“物理性污染控制”课程线上线下混合式教学改革成效与反思

何 伟，薛 强，赵 忆，陈翠柏，陈思铭，胡远安

中国地质大学（北京） 水资源与环境学院，北京 100083

环境工程专业是我国地学类院校培养具有生态环境保护能力创新实践人才的重要支撑专业[1]。为了建设具有地学特色的环境工程专业，自2004年开始，中国地质大学（北京）不断开展教学内容和课程体系的优化和改革，很早就提出增设噪声污染与控制、物理性污染与控制类课程，但因课程师资不足以及我国面临更加突出的水、土、气、固等物质性污染问题，物理性污染与控制类课程长时间未成功开设，而是仅在环境监测理论与实践类课程中进行补充[2-3]。2012年，党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局，把“美丽中国”作为生态文明建设的目标，以满足人民对美好生活的向往[4]，这就对培养物质和能量污染治理能力并重的全方位环境工程人才提出了要求。2013年中国加入《华盛顿协议》，2016年成为正式成员国[5]，增设物理性污染类课程是我校环境工程专业认证通过的承诺。我校于2019年春季正式开设“物理性污染控制”课程，并列为专业核心课程。

“物理性污染控制”课程是一门知识点繁杂、理论与实践性较强的应用型课程，涉及噪声、振动、电磁辐射、核辐射、光污染和热污染六个课程内容差异明显的章节[6]。同时，该课程还面临课时数少、师资单薄和学生对数学公式产生畏难情绪等问题[7]。为了切实解决上述课程问题，将这门课程打造成“金课”，“物理性污染控制”课程的教师们进行了一系列服务课程改革的教学方法探索，包括案例式教学[8]、基于问题导入教学（Problem-Based Learning, PBL）[9]、在线协作PBL教学[10]、研讨式教学[8]、成果导向教育（Outcome-Based Education, OBE）模式[11]、PBL结合团队合作式（Team-Based Learning, TBL）式教学[12]、基于专业能力的课程多元化考核教学[13]以及混合式教学[14]等。为了培养符合工程教育认证标准且具备创新实践、团队合作、终身学习和沟通交流等能力的环境工程专业人才[5]，我校积极吸收现有教学方法，发挥MOOC+SPOC线上教学平台的优势，综合使用TBL、研讨式、案例式等线下教学方法，开展了基于线上线下混合式教学模式的“物理性污染控制”课程改革。以下将从课程全过程实施情况、课程反馈与改革成效、课程特色与创新以及课程建设的不足与反思等方面进行重难点阐述。

一、课程全过程实施情况

1.准备阶段

（1）利用教学进度表安排线上线下教学任务。

结合具体课程内容和教学日期，安排线上学时12个，线下学时20个，其中，在第1～3周和第5～7周，每周1次，第4周和第8周，每周2次课。线上以自学和教师答疑为主要教学形式；线下以教师直播或面授、翻转课堂、课题研讨为主要教学形式。

（2）学习MOOC资源和整理SPOC资源。

本课程选定的MOOC资源是中国大学MOOC上由范立维教授开设的“物理性污染控制”，已开课5次，课程内容丰富，但存在振动污染及其控制章节缺失情况。针对此情况，本课程基于2020年线上教学内容在学习通上自建了SPOC（小规模限制性在线课程，Small Private Online Course）资源。

（3）建立线上交流沟通群组。

利用学习通、微信、雨课堂、钉钉等实时交流工具建立群组解答学生疑问、发布学习通知、分享学习资源和开展直播交流等。

2.线上教学

（1）基于MOOC和SPOC的自主式线上学习。

本课程MOOC资源介绍重要知识点，SPOC资源拓展知识点和解析难点，两者相辅相成，既保证了基本知识点不遗漏，又为学有余力的学生提供了深入学习的机会[15]。50%的学生总线上学习时长达到13.4小时，超过线上预定学时12小时，其中，学习MOOC的中位数为3.29小时，学习SPOC的中位数为9.99小时。

（2）基于网络直播的教师传授式线上教学。

受疫情影响，线下面授通过线上直播的方式进行了灵活转换。与MOOC和SPOC不同的是，直播课程既强调了线上资源的重点和考点，也详尽介绍了难点，比如声速、波动方程等公式的推导和客观噪声评价量与主观噪声评价量关系等。本课程还采取索引式概括和案例引导方式引出核心知识点。通过索引式概括，学生进一步明确了本课程所讲授的物理性污染控制措施、原理和关键的物理量；通过设计案例引导的方式，可帮助学生从问题出发，激发学生的好奇心，提高学生的主动性，使其学习目标更明确。

3.线下教学

线下教学采用PBL教学方法，学生分组讨论一个实际工程和社会案例，将学习知识与探究问题相结合，在探究过程中获取、应用和更新知识点[10]。例如，本课程针对新冠疫情期间某国民众认为5G通信基站是造成病毒传染的原因而肆意进行破坏，向学生提出：“作为一名环保工程师，你的看法是什么？如何减弱民众对未知新生事物的恐慌？请结合本课程所学的相关内容，分析5G移动通信基站的潜在污染源特征，给出监测和评价该类污染的方案，并对控制该类污染提出建议。”学生们均能从环境专业大方向上做出判断，多数学生能给出定性的治理建议，但在监测评价等定量分析方面的思考仍比较欠缺。这也说明，线上学习有助于学生掌握概念和原理等描述性知识点，但在帮助学生掌握定量分析手段方面的作用有限。

4.实践教学

本课程是一门应用型较强的课程，然而，专业体系中并没有物理性污染控制设计类课程，仅在环境工程特色实验课程中涉及了一项教学实验，这就导致仅仅通过理论讲授无法满足工程教育认证的标准。因此，通过在课程中引入符合OBE教育模式特征的实践教学，将提升课程教学效果[16]。本课程的实践教学贯穿于整个课程生命周期（表1）。

表1 “物理性污染控制”课程实践教学安排

课程实践I旨在让学生通过阅读近20年中国辐射环境年度质量报告了解我国在辐射环境治理方面所取得成果和存在问题。本次课程实践中，学生分工协作开展阅读资料、整理报告和演示汇报等。课程实践II旨在发挥学生主观能动性。学生自主选定实践主题，利用所学知识设计实践方案，使用相关仪器完成污染监测并进行评价，通过分析软件进行数据处理和展示，在完成实践报告并制定控制方案后还要能在短时间内凝练和汇报实践成果。实践资源库由“教师引导”的4个实践案例拓展到“学生实践”的10个案例（表2），通过比较学生实践成果与教师设定实践主题，发现学生在教师引导下，发挥了较强的主观能动性，主要表现为：（1）对于同一物理污染类型，关注了多场景中该类污染的状况和制定控制方案；（2）关注教师设定实践主题以外的其他物理性污染评价和控制；（3）考虑了多种物理性污染复合存在情景，并开展了综合性评价与控制方案制定。

表2 2021年混合式教学的实践资源库

在实践汇报环节，教师与学生也有互动。学生将实践汇报当作答辩，教师在点评过程中回顾相关知识点；学生阐述自己对实践主题的投入和认识，教师帮学生凝练成果，指出认识上的误区；其间，非汇报学生也积极参与组间互评环节。通过学生展示和师生点评实践成果的方式，在“教学相长”的互动中逐步完善实践资源库（表2）。

5.考核形式

线上线下混合式教学模式一般采用全过程的多元化考核模式[13]，成绩评定包括：（1）线上学习，视频、作业（22%）；（2）课堂学习，学生反馈、参与度（考勤）、调研汇报、实践展示（18%）；（3）闭卷考试，期末试题（60%）。

二、课程反馈与改革成效

1.课程反馈

通过开展问卷调查收集学生对本课程教学内容、过程和考核等的反馈。约71%学生参与了课程反馈，调查结果能够反映大多数学生的心声。通过分析课程前后学生心态和想法的调查反馈可知，大多数学生表达了对本门课程的学习兴趣，但对学习该课程的实用性前景依然比较迷茫；由于课程涵盖内容较多较杂，部分学生对于如何灵活运用相关知识表现出一定的迷茫。学生能力评估结果表明，59.1%～77.3%的学生认为能力水平得到提升，初步具备了物质和能量污染并存且同等重要的环境整体意识。针对本课程目标实现情况调查发现，90%以上的学生形成了物质和能量污染的环境污染综合认识观，68%以上的学生能运用课程内容开展环境污染治理和生态文明建设，50%以上的学生具备了运用高级思维评估和治理物理性污染的能力。学生在自主性、协作性、批判性、研究性、思辨性和表达力等“五性一力”感觉有提升的比例分别为90.9%、90.9%、36.4%、63.6%、40.9%和59.1%，这说明，大多数学生在自主性、协作性、研究性和表达力方面有了很大的提升，而在批判性和思辨性方面获得感较弱。总之，学生在能力方面的获得感得到了提升，本课程基本实现了预设的课程目标。

在本课程采取的多种教学形式中，60%以上的学生对项目探究和案例点评的印象深刻，其次是研讨辩论、边讲边练和同伴讲评。86.4%的学生对课程调研活动给出了4分以上（满分5分）的满意度，63.6%的学生对课程实践环节和翻转课堂教学给出了5分的满意度，77.3%的学生对相互评价环节给出了4分以上的满意度。针对本课程的学习量，80%以上的学生认为课堂作业、在线测试、实践报告的学习量适中，而只有不足75%的学生认为课下作业、线上视频、课程实践的学习量适中。需要指出的是，45.5%的学生在上完本门课程后，对考试还是比较自信，另有36.4%的学生担心考试会考核未强调的知识点，对复习没有底气。

针对本课程采取的线上线下混合式的教学模式，59.1%的学生认为线上学习起到了预习课程作用，线下学习针对性更强、重点更突出，线上一遍线下一遍学习，对课程的印象更加深刻；27.3%的学生认为线上课程可以回放，不懂了可以多听几遍，更有利于接受基本原理，线下课程对知识点介绍太快，容易错失关键信息；13.6%的学生更倾向于线下学习。90%以上的学生对教学过程中采取的回顾线上教学基本知识点、深入剖析重难点、研讨案例相关知识亮点、汇报展示、边讲边练边评和以点评作业形式讲解知识点等教学形式给出了4分以上的满意度。混合式教学作为一种新鲜的教学模式，给学生带来了不同以往的教学体验，59.1%的学生希望其他课程也能采取这种混合式教学模式，另有36.4%的学生并无明显偏好。上述调查结果说明了，本门课程采取线上线下教学模式是值得推广的。

2.改革成效

（1）成功建成线上线下混合式课程。

本课程采取线上线下混合式改革时已具备了一些先决条件，如在前两年的教学过程中分别开展过了线下教学和线上教学，在上述两种教学形式上具有一定的实践经验；教师团队熟悉线上线下教学的软硬件，如智慧教室、雨课堂、超星学习通、钉钉等；课程知识点比较零散且难度适中，便于学生开展线上自学。然而，疫情导致学生无法正常返校开展线下学习，这使得课程改革无法按照预期开展。本着混合式为课程核心，锻炼学生自主性为课程目标，教学团队将线上直播教学作为了线下教学的补充。学生返校后，调整了一部分计划，继续开展了线下教学。无论是线上直播还是线下传授，均是基于学生在线上学习后先知先觉的情况下，开展重难点和考点的讲授，让学生的线上学习知识得到了极大的巩固。综上，“物理性污染控制”线上线下混合式转型基本成功。

（2）学生的自主性得到了极大释放。

本课程开设第一年专门设定了“课前回顾”环节，让学生自己回顾上次课程的关键知识点。然而，上述改进措施依然无法激发学生的自主性。大学教育是通往社会教育的过渡，更应该教会学生自主学习的能力。线上线下混合式教学方式属于下放一部分教师的教授权利给学生自己，让学生自己教自己，这是对学生自主性的极大锻炼，考虑到不是每个学生都有较强的接受能力和自学能力，线下教学依然有存在的必要。在混合式教学过程中，混合多样的实践教学，同样启发了学生的自主性，从自主选题到撰写报告，再到汇报答辩，每个环节都由学生自主完成；此外，学生参与到汇报评分中，又锻炼了学生的评判力，进一步提高了学生的参与感。在混合式教学过程中，学生的自主性得到了极大释放。

（3）教师的角色作用发生了显著变化。

“师者，传道授业解惑也。”关于教师的角色和作用，在大中小学不同层次的教育中存在差异。教师在中小学教学过程中，往往显得相对更加“高高在上”，因为他们的知识和阅历远远多于中小学生，因此，学生对教师往往心怀敬畏之心，也做到言听计从，相信多于质疑，追随多于反叛。而进入大学，学生的心智趋于成熟，能从多种渠道获得相关知识，并具备一定批判性思辨能力。教师在大学课堂的教学过程中采取类似中小学教师的传统教学方式，已无法满足当前学生多样化的需求。线上线下混合式教学，线上线下仅仅是教学形式，而混合式才是核心，只有发挥混合式产生的多样性优势，才能满足学生的需求，创建一个多元化且包容的课堂，教师在这个过程中亦师亦友亦生，学生在这个过程中亦生亦友亦师，整个课堂貌似无中心，却又处处是中心，教师的角色由课堂的中心转变为学生和教师都是课堂的中心，教师的作用不仅是传道授业解惑，更是成为学生知识增长和能力精进的协助者。

三、课程特色与创新

1.课程特色

（1）聚焦城市场景，结合案例学习物理性污染控制基本理论和控制技术。

2019年，中国城镇人口占比超过60%，城镇群众对美好城市生活的需求也日益旺盛，解决城市面临的物理性污染问题是提高城市居民生活品质的最后一环，城市物理性污染的强弱也是检验城市宜居与否的重要标准之一。本课程重点关注城市物理性污染及其控制，课程的案例研讨、课题研究、课程实践等应用场景聚焦于城市实际案例，学生从案例中识别物理性污染，学习解决之道，而后获得启发并将所学所知应用于具体实践。

（2）瞄准前沿产业，探究性学习解决新工科产业发展产生的能量污染问题。

随着“中国制造2025”和应运于新技术新产业要求的新工科发展，新工科带来的能量密集输入势必带来各种能量污染。本课程不仅仅传授已知知识，同时，布局未来，探究式地学习未来产业可能产生的能量污染，并尝试性地提出解决之道，培养学生活学活用经典知识的能力。

（3）融入课程思政，渐进式培育学生结合中国实际和服务生态文明建设的能力。

通过具有中国特色的前沿性、时代性的“城市问题”“中国故事”“环保人物”等物理性污染控制的实践案例，将课程内容刻画得生动活泼，使学生热爱本课程、本专业、本学科，从而由被动学习逐渐转变为主动学习。

2.创新点

（1）建立独具特色的教学与实践资源库。

本课程改革重点之一是建立适应于新时代、新技术、新产业的特色教学资源和实践案例库，保证每届学生都能感受到所学知识贴近生活，并且学有所用。本课程的教学资源库和实践案例库在课程实施过程中得到完善。

（2）采取优化组合的多元教学组织形式。

通过多变的教学组织形式，实施翻转课堂——混合式教学模式调动学生的积极性和改善教学效果，培养学生自主性、协作性、批判性、研究性、思辨性和表达力等课程知识以外的科学素养。

（3）将实践环节贯穿于课程全过程。

采取线上教学、课堂翻转和考试考核的全过程成绩评定方式避免一考定终身。学生在收获知识的同时，也将知识转化为产品、作品等成果，从而使学生对这门课程从了解到理解，再到应用和分析，而后可综合和评价，最后产出新想法或新成果，增加其获得感。

四、课程建设的不足与反思

1.不足

本课程建设依然存在如下不足：（1）部分教学内容无法适用于混合式教学；（2）过于关注教学形式而非教学内容；（3）师生互动未被很好地运用于课堂；（4）实践环节重学生而轻师生互助；（5）师生角色的转变未体现在教学中。

2.反思

在建设“物理性污染控制”课程的过程中，课程团队在3年里分别做了线下课程、线上课程和线上线下混合式课程，对多种教学模式均有一定尝试，最终决定采用线上线下混合的模式。上述决定并非仅仅为了实现课程改革目标，而是这种模式具有“常为新的”的内核，具有多元化的目标，能够满足学生多样化的需求，更能培养出具有独立研究能力和判断力的终生学习者。这种模式也将有助于课程的不断更新和迭代，最终师生共成长、同受益。