思維導圖在化學反應工程教學的運用

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摘要：以Xmind軟件繪制的“均相單一反應動力學”和“間歇操作的攪拌槽式反應器”知識點的思維導圖為例，展示思維導圖在“化學反應工程”教學中構建知識體系、拓展思維、提高學習效率的作用。

關鍵詞：思維導圖；化學反應工程；Xmind；教學

“化學反應工程”是化工類專業開設的一門綜合性、工程性和理論性很強的課程。課程以工業反應過程為研究對象，研究反應過程的技術優化、反應器設計和一般性規律?！陡叩葦祵W》《物理化學》和《化工原理》等課程是這門課程的先修課程。學習該門課程的主要目的是為設計、開發工業反應裝置、掌握反應技術及優化工業反應器操作奠定理論基礎。數學模型法是“化學反應工程”的主要研究方法。利用數學模型解決工程問題是這門課程最鮮明的特點。課程綜合性強、專業術語多、數學公式繁雜、知識領域廣泛，使這門課程公認為難教、難學。在實際教學中，導致學生學習興趣不大，學習動力不足。加之老師在授課時重理論輕實踐，教與學的效果大打折扣。在傳統黑板+多媒體教學手段下，如何提高學生學習興趣和學生參與意識，把學生從被動接受變為主動獲取學習狀態，是擺在教師面前亟待解決的現實問題。實踐證明，思維導圖的應用，可有效提高教學質量，幫助學生掌握“化學反應工程”的理論，提高學生的學習能力。本文以“均相單一反應動力學和理想反應器”為例，介紹思維導圖在課程的具體應用。

一、“化學反應工程”教改現狀

化學反應工程問題的研究方法主要是數學模型法，研究思路可以概括為：小試研究反應規律；中試研究傳遞過程規律；利用計算機或其他手段綜合反應規律和傳遞規律，建立數學模型；熱模試驗檢驗模型的等效性。數學模型常常涉及復雜的微積分公式，課程難度大，教學效果不佳。追其問題根源，課程難度大，課堂授課方法陳舊乏味，學生在教學環節主動參與度不夠，自主學習能力欠缺。教學效果的考核形式單一、教學評價不夠全面。針對化學反應工程傳統教學方法中存在的不足，教育工作者也做了很多探索，提出來一些解決辦法。［1］張麗麗等建議利用“互聯網+”時代混合式教學方法的經驗，提出線上與線下相結合進行學習、實踐、評價各教學過程的改革。［2］魏雨在雨課堂上進行了有效地線上線下相結合的教學嘗試。［3-7］張青瑞、歐陽金波、李倩、周業豐等學者把資源庫平臺、云班課、微課視頻、計算機仿真技術、繪圖計算軟件等現代化教學手段引入課堂，提高學生解決問題的能力。［8］程芹通過重新設計課程群實現了理論學習到實踐能力提升的轉變。這些改革的有效實施，一定程度改善了教學效果，提升了學生的實踐能力。針對“化學反應工程”教學存在的問題，本文嘗試通過在教學中應用思維導圖，研究、實踐此教學方法，以提高教與學的效果。

二、思維導圖簡介

思維導圖［9］，是英國著名教育家東尼•伯贊在1971年提出。思維導圖法透過思維綻放的水平思考及思緒飛揚的垂直思考，有效地將概念想法整合。在繪制思維導圖時，“關鍵詞”、“放射性思考的圖解結構”、“色彩”、“圖像”的合理設計是關鍵。思維導圖在教學中幫助學生在諸多知識點建立聯系，以求幫助學習者理解概念，發現問題、解決問題，進而提升思考的主動性。思維導圖能夠兼顧大腦豐富的形象思維和右腦的抽象思維，讓“心”門敞開，“智”慧無限。隨著思維導圖應用地越來越廣泛，繪制思維導圖的軟件也日益豐富。常見的軟件有MindMa⁃nager、MindMapper、IMindMap、Novamind、Mind⁃view和Xmind，等。多數軟件都適用于個人計算機Windows與Mac操作系統，也適用于平板電腦、智能型手機iOs、Android系統，兼容性非常好。在諸多繪制思維導圖的軟件中，Xmind屬開放原始碼的自由軟件，可從Xmind官網上直接下載：。

三、思維導圖在課程中的實踐

思維導圖應用在“化學反應工程”教學實踐中，可通過對學科知識系統化、條理化的梳理，清晰地展現出教學內容的邏輯結構，避免學生學習陷入只見樹木、不見森林的窘境。（一）知識點橫向展開?！盎瘜W反應工程”概念繁雜且抽象，高等數學基礎要求高。獨特的學科特點，要求學生具有提綱挈領的能力，能從學科總體上掌握框架，洞悉知識點之間的聯系。思維導圖是一種幫助學生梳理知識脈絡的好助手。本文將以郭凱等編著的“化學反應工程”（第二版）［10］中的第一章為例，繪制知識點在橫向展開的思維導圖，見圖1。以“均相單一反應動力學”為中心節點，以“基本概念”、“動力學方程”、“建立方法”、“反應器”為主要節點，建立的順序按照“化學反應工程”理論的認知規律展開，每一主節點再按照知識的邏輯內涵展開。其中“動力學方程的積分式”又是動力學方程積分法的基礎，思維導圖通過“聯系”把兩個獨立的知識點聯系起來。思維導圖清晰地展現了這一章節的框架，給學生提供了“一覽眾山小”的視野，克服在教學過程陷入教一點學一點的被動狀態。（二）知識點縱向深入。常見的理想反應器包含三種，間歇操作的充分攪拌槽式反應器BR，平推流反應器PFR，全混流反應器CSTR，這是“化學反應工程”教學重點所在。為了弄清理想反應器的內涵，本文僅以“間歇操作的充分攪拌槽式反應器BR”為例，繪制BR的思維導圖，縱向上展示BR知識的內涵，見圖2。首先通過一張釜式反應器示意圖展示出BR的結構及核心部件，接著闡述此反應器的特點，給出設計性方程，最后展示設計性計算的關鍵步驟。BR思維導圖的四個分支，突出展示出BR理想反應器的重點，并以此向深延伸，向周圍擴展。BR思維導圖在教學中的實踐可強化學生對此概念的理解，培養學生的發散思維。

四、結語

本文以Xmind思維導圖繪制軟件為工具，繪制了“化學反應工程”中“均相單一反應動力學”知識點橫向展開思維導圖和“間歇操作的攪拌槽式反應器BR”縱向思維導圖。通過思維導圖的引入，將零散知識點進行拓展延伸、深層挖掘、建立關聯，使學習過程從一維空間向二維空間延伸，提高學生學習效果，提升學生的創新思維。

參考文獻：

［1］張麗麗，蘇瓊，張胡彬.“互聯網+”時代化學反應工程的混合式教學探索［J］.山東化工，2019，48（24）：161，163.

［2］魏雨，張景迅，馮先濤，王世兵，等.工程認證背景下基于雨課堂的化學反應工程課程建設探索［J］.化學工程與裝備，2020，（04）：302-304.

［3］張青瑞，劉凱，王偉文.MATLAB在化學反應工程中的應用［J］.教育教學論壇，2019，（30）：189-190.

［4］張青瑞，劉凱.計算軟件在化學反應工程教學中的應用［J］.化工高等教育，2019，36（04）：90-95，105.

［5］歐陽金波，周利民，熊國宣，劉峙嶸，等.“互聯網+”時代背景下的《化學反應工程》雙語微課教學探索［J］.教育教學論壇，2018，（51）：187-188.

［6］李倩，楊西萍.現代化教學手段在《化學反應工程》課程中的應用［J］.山東化工，2019，48（20）：207，209.

［7］周業豐，陸宇劍，胡夏一，等.基于多層次過程強化的化學工程教學改革探討［J］.化工高等教育，2020，37（02）：84-87.

［8］程芹，吳明元，孫松，魏宇學.工程教育專業認證背景下“化學反應工程”課程群的構建［J］.合肥學院學報（綜合版），2020，37（02）：118-122.

［9］孫易新.思維導圖應用寶典［M］.北京：北京時代華文書局，2015：285-291.

［10］郭鍇，唐小恒，周緒美.化學反應工程（第二版）［M］.北京：化學工業出版社，2008：4-35.

作者:曹玲 周婷婷 李學琴 單位:昌吉學院化學與應用化學系