張穎穎 張 英 王春怡 周 園

（廣州中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，廣東 廣州 510006）

化工原理是廣州中醫(yī)藥大學(xué)為制藥工程專業(yè)開設(shè)的一門極為重要的專業(yè)必修主干課程。該課程是在完成對高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、工程制圖、物理化學(xué)等先導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)后，在進(jìn)入制藥工藝學(xué)、制藥工程學(xué)及課程設(shè)計等工程專業(yè)課學(xué)習(xí)前的必修課程，是工程教育中連接理論與實(shí)踐的紐帶，承擔(dān)著工程科學(xué)與工程技術(shù)的雙重教育任務(wù)［1］。廣州中醫(yī)藥大學(xué)制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)計劃中，化工原理總計96 學(xué)時，開設(shè)時間為大三上學(xué)期，教材幾經(jīng)探索，最終選用王志魁主編、劉偉與劉麗英主審、化學(xué)工業(yè)出版社印刷發(fā)行的第5版《化工原理》［2］。

化工原理以制藥生產(chǎn)中的單元操作為主要內(nèi)容，分析解決制藥生產(chǎn)過程中“三傳”理論的基本原理、工藝計算、能量衡算及過程強(qiáng)化，以及進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計與選型。一直以來，化工原理教學(xué)強(qiáng)調(diào)原理講解、模型建立、公式推導(dǎo)、過程計算與設(shè)備設(shè)計等，以培養(yǎng)學(xué)生的工程思維及解決工程實(shí)際問題的創(chuàng)新能力。教師在課堂中起著主導(dǎo)作用，而學(xué)生的主觀能動性發(fā)揮有限。在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已難以滿足工程型人才的培養(yǎng)需要，化工原理課堂教學(xué)亟需改革，而智慧平臺與思維工具的結(jié)合為此提供了新的教學(xué)范式。

1 化工原理課程特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀

作為制藥工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)入工程領(lǐng)域的敲門磚，化工原理具有工程實(shí)踐性強(qiáng)、注重應(yīng)用等特點(diǎn)。中醫(yī)藥院校的學(xué)生在經(jīng)過基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)后，首次面對工科課程，普遍認(rèn)為化工原理課程的理解與掌握難度大，很難學(xué)好。當(dāng)前化工原理教學(xué)中存在以下4 大問題：（1）傳統(tǒng)教學(xué)方法單一，以講授式為主，偏重單元操作理論知識的升級，理論基礎(chǔ)與公式推導(dǎo)抽象晦澀，學(xué)生理解困難，只是機(jī)械地做題應(yīng)付考試，慢慢對課程失去興趣和信心。（2）課時少，內(nèi)容多。制藥行業(yè)涉及的單元操作如蒸發(fā)、結(jié)晶、膜分離等內(nèi)容授課學(xué)時少，甚至未講授［3］，學(xué)生體會不到化工原理與制藥工程專業(yè)的相關(guān)性，從而喪失學(xué)習(xí)激情。（3）教學(xué)評價多以課后作業(yè)、期末考試等方式進(jìn)行，教師難以及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，無法快速調(diào)整教學(xué)進(jìn)度與授課重點(diǎn)，造成教與學(xué)脫節(jié)。（4）學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力日趨下降。部分學(xué)生在進(jìn)入大三后學(xué)習(xí)懈怠，對抽象難懂的化工原理容易產(chǎn)生畏難情緒；同時，授課內(nèi)容的歸納等，多由教師講解給學(xué)生，限制了學(xué)生的參與度與主動性，越發(fā)削弱了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

總之，傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生面對大量知識碎片，無法鍛煉獨(dú)立思考、學(xué)以致用的能力?；旌鲜浇虒W(xué)將傳統(tǒng)教學(xué)手段與信息技術(shù)手段、智慧平臺等有效結(jié)合，可以高效地整合教學(xué)資源［4］，為化工原理課程的教學(xué)改革提供新的思路和方向。

2 雨課堂在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 雨課堂簡介雨課堂是由清華大學(xué)在線教育聯(lián)合學(xué)堂在線共同研發(fā)的，一款連接師生且能最大限度激發(fā)教與學(xué)作用的智能教學(xué)工具。雨課堂能為師生提供便捷、互動的教學(xué)智慧平臺，充分覆蓋課程教學(xué)全過程的每一個環(huán)節(jié)，并提供動態(tài)、立體、全程的數(shù)據(jù)支持，賦予師生新的授課與學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而有效提升教學(xué)效果，推進(jìn)教學(xué)改革。

2.2 雨課堂在化工原理課程教學(xué)中的應(yīng)用

2.2.1 課前應(yīng)用化工原理課堂講授主要以過程分析-過程描述-過程及設(shè)備設(shè)計三段式展開。過程分析與過程描述都建立在已有的物理或化學(xué)理論（如質(zhì)量/能量守恒定律、熱力學(xué)三大定律等）基礎(chǔ)上，對過程特征規(guī)律進(jìn)行分析描述；過程及設(shè)備設(shè)計則是利用定律與輔助定則進(jìn)行設(shè)計型或操作型計算［5］。因此，化工原理課程涉及大量的公式、方程、符號與計算。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師可以利用雨課堂上傳預(yù)習(xí)課件，并在其中插入圖片、視頻與講解；也可以提供中國大學(xué)慕課相關(guān)課程的資源，讓學(xué)生利用在線平臺學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生思考，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

以化工原理課程第四章中的沸騰傳熱教學(xué)為例。在預(yù)習(xí)課件中插入萊頓弗羅斯特現(xiàn)象的視頻，并以此提出開放性問題：形成這一現(xiàn)象的原因是什么？液體沸騰傳熱在什么情況下形成氣膜？與哪些因素有關(guān)？借由這些問題引導(dǎo)學(xué)生思考沸騰傳熱的幾種不同表現(xiàn)及影響因素等，最終引出沸騰曲線及各段特點(diǎn)。

學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中可以進(jìn)行“不懂”或“評論”等操作。同時，教師可以在預(yù)習(xí)課件中設(shè)置2～3道測試題以檢測預(yù)習(xí)效果。在預(yù)習(xí)課件發(fā)布時間截止后，教師可以對學(xué)生的反饋與測試結(jié)果進(jìn)行分析，切實(shí)了解每次預(yù)習(xí)的具體學(xué)情，及時調(diào)整課堂授課計劃，在課堂上有的放矢地對難點(diǎn)詳細(xì)講解，提高學(xué)習(xí)效率。

2.2.2 課中應(yīng)用一方面，可將上堂課講授的重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容編成課后測試題，上傳到雨課堂，設(shè)置好答題時長和截止時間；教師根據(jù)平臺顯示的檢測結(jié)果，在課堂上針對性地分析并解答，幫助學(xué)生鞏固前次課的難點(diǎn)內(nèi)容。為保證學(xué)生的檢測結(jié)果的客觀準(zhǔn)確，暫不提供題目答案，錯誤率較高的題目會在課堂上給出答案并講解。另外，為保證學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，課后測試題目不超過3道。另一方面，授課時若涉及知識點(diǎn)較多或理解難度較大的內(nèi)容時，可在完成相應(yīng)內(nèi)容教學(xué)或整堂課后進(jìn)行課堂測試，要求當(dāng)場答題并提交，即時了解學(xué)生對講授內(nèi)容的掌握程度，并重點(diǎn)解決錯誤率高與反饋“不懂”較多的知識點(diǎn)，幫助學(xué)生理解。此外，對于課后測試有一定難度但準(zhǔn)確率高的題目，有必要在課堂上隨機(jī)提問，確保學(xué)生真正理解掌握。

2.2.3 課后應(yīng)用結(jié)束授課后，教師將當(dāng)堂內(nèi)容的課件、測試題或單元測的題目等推送到雨課堂平臺，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)、鞏固所學(xué)。教師通過題目批改、收集課件反饋及解答完討論區(qū)的相關(guān)疑問，分析學(xué)生對各知識點(diǎn)的掌握情況。將學(xué)生沒有真正掌握的知識點(diǎn)、錯誤率較高的題目或反饋“不懂”較多的內(nèi)容整理分類，作為下一次授課或答疑課的重點(diǎn)講解內(nèi)容，同時為后續(xù)調(diào)整、修改教學(xué)計劃提供參考。

比如，完成對流傳熱章節(jié)的授課后，教師推送了4道課后測試習(xí)題，發(fā)現(xiàn)錯誤率高的習(xí)題集中反映出學(xué)生對導(dǎo)熱原理及傳熱速率的理解不到位的問題。于是，在下一次授課時，教師可以重點(diǎn)回顧上次課的相關(guān)知識點(diǎn)，再詳細(xì)講解有代表性的檢測題。學(xué)生們鞏固了前期的原理，后續(xù)的知識點(diǎn)就更容易理解掌握。

3 思維導(dǎo)圖有機(jī)融入教學(xué)

化工原理以單元操作為主線，圍繞原理-設(shè)備-計算展開，在講授與學(xué)習(xí)的過程需注重培養(yǎng)邏輯思維與工科意識。中醫(yī)藥院校的學(xué)生初次接觸化工原理這樣的工科課程，習(xí)慣性地關(guān)注各知識點(diǎn)，難以自覺能動地理順知識之間的聯(lián)系并搭建單元操作的邏輯骨架，越發(fā)增加了理解與掌握課程的難度。為了幫助學(xué)生建立層次分明、邏輯清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的知識體系，我們在化工原理教學(xué)中引入了思維導(dǎo)圖。

3.1 思維導(dǎo)圖簡介思維導(dǎo)圖是一類圖形思維工具，由英國著名教育學(xué)家東尼·博贊創(chuàng)造。它利用各種圖像、顏色、代碼等，把抽象、復(fù)雜、互相關(guān)聯(lián)的知識條理化，運(yùn)用圖文結(jié)合的形式把各級主題的關(guān)系用層級圖表現(xiàn)出來。思維導(dǎo)圖通過梳理同一主題下繁雜分散的知識點(diǎn)，將其內(nèi)在的邏輯性系統(tǒng)化、視覺化，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識的理解與掌握，并提升學(xué)生的邏輯思維能力，激發(fā)潛能，改善教學(xué)效果［6］。

3.2 思維導(dǎo)圖與教學(xué)的有機(jī)融合首先，課前學(xué)習(xí)中引入思維導(dǎo)圖，可以提高學(xué)生預(yù)習(xí)的積極性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。當(dāng)課程內(nèi)容涉及設(shè)計與應(yīng)用時，教師會列出幾個問題并將學(xué)生分組，每組6～8人，要求各組圍繞問題進(jìn)行討論并繪制出相關(guān)思維導(dǎo)圖。例如，在講授換熱器時，給出如下幾個問題：制藥廠鍋爐房用水做水處理的目的是什么？中藥飲片煎煮提取可采用什么方法縮短加熱時間？青藏鐵路修建時如何解決凍土問題？衛(wèi)星熱控設(shè)計多采用什么換熱器？為什么？圍繞這些問題，學(xué)生們分別查閱相關(guān)文獻(xiàn)，積極討論，最終理解并掌握了強(qiáng)化傳熱的各種途徑：減小污垢熱阻、相變傳熱、增強(qiáng)湍動程度、增大單位體積下的換熱面積等?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，以問題與案例導(dǎo)入，學(xué)生邊查資料邊討論，最終以思維導(dǎo)圖的形式加以歸納，學(xué)習(xí)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過教師的純輸入。

其次，每個單元操作結(jié)束時，教師會要求學(xué)生們畫出本章的思維導(dǎo)圖并上傳到雨課堂。教師在雨課堂電腦端登錄并點(diǎn)評學(xué)生的思維導(dǎo)圖，對于共同存在的知識點(diǎn)之間關(guān)系的邏輯問題，在課堂上統(tǒng)一解析，增加學(xué)生對知識點(diǎn)的整體認(rèn)識與梳理能力。學(xué)生們繪制思維導(dǎo)圖的過程，是主動建構(gòu)整章單元操作的概念、原理、計算方法、設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計的過程。完成思維導(dǎo)圖，學(xué)生們就完成了對每個單元操作邏輯骨架的構(gòu)建；將各知識點(diǎn)補(bǔ)充進(jìn)這副骨架，就變成了單元操作的個體化完整體系。

最后，課程結(jié)束時，教師會以某些主題引領(lǐng)學(xué)生從單元操作的共性出發(fā)，深入到動量、熱量、質(zhì)量傳遞的本質(zhì)；以“三傳”的相似性，將化工原理所有內(nèi)容貫通起來。例如，以噴霧干燥時濕物料表面溫度低于濕球溫度這一結(jié)論開始，反推該結(jié)論成立的論據(jù)都有哪些。學(xué)生從干燥速率曲線反推到恒速段的傳熱傳質(zhì)機(jī)制，從干燥速率曲線測定的條件反推到對流傳熱特征數(shù)關(guān)系式，最終將動量、質(zhì)量、熱量傳遞以邊界層理論貫穿起來，打通化工原理的“任督二脈”。

4 教學(xué)效果評價

將雨課堂結(jié)合思維導(dǎo)圖融入化工原理教學(xué)后，講授內(nèi)容、教學(xué)平臺、教學(xué)方式，甚至師生互動等發(fā)生了很大改變，因此，課程考核標(biāo)準(zhǔn)需要隨之調(diào)整。傳統(tǒng)教學(xué)中以作業(yè)與期末考試為考核重心。教學(xué)改革后，借助雨課堂這一智慧平臺，得以實(shí)現(xiàn)考察綜合能力的目標(biāo)。課程考核由課堂表現(xiàn)（提問、課堂測試、小組討論）15%、課外作業(yè)15%（思維導(dǎo)圖10%、課前測與課后測5%）、單元測10%及期末考試60%組成，實(shí)現(xiàn)了多元化的過程形成性評價。

課程結(jié)束后，我們對本次教學(xué)改革效果進(jìn)行了問卷調(diào)查，參與這一教學(xué)活動的學(xué)生共48 人，問卷回收48份，結(jié)果見表1。

表1 2018級制藥工程專業(yè)48名本科生對雨課堂結(jié)合思維導(dǎo)圖的教學(xué)效果評價[名（%）]

由表1 可以看出，學(xué)生對采用雨課堂結(jié)合思維導(dǎo)圖的教學(xué)方式具有較高的認(rèn)同度，72.9%（35/48）的學(xué)生對此持肯定態(tài)度。79.2%（38/48）的學(xué)生認(rèn)為，當(dāng)前教學(xué)環(huán)節(jié)的改變對學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的增加不多或適中，在可接受范圍內(nèi)；同時還有20.8%（10/48）的學(xué)生認(rèn)為，其占用了更多的時間，增加了較大負(fù)擔(dān)。針對這一問題，新一輪教學(xué)可以考慮分層推送不同難度的測試題與作業(yè)。

此外，我們也對雨課堂與思維導(dǎo)圖促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)與方式進(jìn)行了調(diào)查。針對雨課堂的功能，總計62.5%（30/48）的學(xué)生認(rèn)為，有時間限制的“課堂測試”與“課后章節(jié)測試”最有幫助，相信這兩項(xiàng)測試后續(xù)的錯題講解讓學(xué)生更快速地明晰了錯漏的知識點(diǎn)與解題思路。而推送PPT 的效果不甚顯著，這與化工原理的課程特點(diǎn)非常吻合——邏輯思維與工程思維是培養(yǎng)重點(diǎn)，理解與應(yīng)用是終極目標(biāo)。對于思維導(dǎo)圖的應(yīng)用，62.5%（30/48）的學(xué)生認(rèn)為，自主繪制的“個體化單元操作體系”對學(xué)習(xí)最有幫助。與小組繪制個人貢獻(xiàn)差異較大，各單元操作的思維導(dǎo)圖由學(xué)生獨(dú)自完成，且在形成性評價中有所體現(xiàn)，學(xué)生重視程度較高，成圖過程中對相關(guān)知識點(diǎn)的認(rèn)真梳理有助于整個體系邏輯性框架的建立。20.8%（10/48）的學(xué)生認(rèn)為，“課前主題小組繪制”為最有幫助的學(xué)習(xí)方式，一方面課前主題有效激發(fā)了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的興趣；另一方面小組繪制意味著與同輩的合作交流。因此選題至關(guān)重要，同時若能將最終的思維導(dǎo)圖進(jìn)行講解、展示并進(jìn)行教師、助教、同輩多元評分，效果會更佳。

5 結(jié)語

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理時，往往因?yàn)槠鋬?nèi)容抽象、知識點(diǎn)繁復(fù)、公式多、關(guān)系復(fù)雜感到枯燥難學(xué)，前后知識點(diǎn)聯(lián)系不起來，難以建立完整的知識體系，久而久之失去學(xué)習(xí)興趣與信心。

雨課堂結(jié)合思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式既提供了覆蓋教學(xué)全過程的智慧平臺，促進(jìn)師生高效互動；又提供了高效形象生動的學(xué)習(xí)工具，應(yīng)用時可取二者所長。這一混合教學(xué)模式能很好地引領(lǐng)學(xué)生將手機(jī)的使用結(jié)合到專業(yè)課的學(xué)習(xí)中：雨課堂提供課前預(yù)習(xí)推送、實(shí)時答題及反饋、單元測等功能，學(xué)生可以方便、即時地在微信中查看并完成，教師可實(shí)時了解所有教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)情，適時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏；思維導(dǎo)圖可以將分散的工程課程知識點(diǎn)串聯(lián)起來形成邏輯清晰的知識體系，有利于增加學(xué)生對知識點(diǎn)的梳理與歸納總結(jié)能力，加強(qiáng)學(xué)生對各章節(jié)的整體認(rèn)識和理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，提高課堂授課質(zhì)量。

總之，雨課堂結(jié)合思維導(dǎo)圖的混合式教學(xué)能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性，點(diǎn)燃學(xué)生對制藥工程專業(yè)的興趣，逐步培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，以滿足培養(yǎng)新時代工程型人才的需求。