基于翻轉(zhuǎn)課堂的“環(huán)境催化原理及應(yīng)用”教學(xué)模式的重構(gòu)

張曉東　劉寧　王吟

摘 要：作為深化學(xué)術(shù)型碩士教育體系改革的一次有力嘗試，將翻轉(zhuǎn)課堂引入到教學(xué)過程中，結(jié)合上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院多年的教學(xué)實踐，從課前準備資料、教學(xué)組織形式、工程素質(zhì)培養(yǎng)和質(zhì)量評價體系四個方面，對環(huán)境催化原理及應(yīng)用的教學(xué)模式進行重構(gòu)，并闡述了翻轉(zhuǎn)課堂指導(dǎo)環(huán)境催化原理及應(yīng)用教學(xué)的可行性分析及其優(yōu)勢，并給出相關(guān)的對策及建議，結(jié)合課堂實踐案例，以期為我國高校實施研究生翻轉(zhuǎn)課堂實踐提供借鑒。

關(guān)鍵詞：學(xué)術(shù)型碩士；環(huán)境催化原理及應(yīng)用；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)模式重構(gòu)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】B 【文章編號】1008-1216（2017）09B-0127-02

長期以來，我國研究生教育普遍存在“輕理論課程，重單一課題，教學(xué)內(nèi)容以講授為主，無實踐能力培養(yǎng)”，導(dǎo)致大部分學(xué)術(shù)型碩士理論水平、專業(yè)技能都不能滿足實際需要。為了滿足社會發(fā)展與環(huán)保事業(yè)對研究型技術(shù)人才的需求，不斷提高環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)研究生的綜合素質(zhì)，改變以教師為主導(dǎo)地位的傳統(tǒng)教學(xué)模式迫在眉睫，要調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和積極性，鼓勵教學(xué)方法創(chuàng)新和實踐改革。

作為環(huán)境工程學(xué)術(shù)型碩士環(huán)境催化與環(huán)保材料研究方向的一門主干課，環(huán)境催化原理及應(yīng)用是從環(huán)境和催化的關(guān)系出發(fā)，以環(huán)境催化中的主要研究目標為體系，致力于系統(tǒng)、全面地闡釋環(huán)境催化的催化原理、特點、方法及在環(huán)境污染治理方面顯著的應(yīng)用成果和最新進展，此外還概述了自然界中一些自發(fā)存在的環(huán)境催化的概念和相應(yīng)的研究前沿。通過對本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生：（1）掌握催化與環(huán)境催化基本概念和原理；（2）掌握移動源和固定源燃燒排放的多相催化凈化；（3）掌握室內(nèi)空氣催化凈化相關(guān)原理及技術(shù)；（4）掌握水處理過程中的多相催化。通過上述的學(xué)習(xí)，為學(xué)生進入社會從事環(huán)境保護工作打下堅實的理論和實踐應(yīng)用基礎(chǔ)。作為一次研究生課程建設(shè)與革新的有力嘗試，本文針對當(dāng)前環(huán)境催化原理及應(yīng)用課程教學(xué)中存在的明顯問題進行分析，具體論述了翻轉(zhuǎn)課堂這一最新概念的先進性，提出了環(huán)境催化原理及應(yīng)用教學(xué)模式的重構(gòu)框架，并再次強調(diào)了理論知識培養(yǎng)與實際應(yīng)用訓(xùn)練在研究型人才培養(yǎng)體系中的核心地位。

一、環(huán)境催化原理及應(yīng)用教學(xué)中存在的問題

（一）理論基礎(chǔ)面寬，內(nèi)容多，教學(xué)學(xué)時短

結(jié)合我校環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程學(xué)術(shù)型碩士研究方向，我們選用了環(huán)境科學(xué)前沿及新技術(shù)叢書，即由科學(xué)出版社賀泓、李俊華、何洪、上官文峰、胡春主編的《環(huán)境催化原理及應(yīng)用》。教材內(nèi)容設(shè)計到物理化學(xué)、化工原理、流體力學(xué)等多門本科專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科及大氣、水污染控制工程等多門環(huán)境專業(yè)核心課程，具有理論問題多、反應(yīng)原理多、知識聯(lián)系性強等特點，適用64學(xué)時左右。然而研究生所修課程學(xué)時較少，我院根據(jù)研究生“打基礎(chǔ)、拓方向，提升思考及實踐能力”的培養(yǎng)原則，于2014年修訂了環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程學(xué)術(shù)型碩士培養(yǎng)方案，增設(shè)了該課程，設(shè)置為36學(xué)時，學(xué)時短，內(nèi)容多，學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的動力和興趣都受到很大鼓舞。

（二）課程所含內(nèi)容全面，但與其他課程內(nèi)容存在重復(fù)

根據(jù)教學(xué)大綱，環(huán)境催化原理與應(yīng)用課程主要介紹環(huán)境催化基礎(chǔ)、移動源以及固定源燃燒排放的催化凈化、揮發(fā)性有機物和天然氣的催化燃燒、室內(nèi)空氣催化凈化、水處理過程中的多相催化等?，F(xiàn)行環(huán)境工程學(xué)術(shù)型課程的教學(xué)安排上出現(xiàn)了部分理論知識體系交叉重復(fù)的現(xiàn)象，諸如該課程中所有關(guān)于氣態(tài)污染物的凈化技術(shù)內(nèi)容與《空氣污染控制理論與技術(shù)》中的催化方法去除氣態(tài)污染物部分重復(fù)；其次，在《環(huán)保材料表征及分析》中相關(guān)催化劑所涉及表征等內(nèi)容一樣；此外，高級水污染控制理論與技術(shù)中的芬頓高級氧化與本課程中的水處理過程中的多相催化也有交叉。因此，在理論教學(xué)過程中如何更好地協(xié)調(diào)與其他課程的關(guān)系則顯得尤為重要。

（三）教材內(nèi)容遠滯后于學(xué)科發(fā)展

《環(huán)境催化原理及應(yīng)用》出版于2008年10月，距離現(xiàn)在已近10年，科技水平迅猛發(fā)展，相關(guān)技術(shù)原理及其應(yīng)用條件都有了巨大的發(fā)展。新修訂的《 環(huán)境空氣質(zhì)量標準》 增加了臭氧和細顆粒物限值監(jiān)測指標，國家“十三五”規(guī)劃中將VOCs控制減排提升到國家層面。實踐中，多種環(huán)境污染物控制的熱點不斷轉(zhuǎn)換，應(yīng)用技術(shù)更新加快，教材明顯滯后，不利于研究生了解最新的理論及應(yīng)用技術(shù)。

（四）課程主要以理論授課為主，缺少專業(yè)實踐環(huán)節(jié)

目前，我國研究生教學(xué)中普遍存在的主要問題是缺少專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。由于各種條件的限制，部分實驗設(shè)備不能及時更新，這在一定程度上制約了環(huán)境催化原理及應(yīng)用的科研教學(xué)實踐，為進一步加強研究生將理論知識與解決實際問題相結(jié)合的能力，亟需加強該課程的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)。

二、引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的必要性

1996年美國邁阿密大學(xué)商學(xué)院的格蘭·波蘭特和莫里·拉吉將“翻轉(zhuǎn)課堂”設(shè)想用于大學(xué)，2007年美國林地公園高中化學(xué)老師亞倫·薩姆斯和喬納森·伯格曼將“翻轉(zhuǎn)課堂”在高中實施，這種教學(xué)方式已發(fā)展成目前教育改革中的前言課題。自2012年被引入中國，目前仍處于快速發(fā)展與完善階段，其教學(xué)過程主要分為：課前，教師在網(wǎng)上發(fā)布課程相關(guān)內(nèi)容及教學(xué)視頻等，學(xué)生自行下載學(xué)習(xí)，并完成相關(guān)內(nèi)容的測試；教師在網(wǎng)上直接了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并對問題進行分析整理出學(xué)生無法理解或掌握程度較差的知識點；課上，不再講解課程內(nèi)容，而是盡可能地與學(xué)生進行互動，協(xié)助學(xué)生們解決問題，完成相應(yīng)重點、難點等知識的消化。

翻轉(zhuǎn)課堂即將師生間的角色進行轉(zhuǎn)變、強調(diào)學(xué)生自主思考和學(xué)習(xí)、并注重學(xué)生個性化培養(yǎng)的全新教學(xué)策略。它改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，給教師提供更多機會為學(xué)生提供定制化輔導(dǎo)，并鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)。該課程要求教師必須熟練掌握一定的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源及應(yīng)用能力，這在某種程度上提高了此類課程教學(xué)改革的門檻。但對于這種“小規(guī)模”的環(huán)境催化原理及應(yīng)用課程而言，這種靈活的形式是完全適合的。除此之外，基于翻轉(zhuǎn)課堂進行研究生教學(xué)模式的重構(gòu)順應(yīng)了21世紀研究生群體的發(fā)展特征與趨勢，即樂于嘗試新鮮事物、思維方式活躍、渴望平等溝通、熟練使用網(wǎng)絡(luò)電子設(shè)備，有利于研究型技術(shù)人才的訓(xùn)練。endprint

三、環(huán)境催化原理及應(yīng)用教學(xué)模式的重構(gòu)

針對目前該課程中存在的一些顯著問題，重構(gòu)環(huán)境催化原理的教學(xué)模式應(yīng)該從課前資料的準備、課上教學(xué)形式的革新、工程素質(zhì)的培養(yǎng)和教學(xué)質(zhì)量評價體系等四個層面來開展。

第一，整合教學(xué)內(nèi)容，將該課程中與其他課程相關(guān)的內(nèi)容進行綜合。綜合的內(nèi)容不僅要包含常用的教學(xué)視頻資料、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)時間節(jié)點，更要包含當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的最新文獻及應(yīng)用技術(shù)等。此外，在發(fā)揚傳統(tǒng)教學(xué)章節(jié)系統(tǒng)性和穩(wěn)定性，通過查閱國內(nèi)外大量教材、科學(xué)研究和教學(xué)研究文獻的基礎(chǔ)上，注重外延式更新和內(nèi)涵式更新，將教學(xué)內(nèi)容和案例有機結(jié)合，形成有特色的教學(xué)體系和教學(xué)教案。按照計劃，構(gòu)建的課程內(nèi)容體系及案例設(shè)計（如圖1）所示。

第二，翻轉(zhuǎn)課堂的一個重要體現(xiàn)就是課上教學(xué)組織形式的轉(zhuǎn)變，教學(xué)方式由教師集中傳授過渡為針對性更強的動畫、視頻等多種多樣的教學(xué)方式，而“不懂就問老師”的傳統(tǒng)模式也轉(zhuǎn)換成了以任務(wù)為導(dǎo)向的小組討論形式，進而加強學(xué)生的討論，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。需要重點強調(diào)的是，這種倡導(dǎo)團隊協(xié)作的形式，其前提應(yīng)當(dāng)是“任務(wù)大體類似，知識點顯著不同”。作為師生互動的重要手段，在布置任務(wù)之前的準備中，可以事先布置一些問卷調(diào)查，根據(jù)結(jié)果來判斷學(xué)生對內(nèi)容的掌握情況，并及時進行輔導(dǎo)內(nèi)容與方法的調(diào)整進而取得一個最佳的效果。

第三，在教學(xué)中，對學(xué)生進行工程素質(zhì)培養(yǎng)，準備相關(guān)工程的應(yīng)用視頻，通過線下自行觀看和線上觀看講解等方式，提升學(xué)生的工程素質(zhì)。此外，還通過參觀工程示范基地，參與課題等方式提升認識。

第四，質(zhì)量評價體系為保證客觀與公平，要求學(xué)生將所布置的任務(wù)以PPT的形式展現(xiàn)出來，鼓勵其介紹知識點來源及所存在的困惑。在此期間，教師和其他學(xué)生均可與其互動，提問交流，并評定成績。

四、結(jié)束語

綜上所述，環(huán)境催化原理及應(yīng)用是環(huán)境催化與環(huán)保材料研究方向理論教學(xué)的深入與升華。基于翻轉(zhuǎn)課堂這一新理念對課程進行傳統(tǒng)教學(xué)模式重構(gòu)的特點，符合研究型人才培養(yǎng)“開放性、發(fā)散性、自主性”的基本原則，有利于教學(xué)組織形式的革新與優(yōu)化，減少教師的重復(fù)性勞動，并激發(fā)學(xué)生的主觀能動性及求知欲和課堂參與度。同時值得注意的是，理念與方法的借鑒并不代表簡單地照搬模式。翻轉(zhuǎn)課堂的綜合效益既源于師生間更為平等有效的互動與成果評價的合理安排，也源于高質(zhì)量的教學(xué)視頻和科研素材的輔助作用，這改變了以教師為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，使得教師與學(xué)生都要付出更多的時間，不斷拓展知識儲備以及教學(xué)經(jīng)驗。

基金項目： 上海理工大學(xué)2017年度研究生課程建設(shè)項目（翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)課程—環(huán)境催化原理及應(yīng)用），上海理工大學(xué)2016年度教師教學(xué)發(fā)展研究一般項目（CFTD17047Y）。

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