基于问题导向（PBL）教学法在《化学反应工程》教学中的应用与实践

2019-09-10邓人攀张玉才

高教学刊 2019年1期

邓人攀张玉才

摘要：在新疆高校《化学反应工程》的教学中，存在着缺乏良好教学条件，学生积极主动学习的意识普遍较薄弱等问题。为调动学生主动学习的积极性，文章利用问题导向（PBL）教学法在《化学反应工程》教学中进行了初步实践。结果表明，相比于传统教学法，PBL教学法更能调动学生的主观能动性，进一步激发了学生对于该门课程的学习兴趣和热情，从而可显著提高学生的整体学习效果和成绩。

关键词：反应工程；PBL；教学实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）01-0079-03

Abstract： In the teaching of "Chemical Reaction Engineering" in colleges and universities in Xinjiang， there are problems such as the lack of good teaching conditions and the general awareness of active learning for the students. In order to motivate students' enthusiasm for active learning， the problem-based learning （PBL） teaching method was used for preliminary practice in the teaching of "Chemical Reaction Engineering" in this paper. The results showed that compared with the traditional teaching method， the PBL method had the advantages of better mobilizing the subjective initiative of students and further stimulating their interest and enthusiasm of the course， which can significantly improve the overall learning effect and performance on the course.

Keywords： Reaction engineering； PBL； teaching practice

化學反应工程（Chemical Reaction Engineering），通常简称为反应工程，是一门涉及高等数学、物理化学、化工热力学、传递现象、过程优化与控制等多学科领域的专业基础课程[1]。作为一门工程类学科，它的主要研究内容为反应动力学和反应器的设计与分析[2]，其目的是实现工业反应过程的优化[3]。化学反应工程是化学工程、化学工艺等专业的核心课程之一，通常也作为应用化学、工业催化、生物化工、制药工程、高分子材料与工程等专业的一门必修或专业选修课程。因此，反应工程可以说是一门旨在培养学生工程意识，强化工程分析能力的重要课程[4]。石河子大学是国家“211工程”重点建设高校，其开设的化工专业已通过工程教育认证，且化学工程与技术学科被列为国家双一流建设学科。石河子大学现开设《化学反应工程》课程的本科专业包括化学工程与工艺及应用化学；研究生专业开设此课程的还包括工业催化等。在最新修订的2017级本科人才培养方案中，化学工程与工艺以及应用化学专业都已将《化学反应工程》设置为专业核心课程。笔者在《化学反应工程》的教学实践中，结合石河子大学学生的实际情况及新疆的特殊区情，总结和分析了《化学反应工程》的教学现状及存在的问题，并针对性地提出和利用了基于问题导向（PBL）教学法在《化学反应工程》的教学中进行了初步实践。

一、新疆高校《化学反应工程》教学过程中存在的主要问题

（一）缺乏相对良好的教学条件

这里的教学条件主要指两个方面，一是客观硬件条件，二是师资配备情况。在客观硬件条件方面，地处西北偏远地区的新疆，本身就存在着很大的劣势。在教材征订、教材更新、信息获取等方面相对于内地教育发达地区来说，存在较为严重的单一性和滞后性。相应地，也缺乏面向学生的开放性课程网站，而试题库及习题库更是严重不足，这些都不利于学生课后积极自主学习。另一方面，部分高校，特别是南疆地区的高校，大部分教室甚至不具备多媒体授课的条件，仅靠板书讲授抽象的知识，尤其对于复杂方程及公式的推导是极为费时的，且教学效果并不理想。在师资配备方面，由于受制于地理条件、经济发展、社会环境等多方面因素，新疆地区的高校在人才引进方面往往比较困难。高校也普遍存在着师生比例较低，专业型教师数量较少，且中青年教师数量储备不足等问题。这些都导致像《化学反应工程》这种对专业知识要求较高的课程在师资配备方面较为短缺，经常出现一个老师带几个专业学生的情况。南疆部分高校由于师资严重缺乏，该门课程的任课教师甚至只能从援疆教师中调配。这些问题无疑会导致《化学反应工程》的教学在客观上存在较多困难，另一方面，也对任课教师在授课模式、教学方法以及教学效率上提都出了更高的要求。

（二）学生积极主动学习的意识普遍较薄弱

学生积极主动学习是保证良好教学效果的重要条件，但遗憾的是，学生对于《化学反应工程》课程的学习积极性普遍不高。造成这一现象的原因主要有三方面。首先，客观上来说《化学反应工程》这门课程内容比较深奥抽象，很多内容都涉及到高等数学、物理化学、传递现象等相关学科知识，课本上公式繁多，且推导过程复杂，学生较难理解，这很大程度上降低了学生的学习兴趣。其次，如前文所述，由于缺乏良好的教学条件，使得教师在教学过程中对于抽象内容的讲解缺乏形象生动的演示，而仅仅依靠灌输式的板书教学很难真正激发学生的想象力，在学不懂的情况下，更加容易引起学生的厌学情绪，从而造成恶性循环。再者，由于课程成绩的评定大部分取决于学生的期末考试，这种较单一的课程评价方法也使得学生平常主动学习的积极性较低，认为平时学不学都无所谓，期末突击复习一下重点内容即可。此外，相比于很多其他自然科学，化学反应工程的学科发展史是比较短的，其正式被确立为一门独立的学科也不过60余年[5]，因此，如何获得具有良好教学效果的教学方法和模式实际上也还在不断的探索中。综上所述，为调动学生主动学习的积极性，以期获得较理想的教学效果，探索并实践《化学反应工程》教学的新途径、新模式是十分必要且有意义的。

二、基于问题导向（PBL）教学法在《化学反应工程》教学中的应用

（一）《化学反应工程》教学改革与实践

事实上，已经有不少高校在《化学反应工程》教学方面做出了多方面的尝试和实践。包括归纳对比法、案例教学法、数学模型法、工程分析法等[1]。实践表明多媒体课件的使用，将文字、声音、动画等媒体有效的组合在一起进行辅助教学，可显著提高《化学反应工程》的教学效果[6，7]。将课堂教学与专业实验及生产实习等相结合，可培养学生理论联系实际和工程分析能力[8]。也有教师提出将演绎式与案例式教学相结合，基础知识与工业应用实例相结合，教学与科研实践相结合，教师传授与学生专题调研相结合等经验方法可有效拓展学生视野并培养其解决实际问题的创新能力[9]。总之，为适应新时代下培养具有工程意识和创新能力化工人才的需求，越来越多的教学工作者都提出了关于《化学反应工程》课程体系教学实践的不同的模式与方法。

（二）基于问题导向（PBL）教学法

PBL（Problem-Based Learning）教学法是以问题为导向的教学方法，由教师提出相关问题，并以问题为中心，以小组为单位，引导学生思考问题，通过自主学习，查找文献资料，相互讨论问题的已知点、未知点，收集相关知识点，寻求解决问题的办法，从而让学生在这一系列的过程中得到学习[10，11]。PBL教学法实际上最早由美国高校提出并用于医学类课程的教学。经过60余年的发展，PBL教学法的应用实际上已拓展到其他学科，据报道，PBL教学法被成功应用于高等数学、药学、管理学、外语、教育学等多门学科或课程中，并且均取得了较理想的教学效果[12-15]。

（三）基于问题导向（PBL）教学法在《化学反应工程》教学中的初步实践

1. PBL教学过程的设计

PBL需将学生分为若干讨论组，针对某一具体问题进行分析讨论，并与老师形成良好的互动。这种学习模式以学生为中心，以问题为媒介。因此，PBL教学法要求教师对学生有较强的组织管理能力。另一方面，对于所提出的问题应该同时具备针对性（问题不能是盲目性的、非具体性的或者发散性的）、侧重性（问题的答案应侧重于所需掌握的知识点）和引导性（问题应尽可能引起学生的兴趣并能激发学生积极的思考和讨论）。为此，为达到课程预设的教学目标，获得良好的教学效果，需对PBL教学过程进行充足而科学的设计。现以李绍芬版《反应工程》教材为例，其部分章节的课堂设计过程如表1所示。

通过PBL教学设计，其学习的内容必须覆盖课程的主要知识点，以便达成教学目标。对于PBL设计中未覆盖的知识点，则可通过传统授课的方式予以补充。以此便可达到较理想的教学效果。

2. PBL教学过程中需注意的问题

为了保证PBL教学过程的顺利进行，以达到预期教学效果。PBL教学过程需注意如下几个问题。第一，学生分组情况要科學合理。PBL教学法一般不适用于大班教学，《化学反应工程》是专业课，一般为小班教学。当学生人数较多时，合班上课不宜超过60人。否则由于课堂时间限制，较难达到预期教学效果。每组学生3～5人为宜，一般不要超过6人。在分组时需考虑学生的学习能力，表达能力，性别以及性格等因素，尽量兼顾平衡。第二，教学过程中要严格控制时间。PBL教学法的重要组成部分是充分发挥学生的主观能动性，学生不仅要学会分析和讨论问题，还要学会表达自己的观点。教师在这一过程中要做好正确的引导，最后还要对知识点做出总结，并且补充PBL教学中未涉及到的知识点。因此，要严格控制PBL各环节的时间，以保证整个教学过程顺利进行。当知识点较多时，可将问题提前布置给学生，让学生在课前做好资料查找等工作，以便节省课堂时间。第三，PBL教学过程中要多鼓励学生互动。学生与学生之间的互动可促进对于问题的深入思考，进一步促进分析和讨论问题；学生与老师之间的互动可将涉及到知识点或教学内容的信息及时传递和反馈给彼此，这是PBL教学法中确保良好教学效果的关键。第四，PBL教学法要建立合适的成绩评价方法。传统教学法由于期末考试比重过大，从而造成学生平时不学，考前突击复习，考后遗忘的局面。PBL教学法无论从形式上还是实质上都要求学生的平时成绩所占比重较高，一般不要低于40%。平时成绩主要取决于学生在课堂上讨论与回答问题的情况，其次还取决于查找资料等情况。实践证明，这样的评价方法对于促进学生平时积极主动学习有很大的帮助。

3. PBL教学初步实践的教学效果

笔者对于PBL教学法用于《化学反应工程》的教学进行了初步的实践。结果表明，相比于传统教学法，PBL教学法的教学效果更优。如表2所示，在上课人数相当的情况下，PBL教学法的末考及格率及优秀率分别比传统教学法高了约6.5%及14.2%；而平均成绩高了约5.1分。此外，PBL教学法的末考成绩标准差比传统教学法更小。这表明PBL教学法用于《化学反应工程》的教学可显著提高学生整体学习效果。

三、结束语

PBL教学法用于《化学反应工程》教学的初步实践表明改法已取得了良好的教学效果。相比于传统教学法，PBL教学法更能调动学生的主观能动性，进一步激发学生对于该门课程的学习兴趣和热情，从而可显著提高学生的整体学习效果和成绩。

参考文献：

[1]张耀霞，曹振恒，付峰，等.《化学反应工程》理论课教学方法探索[J].化学工程与装备，2012，3：163-165.

[2]李绍芬.化学反应工程[M].化学工业出版社，2013.

[3]张濂，许志美，袁向前.化学反应工程原理[M].华东理工大学出版社，2007.

[4]许志美，周兴贵，邹滢，等.化学反应工程课程建设与教学改革[J].化工高等教育，2006，23（1）：38-42.

[5]金涌，程易，颜彬航.化学反应工程的前世、今生与未来[J].化工学报，2013，64（1）：34-43.

[6]刘生鹏，吴元欣，丁一刚.多媒体组合教学与化学反应工程教学改革探讨[J].化工高等教育，2008，25（5）：53-55.

[7]张海涛，丁百全，许志美.《化学反应工程》多媒体课件的开发及应用[J].计算机与应用化学，2001，18（1）：90-94.

[8]王琳琳，陈小鹏，梁杰珍，等.改革地方院校课程教学模式和内容，培养学生工程与创新能力——以广西大学化学反应工程教学为例[J].实验技术与管理，2012，29（8）：10-14.

[9]王，金涌，程易，等.化学反应工程教学新理念和实践探索[J].化工高等教育，2009，26（2）：1-4.