“线上线下+翻转课堂”混合教学模式下的课程重构与教学实践——以“大气污染控制工程”为例

单凤君，张婷婷，王 蕊

(辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001)

“大气污染控制工程”是高等学校环境类专业的专业主干课之一，也是辽宁工业大学（以下简称我校）环境科学与工程专业的专业课之一，是一门理论性、实践性和工程性都很强的专业课。理论教学与实验和课程设计相结合，使学生掌握应对大气污染及解决大气污染问题，尤其是颗粒物、二氧化硫和氮氧化物污染问题的理论基础与技术，培养学生分析和解决大气污染问题的工程能力。近几年，“大气污染控制工程”课程一直在探索和实施教学方法和考试方法改革，并取得比较好的教学效果[1-3]。为了秉承信息技术与高等教育的深度融合，促使教师不断探索新的教学模式和教学方法以及更加充分地利用我校现有的慕课资源平台，在2018级环境科学与工程专业的授课过程中，将“线上线下+翻转课堂”的教学模式有机结合，实现了预期的教学目标，达到了师生都满意的教学效果。

一、“大气污染控制工程”教学现状与存在问题

（一）“大气污染控制工程”教学现状

“大气污染控制工程”涉及公式、图表较多，设备与工艺较复杂，设计与计算较工程化，是一门较有难度的课程。因此，在2016 级和2017 级授课过程中，利用慕课资源平台，在粉尘的物理性质及除尘器的选择与发展两节内容采用翻转课堂的教学模式，教师将相关教学资源，主要包括自录的微课、精选的教学视频上传至慕课资源平台的资料区，将课前预习的知识要点及讨论题目上传至慕课资源平台的讨论区，使学生按照分组情况，利用课下时间预习知识要点，完成讨论题目，将讨论内容做成PPT 带到课堂上与同学和教师分享，并接受同学和教师的点评。通过两轮的教学实践，两节翻转课堂的教学效果是比较好的，能激发学生学习本课程的积极性，在完成讨论题目的过程中培养了一部分学生的创新精神。其他章节内容均由教师在课堂上完成知识的讲授。将平台客观题测试、项目设计、课程论文和主观题阶段考试纳入过程考核。

（二）“大气污染控制工程”教学存在的问题

课前，尽管将翻转课堂引入“大气污染控制工程”教学，学生有课前、课中和课后的学习阶段，但由于慕课资源素材形式比较单一，缺乏系统性，没有与课上讲授内容恰当衔接，也没有给出每个任务点考核指标，使得学生在课前预习阶段目的性不强。此外，由于教师在慕课资源建设中，没有制定教学计划、考核体系和考核指标，也没有按照个体差异设置课前预习内容和过程考核项目，使得学生没有很好地利用慕课资源，没有彻底改变被动学习的习惯，也没有将其学习的能动性充分调动起来。课中，课堂上教师利用PPT、动画演示、板书等多种教学手段来讲授本课程中的重要基本原理、公式、设计与计算，虽然信息量和知识量都较大，但教师还是作为课堂的主角，学生仍然处于被动接受知识的状态，仅有部分学生做到专心听讲，跟上教师的节奏，而部分学生会在课堂上出现溜号和散漫状态。课后，教师虽然布置了思考题和作业题来巩固课上教学内容，但教师没有考虑到个体学习上的投入程度和差异，将思考题和作业题按简、中、难进行分类，拓展类的题目也比较少，致使接受能力较好的学生不能得到拓展和提高。此外，项目设计是过程考核的一项重要内容，学生主要利用课下时间完成，但由于题目由教师拟定，均为燃煤电厂除尘工艺设计与选型，题目类型比较单一，没有考虑学生个体接受度的差异，使学生的创新能力和解决实际工程的能力没有得到充分挖掘和发挥。

二、“线上线下+翻转课堂”混合教学模式的课程重构

“大气污染控制工程”从翻转课堂的教学模式转向“线上线下+翻转课堂”的教学模式，学生获取知识的途径和教师传授知识的方式均发生了革命性改变。这不仅要求教师对学生获取知识的线下途径——教材的内容进行重构，也需要教师对学生获取知识的线上途径——慕课资源的内容进行重新梳理和丰富，使得线上和线下学习资源做到知识脉络清晰、内容不重复。线上和线下学习重点和学习任务一目了然，制定量化和非量化的考核指标过程中，考虑个体学习差异。

（一）重构课程知识体系和教学模式

为了便于开展“线上线下+翻转课堂”混合教学，教师要对课程知识体系进行建构。所用教材为郝吉明院士编写的《大气污染控制工程》（第三版），将全部授课内容分为三个模块：

模块一为燃烧与大气污染，主要为前四章内容。根据课程内容的难易及线上资源的丰富程度，将“燃烧与大气污染气象学”部分作为以线上学习为主，线下讨论为辅，学生是这部分知识内容的主导者，教师仅作为线上和线下的答疑解惑者；将“大气扩散浓度估算”部分作为以线下教师讲授为主，学生线上预习为辅，学生在线下预习的过程中要完成相应的任务点。

模块二为颗粒污染物控制理论与捕集技术，主要为第五章和第六章内容。根据课程内容及工程性需要，将“颗粒的粒径及粒径分布”部分作为以线上学习为主，线下讨论为辅；将“粉尘的物理性质”和“除尘器的选择与发展”两部分内容作为以线下学习和翻转课堂为主，线上师生、生生互动互评为辅。首先，学生通过线上资源及相应的任务点进行预习及知识准备，学生可以根据自己的线下学习能力到案例库中选择案例题目，并根据题目要求和学习目标完成相应的学习任务，然后制作成PPT 在课上与同学分享，即翻转课堂。将“净化装置的性能”“颗粒捕集的理论基础”及“除尘器”部分以教师线下讲授为主，学生线上学习为辅。

模块三为气态污染物控制理论与捕集技术，主要为第七章和第八章内容。根据硫氧化物和氮氧化物搜集理论及工艺特点，将“吸收、吸附和催化法净化气态污染物”部分作为以线上学习为主，线下讨论为辅；将“硫氧化物和氮氧化物的污染控制”部分作为以线上教师讲授为主，线下学习为辅。

（二）重整和丰富线上教学资源

根据课程知识体系和教学模式，重整和丰富慕课教学资源，具体做法如下：

1.对线上教学资源进行分类重整。将教学课件、教学视频根据教学模式进行碎化，以线上学习为主的教学内容，在相关教学资源里增加任务点、学习目标、考核方式。

学生可以根据知识的接受度，选择学习资源，进行线下学习；以线下讲授为主的教学内容，在相关教学资源里增加与教学资源内容相关的知识考核点，主要为客观题，题型相对简单。

2.增加案例库，丰富慕课教学资源。案例库以资料题形式给出，所有案例均为大气污染控制工程领域典型案例，如燃煤电厂烟气除尘脱硫脱硝工艺达标改造设计项目、工业锅炉除尘脱硫改造设计项目、热电厂电除尘器改为袋式除尘器工艺设计项目和新建燃煤电厂烟气除尘脱硫脱硝工艺设计项目，冶金、水泥、钢铁等行业烟气治理等项目。每个案例均给出工程概况、设计范围、设计原则、设计参数与指标、备选设计方案（至少三种），学生根据自己的学习能力选择案例题目，按要求完成相应内容后，提交至慕课资源平台。

（三）重整试题库、作业库和试卷库

根据“线上线下+翻转课堂” 混合式教学模式，有针对性地分类构建试题库、作业库和试卷库。试题库、作业库和试卷库中有必做题和选做题。每类题均给出相应的评价指标。必做题要求每个学生完成，学生可以根据自身的学习能力完成选做题。

三、“线上线下+翻转课堂”混合式教学实践

制定出“线上线下+翻转课堂”的混合式教学计划。

为了充分体现学生是课堂主导者的教学理念，使学生在自主学习的过程中，不断地掌握解决大气污染控制工程相关问题的工程能力，达到培养学生团队协作精神和创新精神的教学目标，本研究制定如下“线上线下+翻转课堂”混合式教学计划，见表1。

（一）线上教学

以我校慕课资源平台为媒介，教师课前将线下学习的课程内容进行优化，以短视频、小课件、微课等形式上传至慕课平台，同时将线下学习的目的、任务和目标以通知的形式上传至慕课平台。此外，拓展提高的知识点、任务点和目标要求上传至慕课平台的讨论区。将课后作业题中的必做题和选做题上传至慕课平台的作业库。学生根据课程内容的任务点，利用课下时间完成线上基本学习任务。创建微信群作为线上学习讨论与答疑的平台，教师24 小时在线，及时解答讨论区里的每一个问题，同时，整理汇总讨论平台的共性问题、难点问题及学生在线上学习过程中未涉及到的拓展问题。

（二）线下教学

教师将讨论平台中出现的共性问题、难点问题进行分解和归类，在线下教学中采用启发式和案例式的教学方法讲授课程内容的重点原理与工艺后，学生可以分组集中讨论并回答线上学习过程中出现的共性问题和难点问题，最后由教师给出问题的正确答案，并结合实际工程案例对所讲授内容进行拓展和提高。比如，以“石灰石-石膏法”烟气脱硫过程中，吸收塔脱硫剂出现起泡的原因为例，讲授“石灰石-石膏法”烟气脱硫的工艺参数及影响脱硫效率的因素等问题，大大激发了学生在线下课堂学习的积极性和主动性。

“线上线下+翻转课堂”混合式教学。翻转课堂是以线上预习、完成教学任务，线下课堂上分享学习成果的一种混合式教学模式。“线上线下+翻转课堂”混合式教学主要以项目案例驱动式为主，比如，在除尘器的选择与发展教学过程中，教师将工程案例“热电厂电除尘器改为袋式除尘器工程的选型设计”题目及选型设计原则、主要选型设计参数和选型设计目标等要求上传至慕课平台的作业区，要求学生按照分组情况在规定时间内完成并将成果上传至作业区。教师批阅后挑选出优秀、一般和较差的作品各两组到线下课堂上以PPT 形式与同学分享。学生进行自由点评，教师要从设计内容、设计依据、设计参数、主要设备选型、关键技术等方面进行系统地案例评析，并拓展到除尘器未来的发展趋势。该种教学模式，学生在线上和线下教学中均是学习和教学的主导者，教师在线上线下教学中仅作为答疑、解惑的指导者。学生在具体工程案例完成的过程中产生的问题、疑惑，通过线上自主学习、线下线上教师指导及课堂上与同学分享的闭环过程中，不仅提高了分析与解决工程问题的能力，也丰富了学生工程实践的基本常识和设计理念，培养了团队协作精神及创新思想。

四、“线上线下+翻转课堂”教学评价与教学效果

（一）“线上线下+翻转课堂”教学评价

教师通过设置量化和非量化的评价指标，对学生的线上、线下学习及“线上线下+翻转课堂”学习效果进行过程评价和终极评价，在评价过程中重视个体学习的差异性，评价具备激励和引导的作用。

1.设置学生学习的量化和非量化评价指标。量化指标主要包括线上客观题测试、线下主观题测试、期末考试、任务点完成情况、项目设计成果以及在讨论平台的参与度。非量化指标主要包括学生学习情况的记录和描述，总结学生在学习中存在的问题及各方面表现[4]。

2.学生自评。在“线上线下+翻转课堂”教学过程中，充分重视学生的个性化学习情况。因此，在教学评价过程中，学生自评环节显得尤为重要。自我评价主要包括学习态度、协作精神、互动效果、整体学习成效等，使学生在自我评价过程中对自己形成正确认知，了解自身学习特点，梳理出未来的学习和工作目标。

3.学生互评。在网络资源和信息技术高度发达的当今，教师和学生之间进行沟通和交流更加方便。教师在学生作业区、作品区设置学生互评环节，并设置得分。学生根据自身特点选择互评对象，在评价学生的作业和作品过程中会获取更多的灵感和经验，促进自身整体学习效果的提升。

4.教师评价。教师根据学生量化指标和非量化指标、学生自评和学生互评等各个环节的完成情况，给出过程评价和终极评价，构成综合评价结果。

（二）“线上线下+翻转课堂”教学评价权重

将线上教学和线下教学效果评价进行指标细化，并给出每个评价指标的具体描述及指标权重。教师和学生根据评价指标和指标描述给出学生自评、学生互评和教师评价的具体得分，然后根据指标权重给出“线上线下+翻转课堂”教学中过程评价，并在每章教学内容完成后会及时公开过程评价得分。

学生可以根据自身得分情况调整学习投入，从而提高了学生自主学习的积极性和创新精神。“线上线下+翻转课堂”混合式教学评价指标及指标权重，见表2.

表2 “线上线下+翻转课堂”混合式教学评价指标及指标权重

（三）“线上线下+翻转课堂”教学效果

由于在教学设计与教学评价指标设置过程中，考虑了学生的个体差异及个性化学习情况，充分调动了能力比较强的学生的学习能动性，与2016 级和2017 级比较，2019 年综合评价结果优秀率提高3 倍以上。

四、结束语

根据教育部“加快建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力”的指示精神，“大气污染控制工程”课程通过“线上线下+翻转课堂”教学模式的构建与实施，最大限度地利用慕课资源平台等线上教学资源，提高学生的学习兴趣，培养了学生的自主学习与创新能力。同时注重个性化培养，对学生未来的学习目标和工作计划的确立具有一定的指引作用，教学效果显著。