案例导向式教学在化工传递过程课程中的探索与应用

赵青山

（中国石油大学（华东）化学化工学院，山东 青岛 266580）

0 引言

化工传递过程是化工类专业的专业基础课程之一，主要研究化工过程中动量、热量和质量传递的基本原理和规律，并揭示三种传递过程之间存在的类似性[1]。不同于化工原理、反应工程等化工类专业课程相对宏观、具体的研究问题的方法，化工传递过程是基于三种传递现象的内在本质，以微观视角去看待问题，从复杂的物理、化学过程中抽取数学模型，通过求解微分/偏微分方程得到问题的答案。通过本门课程的学习，旨在提高学生对三传机理的认识和理解，并利用化工传递过程知识分析和解决实际工程问题[2]。然而，由于其研究问题独特的思路和方法，化工传递过程具有工程理论性强、内容抽象且推导公式多等突出特点，要求学生在学习过程中需要具备较好的逻辑思维能力和对复杂过程的理解能力，而建模和求解又要求学生具有较好的高等数学功底。因此，学生普遍反映课程学习难度大，极大地限制了学习兴趣和积极性，并且难以真正理解化工传递过程的核心知识以及具备运用知识解决实际问题的能力，导致课堂效果不佳，不能很好地达到预期的课程培养目标[3]。基于学时短、任务重、难度大等客观条件，如何提升学生对化工传递过程课程的学习兴趣，提高对课程知识的学习和运用能力，是当前化工传递过程教学中亟须解决的重要难题。

1 案例导向式教学在化工传递过程课程教学中的重要性

所谓案例导向式教学是在课堂中引入学生日常生活、熟知或感兴趣的场景，让学生把自己纳入到案例场景中，拉近课程与学生之间的距离，让学生以主人翁的身份主动学习，并运用所学知识分析讨论或解决案例问题[4]。由于化工传递过程课程内容难度大，一旦学生对课程失去了学习兴趣，学生更多时候会选择“躺平”的状态去学习；反之如果学生对课程产生了浓厚的学习兴趣，那么学生会变被动学习为主动求知，积极主动地思考和探索，在求知探索中产生愉悦和满足，再难的课程也会变得事半功倍[5]。若能够将化工传递过程抽象的知识与具象的生活、工程及科研等方面的素材和案例有机结合起来，恰当地应用到课堂导入、知识推进、章节小结等教学的各个环节中，将抽象的课程知识具体化，能够把学生从理论思维中解脱出来，拉近学生和课程内容之间的心理距离，极大地提高学生学习探索的兴趣和积极性。同时，在课程知识推进过程中案例式学习还可以强化学生对知识的理解和运用，在潜移默化中学习和掌握理论知识；在完成阶段性学习任务后，课上或课后综合案例分析则能够让学生运用所学的知识解决身边的问题，提高学生学习的成就感和解决工程实际问题的能力，发展学生独立思考和创新思维能力，培养具有优异逻辑思维能力和理论实践水平的高素质复合型化工人才。

2 案例素材的筛选与设计

首先，案例素材要紧密结合传递知识内涵，建立表面现象和三传过程的内在联系。为了生动形象的阐释教学内容，需要从生活常识、工程案例、科研论文等各方面收集、整理和筛选紧扣课程内容的典型案例素材，并从复杂的案例问题中抽提出涵盖的传递过程，建立表观现象与三传内涵之间的关联，让学生通过案例学习更好的理解和学习知识点。其次，案例要贴近生活生产，并紧跟科学前沿。化工传递过程是一门“顶天立地”的课程，传递现象既广泛应用于最先进的科学技术领域（如导弹发射、火星探索等），又在日常生活中无时无刻不在发生（如春风拂面、做饭炒菜等）。案例素材可以选择学生熟悉的生活生产场景，形成“问题源于生活/生产—认清问题、学习知识—回到生活/生产”的闭合学习循环，又可以结合最新的科学研究进展，培养学生的科学研究思维和探索创新意识，对学生未来工作和研究学习都有诸多裨益。第三，案例的难度要适中，知识要深入浅出。为了适应课程的需求和学生的知识水平，案例的难度需要适中，太简单会让学生失去探索的欲望，太难则会让学生产生畏难情绪，失去案例导向式教学的优势。因此，在实施过程中需要精心筛选难度适中的案例素材，通过案例将三传知识深入浅出的传授给学生。

3 案例导向式教学在化工传递过程课程教学中应用

根据化工传递过程课程的特点和实施的教学环节，案例导向式教学大体可分为开篇案例法、问题案例法和综合案例法。（1）开篇案例课堂导入。通过一个鲜活的案例引出新课知识，会极大地增加课堂的生动性，拉近抽象的课堂知识与学生之间的距离，吸引学生的注意力和兴趣，促使其成为积极主动的知识探究者。例如在讲授边界层分离时，可以拿乒乓球和高尔夫球让学生们扔，让学生直观体验两者不同的运动轨迹，激发学生们的关注和兴趣，引出边界层分离的概念。再例如讲授分子传质扩散时，通过跟学生分享做饭切洋葱的经历，引发学生的切身体会，讲出放入水中切可以有效避免刺激眼睛，引导学生更好的理解气体和液体中的分子扩散及速率。（2）问题案例内容推进。在课程知识学习进程中，可让学生分析生活、工程或科研中的案例问题，使其感受传递过程原来就在身边，发现基础理论的作用和工程知识的魅力，在问题案例中训练和掌握三传的学习方法。例如在讲授传热部分时，讲完三种基本传热方式后可以提出问题让同学们辩论：冬天南方湿冷，北方干冷，哪里更冷？这样一下子就把学生置身到虚拟场景中，让学生以主人翁的身份去思考两种环境中的传热方式，并能够更好地理解导热系数。再例如所谓“心急吃不了热豆腐”，可以让学生们讨论怎么才能尽快吃到热豆腐？在这个过程中能够让学生带着兴趣去思考，促进对热量传递速率过程的理解和掌握。（3）综合案例训练总结。在完成章节或阶段性学习后，通过综合案例提出需要解决的生活、工程或科研问题，引导学生综合利用所学知识独立思考或者分组讨论，达到知识系统化运用的目的。例如在讲授完传热部分后，可以让学生们建模分析讨论秋衣和大衣穿的次序对温度分布和保暖效果的影响；再例如人体体温恒定是由于身体内部不断产热和表面不断散热的平衡，可以让学生建模分析自己身体向外散热的速率。通过分析和解决学生们身边息息相关的案例问题，能够让学生将所学知识学以致用，极大地提高学生学习的成就感和对知识的实践运用能力。此外，由于受课程学时的限制，需要做到案例学习和理论教学的紧密有机融合，并可有效利用课前讨论、课后作业等环节保证案例教学的充分实施。

4 结语

经过长期的教学实践，案例导向式教学能够大幅度提高学生对化工传递过程课程的兴趣和学习积极性，从学习的客体变为主体，在实际将生活、工程、科研案例中启发思维，从而更好地学习和掌握课程知识，并能够把基础知识、思维能力、专业素质有机融合在一起，培养学生解决复杂工程问题的综合能力。案例导向式教学在化工传递过程课程中效果显著，有望进一步推广和应用。