思维导图在化学反应工程教学的运用

摘要：以Xmind软件绘制的“均相单一反应动力学”和“间歇操作的搅拌槽式反应器”知识点的思维导图为例，展示思维导图在“化学反应工程”教学中构建知识体系、拓展思维、提高学习效率的作用。

关键词：思维导图；化学反应工程；Xmind；教学

“化学反应工程”是化工类专业开设的一门综合性、工程性和理论性很强的课程。课程以工业反应过程为研究对象，研究反应过程的技术优化、反应器设计和一般性规律。《高等数学》《物理化学》和《化工原理》等课程是这门课程的先修课程。学习该门课程的主要目的是为设计、开发工业反应装置、掌握反应技术及优化工业反应器操作奠定理论基础。数学模型法是“化学反应工程”的主要研究方法。利用数学模型解决工程问题是这门课程最鲜明的特点。课程综合性强、专业术语多、数学公式繁杂、知识领域广泛，使这门课程公认为难教、难学。在实际教学中，导致学生学习兴趣不大，学习动力不足。加之老师在授课时重理论轻实践，教与学的效果大打折扣。在传统黑板+多媒体教学手段下，如何提高学生学习兴趣和学生参与意识，把学生从被动接受变为主动获取学习状态，是摆在教师面前亟待解决的现实问题。实践证明，思维导图的应用，可有效提高教学质量，帮助学生掌握“化学反应工程”的理论，提高学生的学习能力。本文以“均相单一反应动力学和理想反应器”为例，介绍思维导图在课程的具体应用。

一、“化学反应工程”教改现状

化学反应工程问题的研究方法主要是数学模型法，研究思路可以概括为：小试研究反应规律；中试研究传递过程规律；利用计算机或其他手段综合反应规律和传递规律，建立数学模型；热模试验检验模型的等效性。数学模型常常涉及复杂的微积分公式，课程难度大，教学效果不佳。追其问题根源，课程难度大，课堂授课方法陈旧乏味，学生在教学环节主动参与度不够，自主学习能力欠缺。教学效果的考核形式单一、教学评价不够全面。针对化学反应工程传统教学方法中存在的不足，教育工作者也做了很多探索，提出来一些解决办法。［1］张丽丽等建议利用“互联网+”时代混合式教学方法的经验，提出线上与线下相结合进行学习、实践、评价各教学过程的改革。［2］魏雨在雨课堂上进行了有效地线上线下相结合的教学尝试。［3-7］张青瑞、欧阳金波、李倩、周业丰等学者把资源库平台、云班课、微课视频、计算机仿真技术、绘图计算软件等现代化教学手段引入课堂，提高学生解决问题的能力。［8］程芹通过重新设计课程群实现了理论学习到实践能力提升的转变。这些改革的有效实施，一定程度改善了教学效果，提升了学生的实践能力。针对“化学反应工程”教学存在的问题，本文尝试通过在教学中应用思维导图，研究、实践此教学方法，以提高教与学的效果。

二、思维导图简介

思维导图［9］，是英国著名教育家东尼•伯赞在1971年提出。思维导图法透过思维绽放的水平思考及思绪飞扬的垂直思考，有效地将概念想法整合。在绘制思维导图时，“关键词”、“放射性思考的图解结构”、“色彩”、“图像”的合理设计是关键。思维导图在教学中帮助学生在诸多知识点建立联系，以求帮助学习者理解概念，发现问题、解决问题，进而提升思考的主动性。思维导图能够兼顾大脑丰富的形象思维和右脑的抽象思维，让“心”门敞开，“智”慧无限。随着思维导图应用地越来越广泛，绘制思维导图的软件也日益丰富。常见的软件有MindMa⁃nager、MindMapper、IMindMap、Novamind、Mind⁃view和Xmind，等。多数软件都适用于个人计算机Windows与Mac操作系统，也适用于平板电脑、智能型手机iOs、Android系统，兼容性非常好。在诸多绘制思维导图的软件中，Xmind属开放原始码的自由软件，可从Xmind官网上直接下载：。

三、思维导图在课程中的实践

思维导图应用在“化学反应工程”教学实践中，可通过对学科知识系统化、条理化的梳理，清晰地展现出教学内容的逻辑结构，避免学生学习陷入只见树木、不见森林的窘境。（一）知识点横向展开。“化学反应工程”概念繁杂且抽象，高等数学基础要求高。独特的学科特点，要求学生具有提纲挈领的能力，能从学科总体上掌握框架，洞悉知识点之间的联系。思维导图是一种帮助学生梳理知识脉络的好助手。本文将以郭凯等编著的“化学反应工程”（第二版）［10］中的第一章为例，绘制知识点在横向展开的思维导图，见图1。以“均相单一反应动力学”为中心节点，以“基本概念”、“动力学方程”、“建立方法”、“反应器”为主要节点，建立的顺序按照“化学反应工程”理论的认知规律展开，每一主节点再按照知识的逻辑内涵展开。其中“动力学方程的积分式”又是动力学方程积分法的基础，思维导图通过“联系”把两个独立的知识点联系起来。思维导图清晰地展现了这一章节的框架，给学生提供了“一览众山小”的视野，克服在教学过程陷入教一点学一点的被动状态。（二）知识点纵向深入。常见的理想反应器包含三种，间歇操作的充分搅拌槽式反应器BR，平推流反应器PFR，全混流反应器CSTR，这是“化学反应工程”教学重点所在。为了弄清理想反应器的内涵，本文仅以“间歇操作的充分搅拌槽式反应器BR”为例，绘制BR的思维导图，纵向上展示BR知识的内涵，见图2。首先通过一张釜式反应器示意图展示出BR的结构及核心部件，接着阐述此反应器的特点，给出设计性方程，最后展示设计性计算的关键步骤。BR思维导图的四个分支，突出展示出BR理想反应器的重点，并以此向深延伸，向周围扩展。BR思维导图在教学中的实践可强化学生对此概念的理解，培养学生的发散思维。

四、结语

本文以Xmind思维导图绘制软件为工具，绘制了“化学反应工程”中“均相单一反应动力学”知识点横向展开思维导图和“间歇操作的搅拌槽式反应器BR”纵向思维导图。通过思维导图的引入，将零散知识点进行拓展延伸、深层挖掘、建立关联，使学习过程从一维空间向二维空间延伸，提高学生学习效果，提升学生的创新思维。

参考文献：

［1］张丽丽，苏琼，张胡彬.“互联网+”时代化学反应工程的混合式教学探索［J］.山东化工，2019，48（24）：161，163.

［2］魏雨，张景迅，冯先涛，王世兵，等.工程认证背景下基于雨课堂的化学反应工程课程建设探索［J］.化学工程与装备，2020，（04）：302-304.

［3］张青瑞，刘凯，王伟文.MATLAB在化学反应工程中的应用［J］.教育教学论坛，2019，（30）：189-190.

［4］张青瑞，刘凯.计算软件在化学反应工程教学中的应用［J］.化工高等教育，2019，36（04）：90-95，105.

［5］欧阳金波，周利民，熊国宣，刘峙嵘，等.“互联网+”时代背景下的《化学反应工程》双语微课教学探索［J］.教育教学论坛，2018，（51）：187-188.

［6］李倩，杨西萍.现代化教学手段在《化学反应工程》课程中的应用［J］.山东化工，2019，48（20）：207，209.

［7］周业丰，陆宇剑，胡夏一，等.基于多层次过程强化的化学工程教学改革探讨［J］.化工高等教育，2020，37（02）：84-87.

［8］程芹，吴明元，孙松，魏宇学.工程教育专业认证背景下“化学反应工程”课程群的构建［J］.合肥学院学报（综合版），2020，37（02）：118-122.

［9］孙易新.思维导图应用宝典［M］.北京：北京时代华文书局，2015：285-291.

［10］郭锴，唐小恒，周绪美.化学反应工程（第二版）［M］.北京：化学工业出版社，2008：4-35.

作者:曹玲 周婷婷 李学琴 单位:昌吉学院化学与应用化学系