引導(dǎo)學(xué)生自主思考

通過引入相關(guān)案例，引導(dǎo)學(xué)生對案例進(jìn)行思考和討論，指出可行方案和目前存在的問題，綜合多門課程知識(shí)點(diǎn)提出相應(yīng)的解決方案。

3.2.1 任務(wù)設(shè)置

在課程開始前給學(xué)生推送相關(guān)案例資料或布置調(diào)研任務(wù)。以垃圾分類利用案例為例，讓學(xué)生了解校園、居民區(qū)或工廠等不同地區(qū)的垃圾分類和利用情況，并分析垃圾分類后可能的利用途徑。

3.2.2 課堂討論

課堂以學(xué)生所調(diào)研的垃圾分類現(xiàn)狀為引入點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生對廢棄資源利用、環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的思考。采用課堂提問、“學(xué)習(xí)通”推送測試、問卷等形式引導(dǎo)學(xué)生對垃圾中屬于生物質(zhì)的組成進(jìn)行確定和分析，進(jìn)一步討論如何按照原料組成選擇可采用的合適轉(zhuǎn)化技術(shù)。由此引入相關(guān)原理、技術(shù)和工藝的講解。最后進(jìn)行分組討論，綜合所學(xué)知識(shí)討論目前對于垃圾分類利用發(fā)展的難點(diǎn)，并給出合理的解決方案。

3.3 評價(jià)方法

研究性學(xué)習(xí)效果評價(jià)包括過程考核、期末考核和平時(shí)表現(xiàn)，最終效果體現(xiàn)在課程達(dá)成度上。

過程考核包括平時(shí)設(shè)置的拓展案例資料學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)閱讀報(bào)告、課堂分組報(bào)告、專題討論和技術(shù)路線設(shè)計(jì)報(bào)告，采用“學(xué)習(xí)通”推送資料和任務(wù)，主要以書面分析報(bào)告、課堂展示和課堂討論的方式呈現(xiàn)，采用教師評分和學(xué)生互評相結(jié)合的方法，對學(xué)生研究性學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)根據(jù)質(zhì)量（課題符合度、科學(xué)性、正確性等）、內(nèi)容（內(nèi)容量、完整性等）、撰寫（格式、語言、認(rèn)真程度等）和表達(dá)（條理性、熟練程度等）綜合評分。

期末考核體現(xiàn)在期末試卷成績，設(shè)置選擇題、判斷題、簡答題、圖形題和綜合題。

平時(shí)成績體現(xiàn)在對課堂、課下活動(dòng)的參與情況，活動(dòng)包括隨機(jī)提問、搶答、測驗(yàn)、問卷、討論等，主要通過“學(xué)習(xí)通”推送，并通過軟件自動(dòng)計(jì)分。各部分分值分配如表2所示。

表2 考核方式及分值分配

4 教學(xué)實(shí)踐效果分析

4.1 課程目標(biāo)達(dá)成度的提高

根據(jù)表2分值分配，按照下式分別計(jì)算各目標(biāo)達(dá)成度，各目標(biāo)達(dá)成度如圖1所示。

圖1 17、18、19級能源化學(xué)工程專業(yè)課程目標(biāo)達(dá)成度

從圖1 可以看出，18、19 級學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成度明顯高于17 級。在17 級并未引入系統(tǒng)的研究性學(xué)習(xí)方法，僅通過布置考核任務(wù)依靠學(xué)生自主完成相關(guān)工作，且自主學(xué)習(xí)與課堂教學(xué)并未有效融合，因此出現(xiàn)了各種問題，如學(xué)生自主確定課題查找資料時(shí)選題不符合任務(wù)要求，資料無可靠出處，文獻(xiàn)類型雜亂、質(zhì)量不高、年代久遠(yuǎn)等。從18 級實(shí)施研究性學(xué)習(xí)方法后，融合了自主學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)，明確了任務(wù)要求，進(jìn)行了方法培訓(xùn)。實(shí)施后學(xué)生選題符合度、文獻(xiàn)符合度大大提高（主要體現(xiàn)在目標(biāo)2）。結(jié)合課題任務(wù)的布置，從試卷綜合題的答題內(nèi)容和路線設(shè)計(jì)的內(nèi)容來看，18、19級出現(xiàn)了一些創(chuàng)新想法，比如生物質(zhì)加氫催化設(shè)計(jì)的新思路、生物質(zhì)全利用可持續(xù)發(fā)展路線設(shè)計(jì)的新思路（主要體現(xiàn)在目標(biāo)4和5）。

4.2 學(xué)生對方法的接受度

通過18、19 級問卷調(diào)研情況表明，有97.6%的學(xué)生表示研究性學(xué)習(xí)方法對生物質(zhì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)有幫助；86.2%的學(xué)生表示可以自主確定課題并找到所需文獻(xiàn)和資料；有82.6%的學(xué)生表示結(jié)合調(diào)研案例的引入模式能跟隨老師系統(tǒng)地串聯(lián)起知識(shí)點(diǎn)。課程結(jié)束后也有學(xué)生陸續(xù)反饋在考研復(fù)試、夏令營、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽等活動(dòng)中也用到了研究性學(xué)習(xí)的方法。

5 結(jié)束語

通過幾年的探索和實(shí)踐表明，在“生物質(zhì)資源利用技術(shù)”課程中引入研究性學(xué)習(xí)方法，能適應(yīng)快速發(fā)展的前沿科技，有效結(jié)合課堂教學(xué)和課下自主學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。