新工科背景下基于“雨課堂”的化工原理課程教學改革

江 文

（重慶科技學院化學化工學院，重慶 401331）

目前，我國正處于加速轉變經濟社會發展方式、促進工業轉型升級的關鍵時期。為提高高等工程教育人才在新技術革命背景下的業務保障能力，中華人民共和國教育部從2017年開始積極推進高等院校新工科教育，并致力培育具備全球視野的卓越工程技術人才[1]。高等學校擔負著為社會培養人才的重擔，如何讓高校學生在校期間掌握工程思維和處理現實問題的能力是工程人才培養的核心[2]。

化工原理作為學生踏入工程領域的敲門磚，其在教學中主要采用單元操作對加工過程中的各類平衡關系及影響因素發展熱力學和動力學分析，是我校針對化學工程與工藝、能源化學工程、化學、應用化學、環境、制藥工程等專業開設的主要專業必修課程之一，也是這些專業后續工程相關專業課程學習的先修課程。化工原理課程由于具備綜合性和工程實踐性強等特點，使得學生在學習中的積極性不高，學習效果差，在課上存在許多“低頭族”的現象[3]。盡管化工原理在長期的教學實踐中已經獲得了豐富的經驗和效果，但經過課程實踐發覺其也面臨若干問題需要改進。

1 化工原理課程教學現狀和存在的問題

1.1 教學方法單調

化工原理是把物理、數學、化學等學科的基礎知識綜合到一起，處理在工業生產實踐應用中出現的問題的工程性課程，具有所涉及的單元操作多、原理抽象、公式復雜、工程觀念強等一系列特征。在課程教學中，老師們一般都是以推導公式為主，學生因為沒有前期高等數學和物理化學理論知識的回顧而不能進行理論知識的連接與融會貫通。此外，因為學生高考的因素，在進大學以前接觸到的都是基礎理論知識，并沒有什么工程實際基礎，而大多院校的化工原理課程，一般是在學生進入工廠實習之前開設，由于學生對單元操作在工業生產中的實踐運用還不夠熟悉，因此很難掌握公式的意義與作用。最終使得學生對化工原理的學習積極性不高，覺得課程相對單調乏味。

1.2 老師無法把握學生學習效果

化工原理由于課程理論性強，知識框架復雜，使得學生在課后還需進一步強化學習。在以往的老師授課為主的方式中，受到課堂教學時間的影響，通常沒有針對每一章或每一小節進行專門的小測驗來了解學生對知識的掌握情況，盡管可以采用上課提問的方式加以掌握，但是通過抽查的方式也無法了解每個學生對知識的具體掌握情況，因而出現信息不對稱的現象。

1.3 評定平時成績不全面

評定方法的科學設置關系著課程的教學效果及人才的培養。就目前高校的教學評定方法而言，期末成績的考核通常是受到了相當大的關注，有著完善的考評方法和手段，而平時成績的考評則相對薄弱。化工原理課程的評定也面臨同樣的問題。目前，課程成績的評定方式大多采用平時成績和期末成績加權平均的計算方式。比如在化工原理課程中，平時成績占30%，期中成績占10%，期末成績占60%。其中，期末和期中的成績可通過考試的卷面分數確定，相對而言較為客觀，但平時成績卻是由任課老師通過學生的綜合表現，如課后作業、考勤、課堂表現等確定，沒有統一的評定標準。

新工科背景下，化工原理課程旨在培養學生分析實際工業中工程技術問題的能力，根據目前其在課程教學中出現的問題，亟需展開具體的改革探索。

2 基于“雨課堂”的化工原理課程教學改革探索

隨著教育信息化的開展，混合式教學也越來越受到重視，它倡導將傳統教學的優勢與數字化教學的優點結合起來，在學習的過程中，既充分發揮老師的主導作用，又充分展現學生的學習積極性[4]。

混合式教學的方法有許多，如傳統教學中多媒體教學手段的使用及融合網絡教學等[5]。“雨課堂”是由學堂在線和清華在線教育辦公室聯合開發的一款新興智慧教學軟件，使用微信或藍牙即可與手機實現連接。通過“雨課堂”的混合式教學可把傳統理論教學和網絡教學的優點融合起來，從而更好地實現課堂教學的有效性[6]。針對當前化工原理課程在教學中出現的教學方法單調、老師無法把握學生學習效果、評定平時成績不全面等問題，本文試圖利用“雨課堂”這一教學軟件進行混合式教學，以解決傳統教學中出現的問題。

基于“雨課堂”的教學模式，化工原理課程在傳統教學中出現的問題可通過課前導學、課中助學和課后鞏固三個教學階段得到解決（圖1）。

2.1 課前導學

教師可借助“雨課堂”教學軟件，在上課之前將課件及上課時擬討論的工程案例推送到對應班上學生的微信中，學生可及時查看并預習有關基礎知識點和工程案例，進行自主學習，形成一個課前導學的教學模式。化工原理由于課程任務緊，通常四個課時就必須完成一章節知識點的教學。每一章的知識點中都包含了大量的概念和公式，工程案例的討論和分析均是建立在對這些概念和公式掌握的基礎上。所以，課前學習信息的發布，可督促學生養成預習的良好習慣，還可以使他們帶著問題來上課，以便在課堂上取得良好的效果。另外，工程案例在化工原理的教學中具有重要作用，課前給學生發送擬討論的案例，可敦促學生提前去查閱資料，以便在課上討論中做比較全面的準備，防止出現授課期間耗時多但探討不佳的情況。

2.2 課中助學

在每次教學中，老師通過對基礎理論知識的講解，首先解決學生在預習中遇到的問題。同時，老師也可利用“雨課堂”將教學PPT 即時發送給學生，方便學生保存并回顧課程教學內容。另外，學生在其手機端上打開教學PPT 后，下方有一個“不懂”按鈕，學生如果點了“不懂”以后，能夠及時反饋給老師。老師可針對學生點“不懂”的數據反饋，及時調整教學節奏和重點，這有助于老師在課堂上就及時解決學生的疑惑，避免了學生不懂的知識點的累積，提高了學生的學習積極性。同時，學生也可對存在疑惑的知識點加以標注，通過“雨課堂”反饋給老師，實現老師與學生之間的異步互動。

此外，老師還可利用“雨課堂”在教學課件中插入習題。當每一章節課程完成后，在課堂上即可利用插入的習題對學生進行測驗。老師也可以設置每道題的回答時間，在學生測試的過程中，老師可實時掌握學生們的作答情況，解決了傳統教學方法下，老師無法充分掌握學生對知識點掌握的真實情況。另外，老師還可把每道題的答案解析發送給學生，便于答錯的學生了解自己錯的地方，從而加深理解。在所有學生都作答結束后，“雨課堂”會生成一份報告，其中羅列了每個學生的具體答題情況，可作為老師評定學生平時成績的依據。化工原理每章所涵蓋的公式與概念較多，所以在每章內容的學習過程中與結束后，設置相應的習題進行測試，可以提高學生對重要知識點的掌握。

2.3 課后鞏固

課后鞏固是檢測學生是否切實理解知識點的有效方式。老師可利用“雨課堂”給學生布置課后作業，以增進學生對有關知識點的總結與整理。與此同時，在課后作業中，布置一些工程案例的拓展題目，也可引導學生進行工程實踐案例的分析和檢驗。例如，在學習了“傳熱”這一章節內容后，可設計這樣一道工程案例題目：原來在我國長三角區域某城市所設計的萬噸有機酸生產廠，因為種種原因需搬到遼寧省某區域，但該廠在建設時，原設計方案并沒有做出相應調整和修改，新廠建成后，到了冬天，室外的物料管道經常會出現結晶、阻塞等狀況，導致生產停頓，損失嚴重，請同學們根據“傳熱”中所學的有關保溫和強化傳熱的知識，對該現象的成因和處理對策加以分析。通過在課后拓展工程案例的題目，可提高學生剖析問題、解決問題的工程能力。

上述三個環節層層推進，有效整合了課前、課中和課后師生互動的新型教學模式，極大提升了學生學習的積極性和學習質量。同時，針對同學們在上述三個環節的表現，建立了一套客觀評價化工原理成績的方式（表1），即切實地把課前、課中和課后同學們的表現都反映到了平時成績的評價中；另外，相對比較客觀的期末與期中考試仍然作為課程的重要考核內容，分別占60%和10%。

表1 化工原理課程評價方式

通過該方案，對應化2019級的化工原理課程進行改革，并與改革前制藥2019 級學生的成績對比，化工原理課程針對兩個專業的學生均為專業必修課，采用的教材均為夏清等主編的《化工原理》第二版，制藥2019級是2021年開設的課程，開班人數57人，應化2019級是2022年開設的課程，開班人數51人，兩學期學生的成績分布如圖2所示，可以看到，在經歷改革后，學生的學習效果得到了顯著提升，相較于實施前，學生的平均分從68分提高到了75分，中位數也從69分提高到了78分。由此數據可看出，基于“雨課堂”的教學模式改革，既強化了學生的中心地位，又提升了課堂的效率。

圖2 近兩年的化工原理課程學生成績分布

3 結語

結合化工原理課程綜合性強，學習難度大的特點，以及傳統教學方法存在的問題，提出基于“雨課堂”的教學模式，在課前發送相關資料督促學生預習，課中發送課件PPT 與“不懂”反饋功能結合及時解決學生問題，課后布置作業鞏固，形成一個課前導學、課中助學、課后鞏固的教學模式。通過在化工原理的教學中采用“雨課堂”的教學模式，提高了教學的質量和學生的學習效率。但是，化工原理在教學中仍存在較多不足，教學改革是一個長期工程，基于“雨課堂”的教學模式不斷改善課程教學的各個環節有望成為學生青睞的學習模式。