邱进伟

【摘 要】介绍了问题链教学模式的概念，设计问题链时的基本要求。从工科院校教学功能的角度出发，研究不同的问题链类型，并将该模式应用于工程热力学课堂教学中。以问题为主线，将课堂教学内容经过提炼和加工，然后设计成若干个教学问题，形成一定的逻辑链条。问题链教学模式避免了教师“灌”，学生“收”的单一被动接受的弊端，问题链教学模式适用于高校讲授型的课堂教学。

【关键词】问题链；教学模式；工程热力学；教学功能

工程热力学是研究热能和机械能相互转换规律的一门学科，课程设计的内容面广、概念抽象、晦涩难懂，相对一部分学生学习起来有一定困难[1]。工程热力学课堂教学中，大部分教师采用的是“教师讲，学生听”的教学模式，这种传统的教学模式在高校是普遍存在的。这种教学方法忽略了学生的“问”，从而导致学生缺失应有的存疑、批判、想象和创造的学习过程。长此以往，就存在教师“灌”，学生“收”的单一被动接受的弊端，这样就是容易造成学生创新能力和解决实际问题的能力不足等问题，这往往与工程热力学的课堂教学效果背道而驰。英国哲学家波普尔说：“科学知识的增长永远始于问题，终于问题”[2]。那么，对于要讲授的课堂教学内容，如何重新设计，形成若干个未知的教学问题，以问题为中心展开教学，让问题贯通整个教学过程呢？笔者采用了问题链教学模式进行工程热力学教学研究与实践，并对各种不同的问题链加以运用。

1 问题链的教学模式

1.1 问题链教学模式的定义[3-4]

何谓问题？问题是一个障碍、一个有待完成的目标，即“问题=障碍+目标”。所谓“问题链”是教师根据课程教学目标，通过将教学内容进行提炼，并设计成一连串的问题，引导学生对课程知识点进行对比、分析、综合和概括，问题链就是这些像锁链一样的问题集合，问题链就是围绕某一个教学目标，开发出来的一连串层层深入的问题集合体。因此，开发出来的问题应该环环相扣、由浅入深，而且应该具有多元性、多角度，分层次等特点，问题的编制应宜粗不宜细，问题要少而精。问题链要能达到引导学生对旧知识点的回忆和重构，并对新知识点的探索和思考的目的，起到开发学生创造性思维的作用。

1.2 问题链的设计要求

问题链的设计不是随机的，任意的，必须具有一定的逻辑顺序，设计的问题链能方便教师引导学生。问题链的设计要求如下：

1）问题链应明确教学目标，突出本节课的重点、难点；

2）设计的问题链必须对学生有驱动性和启发性；

3）问题链的设计需要具有层次性、递变性、情境性、可行性；

4）问题链应具有趣味性、新颖性，能集中学生的注意力、激发学生的求知欲。

2 问题链教学模式的应用

“问题链”在功能和形式上多種多样，其设计也因“问”而异。工程热力学课程内容比较多、概念活，研究对象为气体，根据工程热力学教学环节，基于教学立意，围绕教学中心，从而设计不同的问题链类型[5]。根据教学环节和教学立意设计，笔者在工程热力学这门课设计的问题链主要有：引入性问题链、探索性问题链、情境性问题链、类推性问题链、总结性问题链等。

2.1 引入性问题链

传统的引入性方法是直接从前一节内容开门见山引入本节教学内容，方法往往枯燥乏味。引入性问题链就是教师将旧知识点直接平滑连接到后续的知识点上，引导学生的注意力，唤醒学生找出问题答案的求知欲而设计的问题链。

讲授水蒸气的热力性质时，教师可以以某一发电厂为出发点，引入教学内容，采用该教学模式实施课堂教学，具体教学设计如下：

问题1：同学们每天都用电，很多电都是由热能转变而来，那么你们知道热能是如何转变为电的吗？

问题2：发电厂有哪些主要的热力设备，各设备功能是什么样的？这些热力设备中的循环工作的工质是什么？这些工质是如何把热能转换成机械能发电的？

问题3：工质的热力状态发生了哪些变化，其变化过程中，工质发生了哪些基本的热力过程？

在教学中，教师先拿出一个大家都熟悉的发电厂发电的话题，让学生在开放的氛围中展开思考；接着通过展示热力发电厂的相关图片或播放录像，边看边向学生解释燃煤发电厂工作过程；然后通过PPT向学生展示蒸汽动力装置示意图，如图1所示。根据蒸汽动力装置流程简图向学生介绍水蒸气动力循环的系统组成、工作原理及循环在T-s图和p-v图上的表示方法。

2.2 探索性问题链

探索性问题链是设计一些具有探索性和趣味性的知识问题。这种教学方法能引导学生进行探索学习，同时能培养学生的创新能力和探索精神，探索性问题链能使学生从现象探索事物的本质。

在讲授“湿空气”时，教师先让学生思考简单的生活问题，由此提出探索性问题让学生展开讨论，通过教师对实例启发性的分析，把枯燥的理论变成具体的实际问题。由此，教师设计如下问题链：

问题1：为什么阴雨天晒衣服不容易干，而晴天则容易干呢？

问题2：什么是湿空气？什么是干空气？如何理解水蒸气的含量是变量这一问题？

问题3：未饱和湿空气和饱和湿空气有什么区别？水蒸气的分压力和温度有何关系？由此得出什么结论？

教师通过生活实例，向学生解释：“阴雨天环境空气湿度大，空气吸取水蒸气的能力差，所以阴雨天晒的衣服不容易干。晴天则恰恰相反，所以容易干”。教师让学生对湿空气相关概念进行理解、探究，引导学生去分析。留有足够时间和空间让学生去思考分析，争论探讨，提炼拓宽，训练学生思维的深刻性。

2.3 情境性问题链

情境性问题链就是教师设计或引入特定的生活情境，使学生产生一定的求知欲。精心设计的情境可以使学生从情境中挖掘出新知识点，从而帮助学生更好进入新知识点的学习。

为了让学生掌握压缩制冷循环这一知识点时，首先展示一幅错误安装空调室内机和室外机的的图片，如图2所示。针对这一生活情境，设计如下问题链：

问题1：同学们来看一下这幅图，图中，室内机和室外机的安装是否正确，为什么？那么这样安装会产生什么效果，为什么？

问题2，：压缩机制冷循环的是如何实现房间制冷的？压缩制冷循环的工作原理？各经历了哪些循环过程？

问题3：如何利用P-V图和T-s图来表示压缩机制冷循环过程？制冷系数如何确定？

教师利用这种贴近生活、富有吸引力的情境图片，让学生思考空调机安装存在的问题；接着向学生解释为什么该安装方式不正确。根据制冷循环的原理，空调内机吸热，外机放热，二者理想是相等的，实际算上管线电路损耗什么的是放热大于吸热的，因此安装该空调后产生的效果是房间只会越来越热；然后通过图3向学生解释压缩机制冷循环是如何实现房间制冷，其工作原理，具体的循环过程及压缩机制冷循环的P-V图和T-s图，制冷系数的计算。教学方法是通过情景图片演示、问题分析、问题探讨，引导学生追踪过程、发现规律、得出结论；从而到达使学生完全掌握这一知识点的目的。

2.4 类推性问题链

类推性问题链是指通过一类事物所具有的某种属性推测出与其类似的事物属性，由此所产生的一序列问题，此类问题链需要满足条件是两个问题或者现象具有一定的相似性。

在讲述工程热力学的熵增原理时，为了让学生掌握熵增原理的概念，列举了教材上一个实例，如图4所示，由此设计了如下问题链：

问题1：将隔板抽去后，气体将如何变化？若将A容器里面装满跳蚤，同样将隔板抽去后，跳蚤将如何变化？

问题2：对于问题1和问题2，若达到平衡后，能否自动恢复以前状态？这种现象说明什么问题？

问题3：熵增原理是什么？

为了让学生掌握热力学第二定律的熵增原理的方向性，教师引入贴近生活的跳蚤现象，利用熵增原理和跳蚤现象的类比，从而达到解释自然过程的方向性，即一切过程的发生都是沿着熵增加的方向进行，自然的过程是不可逆的。上述问题链是通过类推等方法使学生掌握课堂知识，从而达到理解科学知识的作用。

2.5 總结性问题链

总结性问题链是教师在课堂快要结束时，采用逻辑方法把知识点串联起来从而形成知识系统的问题链。其目的是帮助学生总结知识和达到巩固知识的目的。通过问题链的设计，能够系统性归纳、总结那些分散和孤立的知识点，并对学生分散的知识进行了梳理，从而形成相互联系的整体。

在复习理想气体的热力过程时，有的教师会按照教材的顺序来复习概念、影响因素及其原因分析。而有经验教师会通过总结性的问题链展现出来。

问题1：工程中存在哪些主要的热力过程？

问题2：这几个热力过程各自有什么样的特点，过程方程形式是什么？

问题3：热力过程中的状态参数p、v、T、？驻u、？驻h、？驻s和过程量Q、W分别是如何计算的，上述过程如何用p-v 、T-s图表示？试着总结出多变过程原理。

上述的问题是依据总→分→总的形式策略归纳出理想气体的热力过程的内容的。这种问题链能激发学生归纳总结知识及发散学生的思维，教师经常设计总结性问题链能培养学生梳理知识、理解知识、归纳知识的学习习惯。

3 问题链教学模式的实施效果

问题链教学模式遵循“产生问题→分析提出问题→引申扩展→提出新的问题→分析解决问题”循环规律，以问题为中心，通过问题的层层递进，将知识变为教学问题。问题链教学模式的核心是激发学生思维活动，教师如何设计问题链，直接影响到模式的教学的效率和质量。笔者改传统的教学模式为问题链教学模式后，学生学习工程热力学的主动性和积极性都有所加强，主动参与学习的人数也明显增加。教学实践证明，问题链教学模式值得在工科院校中应用和推广。

【参考文献】

[1]耿凡，王迎超.“工程热力学”课程的研讨式教学改革[J].中国电力教育，2013（5）：76-77.

[2]袁振国.教育新理念[M].北京：教育科学出版社，2002（7）.

[3]鄢红春，李定国.问题链教学模式及其在物理教学中的应用[J].物理与工程， 2011（2）：54-56

[4]徐文毅.问题链式教学模式在工程力学课程教学中的应用[J].武警学院学报， 2014（1）：73-76

[5]朱家海，谢军.“问题链”式教学方法[M].西安： 陕西人民教育出版社，2006.

[责任编辑：田吉捷]