新工科背景下基于“雨課堂”的化工原理課程教學(xué)改革

江 文

（重慶科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

目前，我國正處于加速轉(zhuǎn)變經(jīng)濟社會發(fā)展方式、促進工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期。為提高高等工程教育人才在新技術(shù)革命背景下的業(yè)務(wù)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(shù)人才[1]。高等學(xué)校擔(dān)負著為社會培養(yǎng)人才的重擔(dān)，如何讓高校學(xué)生在校期間掌握工程思維和處理現(xiàn)實問題的能力是工程人才培養(yǎng)的核心[2]。

化工原理作為學(xué)生踏入工程領(lǐng)域的敲門磚，其在教學(xué)中主要采用單元操作對加工過程中的各類平衡關(guān)系及影響因素發(fā)展熱力學(xué)和動力學(xué)分析，是我校針對化學(xué)工程與工藝、能源化學(xué)工程、化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境、制藥工程等專業(yè)開設(shè)的主要專業(yè)必修課程之一，也是這些專業(yè)后續(xù)工程相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的先修課程?；ぴ碚n程由于具備綜合性和工程實踐性強等特點，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中的積極性不高，學(xué)習(xí)效果差，在課上存在許多“低頭族”的現(xiàn)象[3]。盡管化工原理在長期的教學(xué)實踐中已經(jīng)獲得了豐富的經(jīng)驗和效果，但經(jīng)過課程實踐發(fā)覺其也面臨若干問題需要改進。

1 化工原理課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

1.1 教學(xué)方法單調(diào)

化工原理是把物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)知識綜合到一起，處理在工業(yè)生產(chǎn)實踐應(yīng)用中出現(xiàn)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(fù)雜、工程觀念強等一系列特征。在課程教學(xué)中，老師們一般都是以推導(dǎo)公式為主，學(xué)生因為沒有前期高等數(shù)學(xué)和物理化學(xué)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(xué)生高考的因素，在進大學(xué)以前接觸到的都是基礎(chǔ)理論知識，并沒有什么工程實際基礎(chǔ)，而大多院校的化工原理課程，一般是在學(xué)生進入工廠實習(xí)之前開設(shè)，由于學(xué)生對單元操作在工業(yè)生產(chǎn)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(xué)生對化工原理的學(xué)習(xí)積極性不高，覺得課程相對單調(diào)乏味。

1.2 老師無法把握學(xué)生學(xué)習(xí)效果

化工原理由于課程理論性強，知識框架復(fù)雜，使得學(xué)生在課后還需進一步強化學(xué)習(xí)。在以往的老師授課為主的方式中，受到課堂教學(xué)時間的影響，通常沒有針對每一章或每一小節(jié)進行專門的小測驗來了解學(xué)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(xué)生對知識的具體掌握情況，因而出現(xiàn)信息不對稱的現(xiàn)象。

1.3 評定平時成績不全面

評定方法的科學(xué)設(shè)置關(guān)系著課程的教學(xué)效果及人才的培養(yǎng)。就目前高校的教學(xué)評定方法而言，期末成績的考核通常是受到了相當(dāng)大的關(guān)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?；ぴ碚n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(quán)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(shù)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(xué)生的綜合表現(xiàn)，如課后作業(yè)、考勤、課堂表現(xiàn)等確定，沒有統(tǒng)一的評定標(biāo)準(zhǔn)。

新工科背景下，化工原理課程旨在培養(yǎng)學(xué)生分析實際工業(yè)中工程技術(shù)問題的能力，根據(jù)目前其在課程教學(xué)中出現(xiàn)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(xué)改革探索

隨著教育信息化的開展，混合式教學(xué)也越來越受到重視，它倡導(dǎo)將傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢與數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)點結(jié)合起來，在學(xué)習(xí)的過程中，既充分發(fā)揮老師的主導(dǎo)作用，又充分展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[4]。

混合式教學(xué)的方法有許多，如傳統(tǒng)教學(xué)中多媒體教學(xué)手段的使用及融合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等[5]?！坝暾n堂”是由學(xué)堂在線和清華在線教育辦公室聯(lián)合開發(fā)的一款新興智慧教學(xué)軟件，使用微信或藍牙即可與手機實現(xiàn)連接。通過“雨課堂”的混合式教學(xué)可把傳統(tǒng)理論教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)點融合起來，從而更好地實現(xiàn)課堂教學(xué)的有效性[6]。針對當(dāng)前化工原理課程在教學(xué)中出現(xiàn)的教學(xué)方法單調(diào)、老師無法把握學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)軟件進行混合式教學(xué)，以解決傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的問題。

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

2.1 課前導(dǎo)學(xué)

教師可借助“雨課堂”教學(xué)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(yīng)班上學(xué)生的微信中，學(xué)生可及時查看并預(yù)習(xí)有關(guān)基礎(chǔ)知識點和工程案例，進行自主學(xué)習(xí)，形成一個課前導(dǎo)學(xué)的教學(xué)模式?；ぴ碛捎谡n程任務(wù)緊，通常四個課時就必須完成一章節(jié)知識點的教學(xué)。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(chǔ)上。所以，課前學(xué)習(xí)信息的發(fā)布，可督促學(xué)生養(yǎng)成預(yù)習(xí)的良好習(xí)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(xué)中具有重要作用，課前給學(xué)生發(fā)送擬討論的案例，可敦促學(xué)生提前去查閱資料，以便在課上討論中做比較全面的準(zhǔn)備，防止出現(xiàn)授課期間耗時多但探討不佳的情況。

2.2 課中助學(xué)

在每次教學(xué)中，老師通過對基礎(chǔ)理論知識的講解，首先解決學(xué)生在預(yù)習(xí)中遇到的問題。同時，老師也可利用“雨課堂”將教學(xué)PPT 即時發(fā)送給學(xué)生，方便學(xué)生保存并回顧課程教學(xué)內(nèi)容。另外，學(xué)生在其手機端上打開教學(xué)PPT 后，下方有一個“不懂”按鈕，學(xué)生如果點了“不懂”以后，能夠及時反饋給老師。老師可針對學(xué)生點“不懂”的數(shù)據(jù)反饋，及時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和重點，這有助于老師在課堂上就及時解決學(xué)生的疑惑，避免了學(xué)生不懂的知識點的累積，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時，學(xué)生也可對存在疑惑的知識點加以標(biāo)注，通過“雨課堂”反饋給老師，實現(xiàn)老師與學(xué)生之間的異步互動。

此外，老師還可利用“雨課堂”在教學(xué)課件中插入習(xí)題。當(dāng)每一章節(jié)課程完成后，在課堂上即可利用插入的習(xí)題對學(xué)生進行測驗。老師也可以設(shè)置每道題的回答時間，在學(xué)生測試的過程中，老師可實時掌握學(xué)生們的作答情況，解決了傳統(tǒng)教學(xué)方法下，老師無法充分掌握學(xué)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(fā)送給學(xué)生，便于答錯的學(xué)生了解自己錯的地方，從而加深理解。在所有學(xué)生都作答結(jié)束后，“雨課堂”會生成一份報告，其中羅列了每個學(xué)生的具體答題情況，可作為老師評定學(xué)生平時成績的依據(jù)?；ぴ砻空滤w的公式與概念較多，所以在每章內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中與結(jié)束后，設(shè)置相應(yīng)的習(xí)題進行測試，可以提高學(xué)生對重要知識點的掌握。

2.3 課后鞏固

課后鞏固是檢測學(xué)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(xué)生布置課后作業(yè)，以增進學(xué)生對有關(guān)知識點的總結(jié)與整理。與此同時，在課后作業(yè)中，布置一些工程案例的拓展題目，也可引導(dǎo)學(xué)生進行工程實踐案例的分析和檢驗。例如，在學(xué)習(xí)了“傳熱”這一章節(jié)內(nèi)容后，可設(shè)計這樣一道工程案例題目：原來在我國長三角區(qū)域某城市所設(shè)計的萬噸有機酸生產(chǎn)廠，因為種種原因需搬到遼寧省某區(qū)域，但該廠在建設(shè)時，原設(shè)計方案并沒有做出相應(yīng)調(diào)整和修改，新廠建成后，到了冬天，室外的物料管道經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)晶、阻塞等狀況，導(dǎo)致生產(chǎn)停頓，損失嚴重，請同學(xué)們根據(jù)“傳熱”中所學(xué)的有關(guān)保溫和強化傳熱的知識，對該現(xiàn)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(xué)生剖析問題、解決問題的工程能力。

上述三個環(huán)節(jié)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(xué)模式，極大提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)質(zhì)量。同時，針對同學(xué)們在上述三個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，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(xué)們的表現(xiàn)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(nèi)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(yīng)化2019級的化工原理課程進行改革，并與改革前制藥2019 級學(xué)生的成績對比，化工原理課程針對兩個專業(yè)的學(xué)生均為專業(yè)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(shè)的課程，開班人數(shù)57人，應(yīng)化2019級是2022年開設(shè)的課程，開班人數(shù)51人，兩學(xué)期學(xué)生的成績分布如圖2所示，可以看到，在經(jīng)歷改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到了顯著提升，相較于實施前，學(xué)生的平均分從68分提高到了75分，中位數(shù)也從69分提高到了78分。由此數(shù)據(jù)可看出，基于“雨課堂”的教學(xué)模式改革，既強化了學(xué)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(xué)生成績分布

3 結(jié)語

結(jié)合化工原理課程綜合性強，學(xué)習(xí)難度大的特點，以及傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的問題，提出基于“雨課堂”的教學(xué)模式，在課前發(fā)送相關(guān)資料督促學(xué)生預(yù)習(xí)，課中發(fā)送課件PPT 與“不懂”反饋功能結(jié)合及時解決學(xué)生問題，課后布置作業(yè)鞏固，形成一個課前導(dǎo)學(xué)、課中助學(xué)、課后鞏固的教學(xué)模式。通過在化工原理的教學(xué)中采用“雨課堂”的教學(xué)模式，提高了教學(xué)的質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。但是，化工原理在教學(xué)中仍存在較多不足，教學(xué)改革是一個長期工程，基于“雨課堂”的教學(xué)模式不斷改善課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)有望成為學(xué)生青睞的學(xué)習(xí)模式。