在平凡的實驗課程中發(fā)展學生的思維能力

王中一 梁平 游赟

摘要：分析了培養(yǎng)創(chuàng)新人才以及適應經濟社會發(fā)展需要的高質量工程技術人才的關鍵及方法，設計出有益于學生思維發(fā)展、應用能力、創(chuàng)新能力的“思→辨→行→升”的實驗教學方法，并以“離心泵串并聯測定實驗”為例給出了教學說明。

關鍵詞：創(chuàng)新人才；工程技術人才；實驗教學方法；發(fā)展學生思維

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0222-02

我校油氣儲運專業(yè)是培養(yǎng)卓越工程師的試點，其目標是培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量工程技術人才。然而傳統的實驗教學基本上都是“講→練”法（教師講解方法、學生循法操作），如此教學，很難培養(yǎng)學生的靈活應用能力與自主創(chuàng)新能力，很難達到卓越工程師的培養(yǎng)目標，因此本文試探討培養(yǎng)學生應用能力與創(chuàng)新能力的實驗教學方法。

一、教學理念思考

首先，培養(yǎng)應用、創(chuàng)新能力的根本是什么？有學者分別從人生的感悟、理論的研究給出了問題的答案：智慧。實際上錢學森先生在上世紀90年代就提出了“大成智慧教育”的設想，期望改革教育制度，縮短學制，培養(yǎng)青年一代具有高尚的品德和情操、高度的智能和創(chuàng)新能力，使人們在變幻莫測、錯綜復雜的21世紀中，能夠迅速做出科學而明智的判斷與決策，并能不斷有所發(fā)現、有所創(chuàng)新。當然錢老的“集大成”是一種很高的教育境界，就我國目前的教育資源與現狀的確很難攀登，但是“得智慧”這一知識經濟社會的訴求，即使再難卻也無法推脫，必須拼力追求。

那么如何教學才能使學生得到“智慧”？肯定的回答是：我們根本不可能直接“賦予”學生智慧！因為我們沒有辦法告訴學生：你如何提高自己的素質，你如何提高自己的能力，你如何去發(fā)明創(chuàng)造……不過，老祖宗留下的“潛移默化”一詞，早已揭示出深刻的哲理，只不過如此樸素而精妙的理念卻被當今的我們置若罔聞。所以筆者不探求深奧的理論，僅從如此樸實的思想中尋求有效教學的真諦。關于“潛移默化”，顏之推在《顏氏家訓·慕賢》中已經深刻論述：“潛移暗化，自然似之。”也就是說“人的思想或性格會不知不覺地受到環(huán)境的感染、影響而無形中發(fā)生變化”。因此，要使學生得到“智慧”，教學就必須營造充滿智慧的環(huán)境，如果我們在教學中設計出“具有整體性、連續(xù)性、生成性的，符合學生思維與教育規(guī)律的，有思想、有活力、有價值”的問題思考、問題解決、知識創(chuàng)生的過程，使學生在如此過程中動腦、動手，那么即能不知不覺地受到感染與影響，達到提高素質、發(fā)展能力、增長智慧的目的。這應是基本的教學理念，至于具體的教學方法，可以酌情選擇。對于實驗課來說，應該盡可能使用“自主，合作，探索”方法。

二、實驗教學設計

基于上述思考，結合試驗教學的特點，設計出“思→辨→行→升”的四環(huán)節(jié)實驗教學方法。

1.思，即思考環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)中要求學生在上課之前對即將實驗的問題進行自己的思考。基本做法：在課前給學生提出問題，要求學生根據所學知識，并且可查閱相關資料，對本節(jié)課的實驗內容做出預設性思考，如實驗設備的配置、試驗流程的設計、實驗結果的預測等等，目的是促進學生的思維，尤其是創(chuàng)造性思維的發(fā)展。需要注意的是要給學生安排足夠的思考時間，最好在上節(jié)課結束時安排為好。

2.辨，即辨析環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)中要求學生熟悉實驗環(huán)境且對比實驗環(huán)境反思自己的思考。基本要求：要求學生熟悉實驗環(huán)境，根據儀器、設備或材料的名稱或功能簡介分辨其功能或用途（顧名思義，也是一種思維能力）；要求學生比照實驗環(huán)境思辨自己的課前思考，反思或完善自己的思考及設想。教學環(huán)節(jié)：（1）準備：上課開始，教師首先對實驗設備或材料予以標示（一般的只標示出其名稱，特別的可予簡要的功能說明）；（2）活動：組織學生分組進行辨析活動，教師巡回參與到學生的小組活動中（不是領導者，而參與者——參與學生的討論，著重于把握時機、提出問題向學生“發(fā)難”，意在激發(fā)學生的思維），了解學生的理解度，發(fā)現學生的特別思維……（3）小結：補充學生的不足之處，強調所涉及的關鍵問題，等等。

3.行，即踐行環(huán)節(jié)。本節(jié)中主要是學生親歷實驗過程，也是實驗課的重要環(huán)節(jié)。教學環(huán)節(jié)：（1）強調操作規(guī)程與注意事項；（2）在教師的指導下學生動手實驗，對于重要、關鍵的操作要特別示范或強調。

4.升，即提升環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)中要求學生總結實驗所獲，掌握實驗的基本要求，提升思考及設想。教學環(huán)節(jié)：（1）學生分組總結：對實驗結果進行分析，談談自己的收獲與認識，反思思考及設想，交流對實驗過程及結果的不同看法或特別的想法。（2）教師做必要的提問、總結，說明實驗報告等事項的相關要求。

三、實驗教學案例

本文以“離心泵串并聯測定實驗”為例，給出“思→辨→行→升”實驗教學的具體過程。離心泵串并聯測定實驗是綜合油氣儲運工程現場操作知識與技能、工程流體力學原理、《油氣管道設計與管理》課程中關于離心泵串并聯工況知識點而進行的實驗，該實驗期望學生能夠進行泵串并聯的流程倒換，認識單泵運行、串并聯運行工況下流量、揚程之間的關系，并通過對比分析得出相應的結論。因此，本節(jié)課的實驗有“單泵實驗”與“雙泵串、并聯試驗”兩部分。

四、思考環(huán)節(jié)

根據實驗內容及要求，要求學生在課前思考以下問題：（1）單泵運行的流程設計，要做出管件選擇、管線設計及工藝流程圖。（2）現有兩臺離心泵，如果需要加大流量應該如何設計流程？如果需要加大揚程（或抽程）應如何設計流程？同樣要做出管件選擇、管線設計及工藝流程圖。（3）查詢規(guī)范，試擬離心泵的啟停操作步驟、全流程啟停、泵站內倒流程方案。方案要求做到設備操作安全、流程運行平穩(wěn)。（4）預測實驗結果。

五、辨析與踐行環(huán)節(jié)

上課開始，進入實訓基地，進行安全、紀律教育，發(fā)放勞保、安全等用品。

1.單泵實驗。辨析環(huán)節(jié)。（1）標注：上課伊始，教師首先標注出單泵管線上各個部件的名稱，并且酌情標注出特別部件的功能（要簡明扼要），如進口管線、進口閥門、余水管線（功能：管道排污）等等。如此設計的意圖是：①激發(fā)學生的思維能力，例如對于“進口閥門”，學生可以直接“顧名思義”地理解，但“余水管線”則比較抽象，所以即做簡要提示，期望學生對“管道排污”而“顧名思義”地辨析其在管線中的用途及意義。其實能夠“顧名思義”不僅是一種思維能力，而且也是一種應用能力，實際工作中，如果不能夠見事論事、觸景生情，那么就不可能很好地做好工作，更不可能迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。②激發(fā)學生自主學習、獨立思考的主觀能動性。（2）辨析：將學生分組進行，要求學生根據“標示”仔細理解、辨析試驗現場離心泵的管線流程，認真思考、辨析進口管線、進口閥門、余水管線、過濾器、止回閥、放空閥、壓力表、操作樁等管件的功能、用途及工作原理，并且對比試驗現場的管線設計思辨自己設計的優(yōu)缺點——優(yōu)點優(yōu)在何處、缺點如何改進等等。教師巡回參與學生各組的活動，注意做好調控局面、發(fā)現問題、激發(fā)思維、解答疑難等工作。（3）小結：首先展示離心泵啟停流程圖（圖1），使學生進一步系統地理解離心泵啟停流程，同時補充學生辨析中不足、強調管道線路中的關鍵等等。踐行環(huán)節(jié)：（1）用適當的方式（比如牌示）說明啟泵的操作規(guī)程及順序，強調閥門的開關操作要領，說明停泵的操作規(guī)程及基本要求。（2）指導學生進行具體的操作：離心泵的啟停、全流程啟停、泵站內倒流程、調節(jié)流量等操作，記錄各運行工況下的壓力流量參數，且確保數據的有效性。

2.串、并聯測定實驗。辨析、踐行環(huán)節(jié)。教學過程與第一部分類似。需要特別說明的是，一般地，兩臺離心泵聯合使用，串聯就是串聯，并聯就是并聯，是獨立的管線，但在泵站中并非如此，而是通過管路切換來實兩臺離心泵的并、串聯轉換。對此學生在思考環(huán)節(jié)中想到的可能是獨立的串聯或并聯設計，想不到管路切換方法。所以為了發(fā)展學生的思維能力，在“標記環(huán)節(jié)”中暫不標示管路切換裝置，而留給學生在思辨中自己去發(fā)現、認識與理解，當然，教師要注意酌情選擇指導方法，因為這是一個發(fā)展學生思維的重要的環(huán)節(jié)。

六、升華環(huán)節(jié)

1.學生小組總結：分析實驗結果，交流試驗心得，推選特別設計。

2.課堂基本檢查：（1）單泵與串聯比較；（2）單泵與并聯比較；（3）探討學生的特別設計。

3.實驗課后要求：（1）實驗報告要求：對單泵運行、串并聯運行工況下揚程流量變化的內在原因進行分析，繪制離心泵特性曲線及離心泵串并聯的特性曲線，比較離心泵串并聯后參數與單泵運行時的參數關系。（2）進一步反思自己的課前設計，對自己的特別思考及設計要書面寫出。

七、結束語

本文以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標，設計出“思→辨→行→升”的實驗教學方法，并以“離心泵串并聯測定實驗”內容為例給出了設計案例，此案例也充分體現了“自主，合作，探索”學習方法。實際教學表明，此方法調動了學生的學習積極性，給學生創(chuàng)設了思維空間，能夠較好地促進學生思維的發(fā)展，有益于學生應用能力的提高，很受學生歡迎。不過“思→辨→行→升”式實驗教學剛處于萌芽狀態(tài)，有待于繼續(xù)改進與提高，敬請專家、同行批評指教，期望此方法能為培養(yǎng)創(chuàng)新、應用型人才做出貢獻。