师范类《化工基础》理论与实验相结合教学模式的构建*

黄紫洋，朱丽丽，庄燕玲

(福建师范大学化学与化工学院，福建 福州 350007)



师范类《化工基础》理论与实验相结合教学模式的构建*

黄紫洋，朱丽丽，庄燕玲

(福建师范大学化学与化工学院，福建 福州 350007)

针对目前高师院校《化工基础》教学中存在的问题，通过理论与实验相结合的《化工基础》教学模式的构建，旨在培养学生的工程观念和技术经济观念，通过整合理论教学内容，优化实验教学内容，利用计算机辅助教学手段，以PBL教学法理论为基础，提出创新式教学提升理论学习的教学模式，让学生建立良好的工程技术科学素养。

高师院校；化工基础；理论与实验相结合；化学教育

《化工基础》是一门理论与生产实际紧密联系的化学类工程课程，是由理科到工科学习的桥梁和纽带，课程教学旨在培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题，提高学生分析问题、解决问题的能力，有利于学生工程概念的建立及科学素质的培养。

1 《化工基础》课程教学现状

1.1 学生对于《化工基础》重视程度不够

化学教育专业的学生常常认为《化工基础》课程的学习对于中学化学教学的意义不大，高考对于化工生产内容考察的知识点少且要求低，故学生学习的积极性不高。另一方面，化工基础是工科课程，具有其独特性，对于从未接触过这类课程的理科生来说，存在一定的抵触心理。

1.2 课程教学缺少实践性环节

由于《化工基础》课程课时安排一般不多，加上学校教学经费紧张，无法安排一定的工厂实地的见习或实习，若教学中采取直接讲授的授课方式，只做平面的描绘，学生无法直观感受到工业生产中的设备及整个工艺流程。为完成一定的教学任务，教师可能会忽视学生的自主性，以教代学，导致学生只是表面看似理解，而非真正的掌握，遇到用理论知识解决实际的化工生产问题时无从下手。

1.3 理论与实验结合层次不深

对于师范类学生《化工基础》课程的理论学习显得不够深入，理解不彻底，只知其表面，在实验过程中，存在“应付”现象，学生机械地模仿教师操作，完全依赖于教师，无法将理论知识很好地运用到实验当中，理论与实验结合层次不深，没有真正做到《化工基础》理论学习与实验的有机结合，达到用所学的理论指导实验，通过实验反过来促进理论学习的效果。

1.4 实验设备的缺乏或老化现象严重

由于《化工基础》实验设备缺乏，加上有些设备老化严重，无法正常使用，学生分组实验时，只能多人共用一台设备，不利于学生亲自独立动手实验，甚至个别学生在整个实验中都没有参与，只是作为旁观者，不利于学生动手能力的培养，分析问题、解决问题能力的提高。实验设备无法及时地随时代的发展进行更新，造成与现代的《化工基础》理论“脱节”的现象[1]。

2 《化工基础》理论与实验相结合教学模式的构建

2.1 提高学生对《化工基础》的重视

众所周知，兴趣是最好的老师。化学新课标以培养学生科学素养为主要目标，师范生更应严格要求自己全面发展，成为创新型人才和复合型人才，理科与工科的学习都应具备。STS(Science Technology and Society)化学课程的构建，探讨了科学、技术与社会三者之间的复杂关系，强调化学与生产生活的紧密联系。要想将来成为一名优秀的教师，需培养学生具有综合的科学素养，师范生作为未来教师的主力军，必须有理论联系生产生活实际的能力。《化工基础》作为工科课程，在培养分析问题、解决问题能力、综合素质的提高方面，有着其他课程不能取代的作用，故学好《化工基础》这门课程对于化学师范生来说是十分有必要的。

2.2 理论教学内容的整合

我校化学教育专业使用的教材是由福建师范大学与上海师范大学编写的第四版《化工基础》。该套教材包括四个部分，上册为化工原理部分，下册包括化学反应工程、化工工艺学和化工开发三个部分。由于教学课时有限，理论课教学内容主要为“三传一反”(动量传递、质量传递、热量传递、化学反应工程)，并将教学的重点放在流体的流动和输送、传热过程、精馏和基本反应器上，将化工工艺学作为学生自学的内容，教学内容有所侧重，减轻学生的学习压力，使学生在重点内容的学习上更加深入，而非只停留在表面上。调动学生学习的自主性，以学为主，教为辅，培养学生分析、解决问题的能力。

2.3 实验教学内容的优化

化学是一门以实验为基础的学科，在实验中验证理论的学习，加深对理论知识的记忆和理解。实验室是创新人才的培养基地，当前高校中的实验教学已经和以往大不相同，它不仅包括基于课程的教学实验，还增加了学生的实践能力、综合素质培养、创新人才培养目标实现等新要素和功能[2-3]。我校化学教育专业的《化工基础》实验部分主要是化工原理部分的单元操作，其中也包括化学反应工程的单釜和多釜串联反应器停留时间分布测定的实验。化工原理部分具体的实验有流体流动形态的测定(雷诺实验)、流体流动过程中的能量转化演示实验、流体流动阻力的测定、空气-蒸汽传热膜系数的测定、筛板精馏实验、二元系统气-液平衡数据的测定等。实验主要为验证性的实验，同时也有一定的综合性，体现出一定的创新性，当然也结合学校具有化学工程与工艺本科专业实验室的优势，选取相应的化工过程进行放大实验，培养学生的工程意识[4]。

2.4 理论与实验相结合教学模式的构建

2.4.1 基于计算机辅助教学模式

由于《化工基础》课时不多，理论课和实验课可尽量减少重复，采用理论与实验相结合的方法，在理论课上可运用计算机辅助教学(CAI)进行仿真实验或者模型教学，帮助学生理解较为抽象、难懂的化工基础知识；在实验课上，教师根据实验讲解必要的原理知识，指导学生进行实验。传统教学是在教授完理论课后，在实验室由老师演示一些危险、复杂、工程化的实验，加强学生的记忆，这种方式存在时间上不连贯，易造成知识的脱节，且教师工作量大，故这些过程适合制作成仿真CAI课件系统辅助教学[5]。在理论课的教学上，可运用CAI软件避免纯粹、单一、枯燥的黑板教学，以更为直观、生动的立体动画调动学生的积极性，变抽象为具体，加深学生记忆，提高教学效果。CAI软件可以模拟仿真实验，不仅使学生直观地看到难以想象的内部结构及其在过程中的变化，且能在对实验外在现象认识的同时，解决原理与过程、理论与实践结合的实质问题，使学生把过程意识、理论知识、控制操作能力、仪表运用能力及运用计算机等各项能力有机结合在一起[6]。在实验课的教学上，采用CAI软件可辅助教师教学，节约实验课上的理论部分讲解时间，令学生有更多的时间进行独立实验操作，学生对实验有更深的印象，从而对理论知识有进一步的理解。

2.4.2 基于PBL教学法的理论指导实验

PBL(Problem Based Learning, PBL)教学法是以问题为基础，学生为中心，PBL的教学模式是小组讨论教学，强调培养学生的自学能力，发展学生思考能力和解决实际问题的能力，在培养学生的综合素质方面具有明显优势[7]。由于《化工基础》实验教学是分组实验，小班化教学，故可将PBL的小组讨论式教学模式尝试运用于实验教学当中。PBL的核心是提出问题，所以问题的设计十分重要，问题既要考虑到学生已有的知识水平，又需要给学生一定的时间和空间进行思考探索。教师在教学当中应注重引导学生用理论指导实验，在实际《化工基础》实验教学中提出“预习、讨论、讲授、操作、总结”的五步教学法[8]。(1) 在实验课前，教师提出问题，留给学生课前预习，学生根据已学过的理论并通过查阅文献资料尝试找出答案，通过预习，学生对实验目的、原理、仪器、步骤、注意事项等就有一定了解；(2) 进入实验室后，学生首先要熟悉仪器，由教师提出需要解决的一些实验题目，实验小组根据理论课上已有知识进行讨论，分析回答问题，教师引导学生思考，直到学生彻底弄清问题，在此过程中，学生对实验内容也得到进一步加深；(3) 教师对于实验重点、难点内容及注意事项等重要知识进行讲授，使学生具有独立思考并开展实验的能力，避免了学生机械地模仿教师操作，完全依赖于教师的情况；(4) 学生进入实验室后，是一个不断发现问题的过程，学生根据已有的理论知识，将理论应用于实验从而使问题得到解决，实在无法自行解决，再寻求教师帮助，教师应是指点启发，而非直接代替操作，否则将造成学生依赖心理；(5) 实验完成后，学生进行数据的处理，分析总结实验结果，完成实验报告的书写。通过理论指导实验，保障实验的顺利进行，充分发挥学生的主动性，提高学生的学习兴趣，学生利用自己学过的理论知识进行分析问题、动手操作、解决问题，学生通过整个实验环节的操作获得成就感。

2.4.3 基于创新式实验提升理论的学习

实验教学不仅能使学生更加直观、形象地理解吸收理论知识，而且学生通过亲身动手操作，验证理论知识，产生兴趣，提高学习效率。创新式实验教学将教学效能放大，加深了理论知识的理解，对理论教学起促进作用[9]；其提倡以学生为主，学生通过自行预习、查阅资料，独立完成实验，教师引导辅助；同时避免了传统教学的依赖心理，使学生对实验的印象更为深刻。在实验过程中，学生亲自动手，熟悉有关实验装置结构、流程，了解典型化工过程的特点及化工设备的结构性，熟悉从事化学工程实验研究的基本方法、技巧，培养分析问题、解决问题能力，巩固、加深对《化工基础》课程的基本理论和知识的理解与掌握，实验进一步提升理论的学习。例如，在流体流动过程中的能量转化实验中，学生通过观察流体静止时的压强分布规律，观察流体在流动过程中静压能、动能、位能和阻力损失等各项能量之间的转换关系，了解阻力损失与流速之间的关系，加深对柏努利方程的理解。在进行分析和整理数据、撰写工程实验报告时，又一次运用理论知识分析实验现象或处理数据，进一步加深对理论知识的理解。实验中出现的与理论不是十分一致的结果，学生可通过反思，寻求解答方案，可能会发现有些理论公式只是经验式，培养学生学会质疑，通过实验提升对理论知识的学习。

3 结 语

《化工基础》及其实验课程的学习对于高校化学教育师范生来说有其独特的作用，但目前学生工程意识薄弱，因此，建议在理论和实验教学内容方面进行整合优化，采用计算机辅助教学手段，依据PBL教学法理论指导实验，以创新式实验提升理论的学习，构建理论与实验相结合的《化工基础》教学模式，旨在培养学生理论联系实验的能力，使学生成为全面发展的复合型人才。

[1] 陈丽萍,照日格图. 高师化工基础实验教与学的现状调查与对策分析[J]. 内蒙古师范大学学报:教育科学版, 2007, 20(3):136-138.[2] 鞠彩霞, 李凤刚,肖瑞瑞,等. 化工原理实验课程的教学改革与探索[J]. 广州化工, 2016, 44(1): 169-170.

[3] 左铁镛. 充分发挥实验教学在创新人才培养中的作用[J]. 中国高等教育, 2007(23):18-19.

[4] 吕占霞. 对理科化学专业基础实验教学的思考与建议[J]. 大学化学, 2013, 28(6):14-16.

[5] 冯炜,胡彤宇,张金利,等. 建立完善的化工基础实验计算机辅助教学系统[J]. 化工高等教育, 2002(3):63-65.

[6] 郭广生, 周海燕. CAI及其在化学教育中的运用[J]. 现代化工, 1997(10):39-42.

[7] 龙云飞,葛圆圆,李志礼. PBL教学法在化工原理教学改革中的应用[J]. 化工高等教育, 2011(04):97-99.

[8] 董雄辎,王丽平. PBL理论指导下化工基础实验五步教学法[J]. 合肥师范学院学报, 2015(03): 105-106, 117.

[9] 程远,魏林郁,李成长,等. 创新式实验教学对生理学理论教学的促进作用[J]. 中国高等医学教育, 2010(7):144-145.

Constructionon on Teaching Model of Combination of Theory and Experiment for Normal Class ofChemicalEngineeringFoundation*

HUANGZi-yang,ZHULi-li,ZHUANGYan-ling

(College of chemistry and chemical engineering, Fujian Normal University, Fujian Fuzhou 350007, China)

Some teaching problems have embroidered on teaching ofChemicalEngineeringFoundationin colleges and universities so far. A teaching model was emerged by combination of theory and experiment ofChemicalEngineeringFoundation. It aimed to cultivate students’ engineering idea and concept of technology and economy, improve the students’ attention to course teaching. Through integration of the theory of teaching contents, optimizing experiment teaching subject, utilizing the way of computer assisted instruction, based on the theory of PBL teaching method, an innovative teaching model to enhance the learning of theory was put forward, which can establish an excellent engineering technology scientific literacy for every students.

normal colleges and universities;ChemicalEngineeringFoundation; combination of theory and experiment; chemical education

福建师范大学本科教学改革研究项目(I201401016)。

黄紫洋。

G642 0

A

1001-9677(2016)024-0153-03