新工科背景下“线上线下”混合式教学模式实施与探究——以黑龙江科技大学“水污染控制工程”课程为例

孙彩玉，宋志伟，潘 宇

(黑龙江科技大学 环境与化工学院，哈尔滨 150022)

新兴工业产业和科技的迅猛发展，使传统的工科培养理念落后于社会发展的需求，高校工程教育进入传统工科教育实践模块内容也已滞后于产业发展的阶段[1]。2016 年初“新工科”建设教育理念被首次提出[2]，2017年教育部又推出“新工科”建设计划[3]。2016年国务院在《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中指出，鼓励学校利用数字教育资源及教育服务平台对接“线上线下”教育资源，探索教育的新方式[4]；教高[2019]8号文件《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》提出要经过三年左右时间，建成万门左右国家级和万门左右省级一流本科课程，这都意味着在本科教育中开展课程改革已势在必行[5]。其中关于一流课程的推荐类型中有两类与“线上”课程相关。“线上”教学可以打破原有学习时间与空间限制，大大提高教学质量。“线上”与“线下”教学各有优势，混合式教学被越来越多的高校一线教师所采用，对于不同学习需求的混合式教学模式的构建也促进了高等教育面向新时代的改革发展，为新工科人才培养提供了更佳的教学模式[6]。

2019年黑龙江科技大学环境工程专业获批国家级一流本科专业建设点，同时积极推进工程教育专业认证工作。课程建设是专业建设的基础，更关系到人才培养的质量，以一流专业建设点为平台依托，以一流课程建设为目标，“水污染控制工程”教学模式的改革势在必行。一流课程既是建设一流学科、一流专业的重要抓手，也是新工科人才培养的重要手段[7]。推进“水污染控制工程”教育教学形式，由单纯课堂面授向“线下”教学与在线学习深度融合的混合式教学模式转变，以课程建设为媒介，制定合理的课程目标，优化课程内容，保证教学质量；坚持走专业、课程一体化协同发展的道路。

“水污染控制工程”是高等学校环境工程专业的核心主干课之一，其理论性、实践性和工程性都很强，通过课程的学习使学生掌握污水处理方法的基本理论、工作原理、设计计算和工程应用，从而合理地选择污水处理工艺并进行工程设计，以提高学生分析解决问题的能力、培养学生工程设计和解决实际工程问题的能力以及初步具备科学研究的能力。“线上+线下”的混合教学模式可以把学生由浅到深地引向深度学习。本课程注重资源整合，而塑造新的教学理念和教师定位课程则更加关注学生学到了什么而不是教师讲了什么，随时以社会需求为导向调整课程教学内容。研究在一定程度上为环境类人才培养提供了具体借鉴，进而推动该专业实现良性发展。做到学习理论、学习资源、学习环境以及学习方式的混合，打造“教师+学生+教材+网络”的四位一体式模式，实现教学内容、思政素材、行业动态等信息资源的共享，实现了预期的教学目标。

一、内容与学时分配及教学环节设计

“水污染控制工程”课程“线上线下”混合教学的具体实践对象为黑龙江科技大学大三年级环境工程专业本科生，共计64学时，为达到最佳教学效果，将该门课程分为水污染控制工程I和水污染控制工程II，每门课程32学时，两门课程贯穿三年级上下两个学期。目前本课程已经完成两轮“线上线下”混合教学实践。

在2019年之前“水污染控制工程”授课方式采用讲授、启发式的课堂教学。该课程涉及较多污水处理构筑物和工程设备，由于传统的讲授式教学立体画面感较弱，造成学生理解困难、剖析不出内部结构等问题。在授课过程中还发现，由于学生对前序课程的掌握程度不高，再加上相关水污染控制设备内部结构较为复杂，想要真正掌握该课程需要较强的抽象思维和空间，因此直观的讲解方式导致学习效果不佳，而在2020年的“线上”教学中信息化弥补了很多“线下”教学的不足。如何打造更好的“线上线下”相结合的环境类一流课程、集合“线上”教学和“线下”教学的优势、开展“线上线下”混合式教学是一个亟待解决的问题。

按照国家环境工程教学指导委员会建议，“线上”教学任务为课程总学时的20%—50%。本文以水污染控制工程II为例进行主要讲解，依托智慧树教学平台，每部分教学内容均设置了“线上线下”授课环节，内容设置如图1所示。教学资源“水污染控制工程”全部教学知识点视频为黑龙江科技大学自主录制，设置了30%比例的“线上”课程，主要包括膜分离部分的反渗透知识点、生物部分的生物处理基本理论、深度处理部分的过滤及污泥处理与处置部分的脱水知识点。设定“线上”课程主要针对理论性较强、不易被理解的知识点，部分采用的“线上”教学可充分发挥网络资源优势，将不易理解的部分通过动画演示、视频解说、模型等形式表现出来，加强了学生感官认识和深度理解。

课程教学环节设计关注教学内容与教学目标的契合度、教学方式对教学目标的支持度。设置“课前准备+水污染事件播报+知识点讲解+互动环节+问题研讨”等环节(见图2)，每一教学环节融入不同的思政元素，实现全过程培养。水污染事件播报以小组为单位，选取具有代表性的水污染事件进行小组播报，典型事件如工业污染、农业污染或新兴污染物，并且污染事件具有时效性，要以最新、最近污染事件为播报对象，结合了水污染治理技术，融入团队观点分析。同时启发学生对于环境问题的关注与思考；知识点讲解要根据教学目标，遵循OBE教学理念和全过程思政教育；互动环节课了解学生对知识点的掌握程度，“线下”教学可通过学生表情、状态等掌握学生学习情况，“线上”教学则通过“抢答”“头脑风暴”“弹幕”“投票”“抢答”等环节调动学生课堂积极性，调动课堂注意力；讨论环节以问题导入或案例导入式为主，在课堂或“线上”进行问题式导入，让学生通过基础知识联想进入相关问题，解决复杂工程问题和科学问题，从而快速引起兴趣。

二、教学资源的构建

水污染控制工程为工程类学科专业课，注重对理论的理解和工程应用，在教学过程中资源构建注重解决复杂工程问题和贯穿思政教育。“线下”课堂教学模式的构建则根据原有的经典授课环节和调查问卷情况，结合新工科人才培养方案，全过程贯穿OBE教学理念和课程思政，打造经典“线下”教学模式。主要环节包括学时的确定、教学章节内容的确定、“线下”考核体系的确定和教学环节的确定。根据教学目标和毕业生要求达成度，“线下”构建模块包括教学重难点、“线下”反转课堂、学生讨论、教师点评、师生互动互助、课外拓展、课程思政、“线下”评价体系等。本门课程“线下”资源“线上”课堂教学模式的构建根据2020年“线上”授课环节和调查问卷情况，同样结合新工科人才培养方案，贯穿OBE教学理念和课程思政，“线上”教学模块区别于“线下”，注重学生参与性与自主性。“线上”模块构建包含平台功能确定、“线上”资源的优化整合、“线上”教学内容的确定，“线上”讨论和师生互动、学习任务的发布与检查回馈、“线上”课程思政、课外拓展及“线上”评价体系建立等内容。开放并覆盖了全部教学视频43个，总时长达800分钟，全部课程采用PPT、电子版教材和知识点思维导图，同时开设了“水污染事件播报”案例库模块、“课程思政”板块、“水污染新技术和工程案例解析”模块、“课内演示实验”模块。目前“线上”资源已达到100项，并在持续更新补充中(如图3所示)。

三、课程思政育人途径与育人目标构建

在实际授课过程中，我们发现构建思政内容依旧存在一些问题，如课程思政与知识点结合的深度不够、课程思政依旧带有“刻意融入”色彩、内涵和高度挖掘不够等。针对这些问题，结合“线上线下”混合式教学特点和优势，深度挖掘与优化如任务、方针、内容、主体、关键、方式、目标等七方面内容。挖掘课程思政元素主要通过分析课程思政内涵、探索教学方法、实现知识传授和价值引领的有机统一，从而培养能够担当民族复兴大任的时代新人。

本课程依据“知识目标+能力和素质目标+情感和价值观目标”三位一体的课程思政建设理念，将知识点与思想政治教育有机融合，以“课堂教学+课外活动”两条渠道，打造“线上+线下”思政育人平台，实现立德树人目标。近年来，根据专业和课程自身的学科特色及优势，课程实施过程中充分提炼学术内涵，挖掘思政元素与专业知识的结合点，进行“思政寓课程、课程融思政”式的设计，将科学精神、工匠精神、爱国情怀、法律意识和社会责任感等思政教育渗透到“课内课外、线上线下”教学全过程。打造“课内+课外”相结合的课程思政育人思路，如将“水污染事件播报+知识点讲解+互动环节+问题研讨”等环节融入思政教育，“课内教学+课外环保”主体活动同步推进；在全国高校新工科建设的大背景下，将思政要素贯穿课堂教学与课外活动全过程，课内外实现全方位、全过程育人，力求真正做到价值观层面的精神指引融入专业知识教学中的“春风化雨、润物无声”。课程思政实施思路及思政育人目标如图4所示。

四、多维度形成性评价体系的构建

多维度形成性评价是OBE教学理念的重要组成部分，也是我国“新工科”建设中着重强调的学生培养的重要环节。基于产出导向(OBE)的工程能力要求，“水污染控制工程” 课程确定了四个教学目标。教学目标1：系统掌握污水物理化学处理方法、生物处理方法、深度处理方法的基本概念、基本原理、处理工艺及应用，掌握污泥的处理与处置基本方法，并将其应用于水污染控制工程问题的分析及具有解决复杂环境工程问题的环节；教学目标2：通过文献检索、资料查询及运用现代信息技术，利用所学的基础知识和基本原理，根据污水的特点和性质，结合相关规范要求，识别和判断水污染控制工程中的关键问题,分析水污染问题的原因，提出合理的解决方案；教学目标3：能够了解水污染控制工程新技术，掌握污水处理工艺方法， 能够根据污水特性和水环境区域污染防治特征，针对水污染控制工程问题进行剖析、研究和评价，选择合理的处理工艺单元，进行工艺分析和设计计算，进而根据水污染控制目标提出有效的解决方案；教学目标4：使学生具备国际视野，对水污染领域的国际状况和发展有所了解，能对当前热门的污水处理新工艺、新技术及新型水污染问题发表个人观点及看法，具备国际交流能力和国际合作意识。

本课程考核方式包括过程考核和结果考核相结合模式，过程考核包括课堂表现与问题研讨、作业、课程报告、水污染事件播报等，结果考核为期末考试。平时成绩占40%，包括作业(15%)、 课堂表现与研讨(5%)、课程报告(10%)、 水污染事件播报(10%)；期末考试占60%。课程形成性评价考评方式与所占比例如表1所示。

表1 课程考核方式

“水污染控制工程”课程考核针对混合教学模式特点，建立“线上线下”学习资源，打破学习的空间性，同时构建多维度形成性评价体系，课程考核形式多样，评价内容全面，符合“新工科”人才培养特点和“水污染控制工程”学生学习规律。本研究对混合式教学模式实践研究具有一定的借鉴意义。