基于翻转课堂的大气污染控制工程课程设计教学模式的重构①

钱飞跃，王建芳，盛楠楠

(苏州科技学院 a．环境科学与工程学院;b．天平学院，江苏 苏州215009)

长期以来，我国大学工程教育普遍存在“教学目标强调理论讲授，教学内容弱化能力培养”的状况［1］。为了满足社会经济发展与环境保护事业对合格工程技术人才的迫切需求，落实教育部“十二五”规划提出的“卓越工程师”培养计划，不断提高环境工程专业学生的综合素质，就必须改变以教师为中心的传统教学模式，充分发挥实践环节的特殊功能，鼓励“教”与“学”的方法创新［2］。

作为本专业主干课程大气污染控制工程理论教学的延续、深入与发展，课程设计(下文称大气课程设计)旨在引导学生理解并巩固大气污染控制的基本理论，掌握常见颗粒、气态污染物收集净化系统的设计原则、流程与方法，学会使用设计手册、规范和应用软件，以培养动手操作能力、积累工程实践经验。作为课程建设与改革的一次有力尝试，本文通过分析当前大气课程设计教学中存在的突出问题，具体阐述了翻转课堂这一全新理念的先进性，首次提出了大气课程设计教学模式的重构框架，并再次强调了实践训练在工程师培养体系中的核心地位。

1 大气课程设计教学中存在的问题

在大气课程设计中，学生通常需要以具体任务为导向，相对独立地完成工艺计算、设备选型与系统绘图等工作［3］。在此期间，教师不再使用集中授课的模式，学生需要自行解决所遇到的大部分难题，其个人的知识水平、思维能力和心理素质都将经历一次考验。正是由于“教”和“学”的方法明显区别于传统的课堂教学，因此，指导教师和参与学生均认为完成大气课程设计很有难度［4］。此外，大气课程设计教学中存在的主要问题还包括:

第一，设计指导书缺乏规范性，参考价值有限。目前，各高校环境工程专业在发展沿革、科研基础和大纲要求上都存在差异，国内很难找到正式出版且普遍适用的大气课程设计指导书。这就要求指导教师必须自编教材，以帮助学生了解任务背景、基础参数与设计规范等必要信息。但受制于工业系统的复杂性和教师个人的编制水平，此类教材往往存在选题内容单一、设计依据模糊和参考资料空洞等缺点，大多数只能起到任务布置的作用，无法为学生的设计活动提供全程、有效的指导，严重影响了教学效果。

第二，参与者实践经验匮乏，工程概念模糊。大气课程设计是集化工原理、流体力学、土建基础与机械工程等知识于一体的综合性训练环节。在有限的理论课时内，学生虽然已经学习了大气污染控制的基本理论与相关技术，但对实际工程化系统仍缺乏准确的感性认知［5］。作为教学的重要参与者，青年教师也可能遇到类似的情况。因此，在课程设计中，学生只能依靠现有的技术资料与设计规范完成“画瓢式”训练。由此获得的设计方案很可能是错误百出，实用价值更是无从谈起。

第三，教学组织形式不合理，考核方法不科学。通常情况下，指导教师会要求学生在接到任务后的1～2周内完成全部设计内容，并根据最终提交的设计说明/计算书与图纸的质量评定成绩。受到师生比与教学时间的限制，指导教师针对共性或常见问题尚能做出有效反馈，但仍缺乏个别化帮助和设计过程评价。因此，部分学生会采取“最后突击”的方式抄袭他人成果，并成功蒙混过关。这种现象的存在削弱了成绩评定的公正性，并对其他人产生消极的心理影响［5－7］。

2 引入翻转课堂教学模式的先进性

自2007年，美国林地公园高中化学教师乔纳森·伯尔曼和亚伦·萨姆斯提出翻转课堂(Flipped Classroom)以来，这种源于掌握学习法的全新教学形态正引发越来越多的关注与尝试，并已成为当下热门的教育改革与创新课题［6］。目前，翻转课堂仍处于快速发展与完善阶段，先后涌现了多种差异化的实施方案，其教学过程可大体分为:1)在课前，教师编制导学案、在线发布教学视频与课程材料，学生开展自主学习，并完成相应练习或测试;2)教师通过网络平台了解学生的学习情况，重点整理学生无法解决或掌握程度较差的问题;3)在正式上课时，教师不再重复讲解课程内容，而是以指导者的身份参与学生互动，协助解决难题，完成知识的内化［6］。

翻转课堂开辟了以学生为主体、强调自主学习、鼓励教师角色转变和注重个性化纠正的全新教学策略。它颠倒了传统教学流程，使教师能有更多机会提供定制化辅导，并鼓励学生超前学习、互相学习。尽管国内外的实践经验表明，翻转课堂要求教学组织者必须掌握相当的网络资源与应用技术，这在一定程度上提高了此类改革实践的准入门槛，但对于“小规模、开放性”的大气课程设计而言，高度灵活的组织方式完全是可取的［7］。其中，“小规模”体现在课程设计的参与者一般仅限于本专业学生，便于改革举措的实施;“开放性”则意味着课程设计强调的是自主学习过程，而不是追求某个确切的答案。此外，基于翻转课堂进行实践环节教学模式的重构，也顺应了当代大学生群体共性的发展特征，即思维活跃、乐于追逐新事物、渴望与人平等沟通、习惯使用电子设备与互联网等，将有利于优化工程训练体系，激发学生的参与热情，真正做到因材施教。

3 大气课程设计教学模式的重构

针对当前存在的突出问题，大气课程设计教学模式的重构应从教学资料准备、工程素质培养、教学组织形式和成果评价方法四个方面展开。

第一，课程设计任务需紧密联系理论教学内容，采取灵活、自愿的选题方式。教师提供给学生的数据包除需涵盖任务背景、设计内容、基础参数和成果要求等传统内容外，还应包括教学视频、任务－时间轴和重要的参考资料等。其中，教学视频需重点讲解大气课程设计的一般流程与基本方法，并结合工程实例呈现具体的设计对象，帮助学生形成较为清晰的设计思路。针对学生提出的关键问题，应发布“微课”视频，予以积极反馈［8］。另外，可将设计任务细分为多个目标，并建立建议完成的时间轴，以提醒学生进行工作进度评估。最后，参考资料以电子文稿的形式放置于公共网盘中，方便学生随时调用。

第二，课程设计是工程素质培养的核心单元，也是比理论课、实验课更高层次的学习阶段。在日常教学中，应当鼓励学生阅读相关的设计手册与规范，注意引导学生观察实验设备的基本构造与工作原理，从客观上拉大工程训练的时间跨度。更为关键的是，要建立稳定的校企联动机制，聘请校外资深技术人员详细介绍工业系统的设计、建造与运行情况，并根据与课程内容的相关性整理成视频文件，在公共平台上与学生共享［9］。

第三，教学组织形式的改变也是“翻转”的重要体现。针对性更强的视频教学取代了课堂上的集中传授，以任务为导向的小组讨论取代了“不懂就问老师”的传统模式。但需要指出的是，倡导团队协作应当以“任务背景大体类似，设计选题显著不同”为前提，从源头上降低“抄袭”的可能性。作为师生互动的重要手段，在布置设计任务、进行设计计算与绘制工艺图纸阶段都应设置问卷调查，以充分了解学生的工作进度与遇到的困难，及时调整辅导内容与方法［5］。

第四，为保证成绩评定的客观性与公平性，应引导学生使用辅助软件(如Excel，Auto CAD等)完成设计计算与工程制图，并在大气课程设计结束前增设汇报、答辩环节。要求学生将过程材料与最终成果以幻灯片(PPT)的形式展示出来，鼓励其介绍自身设计不合理的地方和可能的解决方案。在此期间，指导教师与其他学生均有权提出疑问，随机选择学生代表参与成绩评定。通过公开分析与讨论，可以有效提高学生的参与度，发挥潜移默化的教学作用。

4 结语

综上所述，大气课程设计是大气污染控制工程理论教学的延续、深入与升华。基于翻转课堂进行课程设计教学模式的重构，符合工程训练环节“小规模、开放性”的基本特征，有利于优化教学组织形式，减少教师的重复性劳动，激发学生的参与热情。同时也应该看到，理念与方法的借鉴不是简单地照搬模式。翻转课堂的综合效益既源于师生互动与成果评价的合理安排，也来自高质量的导学案、教学视频和设计指导书。这使得指导教师和参与学生都要在课外付出更多的努力，不断积累“教”与“学”的经验，才能获得令人满意的改革成果，才能实现新模式向其他课程的迁移、推广。

［1］何朝阳，欧玉芳，曹祁．美国大学翻转课堂教学模式的启示［J］．高等工程教育研究，2014(2):148－151．

［2］曲明哲．卓越工程师培养方案与社会需求适应性的研究［J］．黑龙江高教研究，2012(8):135－137．

［3］闵敏，孙新华，丁成．《大气污染控制工程》课程设计教学改革与实践［J］．中国科技信息，2012，17(9):128，130．

［4］唐小玲，倪金龙．大气污染控制工程课堂教学改革与优化［J］．化工高等教育，2013(1):78－80．

［5］张杨帆．大气污染控制工程案例教学效果的调查研究［J］．化工高等教育，2011(3):82－85．

［6］刘健智，王丹．国内外关于翻转课堂的研究与实践评述［J］．高等工程教育研究，2014，6(2):68－71．

［7］肖立志．“翻转课堂”视域下的远程开放教育式课程教学研究［J］．黑龙江高教研究，2014(7):158－160．

［8］李小刚，王运武，马德俊，等．微型学习视野下的微课程设计及教学应用研究［J］．现代教育技术，2013，23(10):31－35．

［9］韩新才，王存文，熊艺，等．高校利用校外教育资源开展毕业设计(论文)工作的实践［J］．高等理科教育，2013(5):116－121．