“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用_马玲.pdf

马 玲 等.“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用2023,Vol.37,No.3收稿日期:20220531基金项目:山西省高等学校教学改革创新项目(J2021624,J2021640);晋中学院教学改革创新项目(Jg202042)作者简介:马玲(1979),女,博士,副教授,主要研究方向为化工基础实验教学,E-mail:maling ;通信作者:杜意恩(1978),男,博士,副教授,主要研究方向为化学教育教学管理,E-mail:doi:10 16597/j cnki issn 1002154x 2023 03 022“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用马 玲 张保柱 路 敏 白 杨 杜意恩(晋中学院 化学化工系,山西 晋中 030619)摘 要 学习是人脑的主要功能。作者从脑的运作模式的角度,结合化工基础实验的教学经历,分享促进学生高效学习的方法:遵从基于脑的学习的教学理念,通过脑细胞之间的大量连接发生信息传递,为大脑的学习创造更好的环境;利用脑的社会性功能促进合作式学习,结合化工实验课程的具体操作,从教学参与者(教与学)两个角度分析基于脑的学习的优势,促进教学过程,完善教学体系,实现教与学共同进步的目标。关键词 基于脑的学习 自主学习 化工原理 实验教学 参与者中图分类号:G642 文献标志码:A 国家中长期教育改革和发展规划纲要(20102020 年)明确提出“高等教育质量的提升”是目前我国高等教育发展的核心任务。大学生学习成果成为高等教育质量评估的一项核心内容。大学生学习成果的呈现需要以大学生课程学习为基础,实践教学为辅助,综合应用为支撑。朱莲花1提出以充分的课堂教学准备为出发点、多样的课堂教学支持为切入点、科学的课堂规制教学为结合点、促进学生投入为落脚点、系统的外部保障为支撑点,可提升大学生学习成果。张莉梅、石清湘、高爱萍等分别从化工原理实验教学的教学理念、激发学生学习动力、利用教学资源优势多方面引导等方面对化工原理实验课程进行改进2 4。在本论文中,作者提出将“基于脑的学习”应用于化工原理实验教学中,并指出如何“基于脑的学习”的特点,遵从脑的工作原理和特点,提高学习效率,增强学习能力5。作者从“学习是大脑的工作”的角度探讨影响大学生学习的主要影响因素,结合“化工原理实验”课程,以教学参与者的身份,提出更有利于“化工原理实验”课程的意见,用来提升教师和学生的积极性,有利于大学生学习成果的输出。1 明确学习任务是谁的工作学习是大脑的工作。大脑的学习能力是无穷的,但在实际学习过程中,总是会遇到各种各样的障碍。学习变得如此困难是因为我们没有掌握好大脑学习的方式,没有认清大脑学习工作的模式。Caine 等6认为“基于脑的学习”是指“承认大脑有意义学习的规律,根据这些规律来组织教学。”一项具体的教学程序或方法可以是基于脑的,也可以不是基于脑的。他们认为,如果教师在运用合作学习的方式时,综合考虑智慧与情绪的因素,要求学生自然地解决有意义的、在智力上具有挑战性的问题,那么它就是基于脑的;如果严格地限定与控制学习过程,学生参与的具体活动是为了寻找预设的结果,那么它就不是基于脑的。尽管脑科学的发展不断取得新的突破,但是在实际应用中,人们仍旧依循固有的旧思想和无意识的行为,将知识的落实和技能的操作作为目标。虽然此过程中大脑也参与了学习,但是大脑可能并没有创建它所寻求的那种自然连接。据此,教师需要有意识地更多地将基于脑的教学理念应用于教学实践中,引导学生充分调动自己的脑细胞,使其处于“基于脑的学78第 37 卷第 3 期Vol 37,No 3化工时刊Chemical Industry Times2023 年 6 月Jun.2023 2023,Vol.37,No.3教改论坛习”中,才可以领会其中更深的意义。2 如何有效地提高学习效率从大脑学习的角度来看,提高学习效率就是要从事基于脑的学习。我们从以下几个角度进行讨论。2.1 基于脑的学习基于脑的学习是一种基于脑的结构和功能的学习理论,旨在向学生提供适合大脑加工过程的学习机会。基于脑的教学强调的是真实世界的情境,学生在这里能够不断地与真实世界的丰富性与多样性际遇,课堂不再是缺乏真实性的乏味场所。这种学习常常是快乐的体验,学生具有较高的自我动机。目前的学习更多的是将学习独立于生活之外,把学习孤立起来。这不是基于脑的学习的出发点。基于脑的学习承认并鼓励大脑整合大量信息的能力,将学生的生活与学习紧密连接,使学习者全身心投入具有挑战性的学习过程中,同时充分调动学习者的智力、创造性、情绪和生理方面的作用。以化工基础课程教学为例,“化工原理实验”课程在时间上与“化工原理”理论课程同时进行,也就是说学生在没有相关的理论知识的情况下进行实验课程的学习,这给实验课程带来了一定的难度,但同时也带来了生机。我们鼓励学生进行联想,把自己遇到的知识与自己生活中的事情联系起来。比如雷诺实验,我们不选择工厂的管道,而以农村的灌溉水渠、小桥流水等人们熟悉的生活场景为例,通过这些事件引领我们进入一个更贴近生活的环境去认识流体。经过大量的教研组活动,教师集体备课,多方面取证后,我们确定了“化工原理实验”课程的实验方案如下:预习实验(提出问题)实验讲解(熟悉内容)实验操作(接触理论)数据处理(分析总结)思考习题(查缺补漏,解决问题)实验报告(整理归一)。预习实验不仅仅要明确实验目的,了解实验操作,知道注意事项等,还要带着好奇心,浸入式地用基于脑的学习方式去探究学习内容。这是一种内心的驱动力,有意识地带着这样的理念去进行学习。这样做的过程本身就是学习如何使用“基于脑的学习”的过程,即让自己的意识集中于“基于脑的学习”的意念,进而在一种主动的状态下进入学习状态。学生实验中的数据处理不是简单地将数据记录下来,代入公式计算得出结果,画出图形,核对结果是否与原先的设想一致。将“基于脑的学习”应用于数据处理,学生首先分析数据的来源以及数据之间的关系,再根据这些信息,找到结果。在基于脑的学习的驱动下,学生会跟着自己的好奇心主动地寻找关系,就像玩游戏一样,总是带着好奇心从一关冲向下一关。在此,学生用 Origin 软件对所有数据进行处理。Origin 软件有强大的数据拟合和立体绘图功能,部分实验可以做出立体图形,这些极大地刺激了学生的求知欲,让学生自发地进入到“基于脑的学习”中。学生们做出图形后的喜悦,对各式各样的结果的诧异都是他们主动浸入式学习的结果。这是一种快乐学习的表现。2.2 脑细胞间的信息传递基于脑的学习是体验丰富的、复杂的环境,学生在真实的学习环境中,全身心地体验这种过程,这种体验同时刺激着大脑中的神经细胞的连接,当大脑积极投入到学习中时,学生获得的不是知识,而是深层次的理解和意义。更重要的是大脑将这种体验通过信号传导,令神经细胞之间发生了更多的连接,记忆也同样会被记录,反复多次后,大脑会自主地进入到这种学习模式中,形成良性循环。在复杂的环境中,基于脑的学习激励学生全身心地投入其中,并刺激着他们勇往直前。在传热系数测定实验中,教师在学生的学习过程中深切感受到这一点。传热仿真实验中,通过空气与水蒸气简单套管换热器的实验模拟测定,要求掌握对流传热系数 i的测定方法,其中数据处理需要运用线性回归分析,确定关联式 Nu=ARemPr0.4中常数 A和 m 的值。这个仿真实验需要处理的数据较多,数据之间的关联性较大,例如:努塞尔数 Nu=l,雷诺数 Re=du,普朗特数 Pr=Cp。线性回归的概念,学生们仅在高等数学中学习过。开始时学生有些紧张,担心做不好,教师提醒线性回归方程在此处的意义,学生们进行了交流。在随后实验过程中,他们慢慢地发现了其中的规律。个别同学提出了疑问,教师对其进行讲解。之后学生就全身心地投入到数据处理中。当时他们都是沉浸式的学习,处于忘我的学习状态。学生处理数据过程中,教师仅仅针对性地对有疑问的同学进行个别指导,当他们最后得出自己的数据图时,都兴奋地分享成就和喜悦。2.3 脑的社会性人类的社会性影响着大脑,使得大脑也具有社会88马 玲 等.“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用2023,Vol.37,No.3性,社会关系对大脑学习的影响至关重要。研究表明,基于脑的学习注重构建学习共同体,倡导合作学习。基于脑的学习环境还重视向学生提供适当的挑战。适度的挑战有助于形成神经细胞之间的联结。放松的、没有威胁的学习环境可以消除学生对失败的恐惧,对自我信心不足的畏惧,可以让学生摆脱这些与学习本身无关的情绪的困扰,促进大脑正常工作。研究发现,当人跳出了情绪的困扰之后,面对学习本身时,大脑才能发挥它的巨大作用。“化工原理实验”课程是分小组学习的课程,在小组成员的协同下,共同完成实验目标。实验过程除了学生学习本身之外,更重要的是交流。通过交流,提供一个交换意见的平台。交换意见除了知道和表述自己的想法外,还要了解他人的观点。这个过程对学习者来说是一个挑战,它可以挑战自己的认知,拓展自己的思维,提高自己的技能。面对意见相左的情况,学生怎样处理,能否利用这个环境,促使学生正向积极地面对意见相左的境遇,对教师而言同样也是一种考验。在教学中,作者经历过多种情况,有接受不同意见的,有争吵过后达成一致的,也有完全不能接受彼此提出更换队友的,还有各自完成实验的。出现这些情况,教师当时不予干预。实验结束后,学生需要思考反思,在下一次实验课时和教师交流。此时学生都会说出他们自己的真实想法和对这件事情的反思。这样实验课程不仅仅是实验课程本身,更像是学习者交流心得的过程,学习在竞争的环境下,如何能更好地表达自我的过程。通过正向表达,可以调动更多的脑细胞参与神经联接,激活更多的脑细胞参与学习。2.4“言语话”的重要性书写实验报告是梳理个人思路、展现自我观点的过程。“言语话”过程是一个整理的过程,大脑的思维、语言的逻辑、书写,是将整个事件统一化的过程。实验报告是一个整理过程,同时也是提出问题、分析问题和解决问题的过程。实验报告是反思和总结经验的机会,也是把成果分享与他人的机会,交流的机会。采取“平时考核+实验项目+期末闭卷笔试考核”的考核评价模型7,着眼于考查学生对所学知识的理解和灵活运用,综合考查学生分析和解决工程问题能力和计算能力。3 总结总之,学习是大脑的工作,学习也是人的终身工作。在当下高等教育评价体系中,学习成果的评价占有很大比重。大学生的学习成果多种多样,但是评价原则的根本是坚持以人为本,以培养具有自主学习能力、健全人格、身强体魄的新一代大学生为目标。作者以“化工原理实验”课程为依托,通过“基于脑的学习”,激发学生的学习积极性,利用实训装置和模拟仿真试验系统,建立了以学生为主体、教师为引导的教学模式,使学生的学习积极性显著提高,效果明显。参考文献 1 朱莲花.课堂环境对大学生学习成果的影响:以学习投入为中介的实证研究D.大连:大连理工大学,2019.2 张莉梅,秦莉晓,谭芸妃,等.化工原理及实验课程教学体系的改革与探索J.教育教学论坛,2020,475(29):373375.3 石清湘,叶露阳,胡小明,等.OBE 理念下化工原理实验教学改革与探索J.山东化工,2021,50(10):208209,211.4 高爱萍,归风铁,王红军.化工原理实验课程新教学模式探讨J.山东化工,2021,50(6):209210.5 周加仙.基于脑的教育研究:反思与对策D.上海:华东师范大学,2004.6 CAINE R N,CAINE G.Making Connections:Teaching andthe Human BrainM/OL.ASCD,1991.https:/files.eric.ed.gov/fulltext/ED335141.pdf.7 张小青.民办高等院校化工原理课程考核方式改革探究J.化工时刊,2019,33(4):5153.化工信息容百科技、亿纬锂能携手开发电池材料2023 年 5 月 29 日,容百科技发布公告显示,该公司近日与亿纬锂能签订战略合作协议。双方将在电池和材料领域展开战略合作,涉及高镍三元、磷