導(dǎo)語：案例教學(xué)模式在工科化學(xué)教學(xué)的運(yùn)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:結(jié)合“工科化學(xué)”課程的特點(diǎn)和存在的問題，從體現(xiàn)專業(yè)特色、與生活實(shí)踐緊密結(jié)合、緊跟學(xué)科前沿和與探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)合等4個方面探索在理論教學(xué)中引入應(yīng)用案例教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，提升“工科化學(xué)”的課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:工科化學(xué);;理論教學(xué);案例教學(xué)模式

“工科化學(xué)”課程是北京交通大學(xué)物理、土木、機(jī)械等非化學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門重要基礎(chǔ)課。重點(diǎn)講解物質(zhì)的聚集狀態(tài)、化學(xué)與能源以及水環(huán)境中的化學(xué)反應(yīng)等基礎(chǔ)理論知識，輔以新能源開發(fā)、金屬的腐蝕與防腐等拓展應(yīng)用知識。旨在讓學(xué)生初步了解化學(xué)的基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用，能夠運(yùn)用化學(xué)的理論、觀點(diǎn)、方法審視環(huán)境、能源、健康等社會熱點(diǎn)問題，分析、認(rèn)識和解決工程實(shí)踐中的化學(xué)問題。同時(shí)“工科化學(xué)”也是培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)，寬專業(yè)”工程技術(shù)人才的整體知識結(jié)構(gòu)及能力結(jié)構(gòu)的重要組成部分［1－2］。然而“工科化學(xué)”課程面臨學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)更少的境遇。如何使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)對該課程清晰理解和熟練掌握？如何解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)課時(shí)少帶來的系列問題？這對授課教師來說一直是個重要的挑戰(zhàn)，需要教師去尋求更為有效的教學(xué)模式與教學(xué)策略。

1案例教學(xué)模式

1．1案例教學(xué)模式的優(yōu)勢

案例教學(xué)模式是一種以實(shí)踐案例為基礎(chǔ)，在教師指導(dǎo)下，通過引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，達(dá)到教學(xué)目的一種教學(xué)方法。案例教學(xué)模式最大優(yōu)點(diǎn)是：（1）鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考。從知識傳授轉(zhuǎn)向能力培養(yǎng)，將抽象的理論與生動的教學(xué)案例結(jié)合，鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)造，將枯燥乏味的課堂變得生動活潑。通過課堂交流，既可取長補(bǔ)短，促進(jìn)人際交流，又可激發(fā)人的斗志。（2）引導(dǎo)學(xué)生注重能力培養(yǎng)。傳統(tǒng)教學(xué)往往重視書本知識的學(xué)習(xí)而忽視實(shí)際能力的培養(yǎng)，案例教學(xué)可通過一些應(yīng)用性案例，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識綜合分析，帶著問題去思考和查閱文獻(xiàn)。這既增強(qiáng)了對理論知識的理解，又培養(yǎng)了學(xué)生的能力。（3）重視相互交流。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師講、學(xué)生聽。在案例教學(xué)中，學(xué)生要對實(shí)際案例進(jìn)行分析，學(xué)習(xí)必要的理論知識，在教師引導(dǎo)下，自主討論、交流提出解決問題的方案，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，同時(shí)增強(qiáng)教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生之間的交流能力［3－6］。

1．2案例教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)和教學(xué)過程

案例教學(xué)模式下的教學(xué)過程一般涉及以下環(huán)節(jié)：（1）教學(xué)案例精選。案例的選擇既能體現(xiàn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，又要聯(lián)系實(shí)際，難度適中，具有一定的啟發(fā)性，能夠引發(fā)所有學(xué)生的思考和求知欲望；另外案例的選擇要貼近生活實(shí)際，讓學(xué)生感同身受，提高學(xué)生的聽課熱情，提高課堂效率；同時(shí)針對學(xué)生的專業(yè)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，充分展現(xiàn)化學(xué)知識在非化學(xué)專業(yè)方向的科研動態(tài)，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)領(lǐng)域的興趣。（2）教學(xué)案例實(shí)施環(huán)節(jié)。教學(xué)案例的實(shí)施分為準(zhǔn)備階段和實(shí)施階段。在準(zhǔn)備階段，教師根據(jù)研討內(nèi)容可以提前布置，也可以隨堂安排。對于比較有深度的討論內(nèi)容，學(xué)生需提前分組、收集資料、討論和總結(jié)。在實(shí)施階段，以學(xué)生為主體，教師發(fā)揮引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的知識對提出的問題進(jìn)行綜合分析，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，讓學(xué)生積極主動求知、探索和創(chuàng)新。在教學(xué)討論過程中，教師要積極營造一種既生動又平和的氣氛，認(rèn)真傾聽學(xué)生發(fā)言的同時(shí)，對學(xué)生提出的正確觀點(diǎn)加以肯定，對錯誤或不足的地方，加以引導(dǎo)、點(diǎn)撥，提出自己的看法或補(bǔ)充意見。（3）總結(jié)環(huán)節(jié)。教師首先對課堂討論、交流情況進(jìn)行總體點(diǎn)評，歸納優(yōu)點(diǎn)，指出不足，對積極參與討論、分析問題透徹或者有獨(dú)到見解的學(xué)生或小組提出表揚(yáng)。其次教師要緊扣教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步強(qiáng)化知識點(diǎn)，梳理思路，高屋建瓴地將基本理論與實(shí)踐結(jié)合，談?wù)勛约旱囊娊?，啟發(fā)學(xué)生多角度地思考，進(jìn)一步提高學(xué)生分析和解決問題能力。

2“工科化學(xué)”教學(xué)中的案例教學(xué)設(shè)計(jì)

“工科化學(xué)”是一門理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的學(xué)科，可以用來作為案例研究的應(yīng)用性題目很多，例如新能源的開發(fā)，工業(yè)廢水的處理，鍋爐污垢的消除等。鑒于此，在“工科化學(xué)”理論教學(xué)中適當(dāng)穿插能突出課程教學(xué)效果的優(yōu)秀實(shí)踐性案例，使學(xué)生充分認(rèn)識化學(xué)科學(xué)的重要性，理解化學(xué)知識與自己專業(yè)的密切關(guān)系，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。從學(xué)科專業(yè)、生活實(shí)踐、學(xué)科前沿以及綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ嵘?個方面進(jìn)行了案例教學(xué)模式的探索。

2．1體現(xiàn)專業(yè)特色的案例教學(xué)

“工科化學(xué)”的授課對象主要是非化學(xué)專業(yè)大一新生，這類學(xué)生往往認(rèn)識不到基礎(chǔ)課程的重要性，對各學(xué)科之間的交叉作用更是了解甚少。針對不同專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)與其專業(yè)密切相關(guān)的應(yīng)用性教學(xué)案例，提出關(guān)鍵問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的化學(xué)知識綜合分析，有效地將“工科化學(xué)”知識融入到專業(yè)課學(xué)習(xí)以及未來的工作中，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性［7］。化學(xué)反應(yīng)熱是化學(xué)與能源這一章的重點(diǎn)內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生專業(yè)找生產(chǎn)中的實(shí)例進(jìn)行講解化學(xué)反應(yīng)熱。例如針對土木專業(yè)學(xué)生，可以深入分析水泥水化熱。教師提前向?qū)W生布置調(diào)研不同標(biāo)號水泥，了解主要組成及水化機(jī)理。以普通硅酸鹽水泥為例，其礦物主要組成為硅酸三鈣C3S（3CaO•SiO2）、硅酸二鈣C2S（2CaO•SiO2）、鋁酸三鈣C3A（3CaO•Al2O3）和鐵鋁酸四鈣C4AF（4CaO•Al2O3•Fe2O3）。在認(rèn)知組成的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生寫出相應(yīng)水化反應(yīng)方程式，與學(xué)生共同分析不同組分的水化反應(yīng)速度以及反應(yīng)熱。通過這一系列分析，學(xué)生不但清楚了決定普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度的因素，也知道了水泥水化后的主要產(chǎn)物為水化硅酸鹽和氫氧化鈣。接著教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考“硅酸鹽水泥石若長期浸泡在雨水或雪水中會引起水泥的強(qiáng)度和耐久性下降嗎，會發(fā)生什么化學(xué)反應(yīng)？硅酸鹽水泥的橋墩在海水中會被侵蝕嗎？由于這些具體問題與學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域緊密相關(guān)，又用上了剛剛學(xué)到的化學(xué)知識，引起了學(xué)生積極思考和熱烈討論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2．2與生活實(shí)踐緊密結(jié)合的案例教學(xué)

在注重課堂內(nèi)容與專業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合的同時(shí)，設(shè)置與生活緊密相關(guān)的應(yīng)用性案例來提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣［8］。例如在講授溶液依數(shù)性前，先啟發(fā)學(xué)生思考，北方冬天下雪后，路面上為什么要撒鹽？冬天汽車水箱里面加防凍劑之后為什么就防凍了？讓學(xué)生帶著案例和問題上課，并隨著教學(xué)內(nèi)容的展開，學(xué)生討論，找出問題答案，交流彼此看法。在這教學(xué)過程中，學(xué)生主動求知和探索的欲望得到了激發(fā)，課堂教學(xué)效果得到明顯改善。同時(shí)還選擇一些能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識與解決實(shí)際問題聯(lián)系起來的應(yīng)用性案例作為習(xí)題，來提高學(xué)生應(yīng)用理論知識的能力。例如講凝固點(diǎn)降低時(shí)，可以布置如下題目：四氫呋喃（45元／kg），丙三醇（30元／kg），乙二醇（42元／kg），甲醇（7．2元／kg）都可以用作汽車循環(huán)水防凍劑，要在－1℃下不結(jié)冰，參考它們的價(jià)格，從經(jīng)濟(jì)效益角度排列選用順序。類似這些題型，由于與生產(chǎn)生活息息相關(guān)，在應(yīng)用和鞏固理論知識的同時(shí)，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣和主動性。

2．3緊跟學(xué)科前沿的案例教學(xué)

緊跟學(xué)科前沿設(shè)置一些應(yīng)用性教學(xué)案例，也是牢牢吸引學(xué)生，提升教學(xué)效果的另一法寶。全球矚目的能源與環(huán)境問題已成為傳統(tǒng)汽車可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸，發(fā)展純電動汽車是當(dāng)今的熱點(diǎn)問題之一。電動汽車產(chǎn)業(yè)群中涉及哪些專業(yè)？電動汽車發(fā)展的瓶頸是什么？這種熱點(diǎn)問題學(xué)生通過各種媒體可能都有所了解，很容易引起學(xué)生的積極參與。在討論中，學(xué)生各抒己見，通過師生互動以及生生互動，學(xué)生認(rèn)清了在電動汽車這個龐大的產(chǎn)業(yè)群中涉及了很多的專業(yè)，例如汽車、機(jī)械、電氣、化學(xué)、冶金，是個多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)業(yè)群。這種跨多領(lǐng)域的綜合產(chǎn)業(yè)發(fā)展也對綜合素質(zhì)、基礎(chǔ)知識和綜合運(yùn)用能力提出了更高要求，也進(jìn)一步向?qū)W生闡釋了“化學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，必須要學(xué)習(xí)，必須要重視”。在學(xué)習(xí)了原電池的基本原理后，教師結(jié)合電動汽車這個熱點(diǎn)問題，提出問題：可用于電動汽車的原電池種類都有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？這些種類的原電池的組成、電極反應(yīng)、原電池反應(yīng)是什么？今后要想在大范圍內(nèi)應(yīng)用電動汽車，作為關(guān)鍵技術(shù)之一的原電池未來必須攻克哪些方面的問題？然后留給學(xué)生幾分鐘時(shí)間思考討論，或在課堂講授之前提前安排學(xué)生查閱一些文獻(xiàn)。在討論中，有的學(xué)生提出采用多電子得失的電極材料來提高原電池容量，也有學(xué)生暢想快速充電的方法，也有學(xué)生對電池的回收再利用比較感興趣，總之通過師生間的這種設(shè)問、互動、解答，學(xué)生上課熱情很高，透徹理解原電池的基本原理的同時(shí)，還能夠?qū)W以致用，從原理上思考解決目前原電池存在的問題，無形中學(xué)生的創(chuàng)新能力得以提升。

2．4與探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)合的案例教學(xué)

在“工科化學(xué)”實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)大幅減少的背景下，多驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，探索、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)很少甚至沒有，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)方面的內(nèi)容不足。結(jié)合每章教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)問題，在理論教學(xué)過程中設(shè)置相應(yīng)的綜合性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的知識，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，更好地理解和掌握相關(guān)內(nèi)容。例如，在講授“沉淀－溶解平衡以及配位平衡”時(shí)，教師提前2周將設(shè)計(jì)K3［Fe（C2O4）3］的制備實(shí)驗(yàn)方案的任務(wù)布置給學(xué)生，要求每位學(xué)生根據(jù)已有的化學(xué)知識設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并自行查閱資料，就實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行充分研究，積極思考每一步反應(yīng)原理和操作過程。在課堂討論前1周收齊學(xué)生設(shè)計(jì)方案，教師評閱。從教學(xué)中收集的學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案來看，大多數(shù)學(xué)生確實(shí)查閱了不少資料，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案合理可行，而且實(shí)驗(yàn)方案也是多種多樣的。大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案中，選擇以硫酸亞鐵銨為原料，與草酸在酸性溶液中先制得草酸亞鐵沉淀，然后再用草酸亞鐵在草酸鉀和草酸的存在下，以過氧化氫為氧化劑，得到鐵（Ⅲ）草酸配合物，實(shí)驗(yàn)流程如下。（NH4）2Fe（SO4）2H2C2O→4結(jié)晶K2C2O→4FeC2O4•2H2OH2O2→40℃Fe2（C2O4）3•5H2OH2C2O4→乙醇K3［Fe（C2O4）3］有些學(xué)生提出了其他的合成路線，例如以三價(jià)鐵為原料制備K3［Fe（C2O4）3］。FeCl3結(jié)晶K2C2O→4FeC2O4•2H2OH2C2O4→乙醇→洗滌K3［Fe（C2O4）3］當(dāng)然也有些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案中存在著明顯錯誤和問題，教師通過審閱及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生更正。最后教師篩選幾個有代表性的實(shí)驗(yàn)方案安排學(xué)生課堂發(fā)言。將學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的類型劃分為不同的小組，并指定小組長負(fù)責(zé)組織和協(xié)調(diào)。教師通過互聯(lián)網(wǎng)的即時(shí)通訊手段（如微信群等）參與各個小組的討論。對于課堂發(fā)言的PPT，一般都經(jīng)過幾個回合的師生互動，教師提出建議，學(xué)生小組成員間討論，進(jìn)一步完善。在微信互動過程中，每個學(xué)生的觀點(diǎn)得到了積極表達(dá)和闡述，同時(shí)也學(xué)會了傾聽、交流和溝通。在課堂發(fā)言環(huán)節(jié)中，教師圍繞設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合所學(xué)的基本理論知識，通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)思考每一步操作的原理。比如，在FeC2O4•2H2O結(jié)晶過程中為什么引入K2C2O4溶液？H2O2氧化FeC2O4•2H2O的過程中為什么要在40℃，更高溫度可以嗎？加入草酸溶液，草酸鐵沉淀溶解，為什么再加入95％的乙醇，又有晶體析出？經(jīng)過上述問題的討論，學(xué)生既鞏固了已學(xué)化學(xué)知識，又對實(shí)驗(yàn)有了更深入的理解。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)方案的不唯一性，不同組學(xué)生提出了不同的合成路線，例如以三氯化鐵為原料相比以硫酸亞鐵銨為原料制備K3［Fe（C2O4）3］，合成路線簡化了很多，教師給予必要的點(diǎn)評，在肯定學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新精神的同時(shí)，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考以三氯化鐵為原料有什么不足的地方。在總結(jié)環(huán)節(jié)中，教師需將化學(xué)原理與實(shí)驗(yàn)案例相結(jié)合，總結(jié)點(diǎn)評每一條合成路線的特點(diǎn)和優(yōu)劣，談?wù)勛约旱囊娊猓瑔l(fā)學(xué)生多角度地思考問題，同時(shí)要求每組學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的不足以及改進(jìn)措施。在整個案例教學(xué)過程中，由于之前每個學(xué)生都對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了充分調(diào)研和思考，整體參與的積極性比較高，滿意度較好。

3案例教學(xué)模式的應(yīng)用效果

案例教學(xué)模式在我校工科化學(xué)教學(xué)中已經(jīng)實(shí)施了3年，學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性都很高，課堂氣氛活躍，期末成績及格率為100％，優(yōu)秀率也達(dá)到了35％以上。案例教學(xué)模式的實(shí)施結(jié)果表明，在基礎(chǔ)理論知識講授中穿插一些相關(guān)的應(yīng)用性案例是一種非常有效的教學(xué)方式。教學(xué)過程中的分析、討論以及總結(jié)等教學(xué)環(huán)節(jié)，不但有助于學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)理論內(nèi)容，也增強(qiáng)了學(xué)生的自學(xué)能力，激發(fā)了學(xué)生積極思考、主動參與、深入探索的欲望，有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。另外，案例教學(xué)也拉近了理論教學(xué)與生產(chǎn)、生活實(shí)踐的距離，真正做到了學(xué)以致用。但由于案例在課堂討論過程中需要花費(fèi)較多時(shí)間，在大班教學(xué)過程中，教師很難關(guān)注到每一個學(xué)生的反應(yīng)，因此，需要進(jìn)一步思考充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如微信群、QQ群等）的優(yōu)勢隨時(shí)加強(qiáng)與學(xué)生的互動討論、答疑解惑，對學(xué)生掌握和理解知識的狀況有充分的了解，便于課堂上針對性地解決學(xué)生共性的問題；同時(shí)，為進(jìn)一步提高課堂教學(xué)效率，增加課堂教學(xué)容量，節(jié)約教學(xué)時(shí)間，在課堂教學(xué)中積極引進(jìn)多媒體教學(xué)方式［9］也是必要的。

作者:康曉紅 程志明 李智 劉博 段武彪 單位:北京交通大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系

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