基于目标问题的石油化工实验教学方法研究.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 4 期 2023 年 8 月Vol.26 No.4 Aug.2023 基于目标问题的石油化工实验教学方法研究程 亮1,张 杰2(广东石油化工学院 1.化学工程学院;2.人事处,广东 茂名 525000)摘 要:实验室是高校开展教书育人的重要场所,探讨开展有效的实验教学方法研究是实现新时代“教育三问”的重要手段。基于目标问题导向式实验教学方法是以学生为中心,开展基于目标的问题设计,实现学生学习知识、锻炼思维、提高素质的目标。通过以“连续流动反应器中的返混测定”实验课程为例开展基于目标问题导向式实验教学方法研究,分析如何开展目标问题导向式实验教学方法研究以及达到的效果,并为下一步继续完善实验教学工作提供有益思考。关键词:目标问题导向式;实验教学;方法研究中图分类号:G424 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.04.021Research on the teaching method of petrochemical experiment based on objective problemCHENG Liang1,ZHANG Jie2(1.College of Chemical Engineering;2.Human Resources Department,Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China)Abstract:Laboratory is an important place for colleges and universities to carry out teaching and edu-cating people,and it is an important means to realize the“three questions”of education in the new era to explore and develop effective laboratory teaching methods.The goal-based problem-oriented experi-mental teaching method is student-centered and develops goal-based problem design to achieve the goal of students learning knowledge,exercising their thinking,and improving their quality.By taking the experimental course of“Back Mixing Measurement in Continuous Flow Reactor”as an example,carry out research on target problem-oriented experimental teaching methods,analyze how to carry out research on target problem-oriented experimental teaching methods and the results achieved,and con-tinue to improve for the next step.The laboratory teaching work provides useful thinking.Key words:goal problem oriented;experimental teaching;method research 收稿日期:2021-03-30 修改日期:2022-08-01作者简介:程亮,博士研究生,正高级工程师,主要研究方向为润滑传热流体。E-mail:chengliang 通讯作者:张杰,学士,高级工程师,主要从事实验教学、法律、人事管理工作。E-mail:zhangjie 基金项目:国家自然科学基金(项目编号:21961160741);山东省科技计划项目(项目编号 2022TSGC2379);山东省科技特派员项目(项目编号 2023-4009);广东省国际科技合作项目(项目编号:2021A0505060010);广东石油化工学院自然科学研究项目(项目编号:519019);广东石油化工学院校级教育教学改革研究项目(项目编号:2021JY06);广东石油化工大学学生创新创业培训项目(项目编号:73321047;73322092;73322194)。习近平总书记提出“新时代教育三问”:为谁培养人、培养什么人、怎样培养人1。作为教书育人的重要场所,实验室是高等学校实施素质教育、培养学生创新精神与实践能力的重要基地,是培养优秀科研人才的重要场所2。化学工程是一门建立在理论上的实验性学科,其学习过程包括了理论知识和实验知识的学习3。理论知识作为学科基础,夯实整个学科;实验知识则作为脊柱,搭建学科架构,二者共同支撑了化工学科的知识体系4。针对理论教学,大多采用传统授课模式开展教学活动5。对于实验教学而言,采用常规授课方法接受知识的过程是单向的、被动的和惰程亮,等:基于目标问题的石油化工实验教学方法研究性的,学生参与度低6。采用目标问题导向式实验教学方法可以引导学生深入思考、逻辑演绎以及开展热烈讨论,充分调动学生主动性、创造性和参与性,提高学生自主学习、辨证分析问题和实践动手等综合能力7。基于目标问题导向式实验教学方法是以学生为主体,开展激发兴趣、引发思考、启迪智慧、学用知识、增强素质的目标活动8。在实验课程的教学过程中,教师在把握实验教学质量的目标前提下,把实验课程内容分解成若干问题9。在实验课程中,教师的作用是引导学生对实验方法、原理、步骤的思考、讨论和操作,调动学生实验操作的主动性、创造性和参与性,直至实验结束10。通过实验过程,学生自主分析、解决实验问题,最终达到理解实验原理、掌握实验方法和熟练操作步骤,并可以达到触类旁通的目的,以及提高学生自主学习、辨证分析问题和实验操作技能的能力11。本文以“连续流动反应器中的返混测定”实验课程为例,分析如何开展目标问题导向式实验教学方法研究。1 目标问题导向式实验教学方法介绍1.1 定义目标问题导向式实验教学方法是基于目标的问题设计,是一种确定目标、提出问题、课堂设计的多层次、多维度的教学体系。1.2 教育理念及目标目标问题导向式实验教学方法教育理念体现为:贯彻素质教育和以学生为中心,基于时代背景和教育对象的改变,其核心为“三大目标”,“五大问题”,即人才培养目标、专业目标、课程/课堂目标和基本问题、重点问题、难点问题、应用问题以及拓展问题。问题是基于目标的设定,目标是一个个问题解决的累积,量变到质变的过程,单一问题解决是量变,一系列问题解决会引起质变,最终达到人才培养目标(如图 1 所示)。2 基于目标问题导向式实验教学目标确定广东石油化工学院人才培养目标为:培养人格健全、基础扎实、实践能力强,具有创新精神的应用型高级专门人才。化学工程专业培养目标为:掌握基本理论、基本知识和基本技能,成为具备较强工程实践能力、良好创新意识和较高综合素质的应用型技术人才。实验课程培养目标:培养具有实践动手、LN?%C?6?F?+.A?3C-LNG&LNL&LN+LNLN-.LM?G&M?FELB6M?4E4650.A$F=CF*A63LL5F56+535-B/B0-05图 1 目标问题导向式实验教学方法分析能力的应用型技术人才。基于以上的确定目标,结合“连续流动反应器中的返混测定”实验课程内容,将其目标设定为:掌握停留时间分布的测定方法;停留时间分布与多釜串联模型的关系;模型参数 n 的物理意义及计算方法。3“连续流动反应器中的返混测定”实验课程教学问题设计3.1 基本问题围绕三大目标中的课程目标,设计课程基本问题:返混的定义、发生返混的原因及特点、示踪剂的定义、本实验使用的示踪剂等。这些问题主要基于学生对实验的认知而设立,使学生更容易、更快速地了解返混现象。3.2 重点问题通过基本问题的学习,进一步设计重点问题,主要包括:停留时间分布的定义及测定方法、多釜串联的概念等。重点问题主要突出学生辨识返混的本质,可以透过表面现象辨认、表述返混发生的变化规律以及发展趋势的能力。3.3 难点问题针对关于模型参数 n 物理意义及计算方法的难点问题,主要通过消化基本问题和重点问题并结合实验过程来解决,并进行原因分析和归纳总结。3.4 应用问题针对应用问题,主要设计包括:生活中接触到的返混现象、哪些设计可以利用返混的特点、示踪剂种类范围等。学生掌握好以上四大问题,可以达到掌握知识点的目标。783.5 拓展问题对于学生而言,成为具有开拓思维、创造性的人才还需要经历拓展性思维训练,这对于拓展问题的设计至关重要。在这个课程中,拓展问题设计为:如何设计、生产不发生返混的反应器等开放性问题,这将有助于锻炼学生主动思考的能力。4“连续流动反应器中的返混测定”实验教学操作/指引设计基于目标的问题设计,重点开展相关实验教学的操作,主要阶段分为课前(课前预习推送)、课中(课程教学过程分解为讨论和讲授)、课后(课后作业推送)。4.1 课前预习阶段课前,教师设计基本问题和重点问题供学生预习,如:返混的定义、发生返混的原因及特点、如何监测返混现象、示踪剂的定义、本实验使用的示踪剂、物料是什么等问题。通过这些问题的学习,学生可以对该实验有基本的认识和理解。重点问题的设计是基于学生对实验的掌握程度,如:停留时间分布的定义及测定方法、多釜串联的概念、画出实验流程图等。这些问题的设计与学习,将有助于学生快速了解实验,在实验过程中可以进行更深入的思考。学生在解答问题过程中,通过收集各种学习资料,包括基本资料(课件、教材)、必备资料(问题解析式资料)和其他资料(视频、网络)等,了解并回答教师提出的问题,这部分可以归纳为教师引导式预习。4.2 课中阶段通过课前预习,在实验课程中,教师经过对原理、方法介绍以及步骤讲解等过程,加深学生对预习知识的印象,进而提出难点问题和应用问题,学生在实验过程中,带着问题开展实验。教师与学生针对共性/个性问题开展互动交流,形式上可以采用自由分组(组长负责制)、线上/线下结合、理论与实践结合的多元化方式开展实验教学。做到教中做,做中学,做中教。即讲课中有实践,实践中有问题,学生可以自主解决或与教师、同学及时互动。如实验开始前的准备可以以小组的形式展开,组长统一验收,出现问题可以互相讨论解决。在设备介绍中,抛出学习相关知识点的关联问题,如:为什么实验设计成单釜和三釜串联两个系统、对于反应釜中搅拌桨的设计有什么考虑、这些设计对模型参数 n 的计算提供了哪些帮助等问题。鼓励学生之间多讨论、互相学习。互动不单纯是问学生一个个问题,而是要引导学生真正进入到实验的思考中。通过对实验的操作,学生一定会感兴趣了解:如何利用返混现象、如何设计、生产不发生返混的反应器、这个实验方法是否可以改进等问题。4.3 课后阶段实验结束后,针对数据的处理,教师可以提出三大步骤,即:数据分析、数据处理以及结果分析。通过这些操作,学生可以学习到哪些数据有用,哪些无用,哪些不对,什么原因造成无用数据等问题。同时要求每个学生针对数据结果提出至少两个问题。最终,学生通过这一实验课程的学习,不仅掌握了实验知识、操作技能,而且开拓了思维,可以更主动地学习、思考、去发现问题,提高了学习效率,培养了学生观察、发现、解决问题的能力,使他们的综合素质得到了提高(如图 2 所示)。BBBLNG&LNL&LN+LNLNBC?NB44/4*AD5E$+*LN56)LN+B0-图 2 问题目标关系图 5 结语目标问题导向式实验教学方法提倡学生是学习的主导者,教师是组织者、引导者和帮助者。本文以“连续流动反应器中的返混测定”实验课为例,研究了目标问题导向式实验教学方法的应用。与传统实验教学方法相比,目标问题导向式实验教学方法可以充分调动学生的积极性、主动性,开拓学生思维,通过一系列基于目标的问题设定,使学生逐步掌握课程内容,并通过问题启发,引导学生提出更深层次的问题,进而理论联系实际,主动解决实际问题。经过该方法长期学习,可以使学生形成良好的学习习惯,并最终达到培养学生的目标。在今后的实验教学中,针对该方法还需要不断摸索和实践,创造出更多的实验教学应用案例,丰富实验教学手段。参考文献(References):1 旋天颖,叶康涛.回答好高等教育的“新时代三问”N/OL.学习日报,(2022-8-19)2023-8-15.http:/dangjian.peo- 92 页)88 课前,通过腾讯会议等线上方式,搜集中学教师在教学中的疑难问题,作为学生制作教具的重要灵感来源。在教具课的实践中,学生以团队形式进行协作,制作出第一代教具成品。在课后通过教育见习、实习、线上互动等方式,将教具成品输入到中学一线课堂。在该环节,及时获取一线师生关于教具成品的反馈,学生进一步在课内修改提升,制作第二代、第三代教具成品,形成良好的“理论+实践”的闭环(如图 3 所示)。图 3 教具课程的闭环培养模式图3 创新点3.1 提出并实践了“层次化、螺旋式”的师范生培养创新模式,促进不同层次学生的全面发展本研究以师范生培养为纲、以各类教具开发和应用为魂、以教具解决中学教学重难点问题为突破口,实现中学课堂、教学内容与教具的深度融合,实现螺旋层次化、螺旋式的递进培养。3.2 创建“校地协同”实践平台,实现课程的可持续发展引进中学名师指导力量,以实际教学问题为导向进行教具研制,并将教具成品在中学物理教学中投入使用并反馈问题,形成“使用反馈改进再使用”的良性循环,实现师范生教具创新能力的提高和中学教师专业化的发展。4 结语师范专业认证的目的是从源头提升教师专业人才培养质量。“教具设计与制作”课程在物理专业教师人才培养中,对于提升学生动手实践能力,培养其创新与创造意识具有重要作用。本研究“以学生为中心、以产出为导向”,分层设计教学内容,针对职业定位进行精准培养。建立“U-G-S”协同培养机制,将教具研制成果在一线物理课堂中有效应用,实现螺旋式递进培养。模式独特,效果显著,具有重要的推广应用价值。参考文献(References):1 中华人民共和国教育部.国务院关于印发统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案的通知EB/OL.(2015-10-24)2021-08-17.http:/ 中华人民共和国教育部.教育部关于印发普通高等学校师范类专业认证实施办法(暂行)的通知EB/OL.(2017-10-26)2021-08-17.http:/ 教育部办公厅.教育部办公厅关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知EB/OL.(2019-04-02)2021-08-17.ht-tp:/ _5458035.htm.4 杨国萍,毕海普.“双一流”语境下师范专业认证的理念、使命与挑战J.黑龙江教育(高教研究与评估),2021(8):16-19.5 周光礼.“双一流”建设中的学术突破 论大学学科、专业、课程一体化建设J.教育研究,2016(5):74.6 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准M.北京:人民教育出版社,2011:28.7 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准M.北京:人民教育出版社,2018:3.8 中华人民共和国教育部.教育部关于实施卓越教师培养计划2.0 的意见EB/OL.(2018-09-30)2021-08-17.http:/ _350998.html.(上接第 88 页)2 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