悬疑课堂让理工科专业课充满魅力

潘梦 庞雅慧 霍朝飞 李兴扬 石萍萍 杨仁春

摘 要：针对理工科专业课教学过程中普遍存在的学生学习兴趣不足等问题，基于问题导向教学法，创建出了悬疑课堂教学模式，并在化工热力学课程中进行了深入应用。实践表明，在课堂导入环节设置引人入胜的疑问能够激发学生的学习兴趣，在课堂教学过程中层层引疑设疑、构筑悬念能够让学生的学习兴趣得到保持，最终可以实现灌输教学向启发教学、枯燥课堂向魅力课堂的转变。课堂教学的改革创新促进了教学质量的大幅度提升，取得了显著的教学效果。

关键词：化工热力学；教学改革；学习兴趣；问题导向；悬疑课堂

中图分类号：G642.4  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）07-0075-03

随着我国高等教育的大规模发展，高校人才培养质量问题已经成为社会各界关注的焦点[1]。课堂教学作为高校本科人才培养的主渠道、主阵地、主战场，对本科人才培养质量起着决定性的作用[2]。然而，当前大学课堂的教学现状却不容乐观，特别是在非重点院校，学生上课不认真听课的现象较为常见，迟到、早退，甚至逃课的现象也时有发生[3]。因此，推进本科课堂教学改革，提升课堂教学质量目前显得格外重要，是保证高校人才培养质量的关键[4]。

孔子曰：知之者不如好之者，好之者不如乐之者。正所谓兴趣是最好的老师，提升课堂教学质量的首要任务应是提高学生的学习兴趣[5]。学生只有对教学内容有了兴趣才会产生强大的内在学习动力，才容易保持高效的学习状态，从而最终获得较好的学习效果[6]。但是，对于大多数理工科专业课，其内容枯燥，学习难度大，若教师仍采用传统教法，学生很难产生强烈的学习兴趣[7]。例如，化工热力学课程是化工类专业本科生必修的核心专业课程，课程具有理论性强、抽象概念多、公式多且推导过程复杂等特点[8]。在我校以往的教学过程中，学生普遍反映该课程枯燥乏味、学习难度大，对课程内容缺乏学习兴趣，从而导致课堂教学效果欠佳。

为提高学生学习理工科专业课的兴趣，我国教育工作者进行了大量的教学改革研究与实践，探索出了众多有益的举措[9-12]。例如，在课堂上引入现代化教育手段，将教学内容与生活生产实际相结合等。在这些改革措施中，采用问题导向教学法教学是提高学生课堂学习兴趣最常用的方法[10-12]。问题导向教学法是一种启发式教学方法，其核心思想是教师将教学内容以问题的形式呈现在学生面前，让学生在探索、解决问题的过程中掌握知识、提高能力、增强素质。

笔者在化工热力学课程教学过程中对问题导向教学法进行了多年的应用探索，并在此基础上开展了进一步的改革创新，构建出了悬疑课堂的教学模式，取得了显著的教学效果。本文将以化工热力学课程为例，对悬疑课堂教学模式进行详细论述，以期为其它理工科专业课程提供参考。

1 悬疑课堂整体构建思路

基于“学起于思，思源于疑”的观点，为激发学生学习兴趣，我们在课前预习、课堂教学、课后复习三个环节中均设置若干疑问，以问题激发兴趣、驱动思考、促进学生主动学习。在课前以课前作业的形式布置疑问，借助疑问驱动预习；在课后以课后作业的形式留下疑问，让学生在自我探疑的过程中巩固复习。特别是在课堂教学过程中，在坚持问题导向的基础上，我们提出了引人入胜、层层设疑、环环相扣、步步悬念的创新理念。这其中包含两个方面的特点。一方面是引人入胜，也就是在课堂导入部分融入生活实例或热点新闻，在这些实际案例中发现问题，由问题引出教学主题，从而激发出学生的学习兴趣。另一方面是层层设疑、环环相扣、步步悬念，也就是在讲授教学内容的过程中，借助逻辑关联巧妙地步步引疑、设疑、构筑悬念，以疑问驱动教学，用悬念让学生保持兴趣，在层层探疑、解疑的过程中传授知识、培养能力、提高素质。最终，在化工热力学课程教学过程中构建出悬疑课堂教学模式。

2 化工热力学悬疑课堂教学实例

为进一步闡述悬疑课堂教学模式，我们以课程第2章中“纯物质p-T相图及超临界流体”和第6章中“热泵及其应用”这两节内容为例进行具体说明。在讲授这两节内容时，教学过程分为了课前预习、课堂导入、知识讲解、知识升华、知识应用、课堂练习、课堂小结、课后思考共8个环节。在课前预习环节，两节内容均布置了2个疑问，借助疑问驱动学生预习。“纯物质p-T相图及超临界流体”这一节内容的教学目标是：（1）掌握纯物质的p-T相图的基本概念和分布规律，（2）掌握临界点及超临界流体的定义和特性，（3）能够应用纯物质p-T相图分析基础的工程问题。在讲解这一节内容时，我们由“在治疗新冠肺炎的过程中哪种医疗物质用量最大？”这一问题引出氧气，再由“医用氧气是如何制得的？”引出空气深冷分离技术，讲解完空气深冷分离的基本原理后进一步提出疑问：空气深冷分离时温度压力如何选择，以什么为标准？由该问题引出本节课的教学主题，从而完成课堂导入环节。在课堂导入环节将教学主题与治疗新冠肺炎的氧气相关联能够很好的激发学生的学习兴趣。在知识讲解环节，我们以“相图是分布图还是变化趋势图？”“相图中各元素的含义是什么？”这两个问题为开端，在带领学生解疑的过程中让学生掌握相图的基本概念。紧接着我们继续提出疑问：为什么物质在不同的温度、压力下会处于不同的状态？为什么单相为面、两相共存为线、三相共存为点？在解答这两个疑问的过程中让学生理解相图。然后我们围绕相图的特点进一步提出疑问：相图中右上角空白区域是什么？为什么气相区会有汽、气之分？在解疑的过程中让学生掌握超临界流体的概念。基于超临界流体的概念，我们继续提问：超临界流体有什么特点？在带领学生解疑的过程中让学生理解超临界流体，从而完成了知识讲解环节。在知识升华环节，我们基于相图的基本概念提出疑问：物质的相态分布满足相图的规律，那我们的人生状态分布满足什么规律呢？在解疑的过程中以物比人，不仅强化学生对知识的理解，而且培养其奋斗精神。紧接着我们回到课堂导入环节提出的问题：空气深冷分离时温度压力应该如何选择？在引导学生探疑、解疑的过程中培养学生应用知识分析实际问题的能力。同时，基于该问题答案中的关键点——超临界流体，我们进一步提出疑问：超临界流体还有什么用途？在解疑的过程中开拓学生眼界，强化高阶思维能力。接下来的课堂练习和课堂小结环节均由问题引导，让学生在解疑的过程中巩固知识、提升能力。课堂的最后留下疑问：CO2加氢转化一般在高温、高压条件下进行，请查阅文献确定是否有在超临界状态下研究该反应的报道？超临界状态对该反应有什么影响？让学生在课后探疑的过程中巩固复习，同时提升创新思维能力。课堂教学总流程如图1所示。

“热泵及其应用”这一节内容的教学目标是：（1）掌握热泵的概念和工作原理，（2）掌握理想热泵的能量分析方法，（3）能够运用热泵相关知识分析实际应用问题。课堂教学总流程如图2所示。我们由“冬季取暖使用电暖器和空调哪个更经济、更节能？”这一与日常生活息息相关的问题引出教学主题，激发学生的学习兴趣。在知识讲解环节，学生在探究“热泵是什么？”“热泵与换热器有什么区别？”这两个疑问的过程中能够掌握热泵的概念，在探究“热泵依据什么原理输送热？与热力学第二定律矛盾吗？”这个疑问的过程中能够理解热泵的工作原理，在探究“热泵经济吗？”“常见热泵的热源有哪些？”“热泵在运行过程中节能吗？”“制冷系数如何获得？”这几个疑问的过程中能够学到理想热泵的能量分析方法。需要注意的是，这些疑问并不是相互独立的，而是具有层层递进的逻辑关系。例如，在解答“热泵是什么？”这个问题时我们强调热泵是输送热量的设备。那么，借助逻辑联系，可以进一步提出疑问：同样是输送热量的设备，热泵与以前学的换热器有什么区别？在探究这个问题的过程中，我们强调了热泵是由低温向高温输送热量的设备。基于逻辑思考，很容易想到：低温向高温输送热量是怎么实现的？与热力学第二定律矛盾吗？正是借助这样的逻辑关系，我们在课堂上层层引疑设疑、构筑悬念，让学生的学习兴趣得到保持。接下来的知识升华环节也是由递进的疑问做引导。紧接着我们回到课堂导入环节提出的问题：电暖器与空调比较，采用哪种方式取暖更经济、更节能？在引导学生探疑、解疑的过程中培养学生运用热泵相关知识分析实际应用问题的能力。同时，通过进一步的疑问设置，引导学生主动探索、拓宽知识。接下来的课堂练习和课堂小结环节也均由问题引导。在课堂的最后留下疑问：青藏铁路建设过程中使用的“热棒”是热泵吗？其与热泵有什么区别和联系？让学生在课后探疑的过程中学会举一反三，不仅巩固知识，而且锻炼高阶思维。课堂教学模式详见图2。

3 化工热力学悬疑课堂建设成效

悬疑课堂教学模式极大地提高了学生学习化工热力学课程的兴趣，取得了显著的教学效果。在增加期末考试综合题比例，增大考试难度的前提下，学生的期末考试平均成绩（17级）相比于课程改革前（16级）提高了5.6分。更重要的是，学生的积极性和学习风气有了很大的改善。在近三年的授课过程中，超80%的学生积极参与了课堂互动，超50%的学生参加了与课程内容相关的学科竞赛，超20%的学生获得了省级及以上学科竞赛奖项。此外，悬疑课堂教学模式也受到了我校师生的广泛好评。在近三年学院组织的教学信息问卷调查中，本课程的整体满意度全部超95%，课程主讲教师的评教成绩也连续两年位居全学院第一名。课程先后获批校级金课、校级课程思政示范课、省级教学示范课、校级一流课程。基于悬疑课堂教学模式建设经验，课程教学团队近三年获得了包括省级高校教师教学创新大赛三等奖、校级教师教学创新大赛一等奖、校级青年教师基本功大赛一等奖在内的各类校级及以上教学竞赛奖项8项。

4 结语

经过多年的教学实践，笔者提出的悬疑课堂教学模式日渐成熟，在课堂教学过程中发挥的作用日益凸显，有效解决了理工科专业课教学过程中学生学习兴趣不足的问题，实现了灌输教学向启发教学、枯燥课堂向魅力课堂的转变，取得了显著的教学效果。相关课堂教学改革的经验值得其它理工科专业课程借鉴参考。

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