基于翻轉(zhuǎn)課堂的大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的重構(gòu)①

錢飛躍，王建芳，盛楠楠

(蘇州科技學(xué)院 a．環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院;b．天平學(xué)院，江蘇 蘇州215009)

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)大學(xué)工程教育普遍存在“教學(xué)目標(biāo)強(qiáng)調(diào)理論講授，教學(xué)內(nèi)容弱化能力培養(yǎng)”的狀況［1］。為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)事業(yè)對(duì)合格工程技術(shù)人才的迫切需求，落實(shí)教育部“十二五”規(guī)劃提出的“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃，不斷提高環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，就必須改變以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，充分發(fā)揮實(shí)踐環(huán)節(jié)的特殊功能，鼓勵(lì)“教”與“學(xué)”的方法創(chuàng)新［2］。

作為本專業(yè)主干課程大氣污染控制工程理論教學(xué)的延續(xù)、深入與發(fā)展，課程設(shè)計(jì)(下文稱大氣課程設(shè)計(jì))旨在引導(dǎo)學(xué)生理解并鞏固大氣污染控制的基本理論，掌握常見顆粒、氣態(tài)污染物收集凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、流程與方法，學(xué)會(huì)使用設(shè)計(jì)手冊(cè)、規(guī)范和應(yīng)用軟件，以培養(yǎng)動(dòng)手操作能力、積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。作為課程建設(shè)與改革的一次有力嘗試，本文通過(guò)分析當(dāng)前大氣課程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的突出問(wèn)題，具體闡述了翻轉(zhuǎn)課堂這一全新理念的先進(jìn)性，首次提出了大氣課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的重構(gòu)框架，并再次強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐訓(xùn)練在工程師培養(yǎng)體系中的核心地位。

1 大氣課程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題

在大氣課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生通常需要以具體任務(wù)為導(dǎo)向，相對(duì)獨(dú)立地完成工藝計(jì)算、設(shè)備選型與系統(tǒng)繪圖等工作［3］。在此期間，教師不再使用集中授課的模式，學(xué)生需要自行解決所遇到的大部分難題，其個(gè)人的知識(shí)水平、思維能力和心理素質(zhì)都將經(jīng)歷一次考驗(yàn)。正是由于“教”和“學(xué)”的方法明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，因此，指導(dǎo)教師和參與學(xué)生均認(rèn)為完成大氣課程設(shè)計(jì)很有難度［4］。此外，大氣課程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的主要問(wèn)題還包括:

第一，設(shè)計(jì)指導(dǎo)書缺乏規(guī)范性，參考價(jià)值有限。目前，各高校環(huán)境工程專業(yè)在發(fā)展沿革、科研基礎(chǔ)和大綱要求上都存在差異，國(guó)內(nèi)很難找到正式出版且普遍適用的大氣課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。這就要求指導(dǎo)教師必須自編教材，以幫助學(xué)生了解任務(wù)背景、基礎(chǔ)參數(shù)與設(shè)計(jì)規(guī)范等必要信息。但受制于工業(yè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和教師個(gè)人的編制水平，此類教材往往存在選題內(nèi)容單一、設(shè)計(jì)依據(jù)模糊和參考資料空洞等缺點(diǎn)，大多數(shù)只能起到任務(wù)布置的作用，無(wú)法為學(xué)生的設(shè)計(jì)活動(dòng)提供全程、有效的指導(dǎo)，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。

第二，參與者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)匱乏，工程概念模糊。大氣課程設(shè)計(jì)是集化工原理、流體力學(xué)、土建基礎(chǔ)與機(jī)械工程等知識(shí)于一體的綜合性訓(xùn)練環(huán)節(jié)。在有限的理論課時(shí)內(nèi)，學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)習(xí)了大氣污染控制的基本理論與相關(guān)技術(shù)，但對(duì)實(shí)際工程化系統(tǒng)仍缺乏準(zhǔn)確的感性認(rèn)知［5］。作為教學(xué)的重要參與者，青年教師也可能遇到類似的情況。因此，在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生只能依靠現(xiàn)有的技術(shù)資料與設(shè)計(jì)規(guī)范完成“畫瓢式”訓(xùn)練。由此獲得的設(shè)計(jì)方案很可能是錯(cuò)誤百出，實(shí)用價(jià)值更是無(wú)從談起。

第三，教學(xué)組織形式不合理，考核方法不科學(xué)。通常情況下，指導(dǎo)教師會(huì)要求學(xué)生在接到任務(wù)后的1～2周內(nèi)完成全部設(shè)計(jì)內(nèi)容，并根據(jù)最終提交的設(shè)計(jì)說(shuō)明/計(jì)算書與圖紙的質(zhì)量評(píng)定成績(jī)。受到師生比與教學(xué)時(shí)間的限制，指導(dǎo)教師針對(duì)共性或常見問(wèn)題尚能做出有效反饋，但仍缺乏個(gè)別化幫助和設(shè)計(jì)過(guò)程評(píng)價(jià)。因此，部分學(xué)生會(huì)采取“最后突擊”的方式抄襲他人成果，并成功蒙混過(guò)關(guān)。這種現(xiàn)象的存在削弱了成績(jī)?cè)u(píng)定的公正性，并對(duì)其他人產(chǎn)生消極的心理影響［5－7］。

2 引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的先進(jìn)性

自2007年，美國(guó)林地公園高中化學(xué)教師喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯提出翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)以來(lái)，這種源于掌握學(xué)習(xí)法的全新教學(xué)形態(tài)正引發(fā)越來(lái)越多的關(guān)注與嘗試，并已成為當(dāng)下熱門的教育改革與創(chuàng)新課題［6］。目前，翻轉(zhuǎn)課堂仍處于快速發(fā)展與完善階段，先后涌現(xiàn)了多種差異化的實(shí)施方案，其教學(xué)過(guò)程可大體分為:1)在課前，教師編制導(dǎo)學(xué)案、在線發(fā)布教學(xué)視頻與課程材料，學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，并完成相應(yīng)練習(xí)或測(cè)試;2)教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，重點(diǎn)整理學(xué)生無(wú)法解決或掌握程度較差的問(wèn)題;3)在正式上課時(shí)，教師不再重復(fù)講解課程內(nèi)容，而是以指導(dǎo)者的身份參與學(xué)生互動(dòng)，協(xié)助解決難題，完成知識(shí)的內(nèi)化［6］。

翻轉(zhuǎn)課堂開辟了以學(xué)生為主體、強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)、鼓勵(lì)教師角色轉(zhuǎn)變和注重個(gè)性化糾正的全新教學(xué)策略。它顛倒了傳統(tǒng)教學(xué)流程，使教師能有更多機(jī)會(huì)提供定制化輔導(dǎo)，并鼓勵(lì)學(xué)生超前學(xué)習(xí)、互相學(xué)習(xí)。盡管國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，翻轉(zhuǎn)課堂要求教學(xué)組織者必須掌握相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)資源與應(yīng)用技術(shù)，這在一定程度上提高了此類改革實(shí)踐的準(zhǔn)入門檻，但對(duì)于“小規(guī)模、開放性”的大氣課程設(shè)計(jì)而言，高度靈活的組織方式完全是可取的［7］。其中，“小規(guī)?！斌w現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)的參與者一般僅限于本專業(yè)學(xué)生，便于改革舉措的實(shí)施;“開放性”則意味著課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是自主學(xué)習(xí)過(guò)程，而不是追求某個(gè)確切的答案。此外，基于翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式的重構(gòu)，也順應(yīng)了當(dāng)代大學(xué)生群體共性的發(fā)展特征，即思維活躍、樂(lè)于追逐新事物、渴望與人平等溝通、習(xí)慣使用電子設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)等，將有利于優(yōu)化工程訓(xùn)練體系，激發(fā)學(xué)生的參與熱情，真正做到因材施教。

3 大氣課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的重構(gòu)

針對(duì)當(dāng)前存在的突出問(wèn)題，大氣課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的重構(gòu)應(yīng)從教學(xué)資料準(zhǔn)備、工程素質(zhì)培養(yǎng)、教學(xué)組織形式和成果評(píng)價(jià)方法四個(gè)方面展開。

第一，課程設(shè)計(jì)任務(wù)需緊密聯(lián)系理論教學(xué)內(nèi)容，采取靈活、自愿的選題方式。教師提供給學(xué)生的數(shù)據(jù)包除需涵蓋任務(wù)背景、設(shè)計(jì)內(nèi)容、基礎(chǔ)參數(shù)和成果要求等傳統(tǒng)內(nèi)容外，還應(yīng)包括教學(xué)視頻、任務(wù)－時(shí)間軸和重要的參考資料等。其中，教學(xué)視頻需重點(diǎn)講解大氣課程設(shè)計(jì)的一般流程與基本方法，并結(jié)合工程實(shí)例呈現(xiàn)具體的設(shè)計(jì)對(duì)象，幫助學(xué)生形成較為清晰的設(shè)計(jì)思路。針對(duì)學(xué)生提出的關(guān)鍵問(wèn)題，應(yīng)發(fā)布“微課”視頻，予以積極反饋［8］。另外，可將設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)分為多個(gè)目標(biāo)，并建立建議完成的時(shí)間軸，以提醒學(xué)生進(jìn)行工作進(jìn)度評(píng)估。最后，參考資料以電子文稿的形式放置于公共網(wǎng)盤中，方便學(xué)生隨時(shí)調(diào)用。

第二，課程設(shè)計(jì)是工程素質(zhì)培養(yǎng)的核心單元，也是比理論課、實(shí)驗(yàn)課更高層次的學(xué)習(xí)階段。在日常教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生閱讀相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)與規(guī)范，注意引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本構(gòu)造與工作原理，從客觀上拉大工程訓(xùn)練的時(shí)間跨度。更為關(guān)鍵的是，要建立穩(wěn)定的校企聯(lián)動(dòng)機(jī)制，聘請(qǐng)校外資深技術(shù)人員詳細(xì)介紹工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)行情況，并根據(jù)與課程內(nèi)容的相關(guān)性整理成視頻文件，在公共平臺(tái)上與學(xué)生共享［9］。

第三，教學(xué)組織形式的改變也是“翻轉(zhuǎn)”的重要體現(xiàn)。針對(duì)性更強(qiáng)的視頻教學(xué)取代了課堂上的集中傳授，以任務(wù)為導(dǎo)向的小組討論取代了“不懂就問(wèn)老師”的傳統(tǒng)模式。但需要指出的是，倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)協(xié)作應(yīng)當(dāng)以“任務(wù)背景大體類似，設(shè)計(jì)選題顯著不同”為前提，從源頭上降低“抄襲”的可能性。作為師生互動(dòng)的重要手段，在布置設(shè)計(jì)任務(wù)、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算與繪制工藝圖紙階段都應(yīng)設(shè)置問(wèn)卷調(diào)查，以充分了解學(xué)生的工作進(jìn)度與遇到的困難，及時(shí)調(diào)整輔導(dǎo)內(nèi)容與方法［5］。

第四，為保證成績(jī)?cè)u(píng)定的客觀性與公平性，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生使用輔助軟件(如Excel，Auto CAD等)完成設(shè)計(jì)計(jì)算與工程制圖，并在大氣課程設(shè)計(jì)結(jié)束前增設(shè)匯報(bào)、答辯環(huán)節(jié)。要求學(xué)生將過(guò)程材料與最終成果以幻燈片(PPT)的形式展示出來(lái)，鼓勵(lì)其介紹自身設(shè)計(jì)不合理的地方和可能的解決方案。在此期間，指導(dǎo)教師與其他學(xué)生均有權(quán)提出疑問(wèn)，隨機(jī)選擇學(xué)生代表參與成績(jī)?cè)u(píng)定。通過(guò)公開分析與討論，可以有效提高學(xué)生的參與度，發(fā)揮潛移默化的教學(xué)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大氣課程設(shè)計(jì)是大氣污染控制工程理論教學(xué)的延續(xù)、深入與升華?；诜D(zhuǎn)課堂進(jìn)行課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的重構(gòu)，符合工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)“小規(guī)模、開放性”的基本特征，有利于優(yōu)化教學(xué)組織形式，減少教師的重復(fù)性勞動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的參與熱情。同時(shí)也應(yīng)該看到，理念與方法的借鑒不是簡(jiǎn)單地照搬模式。翻轉(zhuǎn)課堂的綜合效益既源于師生互動(dòng)與成果評(píng)價(jià)的合理安排，也來(lái)自高質(zhì)量的導(dǎo)學(xué)案、教學(xué)視頻和設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。這使得指導(dǎo)教師和參與學(xué)生都要在課外付出更多的努力，不斷積累“教”與“學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)，才能獲得令人滿意的改革成果，才能實(shí)現(xiàn)新模式向其他課程的遷移、推廣。

［1］何朝陽(yáng)，歐玉芳，曹祁．美國(guó)大學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的啟示［J］．高等工程教育研究，2014(2):148－151．

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