“雨課堂”助力“化工原理實(shí)驗(yàn)”信息化改革實(shí)踐

姚路路，冉瑾，崔鵬

（合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 合肥 230009）

當(dāng)前，利用信息技術(shù)手段進(jìn)行的信息化教學(xué)是一種新型的教學(xué)方式，可以將教學(xué)資源以立體的形式呈現(xiàn)，及時(shí)反饋并有效利用教學(xué)過程評價(jià)信息，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式創(chuàng)新，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量[1]?！坝暾n堂”是一種新型的智慧教學(xué)工具，基于目前教學(xué)廣泛使用的PowerPoint 課件以及“微信”等軟件，為傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程提供了一個(gè)全新的支持平臺，這個(gè)平臺具有智能化、個(gè)性化的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)支持等功能[2]。以“雨課堂”為代表的教學(xué)信息化改革取得了廣泛的研究和應(yīng)用，成為課堂教學(xué)非常有效的輔助工具，也在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中得到了關(guān)注[3]。部分基礎(chǔ)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程等教學(xué)環(huán)節(jié)中通過“雨課堂”助力，有效提高了教學(xué)質(zhì)量[4-10]。

“化工原理”是化工及制藥類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，“化工原理實(shí)驗(yàn)”則是“化工原理”課程體系中重要的組成部分，是化工及制藥類專業(yè)大學(xué)生接觸的第一門工程型實(shí)驗(yàn)課程。該實(shí)驗(yàn)課程通過直觀的實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察以強(qiáng)化學(xué)生對“化工原理”知識的理解，對學(xué)生的動(dòng)手能力、邏輯思維能力和工程素養(yǎng)進(jìn)行訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識和工程理念，起著理論教學(xué)不可替代的作用。

不同于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)以學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、掌握基本操作技能為教學(xué)目的，“化工原理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)目的是幫助學(xué)生強(qiáng)化理解工程知識、掌握工程規(guī)律、培養(yǎng)工程觀念，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)多樣化，對信息化教學(xué)技術(shù)的需求更加迫切。合肥工業(yè)大學(xué)“化工原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革，勇于探索，將“雨課堂”應(yīng)用在“化工原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)過程中，取得了較好的應(yīng)用成效，為化工類工程型實(shí)驗(yàn)課程的信息化改革提供了借鑒。

1 “化工原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)存在的問題

與基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置多為燒瓶、移液管、量筒等常規(guī)玻璃儀器，或是色譜儀、光譜儀等標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備不同，以“化工原理實(shí)驗(yàn)”為代表的化工類工程型實(shí)驗(yàn)課程所使用的設(shè)備往往為擬工業(yè)化設(shè)備，多為現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，而且不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備差異顯著，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生理解掌握的難度較大。

2 基于“雨課堂”的“化工原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)實(shí)踐

利用“雨課堂”的信息化功能，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)班級，并對學(xué)生進(jìn)行分組，發(fā)布相關(guān)信息，可以對學(xué)生進(jìn)行更加高效的管理。為了提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，將“雨課堂”等智慧教學(xué)工具合理運(yùn)用到“化工原理實(shí)驗(yàn)”的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)原理講授、現(xiàn)場操作教學(xué)和成績評價(jià)等環(huán)節(jié)中，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程多樣化、信息化。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一環(huán)節(jié)，此過程應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生對即將開展的實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠忻鞔_的掌握，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有初步的了解。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)對于學(xué)生預(yù)先理清實(shí)驗(yàn)思路、了解實(shí)驗(yàn)要求、確保實(shí)驗(yàn)過程安全和高效進(jìn)行有著非常重要的意義。但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)通常僅表現(xiàn)為學(xué)生完成預(yù)習(xí)報(bào)告撰寫，難以避免學(xué)生簡單地照抄實(shí)驗(yàn)教材或講義，卻沒有真正明確實(shí)驗(yàn)思路的弊端，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果不佳。

利用“雨課堂”的信息發(fā)布功能，在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、需要掌握的主要知識點(diǎn)內(nèi)容推送給學(xué)生學(xué)習(xí)，如圖1所示，讓學(xué)生有目的地思考，將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置抽象化，在預(yù)習(xí)課件中配上簡單的流程動(dòng)畫或視頻，如圖2 所示，提高學(xué)生對操作流程的認(rèn)知程度。此外，通過“雨課堂”反饋（圖3），掌控學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的情況，并根據(jù)學(xué)生反饋“不懂”的內(nèi)容，合理調(diào)整下一步實(shí)驗(yàn)原理講授的內(nèi)容安排。通過這些方法，提高了學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣，有效提高了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的效果。

圖1 “雨課堂”推送預(yù)習(xí)要求

圖2 實(shí)驗(yàn)流程動(dòng)畫（截圖）

圖3 “雨課堂“對學(xué)生預(yù)習(xí)效果的反饋

（1）利用“雨課堂”的互動(dòng)功能，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)原理講授效果

目前，我?！盎ぴ韺?shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)原理講授環(huán)節(jié)以多媒體方式在教室內(nèi)進(jìn)行，通過在多媒體教學(xué)中輔以圖片、視頻、動(dòng)畫等形式給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)理論和儀器設(shè)備原理，比傳統(tǒng)的完全現(xiàn)場教學(xué)更加形象、生動(dòng)。比如在“流體流動(dòng)阻力的測定”實(shí)驗(yàn)中要測定水流體的流量和管道（管件或閥門）兩端的壓差，要用到渦輪流量計(jì)和壓差變送器。這兩種儀表學(xué)生以前從未接觸過，若采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場講解方式，學(xué)生只能看到外殼的輪廓，很難理解裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，采用多媒體圖片和動(dòng)畫直觀展示（圖4），其結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)便一目了然。

圖4 裝置結(jié)構(gòu)原理

采用多媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的講授為積極推進(jìn)“雨課堂”在“化工原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中的應(yīng)用提供了有力的基礎(chǔ)條件。在現(xiàn)在的“化工原理實(shí)驗(yàn)”講授環(huán)節(jié)中，教師借助“雨課堂”的問答等互動(dòng)功能，可以對學(xué)生的預(yù)習(xí)效果進(jìn)行評價(jià)。比如設(shè)置一些有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理和相關(guān)知識的選擇題或填空題（圖5），要求學(xué)生限時(shí)作答；或者采用“雨課堂”隨機(jī)提問的方式，口頭提問部分學(xué)生作答。這樣既可以鞭策學(xué)生自覺進(jìn)行預(yù)習(xí)，又可以總體了解全體學(xué)生的預(yù)習(xí)掌握情況，以此對下一環(huán)節(jié)即學(xué)生實(shí)際操作環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

圖5 設(shè)置概念型題目

此外，對于工程型實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)裝置操作的規(guī)范與正確，是非常重要的教學(xué)要點(diǎn)和考核指標(biāo)。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，只有依靠老師多次強(qiáng)調(diào)，以避免學(xué)生出錯(cuò)，防止設(shè)備發(fā)生損壞。而借助“雨課堂”的問答功能，在實(shí)驗(yàn)講解完成后，采用答題的形式，考核學(xué)生對裝置操作規(guī)范的掌握程度，如離心泵的開機(jī)流程、恒壓過濾實(shí)驗(yàn)的操作要點(diǎn)等（圖6）。

圖6 設(shè)置實(shí)驗(yàn)操作型題目

此外，課上問答題的結(jié)果通過“雨課堂”可以自動(dòng)反饋給教師，如圖7所示。教師根據(jù)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)及操作流程的掌握情況，調(diào)整自己的教學(xué)方法和內(nèi)容；根據(jù)學(xué)生反饋的聽課情況，進(jìn)一步調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

基于OBE工程教育模式的軟件工程課程教改是以課程學(xué)習(xí)產(chǎn)出為核心，定義課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系，以應(yīng)用型高校學(xué)生為中心，圍繞學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)后應(yīng)具備的能力來組織開展整個(gè)教學(xué)活動(dòng)，能夠根據(jù)學(xué)生產(chǎn)出反饋持續(xù)改進(jìn)教學(xué)計(jì)劃。

圖7 “雨課堂”答題及學(xué)生反饋

此外，利用“雨課堂”適時(shí)開啟彈幕功能以加強(qiáng)師生互動(dòng)，讓指導(dǎo)教師時(shí)刻了解和把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。

（2）利用“雨課堂”的互動(dòng)功能，強(qiáng)化現(xiàn)場操作環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)效果

在“化工原理實(shí)驗(yàn)”的操作環(huán)節(jié)中，為保證全體學(xué)生都有動(dòng)手的機(jī)會(huì)，通常采用老師統(tǒng)一演示操作，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，但學(xué)生的領(lǐng)悟能力不同、動(dòng)手能力各異、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)也有差別，因此在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，部分學(xué)生對于儀器操作仍然不能自行完成，特別是工業(yè)化儀器設(shè)備操作細(xì)節(jié)比較多，學(xué)生難以一次性完全掌握操作要點(diǎn)，因此需要教師不間斷地跟蹤，根據(jù)每一組學(xué)生的需要進(jìn)行分別指導(dǎo)。

為解決此問題，通過把實(shí)驗(yàn)流程及操作步驟發(fā)送到“雨課堂”（圖8），其中包括實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)（圖9），學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可以隨時(shí)查看，以確保實(shí)驗(yàn)安全、順利地進(jìn)行；同時(shí)，學(xué)生利用“雨課堂”的回看功能，在需要時(shí)可以回顧預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)講授環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)和流程，既可以提高實(shí)驗(yàn)效率，避免一些操作失誤，同時(shí)降低了指導(dǎo)教師的工作強(qiáng)度。

圖8 發(fā)送實(shí)驗(yàn)流程及操作步驟以便指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

圖9 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（3）利用“雨課堂”的成績評定功能，提高實(shí)驗(yàn)成績的客觀性

“化工原理實(shí)驗(yàn)”的成績目前是根據(jù)考勤得分、實(shí)際操作得分和實(shí)驗(yàn)報(bào)告得分進(jìn)行綜合評價(jià)，其中考勤多采用人工點(diǎn)名的方式，耗時(shí)較長，效率低；學(xué)生的實(shí)際操作環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)為評分的重點(diǎn)，但是得分卻很難量化，往往只能作為參考；而實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績則通常具有較大的主觀性。

“雨課堂”軟件帶有考勤功能，對于遲到和缺課的學(xué)生可以直接在課堂記錄上查閱到，比人工點(diǎn)名的方式效率更高。

在實(shí)操環(huán)節(jié)，以往學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)更多在于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而忽視實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與理解。在實(shí)驗(yàn)操作演示之后，在“雨課堂”中設(shè)置實(shí)驗(yàn)操作方法類題目（圖10），既可以有效地評判學(xué)生對操作過程的掌握情況并進(jìn)行客觀評價(jià)，又可以加深學(xué)生對實(shí)操過程的認(rèn)識，減少操作錯(cuò)誤，提高實(shí)驗(yàn)安全性。

圖10 操作方法類題目

此外，通過學(xué)生在“雨課堂”講授部分提問環(huán)節(jié)的得分，可以很容易地判斷學(xué)生對知識的掌握情況（如圖7），這部分的分?jǐn)?shù)可以作為平時(shí)成績體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的最終成績中，提高實(shí)驗(yàn)成績的客觀性。

3 教學(xué)效果反饋

對照基于“雨課堂”的“化工原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)流程來看（圖11），傳統(tǒng)“化工原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)原理講授、現(xiàn)場操作教學(xué)和成績評價(jià)等環(huán)節(jié)中存在的諸多問題和不足，均在“雨課堂”的助力下得到了很好的解決或改善。

圖11 基于“雨課堂”的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程圖

對我?；瘜W(xué)工程與工藝、制藥工程、高分子材料與工程、應(yīng)用化學(xué)等化工類專業(yè)本科生進(jìn)行“化工原理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)實(shí)踐表明，“雨課堂”的使用有力提升了教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性提高了，原先實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中難以講清的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)、流程和操作要點(diǎn)變得淺顯易懂，指導(dǎo)學(xué)生操作的難度和工作強(qiáng)度顯著降低。學(xué)生反饋也表明，通過借助“雨課堂”，使其對實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)識發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，以前他們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如課堂學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過程也比較枯燥，因此很多門實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果并不理想；而通過這種學(xué)習(xí)方式，極大地彌補(bǔ)了課堂學(xué)習(xí)過程中知識點(diǎn)掌握的不足，形象生動(dòng)地掌握了實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)裝置與流程的特點(diǎn)，不但學(xué)好了“化工原理實(shí)驗(yàn)”的內(nèi)容，同時(shí)還有力地提高了“化工原理”課程的學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)束語

通過在“化工原理實(shí)驗(yàn)”全過程中應(yīng)用以“雨課堂”為代表的智慧教學(xué)工具，使得“化工原理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)過程更有利于學(xué)生接受，也更有利于教師教學(xué)；同時(shí)，這種信息化的教學(xué)模式，增強(qiáng)師生互動(dòng)的教學(xué)方法，一方面提升了“化工原理實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面探索和總結(jié)了此類智慧教學(xué)工具在化工類工程型實(shí)驗(yàn)課程信息化改革的新思路；豐富的教學(xué)手段，也有利于后期在“化工原理實(shí)驗(yàn)”等工程型實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中引入“課程思政”理念，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)課程的育人效果。