新工科背景下基于“雨课堂”的化工原理课程教学改革

江 文

（重庆科技学院化学化工学院，重庆 401331）

目前，我国正处于加速转变经济社会发展方式、促进工业转型升级的关键时期。为提高高等工程教育人才在新技术革命背景下的业务保障能力，中华人民共和国教育部从2017年开始积极推进高等院校新工科教育，并致力培育具备全球视野的卓越工程技术人才[1]。高等学校担负着为社会培养人才的重担，如何让高校学生在校期间掌握工程思维和处理现实问题的能力是工程人才培养的核心[2]。

化工原理作为学生踏入工程领域的敲门砖，其在教学中主要采用单元操作对加工过程中的各类平衡关系及影响因素发展热力学和动力学分析，是我校针对化学工程与工艺、能源化学工程、化学、应用化学、环境、制药工程等专业开设的主要专业必修课程之一，也是这些专业后续工程相关专业课程学习的先修课程。化工原理课程由于具备综合性和工程实践性强等特点，使得学生在学习中的积极性不高，学习效果差，在课上存在许多“低头族”的现象[3]。尽管化工原理在长期的教学实践中已经获得了丰富的经验和效果，但经过课程实践发觉其也面临若干问题需要改进。

1 化工原理课程教学现状和存在的问题

1.1 教学方法单调

化工原理是把物理、数学、化学等学科的基础知识综合到一起，处理在工业生产实践应用中出现的问题的工程性课程，具有所涉及的单元操作多、原理抽象、公式复杂、工程观念强等一系列特征。在课程教学中，老师们一般都是以推导公式为主，学生因为没有前期高等数学和物理化学理论知识的回顾而不能进行理论知识的连接与融会贯通。此外，因为学生高考的因素，在进大学以前接触到的都是基础理论知识，并没有什么工程实际基础，而大多院校的化工原理课程，一般是在学生进入工厂实习之前开设，由于学生对单元操作在工业生产中的实践运用还不够熟悉，因此很难掌握公式的意义与作用。最终使得学生对化工原理的学习积极性不高，觉得课程相对单调乏味。

1.2 老师无法把握学生学习效果

化工原理由于课程理论性强，知识框架复杂，使得学生在课后还需进一步强化学习。在以往的老师授课为主的方式中，受到课堂教学时间的影响，通常没有针对每一章或每一小节进行专门的小测验来了解学生对知识的掌握情况，尽管可以采用上课提问的方式加以掌握，但是通过抽查的方式也无法了解每个学生对知识的具体掌握情况，因而出现信息不对称的现象。

1.3 评定平时成绩不全面

评定方法的科学设置关系着课程的教学效果及人才的培养。就目前高校的教学评定方法而言，期末成绩的考核通常是受到了相当大的关注，有着完善的考评方法和手段，而平时成绩的考评则相对薄弱。化工原理课程的评定也面临同样的问题。目前，课程成绩的评定方式大多采用平时成绩和期末成绩加权平均的计算方式。比如在化工原理课程中，平时成绩占30%，期中成绩占10%，期末成绩占60%。其中，期末和期中的成绩可通过考试的卷面分数确定，相对而言较为客观，但平时成绩却是由任课老师通过学生的综合表现，如课后作业、考勤、课堂表现等确定，没有统一的评定标准。

新工科背景下，化工原理课程旨在培养学生分析实际工业中工程技术问题的能力，根据目前其在课程教学中出现的问题，亟需展开具体的改革探索。

2 基于“雨课堂”的化工原理课程教学改革探索

随着教育信息化的开展，混合式教学也越来越受到重视，它倡导将传统教学的优势与数字化教学的优点结合起来，在学习的过程中，既充分发挥老师的主导作用，又充分展现学生的学习积极性[4]。

混合式教学的方法有许多，如传统教学中多媒体教学手段的使用及融合网络教学等[5]。“雨课堂”是由学堂在线和清华在线教育办公室联合开发的一款新兴智慧教学软件，使用微信或蓝牙即可与手机实现连接。通过“雨课堂”的混合式教学可把传统理论教学和网络教学的优点融合起来，从而更好地实现课堂教学的有效性[6]。针对当前化工原理课程在教学中出现的教学方法单调、老师无法把握学生学习效果、评定平时成绩不全面等问题，本文试图利用“雨课堂”这一教学软件进行混合式教学，以解决传统教学中出现的问题。

基于“雨课堂”的教学模式，化工原理课程在传统教学中出现的问题可通过课前导学、课中助学和课后巩固三个教学阶段得到解决（图1）。

2.1 课前导学

教师可借助“雨课堂”教学软件，在上课之前将课件及上课时拟讨论的工程案例推送到对应班上学生的微信中，学生可及时查看并预习有关基础知识点和工程案例，进行自主学习，形成一个课前导学的教学模式。化工原理由于课程任务紧，通常四个课时就必须完成一章节知识点的教学。每一章的知识点中都包含了大量的概念和公式，工程案例的讨论和分析均是建立在对这些概念和公式掌握的基础上。所以，课前学习信息的发布，可督促学生养成预习的良好习惯，还可以使他们带着问题来上课，以便在课堂上取得良好的效果。另外，工程案例在化工原理的教学中具有重要作用，课前给学生发送拟讨论的案例，可敦促学生提前去查阅资料，以便在课上讨论中做比较全面的准备，防止出现授课期间耗时多但探讨不佳的情况。

2.2 课中助学

在每次教学中，老师通过对基础理论知识的讲解，首先解决学生在预习中遇到的问题。同时，老师也可利用“雨课堂”将教学PPT 即时发送给学生，方便学生保存并回顾课程教学内容。另外，学生在其手机端上打开教学PPT 后，下方有一个“不懂”按钮，学生如果点了“不懂”以后，能够及时反馈给老师。老师可针对学生点“不懂”的数据反馈，及时调整教学节奏和重点，这有助于老师在课堂上就及时解决学生的疑惑，避免了学生不懂的知识点的累积，提高了学生的学习积极性。同时，学生也可对存在疑惑的知识点加以标注，通过“雨课堂”反馈给老师，实现老师与学生之间的异步互动。

此外，老师还可利用“雨课堂”在教学课件中插入习题。当每一章节课程完成后，在课堂上即可利用插入的习题对学生进行测验。老师也可以设置每道题的回答时间，在学生测试的过程中，老师可实时掌握学生们的作答情况，解决了传统教学方法下，老师无法充分掌握学生对知识点掌握的真实情况。另外，老师还可把每道题的答案解析发送给学生，便于答错的学生了解自己错的地方，从而加深理解。在所有学生都作答结束后，“雨课堂”会生成一份报告，其中罗列了每个学生的具体答题情况，可作为老师评定学生平时成绩的依据。化工原理每章所涵盖的公式与概念较多，所以在每章内容的学习过程中与结束后，设置相应的习题进行测试，可以提高学生对重要知识点的掌握。

2.3 课后巩固

课后巩固是检测学生是否切实理解知识点的有效方式。老师可利用“雨课堂”给学生布置课后作业，以增进学生对有关知识点的总结与整理。与此同时，在课后作业中，布置一些工程案例的拓展题目，也可引导学生进行工程实践案例的分析和检验。例如，在学习了“传热”这一章节内容后，可设计这样一道工程案例题目：原来在我国长三角区域某城市所设计的万吨有机酸生产厂，因为种种原因需搬到辽宁省某区域，但该厂在建设时，原设计方案并没有做出相应调整和修改，新厂建成后，到了冬天，室外的物料管道经常会出现结晶、阻塞等状况，导致生产停顿，损失严重，请同学们根据“传热”中所学的有关保温和强化传热的知识，对该现象的成因和处理对策加以分析。通过在课后拓展工程案例的题目，可提高学生剖析问题、解决问题的工程能力。

上述三个环节层层推进，有效整合了课前、课中和课后师生互动的新型教学模式，极大提升了学生学习的积极性和学习质量。同时，针对同学们在上述三个环节的表现，建立了一套客观评价化工原理成绩的方式（表1），即切实地把课前、课中和课后同学们的表现都反映到了平时成绩的评价中；另外，相对比较客观的期末与期中考试仍然作为课程的重要考核内容，分别占60%和10%。

表1 化工原理课程评价方式

通过该方案，对应化2019级的化工原理课程进行改革，并与改革前制药2019 级学生的成绩对比，化工原理课程针对两个专业的学生均为专业必修课，采用的教材均为夏清等主编的《化工原理》第二版，制药2019级是2021年开设的课程，开班人数57人，应化2019级是2022年开设的课程，开班人数51人，两学期学生的成绩分布如图2所示，可以看到，在经历改革后，学生的学习效果得到了显著提升，相较于实施前，学生的平均分从68分提高到了75分，中位数也从69分提高到了78分。由此数据可看出，基于“雨课堂”的教学模式改革，既强化了学生的中心地位，又提升了课堂的效率。

图2 近两年的化工原理课程学生成绩分布

3 结语

结合化工原理课程综合性强，学习难度大的特点，以及传统教学方法存在的问题，提出基于“雨课堂”的教学模式，在课前发送相关资料督促学生预习，课中发送课件PPT 与“不懂”反馈功能结合及时解决学生问题，课后布置作业巩固，形成一个课前导学、课中助学、课后巩固的教学模式。通过在化工原理的教学中采用“雨课堂”的教学模式，提高了教学的质量和学生的学习效率。但是，化工原理在教学中仍存在较多不足，教学改革是一个长期工程，基于“雨课堂”的教学模式不断改善课程教学的各个环节有望成为学生青睐的学习模式。