懸疑課堂讓理工科專業課充滿魅力

潘夢 龐雅慧 霍朝飛 李興揚 石萍萍 楊仁春

摘 要：針對理工科專業課教學過程中普遍存在的學生學習興趣不足等問題，基于問題導向教學法，創建出了懸疑課堂教學模式，并在化工熱力學課程中進行了深入應用。實踐表明，在課堂導入環節設置引人入勝的疑問能夠激發學生的學習興趣，在課堂教學過程中層層引疑設疑、構筑懸念能夠讓學生的學習興趣得到保持，最終可以實現灌輸教學向啟發教學、枯燥課堂向魅力課堂的轉變。課堂教學的改革創新促進了教學質量的大幅度提升，取得了顯著的教學效果。

關鍵詞：化工熱力學；教學改革；學習興趣；問題導向；懸疑課堂

中圖分類號：G642.4 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2023）07-0075-03

隨著我國高等教育的大規模發展，高校人才培養質量問題已經成為社會各界關注的焦點[1]。課堂教學作為高校本科人才培養的主渠道、主陣地、主戰場，對本科人才培養質量起著決定性的作用[2]。然而，當前大學課堂的教學現狀卻不容樂觀，特別是在非重點院校，學生上課不認真聽課的現象較為常見，遲到、早退，甚至逃課的現象也時有發生[3]。因此，推進本科課堂教學改革，提升課堂教學質量目前顯得格外重要，是保證高校人才培養質量的關鍵[4]。

孔子曰：知之者不如好之者，好之者不如樂之者。正所謂興趣是最好的老師，提升課堂教學質量的首要任務應是提高學生的學習興趣[5]。學生只有對教學內容有了興趣才會產生強大的內在學習動力，才容易保持高效的學習狀態，從而最終獲得較好的學習效果[6]。但是，對于大多數理工科專業課，其內容枯燥，學習難度大，若教師仍采用傳統教法，學生很難產生強烈的學習興趣[7]。例如，化工熱力學課程是化工類專業本科生必修的核心專業課程，課程具有理論性強、抽象概念多、公式多且推導過程復雜等特點[8]。在我校以往的教學過程中，學生普遍反映該課程枯燥乏味、學習難度大，對課程內容缺乏學習興趣，從而導致課堂教學效果欠佳。

為提高學生學習理工科專業課的興趣，我國教育工作者進行了大量的教學改革研究與實踐，探索出了眾多有益的舉措[9-12]。例如，在課堂上引入現代化教育手段，將教學內容與生活生產實際相結合等。在這些改革措施中，采用問題導向教學法教學是提高學生課堂學習興趣最常用的方法[10-12]。問題導向教學法是一種啟發式教學方法，其核心思想是教師將教學內容以問題的形式呈現在學生面前，讓學生在探索、解決問題的過程中掌握知識、提高能力、增強素質。

筆者在化工熱力學課程教學過程中對問題導向教學法進行了多年的應用探索，并在此基礎上開展了進一步的改革創新，構建出了懸疑課堂的教學模式，取得了顯著的教學效果。本文將以化工熱力學課程為例，對懸疑課堂教學模式進行詳細論述，以期為其它理工科專業課程提供參考。

1 懸疑課堂整體構建思路

基于“學起于思，思源于疑”的觀點，為激發學生學習興趣，我們在課前預習、課堂教學、課后復習三個環節中均設置若干疑問，以問題激發興趣、驅動思考、促進學生主動學習。在課前以課前作業的形式布置疑問，借助疑問驅動預習；在課后以課后作業的形式留下疑問，讓學生在自我探疑的過程中鞏固復習。特別是在課堂教學過程中，在堅持問題導向的基礎上，我們提出了引人入勝、層層設疑、環環相扣、步步懸念的創新理念。這其中包含兩個方面的特點。一方面是引人入勝，也就是在課堂導入部分融入生活實例或熱點新聞，在這些實際案例中發現問題，由問題引出教學主題，從而激發出學生的學習興趣。另一方面是層層設疑、環環相扣、步步懸念，也就是在講授教學內容的過程中，借助邏輯關聯巧妙地步步引疑、設疑、構筑懸念，以疑問驅動教學，用懸念讓學生保持興趣，在層層探疑、解疑的過程中傳授知識、培養能力、提高素質。最終，在化工熱力學課程教學過程中構建出懸疑課堂教學模式。

2 化工熱力學懸疑課堂教學實例

為進一步闡述懸疑課堂教學模式，我們以課程第2章中“純物質p-T相圖及超臨界流體”和第6章中“熱泵及其應用”這兩節內容為例進行具體說明。在講授這兩節內容時，教學過程分為了課前預習、課堂導入、知識講解、知識升華、知識應用、課堂練習、課堂小結、課后思考共8個環節。在課前預習環節，兩節內容均布置了2個疑問，借助疑問驅動學生預習?！凹兾镔|p-T相圖及超臨界流體”這一節內容的教學目標是：（1）掌握純物質的p-T相圖的基本概念和分布規律，（2）掌握臨界點及超臨界流體的定義和特性，（3）能夠應用純物質p-T相圖分析基礎的工程問題。在講解這一節內容時，我們由“在治療新冠肺炎的過程中哪種醫療物質用量最大？”這一問題引出氧氣，再由“醫用氧氣是如何制得的？”引出空氣深冷分離技術，講解完空氣深冷分離的基本原理后進一步提出疑問：空氣深冷分離時溫度壓力如何選擇，以什么為標準？由該問題引出本節課的教學主題，從而完成課堂導入環節。在課堂導入環節將教學主題與治療新冠肺炎的氧氣相關聯能夠很好的激發學生的學習興趣。在知識講解環節，我們以“相圖是分布圖還是變化趨勢圖？”“相圖中各元素的含義是什么？”這兩個問題為開端，在帶領學生解疑的過程中讓學生掌握相圖的基本概念。緊接著我們繼續提出疑問：為什么物質在不同的溫度、壓力下會處于不同的狀態？為什么單相為面、兩相共存為線、三相共存為點？在解答這兩個疑問的過程中讓學生理解相圖。然后我們圍繞相圖的特點進一步提出疑問：相圖中右上角空白區域是什么？為什么氣相區會有汽、氣之分？在解疑的過程中讓學生掌握超臨界流體的概念?；诔R界流體的概念，我們繼續提問：超臨界流體有什么特點？在帶領學生解疑的過程中讓學生理解超臨界流體，從而完成了知識講解環節。在知識升華環節，我們基于相圖的基本概念提出疑問：物質的相態分布滿足相圖的規律，那我們的人生狀態分布滿足什么規律呢？在解疑的過程中以物比人，不僅強化學生對知識的理解，而且培養其奮斗精神。緊接著我們回到課堂導入環節提出的問題：空氣深冷分離時溫度壓力應該如何選擇？在引導學生探疑、解疑的過程中培養學生應用知識分析實際問題的能力。同時，基于該問題答案中的關鍵點——超臨界流體，我們進一步提出疑問：超臨界流體還有什么用途？在解疑的過程中開拓學生眼界，強化高階思維能力。接下來的課堂練習和課堂小結環節均由問題引導，讓學生在解疑的過程中鞏固知識、提升能力。課堂的最后留下疑問：CO2加氫轉化一般在高溫、高壓條件下進行，請查閱文獻確定是否有在超臨界狀態下研究該反應的報道？超臨界狀態對該反應有什么影響？讓學生在課后探疑的過程中鞏固復習，同時提升創新思維能力。課堂教學總流程如圖1所示。

“熱泵及其應用”這一節內容的教學目標是：（1）掌握熱泵的概念和工作原理，（2）掌握理想熱泵的能量分析方法，（3）能夠運用熱泵相關知識分析實際應用問題。課堂教學總流程如圖2所示。我們由“冬季取暖使用電暖器和空調哪個更經濟、更節能？”這一與日常生活息息相關的問題引出教學主題，激發學生的學習興趣。在知識講解環節，學生在探究“熱泵是什么？”“熱泵與換熱器有什么區別？”這兩個疑問的過程中能夠掌握熱泵的概念，在探究“熱泵依據什么原理輸送熱？與熱力學第二定律矛盾嗎？”這個疑問的過程中能夠理解熱泵的工作原理，在探究“熱泵經濟嗎？”“常見熱泵的熱源有哪些？”“熱泵在運行過程中節能嗎？”“制冷系數如何獲得？”這幾個疑問的過程中能夠學到理想熱泵的能量分析方法。需要注意的是，這些疑問并不是相互獨立的，而是具有層層遞進的邏輯關系。例如，在解答“熱泵是什么？”這個問題時我們強調熱泵是輸送熱量的設備。那么，借助邏輯聯系，可以進一步提出疑問：同樣是輸送熱量的設備，熱泵與以前學的換熱器有什么區別？在探究這個問題的過程中，我們強調了熱泵是由低溫向高溫輸送熱量的設備?；谶壿嬎伎?，很容易想到：低溫向高溫輸送熱量是怎么實現的？與熱力學第二定律矛盾嗎？正是借助這樣的邏輯關系，我們在課堂上層層引疑設疑、構筑懸念，讓學生的學習興趣得到保持。接下來的知識升華環節也是由遞進的疑問做引導。緊接著我們回到課堂導入環節提出的問題：電暖器與空調比較，采用哪種方式取暖更經濟、更節能？在引導學生探疑、解疑的過程中培養學生運用熱泵相關知識分析實際應用問題的能力。同時，通過進一步的疑問設置，引導學生主動探索、拓寬知識。接下來的課堂練習和課堂小結環節也均由問題引導。在課堂的最后留下疑問：青藏鐵路建設過程中使用的“熱棒”是熱泵嗎？其與熱泵有什么區別和聯系？讓學生在課后探疑的過程中學會舉一反三，不僅鞏固知識，而且鍛煉高階思維。課堂教學模式詳見圖2。

3 化工熱力學懸疑課堂建設成效

懸疑課堂教學模式極大地提高了學生學習化工熱力學課程的興趣，取得了顯著的教學效果。在增加期末考試綜合題比例，增大考試難度的前提下，學生的期末考試平均成績（17級）相比于課程改革前（16級）提高了5.6分。更重要的是，學生的積極性和學習風氣有了很大的改善。在近三年的授課過程中，超80%的學生積極參與了課堂互動，超50%的學生參加了與課程內容相關的學科競賽，超20%的學生獲得了省級及以上學科競賽獎項。此外，懸疑課堂教學模式也受到了我校師生的廣泛好評。在近三年學院組織的教學信息問卷調查中，本課程的整體滿意度全部超95%，課程主講教師的評教成績也連續兩年位居全學院第一名。課程先后獲批校級金課、校級課程思政示范課、省級教學示范課、校級一流課程?；趹乙烧n堂教學模式建設經驗，課程教學團隊近三年獲得了包括省級高校教師教學創新大賽三等獎、校級教師教學創新大賽一等獎、校級青年教師基本功大賽一等獎在內的各類校級及以上教學競賽獎項8項。

4 結語

經過多年的教學實踐，筆者提出的懸疑課堂教學模式日漸成熟，在課堂教學過程中發揮的作用日益凸顯，有效解決了理工科專業課教學過程中學生學習興趣不足的問題，實現了灌輸教學向啟發教學、枯燥課堂向魅力課堂的轉變，取得了顯著的教學效果。相關課堂教學改革的經驗值得其它理工科專業課程借鑒參考。

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