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[摘 要] 论述了研究性教学问题设计的必要性，提出了开展研究性教学问题设计“以学生为主体、以内容为主线，构建覆盖知识模块的问题框架体系，建立体现知识点之间层次和联系的问题集群”的思路，阐述了问题设计应坚持的符合性原则、科学性原则、激发性原则、交叉性原则、实践性原则、开放性原则等六个原则，分析了问题类型和层次的划分依据与方法，设计了进行问题设计的六步具体做法，并以德州学院《化工热力学》为例进行了论述，对于高校开展研究性教学具有很高的参考价值。
[关键词] 研究性教学；问题设计；化工热力学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）02-0068-03
人才培养是高校的中心工作，高校应着力培养信念执着、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才[1]。研究性教学以建构主义知识观为基本思想，要求教师组织提供一种有利于学生自主建构知识的、良好的学习环境，如与学习主题相关的情境创设、必要的信息资源的提供、合作学习的组织和探究性或研究性学习的指导等，其核心特征就是以问题为导向，通过恰当形式的训练过程，达到培养学生批判性思维意识和创新精神、提高学生自主学习及自主研究能力的目的[2]。
爱因斯坦认为“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，问题是研究性教学的灵魂，要对核心问题设计精益求精。教学内容问题化是实施有效教学的保障，是贯彻“教为主导、学为主体”教学思想的重要体现，是激发学生学习兴趣、培养学生创新意识和创新能力的重要手段。化工热力学是化学工程与工艺专业的一门重要专业核心课程，其原理和应用知识是从事化工过程研究和工业生产必不可少的专业理论基础，开展以“问题为核心”的研究性教学具有十分重要的理论意义和实践意义。
1 研究性教学问题设计的思路
在研究性教学过程中，要想适时、准确的提出问题，必须认真钻研教学内容，联系经济社会发展实际，了解学生的知识水平和能力，丰富自身教育学、心理学知识，认真思考和梳理，精心设计，巧妙安排，才能设计出科学、合理的问题，才能有效的激发学生的学习兴趣和学习热情。研究性教学问题设计应秉承“以学生为主体、以内容为主线，构建覆盖知识模块的问题框架体系，建立体现知识点之间层次和联系的问题集群”思路，在教学过程的不同环节设计不同类型、不同层次的问题，以提高问题的有效性。
研究性教学问题设计应依据教学大纲的要求，理清课程的基本问题、各章节所解决的问题，罗列出课程的章节和知识点，梳理各章节的关系，建立课程的知识点地图，标注每一个知识点的学习要求，明确对于每一个知识点的考核目标，设计出问题，然后依据问题类型来调整问的方式，从而建立与知识点联系密切的问题集群，供教师在教学中选择使用。
在《化工热力学》的教学中，应牢牢把握两大问题：一是如何利用流体的热力学性质来提高原料的利用率，二是如何通过能量的相互转换来提高能量的转化率。把教学内容分为理论、计算、应用三部分，其中理论是基础，计算是手段，应用是目的。理论包括“热力学基本定律”、“纯流体的热力学性质”和“流体混合物的热力学性质”等内容，重点讲解以偏心因子为第三参数的对比态原理、热力学性质的计算方法、混合过程的性质变化等；计算包括状态方程、Maxwell关系式、能量平衡方程、熵平衡等内容，重点讲解方程的使用条件、变形和应用范围；应用包括“相平衡”、“蒸汽动力循环与制冷循环”和“化学反应平衡”等内容，重点讲解如何运用热力学理论和计算方法来解决实际问题。依据每部分教学内容，设计出问题框架体系，构建问题集群。
2 研究性教学问题设计的原则
在教学问题的设计中，应注重体现学生的主体地位，调动学生学习的积极性。Chuska指出，问题应该设计成学习者的认知挑战，以引发学习者的兴趣，促进他们获取知识、发展有效的问题解决和高级思维技能[3]。为设计出更好的问题，应坚持以下6个原则。
（1）符合性原则。问题的设计一定要做好三个符合，即符合课程教学问题设计的总体框架要求、符合本单元教学内容、符合学生实际；（2）科学性原则。问题的设计必须要有科学性，绝不允许出现科学性错误，问题的陈述应该完整、清晰、具体、准确，不模糊、不含糊，利于学生思考和回答；（3）激发性原则。问题的设计能够引起学生认知上的冲突，激发学生进行思维，从而使其体会到思考的乐趣，提高学习的兴趣；（4）交叉性原则。所谓交叉是指问题类型的交叉，在一堂课的问题设计中，既含有低层次问题，又含有高层次问题；（5）实践性原则。问题设计要从书本知识内容走向生产生活实际，诺贝尔物理奖获得者温伯格认为，培养优秀人才的关键是对“现实世界”的学习，关注实践理性，注重从实际生活中寻找并解决问题，而这正是学习最根本的目的；（6）开放性原则。问题的设计应引入多种解决路径或多个答案的问题，允许多元路径和多元目标的存在，建立一种不确定、开放的知识结构。通过复杂、开放和不确定性的问题，促使学生灵活运用知识，帮助学生深入探索世界，在求同存异中，维持学生的学习兴趣[4]。
《化工热力学》教学中，依据设计规则，设计了“冰箱能当空调用吗”、“爱斯基摩人应在怎样的环境温度下取冰”、“真实气体混合物的非理想性表现在哪几个方面”、“为什么有些物系需要加压精馏（如甲醇生产工艺中甲醇-二甲醚的分离），而另一些体系需要进行减压精馏（如人造麝香的生产，甘油三醋酸酯的提纯，从合成樟脑的副产物中分离双戊烯）”等问题，激发了学生思维，提高了教学效果。
3 研究性教学问题设计的方法
方法是解决问题的关键。研究性教学问题设计的方法应分为6步：（1）要审视课程教学内容，提炼课程主要问题，梳理课程各主要问题之间的逻辑关系、各章节与主要问题之间的关系；（2）构建覆盖知识模块的问题框架体系，也就是将课程的主要问题落实到各章节，分析各章节之间的逻辑关系和问题的层次关系；（3）分析各章节内容知识点的关系，建立体现知识点之间层次和联系的问题集群；（4）问题的选取要考虑学生的实际水平，问题难易度、知识面的拓展度、学生思维的激发度要符合学生实际；（5）问题提出的时机要符合教学过程的要求，要符合教育学、心理学规律，提高问题的设计效果；（6）问题的提出方式要符合问题的类型，同一问题使用不同的提问方式效果不同[2]。在问题的设计中，应明晰问题的类型、层次等问题。 3.1 问题类型的划分
依据不同标准，问题有不同的分类。McCarthy在4MAT模式中曾采用“四何”问题分类法：（1）是何：指以 What ，Who ，When ，Where为引导，指向一些表示事实性内容的问题，它的解决通常对应着获取事实性的知识；（2）为何：指以 Why 为引导， 指向一些表示目的、理由、原理、法则、定律和逻辑推理的问题，它的解决通常对应着获取原理性的知识；（3）如何：指以 How 为引导，指向一些表示方法、途径与状态的问题，它的解决通常对应着获取策略性的知识；（4）若何：通常是以 What if 为引导，指向一些表示条件发生变化、可能产生新结果的问题[3]。Christensen Jacobson Rosmarin 提出建立问题目录，即：探索性问题，适用于探索事实和基础知识；挑战性问题，检查假设、结论和解释；关系问题，要求对主题、观点或内容进行比较；诊断性问题，探查动机和原因；行动性问题，要求得出结论或采取行动；因果问题，要求讨论观点、行动或事件之间的因果关系；扩展性问题，扩展讨论；假设性问题，对某个事实或内容作些改动；重点问题，找出重要内容；总结性问题，综合讨论内容[5]。
3.2 问题层次的划分
按照布卢姆教育目标分类，从低层次到高层次的系列思考技能为：知识技能、理解技能、应用技能、分析技能、综合技能、评价技能。因此，问题可以依据教育目标的分类分为6大类型：知识技能问题、理解技能问题、应用技能问题、分析技能问题、综合技能问题、评价技能问题。在一门课的教学设计中，顶层设计的问题应是高层次问题。在一堂课的教学中，问题的设计要考虑到教育目标分类，既有低层次问题，又有高层次问题。如设计的问题仅限于低层次思考，会使学生失去求知欲，影响创新能力的培养；如问题全部为高层次思考，易使学生失去学习兴趣，降低学习热情。
3.3 避免出现的问题
格拉伊塞尔指出，4类问题无任何效果，教师应该尽量避免：（1）是与否问题。一是因为这类问题鼓励学生猜测；二是分析含量低，因为具有猜测性质，学生对这类问题的问答并不能说明他们是否真正理解了学习内容；（2）追问。教师常常在学生回答问题停顿或回答不完全时提这类问题，但教师继续追问引导学生做出更好回答的可能性比教师转而问一些新的、更具体的问题引导学生做出更好回答的可能性小；（3）假设问题。这类问题要求学生对问题进行猜测或推论，有可能导致学生不经思考妄加猜测；（4）反问[6]。
3.4 《化工热力学》案例
对设计的问题按照类型和层次划分，在教学中选择使用。如知识技能层面问题：偏心因子的概念是什么？理解技能层面问题：如何理解混合规则？应用技能层面问题：纯物质达到沸点时会出现汽液两相共存，混合物的汽液平衡也是汽液两相共存的状态，那么纯物质在沸点处（饱和态）时是否遵循相平衡的准则？这两种汽液共存有何区别与联系？分析技能层面问题：混合物的逸度和逸度系数与它的组元逸度和逸度系数有什么关系？综合技能层面问题：讨论偏摩尔性质、混合性质变化和超额性质这三个概念在化工热力学中各起的作用。评价技能层面问题：中压下的汽液平衡泡露点的计算需要进行内外嵌套大量迭代。试分析如果出现不收敛的情况，有可能是计算过程中的哪些方面需要调整或改进？这些问题的提问方式符合McCarthy的4MAT模式要求，同时又具探索性、扩展性等特点。
研究性教学问题的设计工作是一项长期的、复杂的工作，需要教研室集体讨论、研究，群策群力，需要教师付出艰辛的劳动，认真构建覆盖知识模块的问题框架体系，积极创建体现知识点之间层次和联系的问题集群，设计成教学问题、知识章节与知识点的图表，列明提问方式，便于教师根据学生水平和教学实际进行选择。
参考文献
[1]人民教育出版社.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[M].北京：人民教育出版社，2010：28.
[2]屈波，程哲，马忠.基于自主性学习和研究性教学的本科教学模式的研究与实践[J].中国高教研究，2011，（4）：85-87.
[3]胡小勇，祝智庭.教学问题设计研究：有效性与支架[J].中国电化教育，2005，（10）：49-53.
[4]何麗霞，何丽君.浅谈课堂教学中的问题设计[J].教育探索，2008，（9）：29-30.
[5]巴巴拉G戴维斯.教学方法手册[M].杭州：浙江大学出版社，2006：65.
[6]TLGood，JEBrophy.透视课堂[M].陶志琼，译.北京：中国轻工业出版社，2002.
[关键词] 研究性教学；问题设计；化工热力学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）02-0068-03
人才培养是高校的中心工作，高校应着力培养信念执着、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才[1]。研究性教学以建构主义知识观为基本思想，要求教师组织提供一种有利于学生自主建构知识的、良好的学习环境，如与学习主题相关的情境创设、必要的信息资源的提供、合作学习的组织和探究性或研究性学习的指导等，其核心特征就是以问题为导向，通过恰当形式的训练过程，达到培养学生批判性思维意识和创新精神、提高学生自主学习及自主研究能力的目的[2]。
爱因斯坦认为“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，问题是研究性教学的灵魂，要对核心问题设计精益求精。教学内容问题化是实施有效教学的保障，是贯彻“教为主导、学为主体”教学思想的重要体现，是激发学生学习兴趣、培养学生创新意识和创新能力的重要手段。化工热力学是化学工程与工艺专业的一门重要专业核心课程，其原理和应用知识是从事化工过程研究和工业生产必不可少的专业理论基础，开展以“问题为核心”的研究性教学具有十分重要的理论意义和实践意义。
1 研究性教学问题设计的思路
在研究性教学过程中，要想适时、准确的提出问题，必须认真钻研教学内容，联系经济社会发展实际，了解学生的知识水平和能力，丰富自身教育学、心理学知识，认真思考和梳理，精心设计，巧妙安排，才能设计出科学、合理的问题，才能有效的激发学生的学习兴趣和学习热情。研究性教学问题设计应秉承“以学生为主体、以内容为主线，构建覆盖知识模块的问题框架体系，建立体现知识点之间层次和联系的问题集群”思路，在教学过程的不同环节设计不同类型、不同层次的问题，以提高问题的有效性。
研究性教学问题设计应依据教学大纲的要求，理清课程的基本问题、各章节所解决的问题，罗列出课程的章节和知识点，梳理各章节的关系，建立课程的知识点地图，标注每一个知识点的学习要求，明确对于每一个知识点的考核目标，设计出问题，然后依据问题类型来调整问的方式，从而建立与知识点联系密切的问题集群，供教师在教学中选择使用。
在《化工热力学》的教学中，应牢牢把握两大问题：一是如何利用流体的热力学性质来提高原料的利用率，二是如何通过能量的相互转换来提高能量的转化率。把教学内容分为理论、计算、应用三部分，其中理论是基础，计算是手段，应用是目的。理论包括“热力学基本定律”、“纯流体的热力学性质”和“流体混合物的热力学性质”等内容，重点讲解以偏心因子为第三参数的对比态原理、热力学性质的计算方法、混合过程的性质变化等；计算包括状态方程、Maxwell关系式、能量平衡方程、熵平衡等内容，重点讲解方程的使用条件、变形和应用范围；应用包括“相平衡”、“蒸汽动力循环与制冷循环”和“化学反应平衡”等内容，重点讲解如何运用热力学理论和计算方法来解决实际问题。依据每部分教学内容，设计出问题框架体系，构建问题集群。
2 研究性教学问题设计的原则
在教学问题的设计中，应注重体现学生的主体地位，调动学生学习的积极性。Chuska指出，问题应该设计成学习者的认知挑战，以引发学习者的兴趣，促进他们获取知识、发展有效的问题解决和高级思维技能[3]。为设计出更好的问题，应坚持以下6个原则。
（1）符合性原则。问题的设计一定要做好三个符合，即符合课程教学问题设计的总体框架要求、符合本单元教学内容、符合学生实际；（2）科学性原则。问题的设计必须要有科学性，绝不允许出现科学性错误，问题的陈述应该完整、清晰、具体、准确，不模糊、不含糊，利于学生思考和回答；（3）激发性原则。问题的设计能够引起学生认知上的冲突，激发学生进行思维，从而使其体会到思考的乐趣，提高学习的兴趣；（4）交叉性原则。所谓交叉是指问题类型的交叉，在一堂课的问题设计中，既含有低层次问题，又含有高层次问题；（5）实践性原则。问题设计要从书本知识内容走向生产生活实际，诺贝尔物理奖获得者温伯格认为，培养优秀人才的关键是对“现实世界”的学习，关注实践理性，注重从实际生活中寻找并解决问题，而这正是学习最根本的目的；（6）开放性原则。问题的设计应引入多种解决路径或多个答案的问题，允许多元路径和多元目标的存在，建立一种不确定、开放的知识结构。通过复杂、开放和不确定性的问题，促使学生灵活运用知识，帮助学生深入探索世界，在求同存异中，维持学生的学习兴趣[4]。
《化工热力学》教学中，依据设计规则，设计了“冰箱能当空调用吗”、“爱斯基摩人应在怎样的环境温度下取冰”、“真实气体混合物的非理想性表现在哪几个方面”、“为什么有些物系需要加压精馏（如甲醇生产工艺中甲醇-二甲醚的分离），而另一些体系需要进行减压精馏（如人造麝香的生产，甘油三醋酸酯的提纯，从合成樟脑的副产物中分离双戊烯）”等问题，激发了学生思维，提高了教学效果。
3 研究性教学问题设计的方法
方法是解决问题的关键。研究性教学问题设计的方法应分为6步：（1）要审视课程教学内容，提炼课程主要问题，梳理课程各主要问题之间的逻辑关系、各章节与主要问题之间的关系；（2）构建覆盖知识模块的问题框架体系，也就是将课程的主要问题落实到各章节，分析各章节之间的逻辑关系和问题的层次关系；（3）分析各章节内容知识点的关系，建立体现知识点之间层次和联系的问题集群；（4）问题的选取要考虑学生的实际水平，问题难易度、知识面的拓展度、学生思维的激发度要符合学生实际；（5）问题提出的时机要符合教学过程的要求，要符合教育学、心理学规律，提高问题的设计效果；（6）问题的提出方式要符合问题的类型，同一问题使用不同的提问方式效果不同[2]。在问题的设计中，应明晰问题的类型、层次等问题。 3.1 问题类型的划分
依据不同标准，问题有不同的分类。McCarthy在4MAT模式中曾采用“四何”问题分类法：（1）是何：指以 What ，Who ，When ，Where为引导，指向一些表示事实性内容的问题，它的解决通常对应着获取事实性的知识；（2）为何：指以 Why 为引导， 指向一些表示目的、理由、原理、法则、定律和逻辑推理的问题，它的解决通常对应着获取原理性的知识；（3）如何：指以 How 为引导，指向一些表示方法、途径与状态的问题，它的解决通常对应着获取策略性的知识；（4）若何：通常是以 What if 为引导，指向一些表示条件发生变化、可能产生新结果的问题[3]。Christensen Jacobson Rosmarin 提出建立问题目录，即：探索性问题，适用于探索事实和基础知识；挑战性问题，检查假设、结论和解释；关系问题，要求对主题、观点或内容进行比较；诊断性问题，探查动机和原因；行动性问题，要求得出结论或采取行动；因果问题，要求讨论观点、行动或事件之间的因果关系；扩展性问题，扩展讨论；假设性问题，对某个事实或内容作些改动；重点问题，找出重要内容；总结性问题，综合讨论内容[5]。
3.2 问题层次的划分
按照布卢姆教育目标分类，从低层次到高层次的系列思考技能为：知识技能、理解技能、应用技能、分析技能、综合技能、评价技能。因此，问题可以依据教育目标的分类分为6大类型：知识技能问题、理解技能问题、应用技能问题、分析技能问题、综合技能问题、评价技能问题。在一门课的教学设计中，顶层设计的问题应是高层次问题。在一堂课的教学中，问题的设计要考虑到教育目标分类，既有低层次问题，又有高层次问题。如设计的问题仅限于低层次思考，会使学生失去求知欲，影响创新能力的培养；如问题全部为高层次思考，易使学生失去学习兴趣，降低学习热情。
3.3 避免出现的问题
格拉伊塞尔指出，4类问题无任何效果，教师应该尽量避免：（1）是与否问题。一是因为这类问题鼓励学生猜测；二是分析含量低，因为具有猜测性质，学生对这类问题的问答并不能说明他们是否真正理解了学习内容；（2）追问。教师常常在学生回答问题停顿或回答不完全时提这类问题，但教师继续追问引导学生做出更好回答的可能性比教师转而问一些新的、更具体的问题引导学生做出更好回答的可能性小；（3）假设问题。这类问题要求学生对问题进行猜测或推论，有可能导致学生不经思考妄加猜测；（4）反问[6]。
3.4 《化工热力学》案例
对设计的问题按照类型和层次划分，在教学中选择使用。如知识技能层面问题：偏心因子的概念是什么？理解技能层面问题：如何理解混合规则？应用技能层面问题：纯物质达到沸点时会出现汽液两相共存，混合物的汽液平衡也是汽液两相共存的状态，那么纯物质在沸点处（饱和态）时是否遵循相平衡的准则？这两种汽液共存有何区别与联系？分析技能层面问题：混合物的逸度和逸度系数与它的组元逸度和逸度系数有什么关系？综合技能层面问题：讨论偏摩尔性质、混合性质变化和超额性质这三个概念在化工热力学中各起的作用。评价技能层面问题：中压下的汽液平衡泡露点的计算需要进行内外嵌套大量迭代。试分析如果出现不收敛的情况，有可能是计算过程中的哪些方面需要调整或改进？这些问题的提问方式符合McCarthy的4MAT模式要求，同时又具探索性、扩展性等特点。
研究性教学问题的设计工作是一项长期的、复杂的工作，需要教研室集体讨论、研究，群策群力，需要教师付出艰辛的劳动，认真构建覆盖知识模块的问题框架体系，积极创建体现知识点之间层次和联系的问题集群，设计成教学问题、知识章节与知识点的图表，列明提问方式，便于教师根据学生水平和教学实际进行选择。
参考文献
[1]人民教育出版社.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[M].北京：人民教育出版社，2010：28.
[2]屈波，程哲，马忠.基于自主性学习和研究性教学的本科教学模式的研究与实践[J].中国高教研究，2011，（4）：85-87.
[3]胡小勇，祝智庭.教学问题设计研究：有效性与支架[J].中国电化教育，2005，（10）：49-53.
[4]何麗霞，何丽君.浅谈课堂教学中的问题设计[J].教育探索，2008，（9）：29-30.
[5]巴巴拉G戴维斯.教学方法手册[M].杭州：浙江大学出版社，2006：65.
[6]TLGood，JEBrophy.透视课堂[M].陶志琼，译.北京：中国轻工业出版社，2002.