基于问题链设计的“化工过程分析与合成”教学探索与实践

晋 梅，邹琳玲，吴宇琼，刘红姣，安 良

（1.江汉大学光电材料与技术学院，湖北 武汉 430056；2.江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056）

“化工过程分析与合成”是化工专业的一门专业核心课，涉及化学工程、化学工艺和技术经济等多学科领域。结合工程教育专业认证，课程教学目标主要有三个[1]：第一，在掌握基本概念的基础上，对化工过程系统建立相应的结构模型与数学模型；第二，在最优化目标下，对换热网络和分离序列方案进行优化设计；第三，采用化工模拟软件对某一具体生产过程进行模拟与优化，并经此过程了解现代工具在化工设计中的优势及局限性。另外，“化工过程分析与合成”作为专业核心课，还承担对学生工程逻辑思维能力和解决复杂工程问题能力的培养。

问题链教学模式是以具有一系列逻辑关系的问题为纽带，以课程目标和学生能力培养目标为主线，以师生互动合作为基本形式的一种新型教学模式[2-3]。在教学中，按照课程教学目标和学生能力培养目标，将课程教学内容分解为若干知识点，在“教师提出问题”→“学生回答问题”环节中，形成教师“教”与学生“学”互动模式，提高学生课堂教学参与度，锻炼学生分析问题和解决问题的能力。同时，还通过不同类型问题链的设计，在学生掌握知识的过程中，提升学生的辩证思维能力和创造性思维能力。

1 问题链教学模式设计思路

1.1 问题链设计原则

为了更好地开展教学，问题链的设计应把握四条原则[4]：第一，问题链中的问题应满足“好问题”标准，即一方面符合学生的认知发展水平，激发和调动学生的探究意识，另一方面关注教学内容的重点和难点，并贯穿教学目标的达成；第二，问题范围涵盖教学目标和能力培养目标两方面，避免出现盲区；第三，问题链由一系列具有层层递进关系的逻辑性问题组成，即具有“由易到难、由浅到深、由此及彼”的特点，有利于培养学生的自主探究能力和工程逻辑思维能力；第四，问题链具有引申性，可提升学生解决复杂工程问题的能力。

1.2 问题链设计核心

课程教学目标和学生能力训练目标是否达成，与问题链中“链”的设计有很大关系。换句话说，“链”的逻辑递进关系是问题链设计的核心内容。一个好的问题链中所设计的问题应满足“What（是何）-Why（为何）-How（如何）”关系，即问题链分为基础性问题链、探究性问题链和引申性问题链。基础性问题链主要涉及“What”问题，该类问题可帮助学生为后续知识的学习夯实理论基础；探究性问题主要涉及“Why”的问题，该类问题可使学生对知识点的认识和理解更加具体化和明晰化，可潜移默化地引导学生分析问题和解决问题，培养学生工程逻辑思维能力；引申性问题主要涉及“How”的问题，该类问题可培养学生理论知识的应用能力及解决复杂工程问题的能力。

2 问题链教学模式的探索与实践

根据问题链设计原则及层层递进逻辑关系，在“化工过程分析与合成”课程中采用问题链教学方法。教学中，基础性问题链通过导学型问题链激发学生对知识体系的学习兴趣和学习动力；探究性问题链通过驱动型问题链、迁移型问题链、归纳型问题链引导学生建立工程逻辑思维，培养学生分析问题和解决问题的能力；引申性问题链通过拓展型问题链引导学生提升解决复杂工程问题的能力。

2.1 导学型问题链

导学型问题链一般由前期所学知识相关的问题组成，其目的：一方面，可让学生了解新知识和已学知识间的逻辑关系；另一方面，学生有前期所学知识的基础，可打消学生对新知识学习的畏难情绪。图1为“化工过程系统稳态模拟”知识点的导学型问题链。

图1 “化工过程系统稳态模拟”导学型问题链的设计

从图1可见，设计两个概念性的导学型问题链可深刻把握“化工过程系统稳态模拟”知识点的内涵。基于“化工过程系统”的概念性导学型问题链，主要从前期所学基本概念出发，引导学生对过程系统的结构表达并建立过程系统的数学模型表达。基于“稳态模拟方法”的概念性导学型问题链，则从“数学模型”概念和类型出发，通过探讨模型和模拟之间的关系，引导学生掌握“稳态模拟方法”的内涵。通过导学型问题链将“化工过程系统”和“稳态模拟”两个概念有机融合，引导学生把握“化工过程系统稳态模拟”内涵。

2.2 驱动型问题链

驱动型问题链以教学任务为目标，结合学情状况，通过层层递进逻辑关系问题链，激发学生学习的积极性和主动性，促使学生明晰知识点间的逻辑关系，培养学生的工程逻辑思维能力。图2 为“序贯模块法”教学中“What-Why-How”驱动型问题链，其中，“What”为知识点的基本问题，可夯实该知识点的理论基础；“Why”为探究性问题，可深刻把握知识点的内涵；“How”为拓展性问题，可强化学生“学以致用”能力，并通过独立思考，形成自己的观点和看法。在三类问题中，“How”驱动型问题链设计最能激发学生的创新性思维。

图2 “序贯模块法”中驱动型问题链的设计

2.3 迁移型问题链

迁移型思维是学生根据已获得或者学习过的知识、思维方法，获取新知识或新方法的一种思维能力训练。通过迁移型问题链，不仅可纵向关联课程中其他知识点，而且可横向拓展到其他课程或学科中的新知识。在学习“序贯模块法”基本概念、基本问题、基本思路、实施步骤以及优缺点等基础上，设计如图3所示的“联立方程法”学习迁移型问题链，将“序贯模块法”的学习思维方法用于“联立方程法”的学习过程中，激发学生自主学习能力，训练学生工程逻辑思维能力，并促进学生能力培养目标的达成。

图3 “联立方程法”中迁移型问题链的设计

2.4 思维导图-归纳型问题链

归纳型问题链是将所学的碎片化知识进行逻辑推演、归纳和提炼的一种总结式问题链。在课堂教学中，学生处于碎片化的学习过程，导致学生在解决复杂工程问题时，难以全面地、系统地、联系地和客观地看待和解决问题。“思维导图”是以可视化形式将碎片化的知识形成体系的一种教学模式[1]。教学中，可兼顾“归纳型问题链”和“思维导图”的优势，通过“思维导图-归纳型问题链”教学方法提高学生学习的主观能动性，帮助学生理顺知识点间的逻辑关系，树立在解决复杂工程问题过程中的全局思维。图4 为针对“过程系统的分解”知识点所提出的思维导图-归纳型问题链的逻辑关系图。

图4 “过程系统的分解”中思维导图-归纳型问题链的设计

2.5 拓展型问题链

图5 上机实践中拓展型问题链的设计

拓展型问题链的设计可不拘泥于课本教学内容，往往通过该问题链的设计培养学生的创新意识。图5 为结合上机实践内容设计的拓展性问题链。首先，在章节知识点学习的基础上，掌握三种不同稳态模拟方法在化工模拟软件Aspen Plus、HYSYS、PROII中的应用及三种方法之间的异同点，并通过查阅文献，探讨化工流程模拟软件发展趋势，形成自己的观点和看法；其次，根据化工过程模拟步骤，结合本专业所学的其他核心课程，如“化学反应工程”“化工原理”“化工工艺学”等，以某一化工生产过程为例，对Aspen Plus软件的工程应用进行上机实践，有效培养学生解决复杂工程问题的能力并提升创新意识；最后，学生根据上机实践操作，探讨现代工具在化工学科发展中的必要性和局限性，并能针对局限性提出改进思路，培养学生创新能力。

3 结束语

“化工过程分析与合成”是一门理论性和实践性强的专业核心课，结合问题链设计原则和层层递进逻辑关系，在教学中采用问题链教学方法，以丰富课堂教学手段。在教学实践中，根据知识点的教学内容，采用基础性的导学型问题链、探究性的驱动型问题链、迁移型问题链和归纳型问题链，以及引申性的拓展型问题链，通过“问-答”的互动方式，激发学生的学习兴趣、积极性和主动性，培养学生工程思维逻辑能力和解决复杂工程问题的能力，促进课程教学目标和能力训练目标的有效达成。