在过程模拟课程中加入“展厅参观”环节的效果

《South African Journal of Chemical Engineering》：Effects of Gallery-Walk in Process Simulation Course

过程模拟课程中引入画廊漫步教学法的研究表明，该方法显著提升学生简单问题的正确率（从63%升至70%），并通过教师总结环节改善复杂问题解决能力。准实验设计显示画廊漫步组在总体成绩（提高0.14分）、低分学生减少及满意度（平均4.71/5）方面优于传统组，但未增加顶尖学生比例，可能与专业知识逆转效应相关。该研究验证了主动学习策略在工程教育中的有效性，强调迭代优化和分层支持的重要性。

　　过程模拟在化学工程教育中扮演着至关重要的角色，它不仅帮助学生理解复杂的工程系统，还能在实际工程设计中发挥关键作用。随着技术的进步和教学方法的演变，教育者正在探索更加互动和主动的学习方式，以提升学生的知识掌握、问题解决能力和整体学习体验。本研究探讨了“画廊漫步”（Gallery-Walk）这种主动学习策略在第三年过程模拟课程中的应用效果，并分析了其对不同学习层次学生的潜在影响。

### 教育背景与研究意义

在工程教育领域，传统的讲座式教学虽然在知识传递方面有其优势，但往往难以满足现代工程教育对创新教学方法的需求。近年来，越来越多的研究指出，主动学习策略能够显著提升学生的学习兴趣、参与度和成绩。这些策略包括小组讨论、实验操作、学生自主学习任务以及同伴互评等。其中，“画廊漫步”作为一种促进学生互动和合作学习的教学方法，被广泛认为可以有效提高学生的批判性思维和问题解决能力。

在泰国的King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang（KMITL）中，化学工程专业的学生需要修读一门必修的过程模拟课程。这门课程旨在帮助学生掌握单元操作、设备模型和化学反应器的基本原理，同时提升他们在过程流程图设计和模拟软件使用方面的能力。通过引入“画廊漫步”教学法，课程设计者希望激发学生的学习主动性，增强他们在复杂工程问题上的理解能力。

### 研究方法与实施过程

本研究采用了准实验设计，比较了传统讲座教学（CT1和CT2）与“画廊漫步”教学（GW1和GW2）在两组学生中的表现差异。研究对象包括来自2019/20至2022/23四个学年的学生，总共有315名参与者。其中，传统讲座组有157名学生，而“画廊漫步”组有158名学生。研究通过考试成绩、匿名问卷调查和学生自我评估等方式收集数据。

在课程结构上，“画廊漫步”被整合到每周的教学活动中。具体实施分为四个步骤：首先，学生被分成小组，每组负责解决一个过程模拟问题；其次，小组需要准备并展示他们的解决方案，其他学生则进行提问和讨论；第三步是“画廊漫步”阶段，学生轮流到不同小组的展示区域进行交流和反馈；最后，由教师对关键知识点进行总结和强调。这种结构不仅促进了学生之间的互动，还增强了他们对知识的理解和应用能力。

### 研究结果与分析

研究结果显示，“画廊漫步”在提高学生对简单模拟问题的解决能力方面表现出显著优势。在第一轮实施中，学生平均正确率从63%提升至70%。然而，在复杂问题的解决上，初期的“画廊漫步”教学并未带来预期的提升效果，甚至出现了部分学生表现下降的情况。这一问题在后续的课程实施中得到了改善，通过增加教师主导的总结环节，学生在复杂问题上的表现明显提高。

此外，研究还发现，尽管“画廊漫步”提升了学生的整体学习体验和满意度，但它并未显著提高高分学生（得分超过90%）的数量。这可能与“专家反转效应”（Expertise Reversal Effect）有关，即某些教学方法在帮助初学者时效果显著，但对于已有较强学习能力的学生，可能会带来额外的认知负担，从而影响其表现。因此，研究者提出，对于不同层次的学生，教学方法需要进行差异化设计，以确保所有学生都能从中受益。

在间接分析方面，学生对“画廊漫步”的反馈总体积极，特别是在学习动机、课堂参与度和整体满意度方面。然而，也有部分学生认为该方法在促进独立学习和考试准备方面效果有限。因此，研究建议未来可以进一步优化教学设计，例如增加更多独立练习环节或引入更系统的评估机制，以满足不同学生的学习需求。

### 教育理论与研究发现的结合

本研究的发现与多种教育理论相呼应。从建构主义学习理论的角度来看，“画廊漫步”通过促进学生之间的互动和协作，帮助他们构建对知识的理解。学生在小组讨论中不仅巩固了已学内容，还通过与同伴的交流拓展了思维。同时，该方法符合社会学习理论中的“最近发展区”（Zone of Proximal Development, ZPD）概念，即通过同伴之间的互助，学生能够在原有知识水平的基础上实现更大的认知提升。

然而，研究也指出，某些教学方法在提升学生学习效果的同时，可能会对高水平学生造成不利影响。例如，对于那些已经具备较强学习能力的学生来说，教师引导的总结环节可能显得多余，反而增加了他们的认知负荷。因此，研究建议在设计课程时，应考虑到不同学生的学习背景和能力差异，采取更加灵活的教学策略。

### 教育实践的启示与未来研究方向

本研究的结果对工程教育实践具有重要的启示意义。首先，它表明“画廊漫步”作为一种主动学习策略，在提升学生参与度和学习效果方面具有显著作用，尤其是在帮助学生掌握基础知识和简单问题时。其次，研究也指出，对于复杂问题，仅依靠学生之间的互动可能不足以确保学习效果，因此需要教师在关键节点进行引导和总结。

此外，研究还强调了教育方法的迭代优化。在第一轮教学中，“画廊漫步”未能有效提升学生在复杂问题上的表现，但在第二轮教学中，通过增加教师总结环节，学生的学习效果得到了显著改善。这说明教学方法的实施需要根据反馈不断调整，以适应不同教学目标和学生需求。

未来的研究可以进一步探讨“画廊漫步”在不同学科和教学环境中的适用性。例如，可以将其应用于其他工程课程，如机械工程、电气工程等，以验证其普适性和有效性。同时，研究还可以关注不同学生群体（如内向型学生）对“画廊漫步”的接受程度和学习效果，以优化教学策略，使其更具包容性和适应性。

### 研究的局限性与建议

尽管本研究提供了有价值的实证数据，但也存在一些局限性。首先，研究采用了准实验设计，缺乏严格的随机分组，这可能导致某些外部因素（如学生背景差异、教师经验等）对结果产生影响。其次，研究中并未进行预先的统计功效分析，这可能影响对小样本数据的解释。此外，研究未对考试题目与学习目标之间的对应关系进行详细分析，这可能限制了对教学效果的深入理解。

为了克服这些局限性，未来的研究可以采用随机对照试验（RCT）设计，以更准确地评估“画廊漫步”对学习效果的因果影响。同时，可以引入更系统的评估工具，如经过验证的评分标准和盲审机制，以提高评估的可靠性和有效性。此外，研究还可以追踪学生在后续课程中的表现，以评估“画廊漫步”对长期学习效果的影响。

### 结论

总体而言，本研究展示了“画廊漫步”在工程教育中的潜力，特别是在提升学生学习兴趣、参与度和基础知识掌握方面。然而，它也指出，该方法在处理复杂问题和满足高水平学生需求方面仍需进一步优化。未来的研究应继续探索如何结合不同教学策略，以实现更全面和高效的学习体验。通过不断改进和优化教学方法，工程教育可以更好地培养学生的综合能力，为他们未来的职业发展奠定坚实基础。