環(huán)境工程原理線上線下混合教學(xué)實(shí)踐

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[摘要]環(huán)境工程原理是高等學(xué)校環(huán)境類本科專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程知識(shí)點(diǎn)的掌握程度將直接影響學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)效果，以及學(xué)生“工程”思維的構(gòu)建?；诃h(huán)境工程原理課時(shí)少和知識(shí)點(diǎn)多的特點(diǎn)，為保證教學(xué)質(zhì)量和效果，實(shí)踐一種線上線下混合式教學(xué)模式，利用“翻轉(zhuǎn)”課堂、問題導(dǎo)向和小組討論等方法進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，并進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)。目的是改革探索一種豐富多樣教學(xué)形式，最大限度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量知識(shí)傳遞。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境工程原理；線上線下；教學(xué)實(shí)踐；改革創(chuàng)新

近年來(lái)，環(huán)境污染越來(lái)越趨于復(fù)合化和時(shí)空化特征，當(dāng)前的環(huán)境治理技術(shù)可劃分為水處理技術(shù)、大氣污染控制技術(shù)、固體廢棄物處理與處置技術(shù)、污染凈化與生態(tài)修復(fù)技術(shù)等，對(duì)環(huán)境污染治理的從業(yè)人員提出更高的要求，需要具有較強(qiáng)的解決復(fù)雜環(huán)境污染問題的能力，這就對(duì)環(huán)境類專業(yè)的教學(xué)提出了更高的要求[1]?！董h(huán)境工程原理》是環(huán)境科學(xué)與工程類專業(yè)本科教學(xué)中最重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程提煉了上述技術(shù)中所涉及的共性原理、現(xiàn)象和過程進(jìn)行闡述，具有非常強(qiáng)的理論性、系統(tǒng)性和實(shí)踐性特點(diǎn)。《環(huán)境工程原理》課程的學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生由“理論”思維向“工程”思維轉(zhuǎn)變，要求學(xué)生擁有較高的高等數(shù)學(xué)和物理化學(xué)教育背景，是一門入門門檻較高的課程。如何實(shí)現(xiàn)教與學(xué)之間的高質(zhì)量知識(shí)傳輸，如何實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐的思維轉(zhuǎn)變，如何激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性學(xué)習(xí)，如何培養(yǎng)出高質(zhì)量的環(huán)境保護(hù)人才，都是當(dāng)前教育教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過十余年的《環(huán)境工程原理》教學(xué)經(jīng)歷，通過長(zhǎng)期摸索，實(shí)踐了一種線下教學(xué)為主、線上教學(xué)為輔的教學(xué)模式，目標(biāo)是最大限度的保證教學(xué)質(zhì)量下調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1《環(huán)境工程原理》課程教學(xué)難點(diǎn)分析

以河南科技大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)本科生為教育對(duì)象，教材選擇胡洪營(yíng)教授主編的《環(huán)境工程原理》(第三版)，該教材是“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，由高等教育出版社出版，通過十余年的《環(huán)境工程原理》教學(xué)經(jīng)歷分析，該課程在教學(xué)過程存在的教學(xué)難點(diǎn)是：

1.1教學(xué)內(nèi)容多

《環(huán)境工程原理》課程主要分為三部分：原理基礎(chǔ)、分離過程原理、化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理，教學(xué)內(nèi)容涉及到質(zhì)量守恒和能量守恒、流體流動(dòng)、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、沉降、過濾、吸收、吸附、萃取、離子交換、膜分離、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)器、生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、生物反應(yīng)器等內(nèi)容，共計(jì)十六章五十四小節(jié)。教學(xué)內(nèi)容涉及到了一個(gè)反應(yīng)、兩個(gè)守恒、三個(gè)傳遞、多個(gè)應(yīng)用，是多門學(xué)科的綜合，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)多且都非常重要。該課程知識(shí)量大是目前教學(xué)過程難點(diǎn)之一。

1.2教學(xué)內(nèi)容難度大

《環(huán)境工程原理》課程主要涉及到污染控制技術(shù)的共性原理，學(xué)生對(duì)于教學(xué)內(nèi)容上規(guī)律性原理的理解和掌握上存在較大的偏差。課程中出現(xiàn)大量的數(shù)學(xué)符號(hào)及公式，表1統(tǒng)計(jì)了書中具體的數(shù)量，從表1可以看出，全書符號(hào)數(shù)達(dá)581個(gè)，公式數(shù)達(dá)1121個(gè)。如此大量的公式和符號(hào)為課程教學(xué)過程提出了巨大挑戰(zhàn)，教學(xué)內(nèi)容的難度大是目前教學(xué)過程難點(diǎn)之一。

1.3教學(xué)學(xué)時(shí)少

以河南科技大學(xué)為例，《環(huán)境工程原理》課程的理論課學(xué)為五十六學(xué)時(shí)，每周四學(xué)時(shí)，共計(jì)十四周完成該門課程的理論課教學(xué)任務(wù)。本書共有五十四小節(jié)，因此需要每學(xué)時(shí)完成一小節(jié)的內(nèi)容。可是每小節(jié)的內(nèi)容多少不一，多數(shù)情況下一節(jié)四十五分鐘的教學(xué)課程很難完成一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)工作，少學(xué)時(shí)難以保證教學(xué)內(nèi)容的完成和教學(xué)質(zhì)量的提高。所以教學(xué)學(xué)時(shí)少也是教學(xué)過程的難點(diǎn)之一。

1.4課后習(xí)題難度高

學(xué)生課后習(xí)題的完成效果是有效檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量高低的最重要指標(biāo)。由于上課過程中為了加快教學(xué)進(jìn)度，對(duì)課本例題處于基本不講的情況，學(xué)生沒有時(shí)間吸納相應(yīng)的知識(shí)，又由于課后的習(xí)題難度明顯高于課堂例題，學(xué)生獨(dú)立完成課后習(xí)題質(zhì)量不高，甚至出現(xiàn)大范圍無(wú)法完成的情況。課堂習(xí)題與課后習(xí)題難度不匹配，少學(xué)時(shí)無(wú)法設(shè)置習(xí)題課導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程的理解程度不高是目前教學(xué)過程的難點(diǎn)之一。

2《環(huán)境工程原理》課程線上線下混合教學(xué)具體實(shí)踐

《環(huán)境工程原理》課程的線上線下混合教學(xué)的具體實(shí)踐對(duì)象為河南科技大學(xué)17級(jí)環(huán)境工程專業(yè)本科生，兩個(gè)平行班，共計(jì)64人。課程共計(jì)56學(xué)時(shí)，每周兩次課4學(xué)時(shí)，共計(jì)14周，具體教學(xué)實(shí)踐時(shí)間為2019年3月至2019年6月之間。具體的實(shí)踐過程如下：

2.1線上平臺(tái)與線上課程建設(shè)

《環(huán)境工程原理》課程的線上平臺(tái)是基于河南科技大學(xué)在線開放課程完成的。線上課程建設(shè)具體包括：線上視頻課程資源建設(shè)、課程課件建設(shè)、課后習(xí)題庫(kù)的建設(shè)、試題庫(kù)的建設(shè)、試卷庫(kù)的建設(shè)、分組討論題庫(kù)的建設(shè)、學(xué)生考核形式評(píng)價(jià)體系的建設(shè)、課程目標(biāo)問題建設(shè)等方面的課前準(zhǔn)備工作。

2.2課前準(zhǔn)備與預(yù)習(xí)實(shí)踐

首先，利用在線開放課程平臺(tái)學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)，布置研討問題。監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)情況，特別是視頻課程學(xué)習(xí)的完成度和研討問題發(fā)言的活躍度，通過線上學(xué)習(xí)和討論過程中學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解確定本節(jié)教課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從而調(diào)整教學(xué)目標(biāo)解決學(xué)生共性難點(diǎn)。以《環(huán)境工程原理》第三章第三節(jié)邊界層理論為實(shí)踐例：一、問題的，具體問題包括：邊界層理論的基本概念；邊界層的形成過程；邊界層分離。二、線上學(xué)習(xí)，在線平臺(tái)上提供四個(gè)知識(shí)點(diǎn)視頻，具體是Prandtl邊界層理論、繞平板流動(dòng)邊界層、圓直管內(nèi)流動(dòng)的邊界層、邊界層分離及卡門渦街現(xiàn)象，視頻觀看率達(dá)98%。三、線上討論，95%的學(xué)生參與了線上討論，83%學(xué)生表達(dá)了線上學(xué)習(xí)過程中知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。四、根據(jù)學(xué)生反饋信息整理確定線下教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容。

2.3課中線下教學(xué)實(shí)踐

轉(zhuǎn)變以教師為中心學(xué)生僅作為被動(dòng)接受的傳統(tǒng)教學(xué)思路，線下教學(xué)采用以問題導(dǎo)向出發(fā)的學(xué)生為主導(dǎo)教師為輔助教學(xué)的“翻轉(zhuǎn)”課堂[2]或者分組討論的方式改革線下教學(xué)模式。這種教學(xué)模式能夠最大限度的提高學(xué)生在課堂上的參與程度，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。接上例具體教學(xué)實(shí)踐過程：一、將64名學(xué)生分為4組，每組16人，選出要發(fā)言的4名代表。二、利用20分鐘時(shí)間進(jìn)行面對(duì)面討論本節(jié)課的四個(gè)知識(shí)點(diǎn)，形成頭腦風(fēng)暴。三、作為教師下沉各組聆聽同學(xué)們討論情況，并解答學(xué)生在討論過程中可能遇到的問題或者提供給學(xué)生解決問題的途徑，鍛煉學(xué)生自主分析問題和解決問題的能力。通過這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生已經(jīng)基本上解決了80%以上的難點(diǎn)問題。四、利用20分鐘每組利用5分鐘的時(shí)間展示1個(gè)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)是交流在學(xué)習(xí)過程中該知識(shí)點(diǎn)存在的難點(diǎn)及本組解決方法。五、利用剩余5分鐘時(shí)間，教師總結(jié)及表?yè)P(yáng)大家的精彩表現(xiàn)。

2.4課后教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)踐

課后教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)工作是檢驗(yàn)教學(xué)改革成功與否的最重要組成部分，教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)從學(xué)生和教師兩方面進(jìn)行具體的評(píng)價(jià)。學(xué)生層面包括：知識(shí)點(diǎn)的掌握程度、獨(dú)立思考和解決問題水平的提高、課程的滿意度、相互協(xié)作能力的培養(yǎng)等方面。教師層面包括：教學(xué)改革過程的控制效果、對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握程度的評(píng)價(jià)方式、課程學(xué)生參與度的評(píng)估、教師自身修養(yǎng)的提高等方面。接上例具體從學(xué)生層面進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)：利用課后作業(yè)完成度對(duì)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握程度進(jìn)行評(píng)價(jià)；利用如何實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)從不會(huì)到會(huì)的過程與方法評(píng)估學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力；利用問卷調(diào)查的方法對(duì)“翻轉(zhuǎn)”課堂[2]的滿意度進(jìn)行評(píng)價(jià)；利用現(xiàn)場(chǎng)觀察對(duì)小組互動(dòng)過程中學(xué)生活躍程度評(píng)價(jià)學(xué)生相互協(xié)作能力。四方面的評(píng)價(jià)各占25分，滿分100分。完成本次教學(xué)改革后，學(xué)生層面教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)為94分。教師層面進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)：通過課前、課中和課后對(duì)本次課程進(jìn)程的熟練把控程度進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，向?qū)W生發(fā)放問卷調(diào)查評(píng)估教師在課程進(jìn)展過程中的熟練操控程度；利用本節(jié)對(duì)應(yīng)試題的發(fā)放與反饋從教師層面是評(píng)估學(xué)生掌握本節(jié)知識(shí)點(diǎn)的水平；深入各小組討論中檢測(cè)學(xué)生參與度的評(píng)價(jià)體系建立；通過教學(xué)改革后教師在教學(xué)水平和教師自身修養(yǎng)上的評(píng)價(jià)。完成本次教學(xué)改革后，教師層面教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)為90分。

3結(jié)束語(yǔ)

以問題為導(dǎo)向和學(xué)生為中心的《環(huán)境工程原理》課程線上線下混合式教學(xué)改革的實(shí)踐探索，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中教師和學(xué)生相對(duì)割裂的效率不高的教學(xué)思路，利用“翻轉(zhuǎn)”課堂充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂上的積極參與性，最大限度的提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析和解決新問題的能力。通過對(duì)河南科技大學(xué)17級(jí)環(huán)境工程專業(yè)的《環(huán)境工程原理》課程教學(xué)改革實(shí)踐，從學(xué)生和教師兩方面均獲得優(yōu)秀的評(píng)價(jià)結(jié)果。課程存在知識(shí)量大、難度深、學(xué)時(shí)少等問題，如何在有限的時(shí)間內(nèi)最大限度的提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握、能力的提高、工程素質(zhì)的培養(yǎng)、課堂積極性的提高、課堂內(nèi)容豐富性的建設(shè)等都是以后教學(xué)改革的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]盧鵬，王小平，唐曉旻．疫情期間在線教學(xué)在“環(huán)境工程原理”中的實(shí)踐探索[J]．廣東化工，2020，47(20)：198．

[2]鐘欣，黃偉，周彬?qū)W．基于“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí)平臺(tái)的環(huán)境工程原理課程改革研究[J]．廣東化工，2019，46(23)：138-140．

作者：徐航 郭亞菲 吳峰敏 魏學(xué)鋒 單位：河南科技大學(xué)