明辨性思维在工科教育中的应用

由昭红 王飞 王京龙 王占一 张颖

【摘要】本文首先阐述了明辨性思维及其意义，然后以《食品工程原理》为例介绍了明辨性思维在工科教育专业课程教学中的应用，并列举实例简要说明实施的方法和步骤。以期为新形势下新工科教育提供有益参考。

【关键词】明辨性思维 食品工程原理 高等教育

【基金项目】枣庄学院中美应用技术教育“双百计划”职业能力课程立项—明辨性思维;教育部2021产学合作协同育人项目，食品工程原理虚拟仿真实验教学体系建设。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）05-0140-02

明辨性思维也被称为批判性思维，是国际本科学术互认课程的基础能力课[1，2]，目前还没有一个完全统一和公认的概念。美国的Richard Paul如此定义批判性思维：批判性思维是一种智力训练的过程[3]，它积极而熟练地将观察、经验、思考、推理、交流所收集或产生的信息进行概念化、应用、分析、综合和评价，最后达到作为信念和行动的指南的目的。可以看出明辨性思维的本质也是善于创新、勇于创新的思维模式[1]。很多学者也曾提出过“明辨”的重要性。管子曾说“不审不聪则缪，不察不明则过”[4]。著名教育家陶行知也曾说过“是非未明，决不轻下判断[5]。”习近平总书记指出：“要明辨，善于明辨是非，善于决断抉择。”同时还指出：“明辨的关键是‘学会思考，善于分析，正确抉择”。这些都说明了明辨性思维对人们重要意义[2]。

我国目前开展的新工科教育，也明确将明辨性思维列为未来的工程人才培养核心素养之一。可见，明辨性思维还可助力我国目前倡导的新工科教育，对学生专业学习也十分有利[2]。在知识学习上，明辨性思维反映了人们对所学知识的处理能力，在学习过程是全盘接受知识或信息，还是在自己原有知识和信息的基础上对新知识和信息进行重新整合形成自己的知识体系呢？两种不同的处理方式，会导致完全不同的学习结果[6]。学生只有对老师、教材知识不迷信，对已有结论不盲从，对一切持怀疑态度，才能于无疑处生疑，才能对原有结论进行重新的判断评价，才能闪现批判性思维的火花[7]，才可能有所创新。当然，质疑应该是有根据的，以事实定理为依据，以科学论证为过程，其目的是求得对问题全面正确的把握[8]。

要想将明辨性思维渗透在自己的教学中，就要求教师在课堂上鼓励学生提出质疑，积极辩论，营造平等、宽松、和谐的课堂气氛。食品科学与工程专业课程主要是培养具备食品新产品开发、食品工程设计、食品安全控制与管理能力的应用型工程技术人才。《食品工程原理》是食品科学与工程专业的核心课程，因此，该课程的教学目标不仅仅是要求学生能够掌握一定的工程知识，更重要的是培养学生如何运用所学知识发现问题、分析问题和解决实际问题的能力。

因此在该课程的教学中，若想达到较好的教学效果，就必须引导学生积极地去观察、思考、推理、交流。从而熟练地将观察、经验、思考、推理、交流所收集或产生的信息进行概念化、应用、分析、综合和评价，达到作为信念和行动的指南的目的。最终让学生养成善于创新、勇于创新的这样一种思维模式。

接下来就以《食品工程原理》的教学为例，就明辨性思维在工科教育中的应用谈几点自己的想法：

1.鼓励学生多渠道获取章节知识相关信息，引导学生多观察，思考和推理。《食品工程原理》涉及的知识面广，理论性强，学习难度大，大部分学生有畏难情绪。为了有效提高该课程的教学效果，尝试将明辨思维教学模式贯穿在教学中。为了给学生创造更多的观察、思考、推理、交流的机会，在课前让学生预习教材，提供授课视频，提供单元操作设备视频，或者让学生自行搜索资料了解设备结构，搜索设备工作原理。主要是让同学们多听、多看，达到多观察的效果。同时给学生较高质量的预习作业，让学生在完成预习后就能对知识体系有更清晰的了解。比如在传热基本方式的教学中，学生预习作业：传热的基本方式有几种？传热速率计算公式分别是什么？各个公式中系数的意义是什么？设计一个换热器的基本流程有哪些？学生带着问题去预习，就会有目标，有动力。同时能达到多思考的目的。尽管很多时候学生的作业完成得不是十分理想，但是只要学生去做了就会发现问题，就会在课堂上带着问题去学习，这都有利于学生对教材知识的把握，更有利于学生将所学知识与生产实际结合起来，也有利于学生对本课程中很多抽象概念的理解。预习作业可分组完成，要求组内同学分工合作，最后通过讨论交流得到最终答案，这样做既减轻了学生的学习负担，也为学生提供了交流的机会，达到使学生多交流的目的。此外，在课后还要鼓励学生参阅相关教材和学术资料，獲取大量的信息和知识，对教材的知识提出自己的见解，以促进学生的深入思考，便于学有余力的同学进行深入学习。

2.教学中多采用讨论辩论式教学，鼓励学生发言。这样做的主要目的是让学生将预习阶段观察、思考、推理、交流所获得的信息，进行收集整理，达到将信息初步概念化的目的。首先要鼓励学生积极发言，激发发言欲望。

其实在现实教学中我们都深有体会，学生的积极性是非常难以调动。尤其是对于食品相关专业的同学，他们的工科思维是非常薄弱的，他们对于《食品工程原理》这门课程有且仅有的印象就是“难”。在这种情况下要想调动他们的积极性，就需要老师精心设计教学环节，由浅入深，由表及里，逐渐深入地引导学生学习。比如流体力学这一章内容，伯努利方程的相关计算比较复杂，能量的转换也比较抽象。在该章节知识的理解中，学生必须要理解“热力学第一定律”描述的“能量守恒”概念。如果对该概念是不理解的，那么这一章的知识的理解将无从谈起。因为在伯努利方程里涉及到各种能量表示方式，及其相互转换，以及能量损失的表示方式：压强损失。因此在设置讨论问题的时候，第一个问题可以是：请你谈谈你是如何来理解“热力学第一定律”的？预习作业后可以设置第二个问题：你觉得“热力学第一定律”和我们即将要学习的伯努利方程有什么关系吗？而在流体流动阻力计算公式-范宁公式里面也涉及到压力损失。学完该部分知识，可以设置第三个讨论问题：伯努利方程中的压降和范宁公式中的压降是否是一回事，有什么区别和联系？这一系列问题由浅入深，层层深入和递进，将其引入课堂讨论或者辩论，不但可以让同学深入理解能量的相互转换及守恒，还对两个公式中压降的意义有了明确的认识。不知不觉中化解了同学们对该课程已有的“难”的印象，非常有利于后续各章节知识的学习。

3.教学中设置想象情景。给学生假设创造特定情景，让学生积极对该情景进行想象。这样做的主要目的是让学生将前面概念化的信息进行应用，以达到分析、综合或评价的目的。比如在讲解非均相混合物分离，过滤基本方程的推导是非常复杂、繁琐的。此部分的教学往往比较枯燥，学生提不起兴趣。那么我们可以设定这样一个场景：学生成为了一个食品工程领域的工程师，而他此刻正面临一个过滤速率问题，那么他会如何处理呢？让大家发动脑筋想办法。然后积极地引导学生，将过滤过程看作是流体的流动过程，那么流体在通过颗粒床层后也存在压降，引导学生利用流体流动相关理论-范宁公式来处理该问题。但是若想利用范宁公式，必须有流体流动的管道，因此，我们把颗粒床层中所有与流体接触的表明均看作是管道内表面的话，通过孔隙率获得颗粒床层的比表面积和容积获得颗粒床层的当量直径，以及流速。将其代入范宁公式即可推出流体通过颗粒床层的数学模型。尽量抛弃原来完全灌输的教育方式，在讲解一些知识前，给学生充分的空间，让他们开动脑筋，自由发挥想象力。即便他们不能完美地解决问题，让他们养成这样的学习习惯，也会让学生受益终生。创新也是新工科教育理念的核心要素之一。在该理念的引领下，在食品工程原理的教学中，我们可以根据知识点，设定特定的情境问题，让每个同学都以工程师的身份来解决问题，让学生置身于这种角色中，享受这种角色，从而激发学生的想象力、创造力。同时也达到了对知识的应用、分析以及综合。

4.采用新的教学手段和教学模式。《食品工程原理》这门课程的教学中涉及到很多食品加工设备工作原理，加工原理等非常抽象的场景。学生理解起来难度很大。传统的教学模式和教学手段下，提高学生对基础知识的掌握程度已经非常不易了。想达到对知识的“融会贯通、综合运用”就更难了。所以必须要借助一些新的教学手段和教学模式。

虚拟仿真技术主要是基于动画、仿真、三维仿真、VR等技术发展起来的。虚拟仿真技术可以利用虚拟现实或实物仿真技术创建、重塑或还原一些抽象的场景。这些场景是类似于游戏场景一样的实践教学场景，形象生动，把实训和娱乐有机地结合起来，有的软件还采取多人在线进行比赛的模式进行，特别适合年轻人的兴趣爱好。这不仅可以丰富和完善现有教学手段，消除教学盲点。还可以增强学生的学习体验，提高学习兴趣，提升教学质量。研究表明，主动学习的模式能够有效提高学生掌握老师所教授知识的程度。主动学习模式中的讨论方式在教学两周后学生还能掌握所学知识的50%，而对于实践模式和教授他人模式分别可以达到70%和90%。如果能够将虚拟仿真技术和自己的教学有机地结合在一起，必将会大大提高教学效果，消除该课程中的教学盲点。

但是，目前绝大多数的虚拟仿真软件、设备等都是应用于实训教学，主要就是为了对现实教学中不具备或难以完成的教学项目进行模拟学习。将虚拟仿真技术应用于教学的案例还不多见。这主要是由于之前的虚拟仿真技术，交互性、设计性、参与性差，这主要也是因为目前的虚拟仿真软件，都是现成的软件，这些软件虽然场景逼真、形象生动，但是大部分软件没有做到真正的交互性，大部分都是演示性软件，这对于学生创新思维的培养是不利的。很多软件也不可以任意改变参数设置，不利于开展设计性教学。但是随着虚拟仿真技术的快速发展，新的软件层出不穷。近年来出现的一些门槛低、开发效率高、开放性好，易学、易用的 VR 内容开发平台为我们在教学中提升学生设计思维、创新思维提供了可能。该类软件对于编程零基础的同学也可以快速掌握并使用。学生利用该软件可以轻松对设备进行仿真，对工艺流程进行仿真，也可以进行场景再现等。其开放性好就在于设计者可以随时随地修改仿真产品，无需编译直接运行，这就使得软件具备了真正的交互性和设计性。将这样的软件应用到学生的课后作业中，让学生在作业中设计一些设备或者单元操作流程，这样不仅加强对课堂知识的消化、吸收，还可以达到知识的“融会贯通，综合运用”。当然学生仿真的对象可以是现实的产品，也可以是自己对已有产品的改造，及自己设想的产品。这种训练对于培养学生创新思维、工程思维都是非常有利的。

综上所述，将明辨性思维训练与《食品工程原理》教学有机地融合在一起，利于培养学生的学习习惯，引导他们首先学会观察、思考、交流，并有效收集信息，然后分析、归纳、总结并運用、评价信息，最终达到将信息转化为信念和行动的指南的目的。

参考文献：

[1]唐利芹，李明雪.ISEC 项目背景下明辨性思维与学科教学之融合研究[J].兰州石化职业技术学院学报，2019（2）：45-48.

[2]吴爱华，杨秋波，郝杰.以“新工科”建设引领高等教育创新变革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7.

[3]李冰，韩林山.“新工科”背景下地方高校教学模式的改革与探索——以华北水利水电大学机械类专业为例[J].教育教学论坛，2019（19），66.

[4]张金顶.关于《化工原理》教与学难点的探讨[J].彭城职业大学学报，1999（2）：53-54.

[5]王瑜，董晓庆.提高环境专业《化工原理》教学效果的实践总结[J].广州化工，2013，41（7）：203-204.

[6]霍雨佳.批判性思维的要素及其关系[J].重庆理工大学学报（社会科学），2019（7）：16-23.

[7]刘明洋，袁晓川.融通之道：解读新媒体环境下新闻传播教育的两大趋势[J].国际新闻界，2018，40（9）：128-148.

[8]杜琤.新形势下高校研究生管理工作研究[J].当代教育论坛（管理研究），2011（10）：24.