翻转课堂在《环境微生物学》教学中的探索与实践

夏爽 李开 刘涛 裴国凤

【摘要】《环境微生物学》是环境相关专业重要的专业基础课，实践性较强。为提高学生应用专业知识解决实际问题的实践能力，我们设计了与学科适应的翻转课堂教学模式，构建了供学生课前自学的学习资料网络数据库，并在课堂上开展了分组作业。在4个班级两学期开展的教学实验结果显示，翻转课堂教学模式在提高学习兴趣，培养自学能力，促进知识的理解与掌握，提高实践能力，培养团队协作能力，培养创新能力等几个方面有明显的积极促进作用。

【关键词】翻转课堂 环境微生物学 教学探索与实践

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）12-0151-02

《环境微生物学》是环境工程和环境科学等专业的专业核心基础课程，是一门理论性和实践性并重的交叉学科，涉及有机化学、生物化学，微生物学，遗传学等学科的基本理论，又与一系列环境专业课程（水污染控制工程、给水与废水处理系统、固体废物处理、环境生物技术、环境监测等）中的工程原理紧密相关。由于课程容易使学生觉得枯燥晦涩，学习积极性不高，进而使教学质量难以保证。因此，需要寻找提高学生学习兴趣的方法。

翻转课堂（The Flipped Classroom）这一新型教学模式自2011年来引起了全球教育界的广泛关注，成为教育研究的热点。翻转课堂的主要教学模式为：课前学生通过观看教学视频，查阅相关文献资料等接受知识；在课堂上通过组织学生小组讨论研究，作业、教师单独辅导等进行知识的内化。目前，翻转课堂教学模式证明能充分发挥学生的主观能动性，有效提高学生的学习积极性，从而取得了良好的教学效果。

如今，以MOOC（Massive Open Online Course，大规模在线开放课程，又称“慕课”）为代表的网络视频课程资源在互联网上相当丰富。例如我国著名的免费开放网络视频课程平台“网易公开课”上能检索到微生物学相关课程15个，环境科学相关课程368个，专题讲座27个。现在的大学生被称为“互联网一代”，学生们对互联网上的新鲜事物充满兴趣，乐于接受和主动学习网上的新知识，相比于传统的书本阅读，学习积极性明显更高。因而，我们已经具备了在《环境微生物学》中开展翻转课堂教学的硬件和软件基础。另外，相比中小学生，大学生具有更多的课余时间和更灵活的学习时间安排，有利于翻转课堂在大学教学中的应用。

基于以上对翻转课堂和《环境微生物学》课程的分析，我们认为翻转课堂教学模式可以应用在《环境微生物学》教学中，以提升教学质量。我们在两个年级，4个环境工程和环境科学专业的班级开展了两学期的翻转课堂教学实验。以期为相关课程的教学改革提供参考依据。

一、适用于《环境微生物学》的翻转课堂教学模式设计

在进行翻转课堂教学时，首先需要转变教师的教学观念和学生的学习观念，明确学生是教学活动的主体，学生应自主学习知识，而教师只是起组织和辅导作用。《环境微生物学》是一门实践性较强的学科。为了使学生具备将来服务社会所需能力和素质，教学模式需要以提高学生应用知识解决实际问题的能力为核心，兼顾语言表达能力，团队协作能力，创新思维，克服困难的精神等综合素质。据此，我们设计了适应《环境微生物学》的翻转课堂教学模式的流程（图1），主要包括学生课前自学和课堂上分组作业两个环节，着力培养学生的实践能力。

图1. 翻转课堂教学模式流程

二、翻转课堂教学的实施

在教学内容的安排上，对整个课程庞杂的知识体系进行整合，帮助学生梳理各知识点之间的逻辑联系，理论联系实际，基础知识与工程原理、工藝流程相结合，以提高学生分析问题、解决问题的能力，有效培养学生的实践能力。例如将原本枯燥乏味的微生物的脂质代谢途径与实际生活中的油脂污染问题相结合；微生物的营养与水体富营养化问题结合；微生物的空间分布特征与菌种资源探寻结合，着力培养学生解决实际问题的能力。

学习内容的设计还应遵循以下两个原则：

1.以教学大纲要求为基础，充分考虑课程的教学目标，以及学生将来的就业方向，学生现有知识结构、知识水平、学习态度等因素。

2.课堂作业应该对学生有一定的挑战性，足够的复杂性，包含许多相互联系的知识点，以充分调动学生积极性，使学生切实能将所掌握专业知识技能应用于实践，即完成知识的内化。

具体按照以下步骤开展教学：

（1）学习资料网络数据库的构建与学生的课前学习

1）制作《环境微生物学》的多媒体教学课件（PowerPoint）。主要内容为：知识点提纲，以帮助学生简要的了解所要学习的内容，理解各知识点间的逻辑联系，以便系统性的学习知识；以及一些图片和简要图注，例如：一些微生物的显微照片、细胞结构模式图、代谢通路示意图、废水处理工艺现场照片、工程流程图等，来帮助学生理解抽象概念。

2）录制教学视频。各教师讲解个人最为熟练掌握的若干知识点（例如原核生物的细胞结构、活性污泥的性质等，一般一个知识点讲解10至15分钟），以及和教师科研项目相关的系列专题（例如水体富营养化、农村重金属污染、厌氧堆肥发酵等，一般30至45分钟），辅以多媒体教学课件展示。以突出教师个人优势和特点，让学生学习各教师最为先进的专业知识。

3）在网络上收集整理其它资料，包括《环境微生物学》课程其它知识点的教学视频的链接，国内外学校发布共享的多媒体课件，学术论文、专著书籍、微生物图谱、实验操作录像、工程现场录像和图片、环境学科相关新闻报导等。

4）利用大学生们广泛使用的免费网络硬盘（如百度网盘、华为网盘等）作为载体，将自己制作的，以及从网络上搜集整理的学习资料上传至网络硬盘，发布外链，以供学生们下载。

5）本周课堂结束前，教师布置下周所学内容。学生上课前，利用课余时间观看教师指定的必需观看的若干知识点教学视频，并查阅相关文献资料，完成知识的理解与记忆。如有多余时间，可根据个人兴趣，再选择一些教师搜集整理上传的学习资料进行自学，以扩宽知识面，提高对整个环境保护行业的认知。

（2）课堂上开展多种教学活动，进行知识内化

1）教师布置几道理论性的习题，以检查和巩固学生课前学习情况。例如：原核细胞和真核细胞有何分别？细菌鞭毛的结构如何？活性污泥丝状膨胀的原因是什么？每个学生独自书面作答，交给教师评分。

2）教师设计理论联系实际的作业，作业以实验方案设计为主要形式。学生应用课前在网络数据库中所学知识，分组完成。例如：怎样从环境中分离纯化微生物？水体富营养化的原因、危害及防治措施；设计一套处理生活污水的活性污泥工艺等。学生约5～6人为一组，轮流担任小组长，负责分工协作。

3）在作业过程中，相互分工合作，相互监督。遇到问题先组内相互讨论，如不能解决再请教老师。教师依次巡视各组学生进行小组作业，及时指出学生作业中的问题，学生进一步讨论并自行解决问题，修订并完成作业。

4）作业完成后，各组学生汇报成果。学生相互讨论各组的作业情况，分析实验设计的科学性、可行性、创新性，并总结交流经验教训。最后，教师总结学生完成作业情况，点评各组学生作业的优缺点并评分。

三、与翻转课堂相匹配的考核方法

过去以考察理论知识为主的卷面考试，引导学生死记硬背书本知识，而忽视了实践能力。由于本课程实践性强，应以学生理论联系实际，应用所学知识解决实际问题的能力为主要考核指标，来引导学生有意识的培养自我实践能力，提高学习主动性。因此，新的考核方法需要尽可能全面客观的考查学生各方面的实践能力，包括自主学习能力、逻辑思维能力、现象观察能力、书面表达能力，创新意识以及团队合作精神等方面。

具体考核指标及分数分配如下：

1.课堂习题占总成绩的20%，考察学生课前学习网络教学视频，查阅相关文献等过程中对知识的理解和记忆。

2.课堂作业占总成绩的70%，其中，考查各学生分组讨论时的观点正确与否占总成绩的40%；各组学生成果汇报成绩占30%。

3.考查各小组学生分工协作方式的合理性，以及学生在各自小组的贡献，各占总成绩的5%，共计10%。

四、教学效果评价与教学过程中出现的问题及对策

为了客观评价翻转课堂的教学效果，我们在教学结束后对4个班级共142名学生进行了问卷调查。结果见表1。

表1 学生对翻转课堂教学效果的评价

调查结果显示，在本次的《环境微生物学》的翻转课堂教学实验中，大多数学生认为翻转课堂教学模式在提高学习兴趣，培养自学能力，促进知识的理解与掌握，提高实践能力，培养团队协作能力，培养创新能力几个方面有明显的积极促进作用。

虽然总体上本次翻转课堂教学实验效果取得良好的效果，但是在教学过程中仍然出现了一些问题：

1.尽管调查显示学生普遍认为翻转课堂有效提高了学生们对本课程的学习兴趣，从课堂习题中反映出极个别学生未有效完成课前学习，课堂上参与小组讨论积极性不高，通过找学生谈话发现这些学生学习态度消极。这些学生有些根本不喜欢目前所学的环境工程或环境科学专业，有些对前途感到迷茫。我们通过单独找这些学生谈话，介绍本行业背景，工作前途等，已成功提高其学习积极性。

2.分小组讨论过程中，发现有些同学由于性格内向，发言较少。为帮助这些同学积极参与到小组讨论，我们在小组巡视过程中，有意识的提一些问题让这些同学来回答，引导其与其他同学展开讨论。

3.课堂分组作业和学生讨论各组成果的时间容易超出规定的课堂教学时间（两堂课共90分钟），为此，我们严格制定了各项环节的时间。例如：习题10分钟内完成并上交，分組作业35分钟内完成。小组汇报及讨论时间控制在每个8分钟内等。

4.少数学生认为课程考核标准过于主观，对其公平性提出质疑。为此，我们充分参与学生小组讨论，对每个学生的表现做详细记录，必要时甚至录像录音，以备查阅。

五、结语

近几年来，国内外大学积极开展翻转课堂的教学实验，取得良好教学成果，深受广大学生欢迎。我们结合环境专业学生的知识结构及《环境微生物学》课程特点，在两个年级共4个班级开展了为期两学期的翻转课堂教学实验。通过本次教学实验，转变了教师的教学观念和学生的学习观念，教师角色由原来的处于中心地位的知识讲解员和传授员转变为学生学习活动的组织者、辅导者；学生角色由原来的被动的知识接受者转变为知识的主动探究者和真正的学习主体。将翻转课堂教学模式应用在《环境微生物学》这门实践性强的课程教学中，培养了学生应用所学知识解决实际问题的实践能力，为学生在将来的社会服务中尽快适应专业相关工作岗位打下良好的基础。

然而，翻转课堂教学中仍然有许多问题需要探究，比如学时问题。由于学生需要花费大量课余时间和精力观看教学视频，查阅文献资料，因此一定要控制好课前学习内容的量，既要保证学生在课堂上有足够的知识来完成作业，又不能让学生疲于应付。另外，由于缺乏统一的翻转课堂实施标准，评价体系，容易造成各学校各教师的教学质量参差不齐。

综上，翻转课堂应用于《环境微生物学》的教学实验结果是积极的，实施过程中仍然有些问题需要继续探索，以进一步提高学生自主学习积极性，提升教学适量，为社会培养高素质的专业人才。

参考文献：

[1]单爱琴，裴宗平，白向玉，刘汉湖，程伟，肖昕，雷灵琰.“环境微生物学”创新能力培养应用实践[J].教育与教学研究，2014（5）：67-78.

[2]何兴兵，林永慧.环境科学专业《环境微生物学》课程研究型教学模式探索[J]. 教育教学论坛，2012（32）：239-241.

[3]王长江，胡卫平，李卫东.“翻转的”课堂：技术促进的教学[J].电化教育研 究，2013（8）：73-97.

基金项目：

2012年湖北省教育厅，湖北省教学研究项目“大学创新能力培养的多维实践平台建设——以生命科学类为例”（JYS12008）；2012年教育部“十二五”国家级实验教学示范中心建设项目“中南民族大学民族药学实验教学示范中心。