積極教學法在“煤化學”課程設計中的探索與實踐*

馬玉苗，周 肖

(新疆工程學院化學與環境工程學院，新疆 烏魯木齊 830091)

堅持把立德樹人作為教育的根本任務[1]，是習近平總書記關于教育的重要論述之一。新時代要求學校做到“五育融合”，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人[2]。作為高校教師，應該積極實踐中國特色社會主義教育理論，在教育教學中探索培養時代新人的有效教學活動。

“以學生為主體，以教師為主導”是引領有效教學活動的教育理念[3]。筆者以世界銀行項目中劍橋教育的“積極教學法”培訓的理念為基礎，在《煤化學》的教學中堅持以學習目標為導向，積極實踐導向性點名提問、改良版頭腦風暴、小組討論、自主學習、翻轉課堂、思維導圖等發揮學生主體作用的教學活動，適時融入德育元素，引導學生樹立正確的價值觀和人生觀。

1 立足地方經濟，定位教學目標

新疆煤炭資源豐富，探明儲量約占全國總儲量的40%，居全國首位。神華集團、徐礦集團、河南煤業化工集團、中煤能源集團、保利能源等大型煤化工企業均入駐新疆。以神華為代表的300萬噸/年的煤制油項目和68萬噸/年的煤制乙烯項目、新疆中泰能源的180萬噸/年的煤制甲醇項目、新疆慶華 55億m3/年的煤制天然氣項目均已投產。新疆工程學院立足服務地方經濟需要，將化學工程與工藝專業人才培養目標定為煤化工產業應用型人才。目前，化學工程與工藝專業是新疆維吾爾自治區和新疆工程學院重點發展的一流本科專業，《煤化學》是該專業的專業核心基礎課程之一。經過多年的建設，《煤化學》已成為新疆工程學院的一流本科建設課程。該課程主要任務在于深入了解煤的生成過程對煤的結構和組成的影響，研究煤的物理性質、化學性質和工藝性質對煤炭加工的影響，理解煤炭的分類，解釋煤炭利用過程中的各種問題，使煤炭資源得到合理和有效的利用，為學生畢業從事煤質分析和煤化工生產工作奠定基礎。

2 根據教學目標，安排教學內容

成煤物質和成煤過程決定了煤的結構和組成的復雜性，而煤在加工利用過程中所表現出來的物理性質、化學性質和工藝性質又是由煤的結構和組成決定的[4]。為了合理利用現有的煤炭資源，根據各項性質來指導煤炭的合理分類即煤的用途無疑是最有效的方法。因此，煤的形成、結構、組成、性質和分類構成了一個完整的知識框架體系[5]。知識框架體系建立后，每次的教學活動不再是一個單獨的個體，而是相互之間有聯系的有機整體。

筆者根據課程內容將每次教學活動設計成知識導入、主體部分和總結檢測三大環節。提問回顧已學，過渡引出當日要學內容；主體部分采用導向性點名提問的啟發式教學、小組討論或案例分析的互動式教學、以慕課為平臺的任務式教學等教學方法；最后以思維導圖的形式進行總結，結合學習目標的檢測構成一個完整的閉環體系。學生是教學活動的主體，而教師是教學活動的策劃者和引導者，負責激發學生完成各項任務，達成教學目標。學生通過獨立思考、小組討論、分析總結等方式完成任務，使“教學型”向“學習型”轉變，以“學”為中心，學生在各項課堂活動中，建構自己的知識體系，培養終身學習的能力。學生在“學習型”活動中還能培養團結協作、分析問題，總結觀點、語言表達、自主學習和實踐操作的能力；在潤物無聲的德育元素浸潤下，形成愛國愛疆的家國情懷，珍惜能源的社會責任感，勇于創新、科學嚴謹的工匠精神；實現價值觀和方法論的同步同行。

圖1 《煤化學》的課程理念與建設思路

3 設計教學環節，引入德育元素

3.1 煤化學第一課——家國情懷

煤化學第一課的關鍵任務是激發學生對本課程的學習興趣。教師首先讓學生思考對本門課程的期待，然后對同學們頭腦風暴式的提問進行一一解答。在解答的過程中貫穿煤化學的主要內容，因勢利導地將我國和新疆的能源分布狀況、習近平總書記在聯合國大會上提出的“雙碳目標”(2030年前碳達峰，2060年前碳中和)[6]和在第三次中央新疆工作座談會的講話精神等相關信息以問題的形式反拋給學生。在這樣互動的過程中順其自然將我國和新疆的能源現狀及利用中的問題呈現出來，潛移默化地引導學生學習煤化學的熱情，學好專業知識，合理利用煤炭資源，提高煤炭的利用效率，樹立為新疆的能源發展和降低碳排放而努力的家國情懷。

3.2 煤的工業分析——工匠精神

煤的組成和性質部分是煤化學課程的主體，課程德育則主要結合煤的實踐分析及其應用，讓學生在實踐操作中體會安全操作的重要性、科學的嚴謹性、數據分析的客觀性，培養同學們精益求精的工匠精神。以煤的工業分析為例，其主要內容是測定新疆某煤礦煤樣的水分、灰分、揮發分和固定碳的含量。實驗過程由實驗室安全教育(約10 min)、提問導入(約10 min)、分組實驗(約50 min)和數據分析(約20 min)四部分構成，整個實驗過程以學生為主體設計的教學過程。具體實施過程如下，在安全教育中先以近期發生的相關安全事件引入，如南京航空航天大學2021年10月24日發生的爆炸事件，引起學生對安全的重視，然后示范干燥箱和馬弗爐的安全操作。學生進行分組實驗之前，以導向性點名提問的形式檢查學生實驗的準備和預習情況。隨后學生自己動手開展不同的實驗內容，教師不需要講解，只需全程督導和回答疑問。學生往往在最后數據處理的時候缺乏足夠的耐心，此時引入獲第四屆諾貝爾物理學獎的英國物理學家—瑞利因小數點后第三位數字的誤差從而發現氬氣的事例[7]，引導學生無論是做實驗還是處理數據都不能粗枝大葉，要有精益求精的工匠精神才能有新發現。

3.3 煤的物理性質和物理化學性質——學以致用

“學以致用”與“用以致學”中的“學”都有認識、理解、掌握、覺悟和領會的含義[8]。如何利用煤的物理性質和物理化學性質解決煤炭利用中的一些問題是煤化學的教學目標之一。此部分內容包括煤的密度、硬度、熱性質、電磁性質、光學性質、潤濕性和孔隙率等內容，特點是多而雜。如果教師單方面講授這些內容易使學生產生厭煩的情緒，不利于學生的理解和掌握。鑒于此，教師可將此部分內容設計成翻轉課堂，提前將各種性質及其在生產實踐中的應用以任務和要求的形式布置給已經提前分好的小組，各組學生根據任務進行分工協作，查閱資料，歸納知識，找出應用實例，最終以PPT的形式匯報展示10分鐘。展示的過程中，交流的同學隨時接受其他組的同學提問，教師負責各環節的節奏把握和內容的正確性的引導。學生通過任務的完成過程鍛煉了溝通能力、自主學習能力和理論聯系實際的能力，提高了團結協作的意識，體會到了理論知識在實際生產中的應用。在最后的總結中，教師還可以畫龍點睛地指出煤炭的洗選可以利用煤的性質有密度、磁性質或潤濕性，具體選用哪種性質要根據實際條件去選擇，根據此例引導同學們不但要“學以致用”還要“用以致學”。

3.4 煤的加氫——使命擔當

劍橋教育推行的“積極教學法”與PBL(Problem-Based Learning)教學模式和CBL(Case-Based Learning)教學法的主旨相同，均是教師設計教學活動，以完成學習目標為導向、學生為中心的參與式學習[9]。煤的加氫是煤的化學性質之一，是煤直接液化成油的理論基礎。學習目標的設定要求可測量，完成主體明確，給學生展示的時機恰當，檢測環節必不可少。比如煤的加氫的學習目標可設定為：通過本節課學習，學生能夠說出煤與油的區別；解釋煤變油的基本原理；分析煤加氫的反應歷程和影響因素。煤變油是實現煤的清潔利用的有效手段[10]，如何在同學們學習的同時激發他們的使命擔當，需要適時地引入德育元素。

教師首先通過問題“我國的化石能源儲量現狀如何？”提問導入煤的加氫的目的。我國目前的能源結構的特征是“富煤少油”，是全球最大的原油進口國，將近三分之二的石油需要依賴進口。通過相關新聞小視頻引導同學們認清我國能源安全形勢，增強同學們的社會責任感；根據我國能源的儲備狀況，找出解決的辦法，讓同學們意識到合理利用、保護資源的使命擔當。

煤的加氫內容的主體部分由三個不同方式的學生活動構成。首先采用改良版頭腦風暴法要求各組輪流地說出煤與油的區別，教師在黑板上列出各組答案(可歸納為狀態、元素組成、分子結構和相對分子量四個方面)的同時引導學生歸納出兩者區別的原因和探索煤變油的方法，進而推出煤直接液化的原理為熱解加氫。神華鄂爾多斯的煤直接液化項目是全球唯一百萬噸級煤直接液化的示范項目，通過此項目相關的視頻介紹，提升學生理論聯系實際的能力，增強學生的民族自豪感和使命感，提高學生對本專業課程學習的積極性。其次對煤直接液化反應歷程的學習采用自主學習的方式進行，學生帶著教師的三個問題：(1)主反應路線？(2)副反應路線？(3)如何控制工藝條件減少副反應的發生？)進行4 min的相關內容閱讀，然后2分鐘的組員互相提問解答，2分鐘的老師解答疑問，通過此項活動可以提高學生有效閱讀和獲取關鍵信息的能力。然后煤的加氫的影響因素是先將各因素分配給各組同學進行討論后進行匯報的形式完成，讓同學們在活躍的課堂氣氛中突破難點，提升合作溝通和歸納總結的能力。

課程的最后，教師以導向性點名提問的形式檢測學生的學習目標是否達成，并將各知識點以思維導圖(圖2)的形式呈現在黑板上，幫助學生建立神經元的知識體系鏈接。

圖2 煤的加氫知識點思維導圖

4 結 語

本文針對應用型本科培養的要求，兼顧價值觀和方法論的重要性，建立智育和德育并行的煤化學課程建設思路，將積極教學法和德育元素相結合。靈活運用導向性點名提問、改良版頭腦風暴、小組討論、自主學習、翻轉課堂、思維導圖等方法進行教學活動的設計，分別將家國情懷，工匠精神，學以致用，使命擔當四個德育元素融入到課程教學案例過程中，力求在學生學習專業課知識的同時，鍛煉終身學習的能力，接受到思想品德的培養，提高精神素養，能夠成為德才兼備的新時代建設者。