“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)模式下的課程重構(gòu)與教學(xué)實踐
——以“大氣污染控制工程”為例

單鳳君，張婷婷，王 蕊

(遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

“大氣污染控制工程”是高等學(xué)校環(huán)境類專業(yè)的專業(yè)主干課之一，也是遼寧工業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)課之一，是一門理論性、實踐性和工程性都很強的專業(yè)課。理論教學(xué)與實驗和課程設(shè)計相結(jié)合，使學(xué)生掌握應(yīng)對大氣污染及解決大氣污染問題，尤其是顆粒物、二氧化硫和氮氧化物污染問題的理論基礎(chǔ)與技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決大氣污染問題的工程能力。近幾年，“大氣污染控制工程”課程一直在探索和實施教學(xué)方法和考試方法改革，并取得比較好的教學(xué)效果[1-3]。為了秉承信息技術(shù)與高等教育的深度融合，促使教師不斷探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法以及更加充分地利用我校現(xiàn)有的慕課資源平臺，在2018級環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的授課過程中，將“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式有機結(jié)合，實現(xiàn)了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到了師生都滿意的教學(xué)效果。

一、“大氣污染控制工程”教學(xué)現(xiàn)狀與存在問題

（一）“大氣污染控制工程”教學(xué)現(xiàn)狀

“大氣污染控制工程”涉及公式、圖表較多，設(shè)備與工藝較復(fù)雜，設(shè)計與計算較工程化，是一門較有難度的課程。因此，在2016 級和2017 級授課過程中，利用慕課資源平臺，在粉塵的物理性質(zhì)及除塵器的選擇與發(fā)展兩節(jié)內(nèi)容采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，教師將相關(guān)教學(xué)資源，主要包括自錄的微課、精選的教學(xué)視頻上傳至慕課資源平臺的資料區(qū)，將課前預(yù)習(xí)的知識要點及討論題目上傳至慕課資源平臺的討論區(qū)，使學(xué)生按照分組情況，利用課下時間預(yù)習(xí)知識要點，完成討論題目，將討論內(nèi)容做成PPT 帶到課堂上與同學(xué)和教師分享，并接受同學(xué)和教師的點評。通過兩輪的教學(xué)實踐，兩節(jié)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果是比較好的，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性，在完成討論題目的過程中培養(yǎng)了一部分學(xué)生的創(chuàng)新精神。其他章節(jié)內(nèi)容均由教師在課堂上完成知識的講授。將平臺客觀題測試、項目設(shè)計、課程論文和主觀題階段考試納入過程考核。

（二）“大氣污染控制工程”教學(xué)存在的問題

課前，盡管將翻轉(zhuǎn)課堂引入“大氣污染控制工程”教學(xué)，學(xué)生有課前、課中和課后的學(xué)習(xí)階段，但由于慕課資源素材形式比較單一，缺乏系統(tǒng)性，沒有與課上講授內(nèi)容恰當(dāng)銜接，也沒有給出每個任務(wù)點考核指標(biāo)，使得學(xué)生在課前預(yù)習(xí)階段目的性不強。此外，由于教師在慕課資源建設(shè)中，沒有制定教學(xué)計劃、考核體系和考核指標(biāo)，也沒有按照個體差異設(shè)置課前預(yù)習(xí)內(nèi)容和過程考核項目，使得學(xué)生沒有很好地利用慕課資源，沒有徹底改變被動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，也沒有將其學(xué)習(xí)的能動性充分調(diào)動起來。課中，課堂上教師利用PPT、動畫演示、板書等多種教學(xué)手段來講授本課程中的重要基本原理、公式、設(shè)計與計算，雖然信息量和知識量都較大，但教師還是作為課堂的主角，學(xué)生仍然處于被動接受知識的狀態(tài)，僅有部分學(xué)生做到專心聽講，跟上教師的節(jié)奏，而部分學(xué)生會在課堂上出現(xiàn)溜號和散漫狀態(tài)。課后，教師雖然布置了思考題和作業(yè)題來鞏固課上教學(xué)內(nèi)容，但教師沒有考慮到個體學(xué)習(xí)上的投入程度和差異，將思考題和作業(yè)題按簡、中、難進(jìn)行分類，拓展類的題目也比較少，致使接受能力較好的學(xué)生不能得到拓展和提高。此外，項目設(shè)計是過程考核的一項重要內(nèi)容，學(xué)生主要利用課下時間完成，但由于題目由教師擬定，均為燃煤電廠除塵工藝設(shè)計與選型，題目類型比較單一，沒有考慮學(xué)生個體接受度的差異，使學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實際工程的能力沒有得到充分挖掘和發(fā)揮。

二、“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)模式的課程重構(gòu)

“大氣污染控制工程”從翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式轉(zhuǎn)向“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，學(xué)生獲取知識的途徑和教師傳授知識的方式均發(fā)生了革命性改變。這不僅要求教師對學(xué)生獲取知識的線下途徑——教材的內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，也需要教師對學(xué)生獲取知識的線上途徑——慕課資源的內(nèi)容進(jìn)行重新梳理和豐富，使得線上和線下學(xué)習(xí)資源做到知識脈絡(luò)清晰、內(nèi)容不重復(fù)。線上和線下學(xué)習(xí)重點和學(xué)習(xí)任務(wù)一目了然，制定量化和非量化的考核指標(biāo)過程中，考慮個體學(xué)習(xí)差異。

（一）重構(gòu)課程知識體系和教學(xué)模式

為了便于開展“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)，教師要對課程知識體系進(jìn)行建構(gòu)。所用教材為郝吉明院士編寫的《大氣污染控制工程》（第三版），將全部授課內(nèi)容分為三個模塊：

模塊一為燃燒與大氣污染，主要為前四章內(nèi)容。根據(jù)課程內(nèi)容的難易及線上資源的豐富程度，將“燃燒與大氣污染氣象學(xué)”部分作為以線上學(xué)習(xí)為主，線下討論為輔，學(xué)生是這部分知識內(nèi)容的主導(dǎo)者，教師僅作為線上和線下的答疑解惑者；將“大氣擴(kuò)散濃度估算”部分作為以線下教師講授為主，學(xué)生線上預(yù)習(xí)為輔，學(xué)生在線下預(yù)習(xí)的過程中要完成相應(yīng)的任務(wù)點。

模塊二為顆粒污染物控制理論與捕集技術(shù)，主要為第五章和第六章內(nèi)容。根據(jù)課程內(nèi)容及工程性需要，將“顆粒的粒徑及粒徑分布”部分作為以線上學(xué)習(xí)為主，線下討論為輔；將“粉塵的物理性質(zhì)”和“除塵器的選擇與發(fā)展”兩部分內(nèi)容作為以線下學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂為主，線上師生、生生互動互評為輔。首先，學(xué)生通過線上資源及相應(yīng)的任務(wù)點進(jìn)行預(yù)習(xí)及知識準(zhǔn)備，學(xué)生可以根據(jù)自己的線下學(xué)習(xí)能力到案例庫中選擇案例題目，并根據(jù)題目要求和學(xué)習(xí)目標(biāo)完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，然后制作成PPT 在課上與同學(xué)分享，即翻轉(zhuǎn)課堂。將“凈化裝置的性能”“顆粒捕集的理論基礎(chǔ)”及“除塵器”部分以教師線下講授為主，學(xué)生線上學(xué)習(xí)為輔。

模塊三為氣態(tài)污染物控制理論與捕集技術(shù)，主要為第七章和第八章內(nèi)容。根據(jù)硫氧化物和氮氧化物搜集理論及工藝特點，將“吸收、吸附和催化法凈化氣態(tài)污染物”部分作為以線上學(xué)習(xí)為主，線下討論為輔；將“硫氧化物和氮氧化物的污染控制”部分作為以線上教師講授為主，線下學(xué)習(xí)為輔。

（二）重整和豐富線上教學(xué)資源

根據(jù)課程知識體系和教學(xué)模式，重整和豐富慕課教學(xué)資源，具體做法如下：

1.對線上教學(xué)資源進(jìn)行分類重整。將教學(xué)課件、教學(xué)視頻根據(jù)教學(xué)模式進(jìn)行碎化，以線上學(xué)習(xí)為主的教學(xué)內(nèi)容，在相關(guān)教學(xué)資源里增加任務(wù)點、學(xué)習(xí)目標(biāo)、考核方式。

學(xué)生可以根據(jù)知識的接受度，選擇學(xué)習(xí)資源，進(jìn)行線下學(xué)習(xí)；以線下講授為主的教學(xué)內(nèi)容，在相關(guān)教學(xué)資源里增加與教學(xué)資源內(nèi)容相關(guān)的知識考核點，主要為客觀題，題型相對簡單。

2.增加案例庫，豐富慕課教學(xué)資源。案例庫以資料題形式給出，所有案例均為大氣污染控制工程領(lǐng)域典型案例，如燃煤電廠煙氣除塵脫硫脫硝工藝達(dá)標(biāo)改造設(shè)計項目、工業(yè)鍋爐除塵脫硫改造設(shè)計項目、熱電廠電除塵器改為袋式除塵器工藝設(shè)計項目和新建燃煤電廠煙氣除塵脫硫脫硝工藝設(shè)計項目，冶金、水泥、鋼鐵等行業(yè)煙氣治理等項目。每個案例均給出工程概況、設(shè)計范圍、設(shè)計原則、設(shè)計參數(shù)與指標(biāo)、備選設(shè)計方案（至少三種），學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力選擇案例題目，按要求完成相應(yīng)內(nèi)容后，提交至慕課資源平臺。

（三）重整試題庫、作業(yè)庫和試卷庫

根據(jù)“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂” 混合式教學(xué)模式，有針對性地分類構(gòu)建試題庫、作業(yè)庫和試卷庫。試題庫、作業(yè)庫和試卷庫中有必做題和選做題。每類題均給出相應(yīng)的評價指標(biāo)。必做題要求每個學(xué)生完成，學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)能力完成選做題。

三、“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)實踐

制定出“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)計劃。

為了充分體現(xiàn)學(xué)生是課堂主導(dǎo)者的教學(xué)理念，使學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過程中，不斷地掌握解決大氣污染控制工程相關(guān)問題的工程能力，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作精神和創(chuàng)新精神的教學(xué)目標(biāo)，本研究制定如下“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)計劃，見表1。

（一）線上教學(xué)

以我校慕課資源平臺為媒介，教師課前將線下學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，以短視頻、小課件、微課等形式上傳至慕課平臺，同時將線下學(xué)習(xí)的目的、任務(wù)和目標(biāo)以通知的形式上傳至慕課平臺。此外，拓展提高的知識點、任務(wù)點和目標(biāo)要求上傳至慕課平臺的討論區(qū)。將課后作業(yè)題中的必做題和選做題上傳至慕課平臺的作業(yè)庫。學(xué)生根據(jù)課程內(nèi)容的任務(wù)點，利用課下時間完成線上基本學(xué)習(xí)任務(wù)。創(chuàng)建微信群作為線上學(xué)習(xí)討論與答疑的平臺，教師24 小時在線，及時解答討論區(qū)里的每一個問題，同時，整理匯總討論平臺的共性問題、難點問題及學(xué)生在線上學(xué)習(xí)過程中未涉及到的拓展問題。

（二）線下教學(xué)

教師將討論平臺中出現(xiàn)的共性問題、難點問題進(jìn)行分解和歸類，在線下教學(xué)中采用啟發(fā)式和案例式的教學(xué)方法講授課程內(nèi)容的重點原理與工藝后，學(xué)生可以分組集中討論并回答線上學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的共性問題和難點問題，最后由教師給出問題的正確答案，并結(jié)合實際工程案例對所講授內(nèi)容進(jìn)行拓展和提高。比如，以“石灰石-石膏法”煙氣脫硫過程中，吸收塔脫硫劑出現(xiàn)起泡的原因為例，講授“石灰石-石膏法”煙氣脫硫的工藝參數(shù)及影響脫硫效率的因素等問題，大大激發(fā)了學(xué)生在線下課堂學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂是以線上預(yù)習(xí)、完成教學(xué)任務(wù)，線下課堂上分享學(xué)習(xí)成果的一種混合式教學(xué)模式。“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)主要以項目案例驅(qū)動式為主，比如，在除塵器的選擇與發(fā)展教學(xué)過程中，教師將工程案例“熱電廠電除塵器改為袋式除塵器工程的選型設(shè)計”題目及選型設(shè)計原則、主要選型設(shè)計參數(shù)和選型設(shè)計目標(biāo)等要求上傳至慕課平臺的作業(yè)區(qū)，要求學(xué)生按照分組情況在規(guī)定時間內(nèi)完成并將成果上傳至作業(yè)區(qū)。教師批閱后挑選出優(yōu)秀、一般和較差的作品各兩組到線下課堂上以PPT 形式與同學(xué)分享。學(xué)生進(jìn)行自由點評，教師要從設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計依據(jù)、設(shè)計參數(shù)、主要設(shè)備選型、關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行系統(tǒng)地案例評析，并拓展到除塵器未來的發(fā)展趨勢。該種教學(xué)模式，學(xué)生在線上和線下教學(xué)中均是學(xué)習(xí)和教學(xué)的主導(dǎo)者，教師在線上線下教學(xué)中僅作為答疑、解惑的指導(dǎo)者。學(xué)生在具體工程案例完成的過程中產(chǎn)生的問題、疑惑，通過線上自主學(xué)習(xí)、線下線上教師指導(dǎo)及課堂上與同學(xué)分享的閉環(huán)過程中，不僅提高了分析與解決工程問題的能力，也豐富了學(xué)生工程實踐的基本常識和設(shè)計理念，培養(yǎng)了團(tuán)隊協(xié)作精神及創(chuàng)新思想。

四、“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)評價與教學(xué)效果

（一）“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)評價

教師通過設(shè)置量化和非量化的評價指標(biāo)，對學(xué)生的線上、線下學(xué)習(xí)及“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí)效果進(jìn)行過程評價和終極評價，在評價過程中重視個體學(xué)習(xí)的差異性，評價具備激勵和引導(dǎo)的作用。

1.設(shè)置學(xué)生學(xué)習(xí)的量化和非量化評價指標(biāo)。量化指標(biāo)主要包括線上客觀題測試、線下主觀題測試、期末考試、任務(wù)點完成情況、項目設(shè)計成果以及在討論平臺的參與度。非量化指標(biāo)主要包括學(xué)生學(xué)習(xí)情況的記錄和描述，總結(jié)學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題及各方面表現(xiàn)[4]。

2.學(xué)生自評。在“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)過程中，充分重視學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)情況。因此，在教學(xué)評價過程中，學(xué)生自評環(huán)節(jié)顯得尤為重要。自我評價主要包括學(xué)習(xí)態(tài)度、協(xié)作精神、互動效果、整體學(xué)習(xí)成效等，使學(xué)生在自我評價過程中對自己形成正確認(rèn)知，了解自身學(xué)習(xí)特點，梳理出未來的學(xué)習(xí)和工作目標(biāo)。

3.學(xué)生互評。在網(wǎng)絡(luò)資源和信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的當(dāng)今，教師和學(xué)生之間進(jìn)行溝通和交流更加方便。教師在學(xué)生作業(yè)區(qū)、作品區(qū)設(shè)置學(xué)生互評環(huán)節(jié)，并設(shè)置得分。學(xué)生根據(jù)自身特點選擇互評對象，在評價學(xué)生的作業(yè)和作品過程中會獲取更多的靈感和經(jīng)驗，促進(jìn)自身整體學(xué)習(xí)效果的提升。

4.教師評價。教師根據(jù)學(xué)生量化指標(biāo)和非量化指標(biāo)、學(xué)生自評和學(xué)生互評等各個環(huán)節(jié)的完成情況，給出過程評價和終極評價，構(gòu)成綜合評價結(jié)果。

（二）“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)評價權(quán)重

將線上教學(xué)和線下教學(xué)效果評價進(jìn)行指標(biāo)細(xì)化，并給出每個評價指標(biāo)的具體描述及指標(biāo)權(quán)重。教師和學(xué)生根據(jù)評價指標(biāo)和指標(biāo)描述給出學(xué)生自評、學(xué)生互評和教師評價的具體得分，然后根據(jù)指標(biāo)權(quán)重給出“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)中過程評價，并在每章教學(xué)內(nèi)容完成后會及時公開過程評價得分。

學(xué)生可以根據(jù)自身得分情況調(diào)整學(xué)習(xí)投入，從而提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新精神。“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)評價指標(biāo)及指標(biāo)權(quán)重，見表2.

表2 “線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)評價指標(biāo)及指標(biāo)權(quán)重

（三）“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)效果

由于在教學(xué)設(shè)計與教學(xué)評價指標(biāo)設(shè)置過程中，考慮了學(xué)生的個體差異及個性化學(xué)習(xí)情況，充分調(diào)動了能力比較強的學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，與2016 級和2017 級比較，2019 年綜合評價結(jié)果優(yōu)秀率提高3 倍以上。

四、結(jié)束語

根據(jù)教育部“加快建設(shè)高水平本科教育，全面提高人才培養(yǎng)能力”的指示精神，“大氣污染控制工程”課程通過“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的構(gòu)建與實施，最大限度地利用慕課資源平臺等線上教學(xué)資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。同時注重個性化培養(yǎng)，對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)目標(biāo)和工作計劃的確立具有一定的指引作用，教學(xué)效果顯著。