農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程交互混合式教學(xué)模式探索

摘" 要：農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程是以化學(xué)、微生物學(xué)、能源工程和機(jī)械設(shè)計(jì)等學(xué)科知識交織融合與滲透的綜合應(yīng)用型課程，課程圍繞生物質(zhì)高值化利用作展開。針對課程呈現(xiàn)出知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體量大、跨度廣和理論知識晦澀難懂等特點(diǎn)，通過對課程及教學(xué)過程存在的問題進(jìn)行分析，基于OBE-CDIO理念提出構(gòu)建交互混合式教學(xué)模式對課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程進(jìn)行改進(jìn)，滿足當(dāng)今社會快速發(fā)展的農(nóng)業(yè)工程專業(yè)的人才需求。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)資源化；交互混合教學(xué)；教學(xué)模式；成果導(dǎo)向；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G642" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）06-0150-04

Abstract： Agricultural biomass resource engineering is a comprehensive applied course based on chemistry， microbiology， energy engineering， mechanical design and other disciplines， which focuses on the high-value utilization of biomass as the research object. Considering the fact that the curriculum has the characteristics of complex knowledge structure， large volume， wide span and obscure theoretical knowledge， through the analysis of the problems existing in the curriculum and teaching process， and based on the concept of OBE-CDIO， this paper proposes to construct an interactive hybrid teaching model to improve the teaching content and teaching process of the course， so as to meet the talent needs of the rapidly developing agricultural engineering specialty in today's society.

Keywords： biomass resource utilization; interactive mixed teaching; teaching model; achievement orientation; teaching practice

農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程是學(xué)生了解與探究農(nóng)業(yè)生物質(zhì)循環(huán)利用技術(shù)的啟蒙課程，更是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際生物質(zhì)資源工程技術(shù)問題的能力和綜合創(chuàng)新能力的專業(yè)主干課程，課程教學(xué)質(zhì)量會直接影響學(xué)生是否能夠?qū)⒅R技能轉(zhuǎn)化為實(shí)際工程實(shí)施應(yīng)用的能力?！皢枌W(xué)生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段” 的新工科建設(shè)行動路線說明，無論是在“3060”雙碳目標(biāo)還是新工科背景下，尋求更適合學(xué)生學(xué)習(xí)與掌握的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程內(nèi)容的教學(xué)模式與方法是緊迫且必要的[1]。

1" 農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程教學(xué)現(xiàn)狀與思考

農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程主要是研究農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源化技術(shù)與理論的一門綜合應(yīng)用型課程，從生物質(zhì)定義出發(fā)到多種生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化技術(shù)（如利用生物質(zhì)沼氣發(fā)酵、生物質(zhì)制氫、生物質(zhì)氣化燃料、生物質(zhì)液化燃料、生物質(zhì)燃料乙醇、生物柴油和生物質(zhì)固體燃料等），這些轉(zhuǎn)化技術(shù)涉及到生物方法、化學(xué)方法、物理方法，其對應(yīng)的基礎(chǔ)理論跳躍性大，從而導(dǎo)致課程教學(xué)過程鏈條存在“斷點(diǎn)”。此外由于在利用這些方法的轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟度方面也存在較大差異，有些技術(shù)還處于起步期或發(fā)展期，整體技術(shù)產(chǎn)業(yè)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段或者中試規(guī)模，工程技術(shù)體系還不夠完善；有些技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、工程化、產(chǎn)業(yè)化。因有些技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段或中試規(guī)模，受制于這一課程特點(diǎn)，在教學(xué)過程中教與學(xué)均存在一些難點(diǎn)。

1.1" 課程基礎(chǔ)理論跳躍性大、章節(jié)之間缺乏連續(xù)性，課堂教學(xué)連貫性差

由于不同的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化技術(shù)之間的知識結(jié)構(gòu)內(nèi)容均存在較大差異，這導(dǎo)致課程各個章節(jié)技術(shù)內(nèi)容銜接不緊密，授課知識內(nèi)容具有一定的跳躍性，基礎(chǔ)理論存在“斷檔”問題，這在增加教學(xué)難度的同時也增加學(xué)生接收并掌握知識的難度。此外，課程內(nèi)容受知識技術(shù)時效性的影響，導(dǎo)致教材中所研究的技術(shù)理論還處于生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化技術(shù)理論不完善、技術(shù)不成熟且相關(guān)資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展不充分的階段，且教材未能囊括應(yīng)用于現(xiàn)代化、智慧化、工業(yè)化的前沿生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化技術(shù)，知識內(nèi)容架構(gòu)未完善規(guī)劃，這導(dǎo)致學(xué)生所掌握相關(guān)技術(shù)知識難以滿足目前生物質(zhì)資源技術(shù)發(fā)展的需求。

1.2" 教學(xué)內(nèi)容繁多，課堂教學(xué)效率有待提高

農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程內(nèi)容共10章節(jié)，從基本定義到轉(zhuǎn)化技術(shù)再到工程應(yīng)用實(shí)例的講述，意味著教師的教學(xué)任務(wù)難度大，學(xué)生對知識內(nèi)容的消化理解難度大。目前教學(xué)過程中教師大多采用照本宣科、灌輸式等以教師為課堂主體的傳統(tǒng)教學(xué)理念與方式，這無法實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)過程矛盾的化解。此外，課程內(nèi)容作為學(xué)習(xí)活動的核心，必須對其進(jìn)行精簡提煉，有的放矢，突出重點(diǎn)，并通過合理得當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式實(shí)現(xiàn)在有限課時內(nèi)將課程內(nèi)容傳授于學(xué)生。

1.3" 課程評價方式單一，不利于課程內(nèi)容反思改進(jìn)

課程采用傳統(tǒng)的較為單一、單向的評價方式，但是這種考核帶有明顯的應(yīng)試教育特點(diǎn)，缺乏過程考核、激勵考核機(jī)制，不能及時跟蹤反饋、真實(shí)有效評價學(xué)生的知識掌握情況，更忽略了對學(xué)生的工程思想及綜合素質(zhì)能力進(jìn)行多元化、立體化的評價。此外課程考核作為教學(xué)過程中重要的一環(huán)，不僅是檢查學(xué)生掌握知識或技能的重要手段，還是用于檢驗(yàn)教師教學(xué)質(zhì)量的反饋途徑，考核評價體系的不完善不利于教師對課程內(nèi)容進(jìn)行及時改進(jìn)。

農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程現(xiàn)有的課程教學(xué)模式難以滿足培養(yǎng)具備全球視野、社會意識及工程設(shè)計(jì)思維、數(shù)字化思維、批判思維的高素質(zhì)復(fù)合型資源工程技術(shù)人才的需求。因此如何通過農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程提升學(xué)生多維度、多層次、多方面的思維意識，是需要在教學(xué)過程中思考的問題。

2" OBE-CDIO教育理念和混合式教學(xué)模式

2.1" OBE-CDIO教育理念

成果導(dǎo)向（Outcome-Based Education， OBE）教育的核心是以學(xué)生為中心的教育模式，將在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的主體表現(xiàn)及學(xué)習(xí)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度作為課程教育質(zhì)量的重要考核指標(biāo)，并將教學(xué)結(jié)果反哺課程教學(xué)活動[2]。構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作（Conceive-Design-Implement-Operate， CDIO）教育理念是以實(shí)際的項(xiàng)目工程案例驅(qū)動教學(xué)模式為基礎(chǔ)，在整個教育設(shè)計(jì)過程中始終秉承以問題、目標(biāo)為導(dǎo)向，使學(xué)生在工程案例的實(shí)踐過程中不斷累積經(jīng)驗(yàn)智慧，構(gòu)建工程體系知識，然后將獲取的經(jīng)驗(yàn)反作用于工程實(shí)踐[3]。另外CDIO教育理念提出課程內(nèi)容不僅局限于教材，而是將課程知識擴(kuò)展到圍繞項(xiàng)目實(shí)例展開豐富詳實(shí)且系統(tǒng)化的工程項(xiàng)目技術(shù)內(nèi)容，雖然CDIO教育理念在我國已經(jīng)被研究近20年，其雖然已經(jīng)滲入到各個高校專業(yè)人才培養(yǎng)的各個領(lǐng)域并且獲得顯著成效，但是作為舶來理念在教育過程中的本土化應(yīng)用仍存在一些問題[4]。因此在課程教學(xué)過程中應(yīng)用CDIO教育理念要緊密聯(lián)系課程特性，并在理念實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并考慮實(shí)施效果的評價體系與相關(guān)細(xì)則的構(gòu)建。

2.2" 混合式教學(xué)模式

混合式教學(xué)模式是將傳統(tǒng)課堂面對面學(xué)習(xí)體驗(yàn)與在線學(xué)習(xí)體驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化組合，通過采用合理的時間分配、媒體技術(shù)、契合的學(xué)習(xí)資源與相關(guān)學(xué)習(xí)活動形式，提高學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果優(yōu)化[5-6]。在采用混合式模式教學(xué)時，教師從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中單一的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動的布局者與參與者，在教學(xué)過程中發(fā)揮好總體設(shè)計(jì)、引導(dǎo)的作用，使得學(xué)生在混合式教學(xué)模式中可相對靈活地選擇適合自己的學(xué)習(xí)方式，增加主動學(xué)習(xí)與思考的機(jī)會，激發(fā)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的內(nèi)生動力。

3" 基于OBE-CDIO教育理念的交互混合式教學(xué)模式構(gòu)建

以成果為導(dǎo)向的OBE理念和以能力培養(yǎng)為主線的CDIO理念兩者相輔相成，且與混合式教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)上具有一致性，因此將OBE-CDIO教育理念與混合式教學(xué)模式進(jìn)行有機(jī)融合，在以成果導(dǎo)向的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)發(fā)揮培養(yǎng)卓越工程科技人才優(yōu)勢與混合式教學(xué)模式提高課堂效率的優(yōu)勢，但是在實(shí)際的課程教學(xué)過程中，如何實(shí)現(xiàn)理念與模式的有效融合，培養(yǎng)具備多學(xué)科交叉能力、自主學(xué)習(xí)能力、國際競爭力的綜合型工程技術(shù)人才，需要對基于OBE-CDIO理念的交互混合式教學(xué)模式進(jìn)行深入探討。

以農(nóng)業(yè)工程專業(yè)核心課程農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程為例，詳細(xì)設(shè)計(jì)了交互混合式教學(xué)的總體思路與方案，如圖1所示，將OBE-CDIO教學(xué)理念與混合式教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合，融合OBE-CDIO的混合式課程教學(xué)體系設(shè)計(jì)主要由項(xiàng)目化課程教學(xué)內(nèi)容、混合式教學(xué)、混合教學(xué)評價三大模塊組成，且整個課程模塊的實(shí)施均在智慧化、信息化的技術(shù)支撐下進(jìn)行。由圖1可知，課程教學(xué)體系架構(gòu)是以智能信息化技術(shù)為依托，以模塊化（生物、化學(xué)、物理轉(zhuǎn)化技術(shù)）、層次化（起步、發(fā)展與成熟期技術(shù)）的教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，通過采用混合式教學(xué)模式建立多段式（課前、課上、課后）教學(xué)過程，并制定多元化的評價考核體系。

4" 基于OBE-CDIO的交互混合式教學(xué)的實(shí)施舉措

4.1" 課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計(jì)

融合OBE-CDIO教育理念的課程是將實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容融入到實(shí)際工程項(xiàng)目中，并隨著項(xiàng)目工程的不斷推進(jìn)，逐步提高學(xué)生所掌握的知識與技能。在開展課程教學(xué)活動之前，教師通過對課程內(nèi)容知識的整合分析，根據(jù)轉(zhuǎn)化技術(shù)所依照的基礎(chǔ)理論的共性進(jìn)行項(xiàng)目模塊劃分，整個課程的基礎(chǔ)理論內(nèi)容被劃分為三大轉(zhuǎn)化技術(shù)模塊：①生物轉(zhuǎn)化模塊包含沼氣發(fā)酵、生物制氫及生物乙醇發(fā)酵；②化學(xué)轉(zhuǎn)化模塊包含生物質(zhì)液化、生物質(zhì)氣化、生物柴油技術(shù)；③物理轉(zhuǎn)化模塊則是生物質(zhì)固體燃料。通過對教學(xué)內(nèi)容的重新梳理與劃分設(shè)計(jì)，最大程度上增加各教學(xué)單元內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性及教學(xué)內(nèi)容知識的連續(xù)性。此外整個課程內(nèi)容不僅著手于理論知識的講授，并按照各轉(zhuǎn)化技術(shù)的具體工程實(shí)例進(jìn)行項(xiàng)目工程實(shí)踐教學(xué)、知識板塊的內(nèi)容架構(gòu)，進(jìn)而根據(jù)轉(zhuǎn)化技術(shù)的理論研究發(fā)展與技術(shù)應(yīng)用程度劃分為起步、發(fā)展、成熟3個層次，在整個課程中根據(jù)技術(shù)的成熟度合理分配課程時長，突出課程重點(diǎn)內(nèi)容。課程內(nèi)容項(xiàng)目模塊化與項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)的層次化的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了由理論到應(yīng)用、簡單到綜合的遞進(jìn)關(guān)聯(lián)性，通過不同層次、功能的項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)學(xué)生在理論指導(dǎo)下完成項(xiàng)目任務(wù)，并在項(xiàng)目實(shí)踐過程中構(gòu)建綜合的課程知識體系，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生理論知識運(yùn)用能力及綜合工程素養(yǎng)的不斷提升。

4.2" 課程教學(xué)方式

基于OBE-CDIO教育理念指導(dǎo)課程前、課程中、課程后的活動設(shè)計(jì)，通過發(fā)布項(xiàng)目課題方式驅(qū)動教學(xué)過程的開展。課前準(zhǔn)備階段基于智慧信息化技術(shù)在課前通過提供高質(zhì)量線上學(xué)習(xí)資源，發(fā)布課程教學(xué)導(dǎo)入微視頻、相關(guān)項(xiàng)目案例及項(xiàng)目課題等任務(wù)驅(qū)動學(xué)生進(jìn)行多途徑自主學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對新知識的預(yù)熱以及在生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化技術(shù)方面自我知識體系構(gòu)建。在課中內(nèi)化階段，挖掘多媒體教學(xué)潛力方面，通過多媒體教學(xué)的形象性、直觀性、靈活性，把復(fù)雜問題簡單化，并結(jié)合教具模型將課程內(nèi)容凝練成深入淺出通俗易懂的語言，以提高課堂教學(xué)過程的有效傳輸；教師根據(jù)學(xué)生課前任務(wù)的完成情況及收到的課程內(nèi)容問題反饋，開展有針對性的、突出課程重點(diǎn)的授課過程。此外為了進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生課堂的積極性與參與度，在課堂中穿插互動方式（問答接龍、知識競賽、匯報PK和項(xiàng)目課題演講展示等）實(shí)現(xiàn)師生互動、生生互動，盡可能在最大程度上實(shí)現(xiàn)將課堂“還”給學(xué)生，讓學(xué)生作為課堂的“主角”，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對課程內(nèi)容的深入理解，增強(qiáng)學(xué)生思考問題、解決問題的能力。課后通過信息交流技術(shù)展開階段性測驗(yàn)幫助學(xué)生總結(jié)；并不斷強(qiáng)化學(xué)生在完成線上測驗(yàn)、項(xiàng)目任務(wù)的過程中遇到問題溝通交流解決問題的能力，并通過課后項(xiàng)目相關(guān)文件（如課題項(xiàng)目開題、中期報告、項(xiàng)目總結(jié)等）的完善不斷提升學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)。

4.3" 多元化課程評價體系

課程的教學(xué)要求更加注重在課程學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，因此課程考核評價不僅要綜合知識理論水平測試、課程作業(yè)、課堂表現(xiàn)和考勤等方面，還要包含教學(xué)過程中的階段性檢測及學(xué)生綜合能力的評價。根據(jù)所采用的模塊化、層次化、階段式課程內(nèi)容教學(xué)方式，整個課程采用以“模塊化+階段化考核”為核心的評價考核方式，形成“教師+學(xué)生”“過程+結(jié)課”與“線上+線下”的立體化評價方式（圖2）。“過程+結(jié)課”評價是將學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行整體綜合評價，在注重學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的同時將學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)納入課程的考核體系，從而形成較為完整的學(xué)習(xí)鏈條式課程評價。學(xué)生的課程考核成績的評定包括學(xué)生評價（組間、組內(nèi)評價）和教師評價（小組評價、個人評價）；“線上+線下”評價則是以“過程+考核”為考核設(shè)計(jì)依據(jù)，整個課程評價兼顧課程線上學(xué)習(xí)、小組匯報展示、分組討論和期末考試等環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，并對各個知識模塊進(jìn)行相對應(yīng)的加權(quán)賦分，從而建立多個體、多方面、多層次的考核評價體系。此外課程的考核與課程進(jìn)度緊密結(jié)合，對學(xué)生的考核覆蓋整個課程授課過程，通過動態(tài)考核有助于教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的不足，便于對教學(xué)方式進(jìn)行及時調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程教學(xué)質(zhì)量的不斷提升。

5" 結(jié)束語

根據(jù)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程的課程特點(diǎn)，結(jié)合農(nóng)業(yè)工程專業(yè)辦學(xué)特色對農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行分析，提出將OBE-CDIO教育理念有機(jī)融入農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化工程課程中，分別從教學(xué)理念、課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及多元考核方式等方面進(jìn)行改革探索。在開展教學(xué)改革探索過程中取得良好的效果，學(xué)生除掌握了生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化生產(chǎn)方面的基礎(chǔ)理論知識與技術(shù)外，又培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用知識解決實(shí)際工程問題的能力，這對于強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)具有重要意義。

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