在平凡的实验课程中发展学生的思维能力

摘要：分析了培养创新人才以及适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才的关键及方法，设计出有益于学生思维发展、应用能力、创新能力的“思辨行升”的实验教学方法，并以“离心泵串并联测定实验”为例给出了教学说明。

关键词：创新人才；工程技术人才；实验教学方法；发展学生思维

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0222-02

我校油气储运专业是培养卓越工程师的试点，其目标是培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才。然而传统的实验教学基本上都是“讲练”法（教师讲解方法、学生循法操作），如此教学，很难培养学生的灵活应用能力与自主创新能力，很难达到卓越工程师的培养目标，因此本文试探讨培养学生应用能力与创新能力的实验教学方法。

一、教学理念思考

首先，培养应用、创新能力的根本是什么？有学者分别从人生的感悟、理论的研究给出了问题的答案：智慧。实际上钱学森先生在上世纪90年代就提出了“大成智慧教育”的设想，期望改革教育制度，缩短学制，培养青年一代具有高尚的品德和情操、高度的智能和创新能力，使人们在变幻莫测、错综复杂的21世纪中，能够迅速做出科学而明智的判断与决策，并能不断有所发现、有所创新。当然钱老的“集大成”是一种很高的教育境界，就我国目前的教育资源与现状的确很难攀登，但是“得智慧”这一知识经济社会的诉求，即使再难却也无法推脱，必须拼力追求。

那么如何教学才能使学生得到“智慧”？肯定的回答是：我们根本不可能直接“赋予”学生智慧！因为我们没有办法告诉学生：你如何提高自己的素质，你如何提高自己的能力，你如何去发明创造……不过，老祖宗留下的“潜移默化”一词，早已揭示出深刻的哲理，只不过如此朴素而精妙的理念却被当今的我们置若罔闻。所以笔者不探求深奥的理论，仅从如此朴实的思想中寻求有效教学的真谛。关于“潜移默化”，颜之推在《颜氏家训・慕贤》中已经深刻论述：“潜移暗化，自然似之。”也就是说“人的思想或性格会不知不觉地受到环境的感染、影响而无形中发生变化”。因此，要使学生得到“智慧”，教学就必须营造充满智慧的环境，如果我们在教学中设计出“具有整体性、连续性、生成性的，符合学生思维与教育规律的，有思想、有活力、有价值”的问题思考、问题解决、知识创生的过程，使学生在如此过程中动脑、动手，那么即能不知不觉地受到感染与影响，达到提高素质、发展能力、增长智慧的目的。这应是基本的教学理念，至于具体的教学方法，可以酌情选择。对于实验课来说，应该尽可能使用“自主，合作，探索”方法。

二、实验教学设计

基于上述思考，结合试验教学的特点，设计出“思辨行升”的四环节实验教学方法。

1.思，即思考环节。本环节中要求学生在上课之前对即将实验的问题进行自己的思考。基本做法：在课前给学生提出问题，要求学生根据所学知识，并且可查阅相关资料，对本节课的实验内容做出预设性思考，如实验设备的配置、试验流程的设计、实验结果的预测等等，目的是促进学生的思维，尤其是创造性思维的发展。需要注意的是要给学生安排足够的思考时间，最好在上节课结束时安排为好。

2.辨，即辨析环节。本环节中要求学生熟悉实验环境且对比实验环境反思自己的思考。基本要求：要求学生熟悉实验环境，根据仪器、设备或材料的名称或功能简介分辨其功能或用途（顾名思义，也是一种思维能力）；要求学生比照实验环境思辨自己的课前思考，反思或完善自己的思考及设想。教学环节：（1）准备：上课开始，教师首先对实验设备或材料予以标示（一般的只标示出其名称，特别的可予简要的功能说明）；（2）活动：组织学生分组进行辨析活动，教师巡回参与到学生的小组活动中（不是领导者，而参与者――参与学生的讨论，着重于把握时机、提出问题向学生“发难”，意在激发学生的思维），了解学生的理解度，发现学生的特别思维……（3）小结：补充学生的不足之处，强调所涉及的关键问题，等等。

3.行，即践行环节。本节中主要是学生亲历实验过程，也是实验课的重要环节。教学环节：（1）强调操作规程与注意事项；（2）在教师的指导下学生动手实验，对于重要、关键的操作要特别示范或强调。

4.升，即提升环节。本环节中要求学生总结实验所获，掌握实验的基本要求，提升思考及设想。教学环节：（1）学生分组总结：对实验结果进行分析，谈谈自己的收获与认识，反思思考及设想，交流对实验过程及结果的不同看法或特别的想法。（2）教师做必要的提问、总结，说明实验报告等事项的相关要求。

三、实验教学案例

本文以“离心泵串并联测定实验”为例，给出“思辨行升”实验教学的具体过程。离心泵串并联测定实验是综合油气储运工程现场操作知识与技能、工程流体力学原理、《油气管道设计与管理》课程中关于离心泵串并联工况知识点而进行的实验，该实验期望学生能够进行泵串并联的流程倒换，认识单泵运行、串并联运行工况下流量、扬程之间的关系，并通过对比分析得出相应的结论。因此，本节课的实验有“单泵实验”与“双泵串、并联试验”两部分。

四、思考环节

根据实验内容及要求，要求学生在课前思考以下问题：（1）单泵运行的流程设计，要做出管件选择、管线设计及工艺流程图。（2）现有两台离心泵，如果需要加大流量应该如何设计流程？如果需要加大扬程（或抽程）应如何设计流程？同样要做出管件选择、管线设计及工艺流程图。（3）查询规范，试拟离心泵的启停操作步骤、全流程启停、泵站内倒流程方案。方案要求做到设备操作安全、流程运行平稳。（4）预测实验结果。

五、辨析与践行环节

上课开始，进入实训基地，进行安全、纪律教育，发放劳保、安全等用品。

1.单泵实验。辨析环节。（1）标注：上课伊始，教师首先标注出单泵管线上各个部件的名称，并且酌情标注出特别部件的功能（要简明扼要），如进口管线、进口阀门、余水管线（功能：管道排污）等等。如此设计的意图是：①激发学生的思维能力，例如对于“进口阀门”，学生可以直接“顾名思义”地理解，但“余水管线”则比较抽象，所以即做简要提示，期望学生对“管道排污”而“顾名思义”地辨析其在管线中的用途及意义。其实能够“顾名思义”不仅是一种思维能力，而且也是一种应用能力，实际工作中，如果不能够见事论事、触景生情，那么就不可能很好地做好工作，更不可能迸发出创新的火花。②激发学生自主学习、独立思考的主观能动性。（2）辨析：将学生分组进行，要求学生根据“标示”仔细理解、辨析试验现场离心泵的管线流程，认真思考、辨析进口管线、进口阀门、余水管线、过滤器、止回阀、放空阀、压力表、操作桩等管件的功能、用途及工作原理，并且对比试验现场的管线设计思辨自己设计的优缺点――优点优在何处、缺点如何改进等等。教师巡回参与学生各组的活动，注意做好调控局面、发现问题、激发思维、解答疑难等工作。（3）小结：首先展示离心泵启停流程图（图1），使学生进一步系统地理解离心泵启停流程，同时补充学生辨析中不足、强调管道线路中的关键等等。践行环节：（1）用适当的方式（比如牌示）说明启泵的操作规程及顺序，强调阀门的开关操作要领，说明停泵的操作规程及基本要求。（2）指导学生进行具体的操作：离心泵的启停、全流程启停、泵站内倒流程、调节流量等操作，记录各运行工况下的压力流量参数，且确保数据的有效性。

2.串、并联测定实验。辨析、践行环节。教学过程与第一部分类似。需要特别说明的是，一般地，两台离心泵联合使用，串联就是串联，并联就是并联，是独立的管线，但在泵站中并非如此，而是通过管路切换来实两台离心泵的并、串联转换。对此学生在思考环节中想到的可能是独立的串联或并联设计，想不到管路切换方法。所以为了发展学生的思维能力，在“标记环节”中暂不标示管路切换装置，而留给学生在思辨中自己去发现、认识与理解，当然，教师要注意酌情选择指导方法，因为这是一个发展学生思维的重要的环节。

六、升华环节

1.学生小组总结：分析实验结果，交流试验心得，推选特别设计。

2.课堂基本检查：（1）单泵与串联比较；（2）单泵与并联比较；（3）探讨学生的特别设计。

3.实验课后要求：（1）实验报告要求：对单泵运行、串并联运行工况下扬程流量变化的内在原因进行分析，绘制离心泵特性曲线及离心泵串并联的特性曲线，比较离心泵串并联后参数与单泵运行时的参数关系。（2）进一步反思自己的课前设计，对自己的特别思考及设计要书面写出。

七、结束语

本文以培养创新人才为目标，设计出“思辨行升”的实验教学方法，并以“离心泵串并联测定实验”内容为例给出了设计案例，此案例也充分体现了“自主，合作，探索”学习方法。实际教学表明，此方法调动了学生的学习积极性，给学生创设了思维空间，能够较好地促进学生思维的发展，有益于学生应用能力的提高，很受学生欢迎。不过“思辨行升”式实验教学刚处于萌芽状态，有待于继续改进与提高，敬请专家、同行批评指教，期望此方法能为培养创新、应用型人才做出贡献。