师范类化学专业“化工基础”课程教学策略探讨

莫国炜，郑广俭，汤希雁

(南宁师范大学 化学与材料学院，广西 南宁 530001)

一、前言

师范类化学专业的化工类小课程群包括“化工基础”“化工基础实验”以及工业见习等，旨在培养师范生的工程观点、工程视野和应用能力。“化工基础”是一门理论联系实际十分密切的技术型课程，对于这类课程的教学不能纸上谈兵。师范类化学专业的“化工基础”课程一般包括“三传”(化工原理)、“一反”(化学反应工程)和“工艺学”(几个典型化工生产过程)这几部分内容，其中主要论述传递过程典型单元操作的化工原理内容占比最多。“化工基础实验”是让学生将理论加以运用的实践性课程，着重面向化工生产基本操作的教学，体现出化工基础课程理论与实际相联系的桥梁和纽带作用；工业见习可以让学生直接面向化工生产的现场，对促进学生的理论学习有重要的辅助作用。在这几大块包括实践环节的化工类课程中，“化工基础”课占主要的分量。因为“化工基础”课程理论性较强、又综合着数理化等多门学科的知识，学生学习起来往往感到比较困难。但是，笔者认为，只要教师合理设计教学内容，多融入一些典型化工生产素材，紧扣化工生产和学生生活实际创设教学情境、善于启发和引导，教学和学习效果都可以提高，对培养和融合师范类化学专业学生化学学科核心素养[1]非常有价值。结合多年“化工基础”课程的教学实践，本文在探析课程在师范类化学专业培养中的地位作用、课程特点和教学现状的基础上，重点探讨课程教学策略。

二、“化工基础”课程在师范类化学专业培养中的地位和作用

本课程是理工科化学专业大类课程之一，也是师范类化学专业的技术基础课。该课程综合性很强，传授有关化学工业生产的基本知识、生产和加工化学产品的应用技术知识以及化学工程学科的基础理论和技术。其目标是培养学生有关化工生产中分析问题和解决问题的能力，认识工程上经济技术评价的概念，增强学生的工程计算能力，拓展化工生产过程的视野，对全面提高师范生的工程素养和工程观点、培养学生化学学科核心素养具有重要作用。

师范类化学专业学生在经过系统的师范专业教育教学课程以及四大化学的学习后，都能对有关的教育教学理论有较充分的掌握，构建了比较扎实的化学专业知识体系。但如果缺少“化工基础”课程学习，学生将缺乏工业生产的认知，将来面对中学化学教学中比如有关化工流程方面的题目时，只能教授一点解题技巧，而无法知其所以然，无法让中学生深入、全面地去理解化学学科在工业生产和社会应用层面的重要作用和价值。所以，“化工基础”“化工基础实验”以及工业见习这些化工类小课程群，应在师范类化学专业学生学科核心素养的培养方面占有不可或缺的地位。通过该课程群的教学，可以进一步巩固和完善学生的知识结构体系，深化化学学科核心素养的培养。现在强调中学要培养学生的学科核心素养，它是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力[1]。要培养中学生化学学科核心素养，师范类化学专业学生首先要具备这种素养。而师范类学生要具备这种素养，绝不是单靠一两门专业课就能达成的，它需要包括“化工基础”在内的课程群共同完成。虽然有些人认为《化工课程》对于师范生的培养意义不大，甚至在有的学校有削弱它的趋势，但是通过对文献的查阅，还是发现有不少人对“化工基础”课程的教学进行过研究，提出过一些改革方法[2-7]，不论是关于理论教学还是实验教学，都是为了让学生更加喜欢这门课程，更加牢固地掌握课程知识，更好地完善师范生的知识结构体系，培养学生化学学科核心素养。

师范类化学专业的“化工基础”课程有其特点和独特的教学规律，它的三个部分内容化工单元操作、基本反应器和典型化学工艺, 浓缩了化工学科中化工原理、化学反应工程和化学工艺学三门重要课程的基础知识。各章节基本概念、基本原理和基本公式(或者方程)数量多，计算繁杂，不联系实际，难以深入；涉及的物理量更多，物理量单位和量纲有时又不统一，容易引起混淆、导致错误产生；众多基本方程的物理意义各不相同，适用的条件或者范围各有严格的规定。这些特点与学生以往学过的化学主干学科知识(即四大化学知识)和“教育学”“心理学”“化学教学论”等教育教学理论以及技能训练类课程有很大的不同，教师要启发和引导学生改进学习方法，才能取得较好的教学效果。

三、“化工基础”课程教与学存在的问题

根据笔者长期的随访、调查，结合毕业生的反馈以及文献研究，发现研究者和师范类化学专业毕业生对“化工基础”课程的安排还是持肯定态度的。调查也发现有的高等院校对该课程有削弱的倾向，虽然还没有被取消，但还是存在不少问题。

(一)学生基础较为薄弱，重视程度不够

很多普通高等院校师范类化学专业的生源主要来自县城、乡镇和村屯, 学生往往缺乏对化工生产过程的感性认知,并且不少学生的数学和物理基础比较薄弱。“化工基础”课程涉及知识面广、计算量大、综合性强, 教学过程中有大量的公式、物理量, 学习起来难度高、强度大, 对于刚接触“化工基础”这门课程的学生, 缺乏理解化工新概念、新知识的背景情境和心理认知基础, 刚开始对所学的化工知识难以接受, 造成相当一部分学生在学习过程中感到比较困难和乏味, 容易产生厌学情绪；加上大多数师范类化学专业学生认为毕业后主要从事中学化学教学工作，涉及化工生产知识不多，实际运用到化工知识的可能更少，学了也没有用。因此会有少部分学生学习的主动性较差，甚至排斥“化工基础”课，结果这部分毕业生往往面对中学化学教学中有关化工应用和化工流程方面的题目时，只能教授一点表面知识和解题技巧，无法让中学生深入、全面地去理解化学学科在工业生产和国民经济中的重要应用。

(二)化工实践教学环节课时少、投入少

学生在接触本课程前，较少或没有接触过化工生产实际，对化工设备和生产流程缺少感性认识。有的学校没有强化“化工基础实验”和工业见习环节的教学，课时少、投入少。有的受经费制约，加上认识上的偏差，未能配备齐全所有的实验教学装备；即使学校有一些教学设备，其内部结构是很难看到的，学生需要想像才能了解设备的内部结构。见习可以让学生了解某些化工生产的工艺流程、认识一些设备的内部结构，但是要找一个全面、安全、针对性强的见习工厂往往也比较困难，加上见习经费投入难以保障，见习时间短，导致这方面的教学效果不佳，无法促进理论课的教学。

(三)教师缺乏良好的教学设计和教学方法

不少教师从绪论开始直至最后课程结束，教学手段单一、落后，课堂教学多是单刀直入、只讲本课程的主要内容，未能将本课程与之前学过的四大化学以及物理学、数学知识有机地串联起来；也未能从宏观上点出本课程在化工生产过程中的作用，让学生只见课程微观的、狭隘的知识和解题方法，不知道在宏观上怎么应用，没有很好地结合生产生活的实际；无法让学生通过化工类小课程群特别是“化工基础”课程整合之前学过的四大化学以及物理、数学等相关学科知识；学生学习起来感到枯燥无趣，教师教起来也往往事倍功半，对助力学生完善知识结构和化学学科核心素养的培养没有起到应有的作用。

四、课程教学策略的选择

笔者结合多年教学实践经验，特别是结合化工小课程群(即化工基础、化工基础实验、工业见习)教学的全面参与和体会，认为除了要加强化工基础实验、工业见习等实践性教学环节的教学之外，提出以下几方面的课程教学策略。

(一)绪论开始展示化工生产案例，区分传递过程和反应过程

“化工基础”课程是一门综合性很强的由理及工的技术学科，师范类化学专业的“化工基础”课程包括“三传一反”和工艺学等内容，有很多新的概念、原理、公式(方程)。学生的学习方法要有别于他们之前学过的课程。教师要时时提醒学生，要将他们大学甚至中学学过的数学、物理知识迁移进来。对师范生来说，难度大是可想而知的。但笔者认为，在绪论部分除了介绍本课程的教学目的、内容、地位、学习方法和要求之外，要提前在这里展示一些典型化工厂比如石化企业的图片或者视频，引导学生从宏观上将化工厂错综复杂的各种设备、管路和仪器仪表进行分类，分类为用来进行化学反应的、仅占设备和管路少部分的反应器和为反应器做“鞍前马后”服务的属于传递过程(物理过程)的非反应设备(包括大量的管线、仪器仪表)。讲清反应过程的内容在“化学反应工程”这部分学习；非化学反应的传递过程的规律和设备在“化工原理”这部分学习；工艺学的内容是把传递过程的内容和化学反应过程的内容应用于几类典型的实际化工生产过程，把前两部分的知识结合起来，活学活用，这样可以让学生在第一课就对本课程的内容和结构先有一个概括认识。然后，在随后的各章节教学中，再从宏观进入微观，分别细述各章节的内容，达到既见森林也见树木的效果，学生学习起来思路会更加清晰和容易一些。

(二)课程前期引导学生学习作为重要概念和物理量符号的希腊字母

鉴于本课程概念多、公式多，其中经常要用到一些日常生活中接触不多的希腊字母，建议教师在开课后的前两周，从出现第一个、第二个希腊字母开始，比如以我们所用的教材为例[8]，从“流体流动和输送”一章一些基本概念就要用到的密度符号ρ、比体积υ开始，要求学生查出24个希腊字母的大小写、相应的英文注音和读音，熟习并且抄录于参考教材的扉页空白处。这样就不会让平时接触比较少的希腊字母成为“化工基础”课程学习的绊脚石。这样，随后不断“涌现”的管壁厚度(或者层间距)符号δ(有的教材使用b)、效率符号η、剪应力符号τ、黏度符号μ、摩擦阻力系数符号λ、局部阻力系数符号ζ(有的教材用ξ)以及后续各章还会出现的使用希腊字母表示的新物理量符号，都不用教师一一教学生读了，可以让课堂的教学过程更为流畅，教师和学生不须再在这些“小节”上浪费课堂时间，让宝贵的课堂时间还给师生对重难点内容的讨论和互动，使课堂教学的效率和质量更有保障。

(三)按照教材内容层层递进的编排，引导学生逐步进阶学习

对各个版本教材内容的编排进行分析[8-13]，不难看出，各版本教材基本都是按照层层递进、逐步深入的方式完成课程内容的布局。比如，“流体流动和输送”一章的重点内容伯努利方程[8]，先由理想液体推出：首先讨论系统既无外功输入又无阻力损失的情况，得到最简单最理想化的伯努利方程；其次由理想液体推广到理想气体；再次推广到有外功输入的情况；然后才推出实际流体的伯努利方程，即流动时可能有外功输入、有摩擦阻力、有压头损失的机械能衡算方程；最后讨论全章的重难点，即各种情况下流体流动阻力损失的计算。教材里安排的例题和习题也是如此，伯努利方程的初步应用举例时，前面的例题和习题，阻力损失直接给出，让初学者有轻松愉快、易如反掌的错觉。等到学生学到后面的阻力损失要用到泊肃叶公式或者范宁公式来求算，特别是湍流时摩擦阻力系数λ的值要查“莫迪图”或者由经验公式估算时，对于很久没有接触那么繁杂的数学计算的师范生来说，学习的压力会骤然增加，厌倦情绪会油然而生。这要求教师要学会适时引导，讲清楚化工生产其实是一个复杂的系统工程，从原材料到产品，不可能一蹴而就，要经历一定的“磨难”才能得到好的结果，引导学生认识到由易到难、由简单到复杂的学习规律，前后对比、融会贯通，让学生意识到知识的学习必须层层递进、螺旋上升。教学内容的编排思路清晰，学生可以逐步进行进阶学习，学习起来就不会害怕，学习信心就可以树立起来，有了信心，很多教学上的困难也会迎刃而解。

(四)课外对学生进行线上线下的学习指导

进入21世纪，随着我国经济的快速发展、科技水平不断提高和综合国力的提升，特别是伴随着互联网技术、信息技术的全球化发展和普及以及网络基础设施的完善，全球各种数字化教学资源可以瞬间实现共享，移动学习[14]发展迅速，年轻一代移动或者非移动互联网装备的广泛使用，大大改变了人们的学习、工作和生活方式。在“互联网+”成为人们学习、工作和生活新常态的信息时代，笔者认为借助于信息技术和互联网丰富的化学化工教学资源，采用线上线下相结合的“化工基础”课程教学模式，可以拓宽课程教学的途径、时间和空间以及评价机制，提高本课程的教学效率和质量。线上线下的课程教学模式，是通过线上教学与线下教学相融合的一种教学模式。线上线下课程教学模式主要利用网络信息技术，借助网络媒介，依托线上 MOOC 平台、爱课程网、化工707网等线上化工教学资源进行在线网络学习，并与线下课堂教学相结合。该教学模式具有开放性、互动性、个性化、便利性及生成性等特点，有利于改变传统课程教学的固定模式，实现网络资源共享，提高课程教学的质量和效果，达到线上优化效率、线下强化效果的作用。比如，随着教学进度的推进，结合有关章节的内容，随时以线上线下相结合的方式，给予班级学生课外指导，通过班级QQ课程群或者微信学习群，指导学生提前浏览线上有关教学资源，引导学生网上查找、跟进查看课外素材(特别是各种化工生产的视频、图片)、拓宽学生的学习视野；鼓励学生相互分享教学资源，合作学习，拓展学生学习本课程的途径、时间和空间，激发学生学习本课程的兴趣，让学生变被动学习为主动去查找资料、主动学习，充分发挥学生在学习中的主体地位。线下的课堂上，对师生、生生相互分享的部分内容可以适当安排时间进行交流讨论，变教师为主的课堂为师生平等的共享的课堂，活跃课堂氛围，提高课堂教学效果。实践证明，在师范类化学专业化工类课程教学内容不减少、课时被压缩的背景下，采用“化工基础”线上线下课程教学模式，可以在一定程度上缓解课时少、教学内容多的矛盾，提高课程的教学效果。

(五)结合学生实际把生活情境融入化工课堂

除了线上线下结合化工生产的实际之外，化工课程的教学也可以结合学生生活的实际，把学生生活情境融入化工课堂。对于大多数普通高校来说，来源于县城和乡村的生源要占大多数，有不少学生的家乡可能还没有统一供应的自来水，每家装的是放在房顶的小水塔。这种民间的简易家庭供水系统，跟化工厂高位槽、水塔向生产岗位的供水原理和规律是一样的，教学“流体的流动与输送”这部分内容的时候，就可以引导学生结合自家的供水系统或者城市家庭的自来水系统进行学习，启发学生思考为什么有时候没有水来、有时候水压为什么会那么低，把学生的生活情境融入进来，对学好学透化工课程中“流体流动和输送”的规律会很有帮助。又如中学化学讲过，金属钾、钠、镁、铝、金、银、铂等都是热和电的良导体，学过了中学和大学物理，对这些金属是电的良导体这个性质都好理解，但是为什么也是热的良导体却还不知其所以然。学到化工课程“热量传递”这部分内容，学过热导率(λ)这个概念、理解了它的物理意义、比较过常见金属和非金属等的热导率之后，对之前的化学或者物理教材里面讲的“热的良导体”就会有深刻的理解。并且热导率这个概念，对我们理解有的高级智能手机和集成电路板为什么要用昂贵的金、银、铂作为某些关键部件的材料，也有重要的帮助。在化工课程里面，学生感到最难学的可能就是“吸收和解吸过程”的微观机理和宏观计算，不经引导，学生一般认为自己对此没有什么感性认识。其实，在之前学习四大化学及其实验时，已经多次经历过要把有关的实验尾气用合适的溶液吸收的案例；并且，夏季大热天的时候，学生大都喝过碳酸类汽水，工厂在加压下罐装生产汽水的过程就是一个气体被溶解、被吸收的过程，当我们打开汽水瓶或者易拉罐瓶盖的时候，压力发生了变化(等于当时当地大气压)，汽水里的气体这时的溶解度变小了，就会从原溶解的液相里跑出来，这就是解吸过程了；进一步把汽水喝到我们的胃里，因为人体内的温度(约37°C)一般比体外环境的气温高，这时胃里汽水中的气体溶解度也要变小，气体就会在我们的体内跑出来、类似“蒸发”，会带走我们体内的一些热量，让我们为之凉爽一番，这个过程也是一个解吸过程。教师在教学上如果能够见缝插针地引导学生把生活情境融入化工课堂，课堂内容就会变得生动活泼，学生学起来会倍感轻松，学到的化工知识也会更加牢固。这种融入熟悉生活情境的教学，对扎实地培养学生学科核心素养有重要的辅助作用。

(六)通过本课程的学习引导学生构建起牢固的知识结构体系

“化工基础”是一门与实际生产十分密切的课程，是理论联系实际的桥梁，是一门综合性很强的由理及工的技术学科。它要求学生将数学、物理、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等基础知识整合起来应用于化工生产实际中，使师范类化学专业学生的知识结构更加牢固。在该课程的教学过程中，教师要经常引导学生注意哪些地方应用了无机化学的知识、哪些地方应用了物理化学的知识、哪些地方应用了高等数学的知识、哪些地方应用了中学甚至小学的数学知识，等等。这样，通过本课程的教学，不单让学生又学习了一门新的课程，更重要的是可以启发学生通过本课程的学习，怎么把大学、中学甚至小学学过的各门科学课程知识串联起来，构建起更加完善、更加牢固的知识结构体系。师范类化学专业的培养目标是将学生培养成合格的基础教育化学教师，只有让学生具有更加完善、更加牢固的学科知识结构体系，才能达成师范类化学专业学生学科核心素养的培养。

(七)把课程思政灵活地融入课堂教学中

在教学过程中，教师还要结合化工基础课的教学内容，灵活地、适时地把课程思政融入课堂教学中。课堂中要经常穿插展示伟大祖国在改革开放特别是党的十八大以来经济社会和生态文明建设等方面所取得的巨大成就，活跃课堂氛围，理论联系实际。通过化工课程的教学要让学生知道，人民物质生活丰富、祖国繁荣富强这些伟大成就，是和化工生产、化学绿色新技术的使用分不开的。要让学生认识到党中央提出来的“碳达峰、碳中和”的重大任务，也要依托化学化工新技术和化工的绿色生产，培养学生的社会责任感。化学工业的绿色生产、生态环境的保护、三废的洁净化处理、资源的节约和合理利用、节能减排的方方面面，无不依赖化学化工和生物新技术等的创新、开发和广泛推广应用。比如，化工生产中流体流动阻力的计算、换热速率的计算、传质过程的计算、化学反应速率和反应器大小的计算、化工设备的设计和选型、操作过程的优化和生产各环节的条件优化等课程内容，都与国家的绿色生产、节能减排、环境保护、三废处理与资源化利用息息相关。通过在化工课堂中融入课程思政，让学生深刻体会到，化工课程的知识与国民经济发展、人类生存质量和生存环境有密切的关系；使学生在学习本课程的过程中，在丰富完善自己的学科知识结构、培养学科核心素养的同时，拓宽自身的认知边界、提高自身的综合素质和适应社会的能力，立志把自己的未来投入到祖国最需要的地方去。具有较高综合素质和社会适应能力的化学专业师范生，将来才能教出更多视野开阔、胸怀大志、综合素质和社会适应能力强的中学生。

五、结语

每一门课程的教学都不是一成不变的，教有教法，教无定法。师范类化学专业“化工基础”课程教学策略的提出也是一样，从课程的绪论开始就展示化工生产案例、区分传递过程和反应过程，课程前期引导学生学习作为重要概念和物理量符号的希腊字母，按照教材内容层层递进的编排引导学生逐步进阶学习，课外对学生进行线上线下的学习指导，结合学生实际把生活情境和课程思政灵活地融入课堂教学中，从而让学生构建起牢固的知识结构体系、增进学科核心素养的培养，可能是一组比较有效的师范类化学专业“化工基础”课程的教学策略。