“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用_马玲.pdf

马 玲 等.“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用2023,Vol.37,No.3收稿日期:20220531基金项目:山西省高等学校教学改革创新项目(J2021624,J2021640);晋中学院教学改革创新项目(Jg202042)作者简介:马玲(1979),女,博士,副教授,主要研究方向为化工基础实验教学,E-mail:maling ;通信作者:杜意恩(1978),男,博士,副教授,主要研究方向为化学教育教学管理,E-mail:doi:10 16597/j cnki issn 1002154x 2023 03 022“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用马 玲 张保柱 路 敏 白 杨 杜意恩(晋中学院 化学化工系,山西 晋中 030619)摘 要 学习是人脑的主要功能。作者从脑的运作模式的角度,结合化工基础实验的教学经历,分享促进学生高效学习的方法:遵从基于脑的学习的教学理念,通过脑细胞之间的大量连接发生信息传递,为大脑的学习创造更好的环境;利用脑的社会性功能促进合作式学习,结合化工实验课程的具体操作,从教学参与者(教与学)两个角度分析基于脑的学习的优势,促进教学过程,完善教学体系,实现教与学共同进步的目标。关键词 基于脑的学习 自主学习 化工原理 实验教学 参与者中图分类号:G642 文献标志码:A 国家中长期教育改革和发展规划纲要(20102020 年)明确提出“高等教育质量的提升”是目前我国高等教育发展的核心任务。大学生学习成果成为高等教育质量评估的一项核心内容。大学生学习成果的呈现需要以大学生课程学习为基础,实践教学为辅助,综合应用为支撑。朱莲花1提出以充分的课堂教学准备为出发点、多样的课堂教学支持为切入点、科学的课堂规制教学为结合点、促进学生投入为落脚点、系统的外部保障为支撑点,可提升大学生学习成果。张莉梅、石清湘、高爱萍等分别从化工原理实验教学的教学理念、激发学生学习动力、利用教学资源优势多方面引导等方面对化工原理实验课程进行改进2 4。在本论文中,作者提出将“基于脑的学习”应用于化工原理实验教学中,并指出如何“基于脑的学习”的特点,遵从脑的工作原理和特点,提高学习效率,增强学习能力5。作者从“学习是大脑的工作”的角度探讨影响大学生学习的主要影响因素,结合“化工原理实验”课程,以教学参与者的身份,提出更有利于“化工原理实验”课程的意见,用来提升教师和学生的积极性,有利于大学生学习成果的输出。1 明确学习任务是谁的工作学习是大脑的工作。大脑的学习能力是无穷的,但在实际学习过程中,总是会遇到各种各样的障碍。学习变得如此困难是因为我们没有掌握好大脑学习的方式,没有认清大脑学习工作的模式。Caine 等6认为“基于脑的学习”是指“承认大脑有意义学习的规律,根据这些规律来组织教学。”一项具体的教学程序或方法可以是基于脑的,也可以不是基于脑的。他们认为,如果教师在运用合作学习的方式时,综合考虑智慧与情绪的因素,要求学生自然地解决有意义的、在智力上具有挑战性的问题,那么它就是基于脑的;如果严格地限定与控制学习过程,学生参与的具体活动是为了寻找预设的结果,那么它就不是基于脑的。尽管脑科学的发展不断取得新的突破,但是在实际应用中,人们仍旧依循固有的旧思想和无意识的行为,将知识的落实和技能的操作作为目标。虽然此过程中大脑也参与了学习,但是大脑可能并没有创建它所寻求的那种自然连接。据此,教师需要有意识地更多地将基于脑的教学理念应用于教学实践中,引导学生充分调动自己的脑细胞,使其处于“基于脑的学78第 37 卷第 3 期Vol 37,No 3化工时刊Chemical Industry Times2023 年 6 月Jun.2023 2023,Vol.37,No.3教改论坛习”中,才可以领会其中更深的意义。2 如何有效地提高学习效率从大脑学习的角度来看,提高学习效率就是要从事基于脑的学习。我们从以下几个角度进行讨论。2.1 基于脑的学习基于脑的学习是一种基于脑的结构和功能的学习理论,旨在向学生提供适合大脑加工过程的学习机会。基于脑的教学强调的是真实世界的情境,学生在这里能够不断地与真实世界的丰富性与多样性际遇,课堂不再是缺乏真实性的乏味场所。这种学习常常是快乐的体验,学生具有较高的自我动机。目前的学习更多的是将学习独立于生活之外,把学习孤立起来。这不是基于脑的学习的出发点。基于脑的学习承认并鼓励大脑整合大量信息的能力,将学生的生活与学习紧密连接,使学习者全身心投入具有挑战性的学习过程中,同时充分调动学习者的智力、创造性、情绪和生理方面的作用。以化工基础课程教学为例,“化工原理实验”课程在时间上与“化工原理”理论课程同时进行,也就是说学生在没有相关的理论知识的情况下进行实验课程的学习,这给实验课程带来了一定的难度,但同时也带来了生机。我们鼓励学生进行联想,把自己遇到的知识与自己生活中的事情联系起来。比如雷诺实验,我们不选择工厂的管道,而以农村的灌溉水渠、小桥流水等人们熟悉的生活场景为例,通过这些事件引领我们进入一个更贴近生活的环境去认识流体。经过大量的教研组活动,教师集体备课,多方面取证后,我们确定了“化工原理实验”课程的实验方案如下:预习实验(提出问题)实验讲解(熟悉内容)实验操作(接触理论)数据处理(分析总结)思考习题(查缺补漏,解决问题)实验报告(整理归一)。预习实验不仅仅要明确实验目的,了解实验操作,知道注意事项等,还要带着好奇心,浸入式地用基于脑的学习方式去探究学习内容。这是一种内心的驱动力,有意识地带着这样的理念去进行学习。这样做的过程本身就是学习如何使用“基于脑的学习”的过程,即让自己的意识集中于“基于脑的学习”的意念,进而在一种主动的状态下进入学习状态。学生实验中的数据处理不是简单地将数据记录下来,代入公式计算得出结果,画出图形,核对结果是否与原先的设想一致。将“基于脑的学习”应用于数据处理,学生首先分析数据的来源以及数据之间的关系,再根据这些信息,找到结果。在基于脑的学习的驱动下,学生会跟着自己的好奇心主动地寻找关系,就像玩游戏一样,总是带着好奇心从一关冲向下一关。在此,学生用 Origin 软件对所有数据进行处理。Origin 软件有强大的数据拟合和立体绘图功能,部分实验可以做出立体图形,这些极大地刺激了学生的求知欲,让学生自发地进入到“基于脑的学习”中。学生们做出图形后的喜悦,对各式各样的结果的诧异都是他们主动浸入式学习的结果。这是一种快乐学习的表现。2.2 脑细胞间的信息传递基于脑的学习是体验丰富的、复杂的环境,学生在真实的学习环境中,全身心地体验这种过程,这种体验同时刺激着大脑中的神经细胞的连接,当大脑积极投入到学习中时,学生获得的不是知识,而是深层次的理解和意义。更重要的是大脑将这种体验通过信号传导,令神经细胞之间发生了更多的连接,记忆也同样会被记录,反复多次后,大脑会自主地进入到这种学习模式中,形成良性循环。在复杂的环境中,基于脑的学习激励学生全身心地投入其中,并刺激着他们勇往直前。在传热系数测定实验中,教师在学生的学习过程中深切感受到这一点。传热仿真实验中,通过空气与水蒸气简单套管换热器的实验模拟测定,要求掌握对流传热系数 i的测定方法,其中数据处理需要运用线性回归分析,确定关联式 Nu=ARemPr0.4中常数 A和 m 的值。这个仿真实验需要处理的数据较多,数据之间的关联性较大,例如:努塞尔数 Nu=l,雷诺数 Re=du,普朗特数 Pr=Cp。线性回归的概念,学生们仅在高等数学中学习过。开始时学生有些紧张,担心做不好,教师提醒线性回归方程在此处的意义,学生们进行了交流。在随后实验过程中,他们慢慢地发现了其中的规律。个别同学提出了疑问,教师对其进行讲解。之后学生就全身心地投入到数据处理中。当时他们都是沉浸式的学习,处于忘我的学习状态。学生处理数据过程中,教师仅仅针对性地对有疑问的同学进行个别指导,当他们最后得出自己的数据图时,都兴奋地分享成就和喜悦。2.3 脑的社会性人类的社会性影响着大脑,使得大脑也具有社会88马 玲 等.“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用2023,Vol.37,No.3性,社会关系对大脑学习的影响至关重要。研究表明,基于脑的学习注重构建学习共同体,倡导合作学习。基于脑的学习环境还重视向学生提供适当的挑战。适度的挑战有助于形成神经细胞之间的联结。放松的、没有威胁的学习环境可以消除学生对失败的恐惧,对自我信心不足的畏惧,可以让学生摆脱这些与学习本身无关的情绪的困扰,促进大脑正常工作。研究发现,当人跳出了情绪的困扰之后,面对学习本身时,大脑才能发挥它的巨大作用。“化工原理实验”课程是分小组学习的课程,在小组成员的协同下,共同完成实验目标。实验过程除了学生学习本身之外,更重要的是交流。通过交流,提供一个交换意见的平台。交换意见除了知道和表述自己的想法外,还要了解他人的观点。这个过程对学习者来说是一个挑战,它可以挑战自己的认知,拓展自己的思维,提高自己的技能。面对意见相左的情况,学生怎样处理,能否利用这个环境,促使学生正向积极地面对意见相左的境遇,对教师而言同样也是一种考验。在教学中,作者经历过多种情况,有接受不同意见的,有争吵过后达成一致的,也有完全不能接受彼此提出更换队友的,还有各自完成实验的。出现这些情况,教师当时不予干预。实验结束后,学生需要思考反思,在下一次实验课时和教师交流。此时学生都会说出他们自己的真实想法和对这件事情的反思。这样实验课程不仅仅是实验课程本身,更像是学习者交流心得的过程,学习在竞争的环境下,如何能更好地表达自我的过程。通过正向表达,可以调动更多的脑细胞参与神经联接,激活更多的脑细胞参与学习。2.4“言语话”的重要性书写实验报告是梳理个人思路、展现自我观点的过程。“言语话”过程是一个整理的过程,大脑的思维、语言的逻辑、书写,是将整个事件统一化的过程。实验报告是一个整理过程,同时也是提出问题、分析问题和解决问题的过程。实验报告是反思和总结经验的机会,也是把成果分享与他人的机会,交流的机会。采取“平时考核+实验项目+期末闭卷笔试考核”的考核评价模型7,着眼于考查学生对所学知识的理解和灵活运用,综合考查学生分析和解决工程问题能力和计算能力。3 总结总之,学习是大脑的工作,学习也是人的终身工作。在当下高等教育评价体系中,学习成果的评价占有很大比重。大学生的学习成果多种多样,但是评价原则的根本是坚持以人为本,以培养具有自主学习能力、健全人格、身强体魄的新一代大学生为目标。作者以“化工原理实验”课程为依托,通过“基于脑的学习”,激发学生的学习积极性,利用实训装置和模拟仿真试验系统,建立了以学生为主体、教师为引导的教学模式,使学生的学习积极性显著提高,效果明显。参考文献 1 朱莲花.课堂环境对大学生学习成果的影响:以学习投入为中介的实证研究D.大连:大连理工大学,2019.2 张莉梅,秦莉晓,谭芸妃,等.化工原理及实验课程教学体系的改革与探索J.教育教学论坛,2020,475(29):373375.3 石清湘,叶露阳,胡小明,等.OBE 理念下化工原理实验教学改革与探索J.山东化工,2021,50(10):208209,211.4 高爱萍,归风铁,王红军.化工原理实验课程新教学模式探讨J.山东化工,2021,50(6):209210.5 周加仙.基于脑的教育研究:反思与对策D.上海:华东师范大学,2004.6 CAINE R N,CAINE G.Making Connections:Teaching andthe Human BrainM/OL.ASCD,1991.https:/files.eric.ed.gov/fulltext/ED335141.pdf.7 张小青.民办高等院校化工原理课程考核方式改革探究J.化工时刊,2019,33(4):5153.化工信息容百科技、亿纬锂能携手开发电池材料2023 年 5 月 29 日,容百科技发布公告显示,该公司近日与亿纬锂能签订战略合作协议。双方将在电池和材料领域展开战略合作,涉及高镍三元、磷酸锰铁锂正极材料等,以及在面向未来的更新一代电池和材料方面的新产品开发和技术创新合作。(信息来源:中化新网)98