三维联动应用型高校在线课程立体化建设实践与评价——以“水污染控制工程”课程为例

王 瑛，李 华

（绵阳师范学院资源环境工程学院，四川绵阳 621000）

0 引言

在线课程是依托于互联网的新兴授课形式，最早的起源可追溯到二十世纪60 年代，以美国发明家和知识创新者Douglas Engelbart 为代表的教育变革家们，极力推进教育过程的开放，号召人们将计算机技术作为一种改革手段应用于学习过程中.2008 年，加拿大爱德华王子岛大学的研究员提出了MOOC 概念［1］，一大批教育工作者开始采用这种课程结构在全球各国大学主办大规模网络开放课程.近10 年来，在线课程在中国也得到了快速发展，从2012 年开始跟上国际慕课大潮，到2015 年教育部正式推动我国在线开放课程建设，到2018 年教育部提出一流本科课程“双万计划”.受2019 年年底暴发的新冠肺炎疫情影响，我国乃至全球的高校教育更是面临新的挑战.教育部印发了《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》.2020 年开始，因疫情而推进的“停课不停教、停课不停学”过程中，前期建设的优质在线课程功不可没，同时也进一步推动了在线课程的快速发展.2020 年11 月推出首批5 118 门国家级一流本科课程中有1 875 门线上、728 门虚拟仿真类课程［2］.通过十余年的建设，我国在线课程取得了举世瞩目的成效.

环境科学与工程专业应用型人才主要是指在环境领域具备一定应用技术创新能力的高层次技术人才，其培养过程更强调与一线生产实践相结合［3］，过去那种以传统理论讲授为主的在线课程已无法满足应用型人才培养的需求，这为环境科学与工程专业在线课程的建设提出了更高要求.本文以环境科学与工程专业核心课程“水污染控制工程”为例，结合应用型本科院校转型发展要求，从培养应用型人才的角度，进行“教学-项目-实践”三维联动教学模式下的在线课程立体化建设教学改革研究.

1 在线课程在应用型人才培养中存在的问题

1.1 课程建设与发展缺乏核心推动力

由于目前我国高校在线课程建设普遍缺少对课程实施成效的监督及管理，把课程建设及后续发展任务直接下放到课程负责人或者课程团队，而课程负责人往往忙于各项教学科研或行政事务，缺乏对在线课程建设的深入了解，有时只是“模式化”将原有课堂教学内容“片段化”和“浓缩化”后发布到在线课程平台上.由于缺乏核心推动力，各大平台上同一门课程数量众多，但内容及形式大同小异.国家、省及校三级课程建设，在线课程建设呈现重申报，轻内涵建设的现象.课程申报成功后建设进度缓慢，内容更新频率极低，传统课程教学与在线教学不能很好衔接，学生对于网络平台课程知之甚少，从而造成网络课程的利用率较低.教学团队教师之间、教师与学生之间、学生与学生之间的交流匮乏，导致教学效果不理想，再加上国家、地方及学校未出台对于已建成课程后续管理和维护的相关监管政策，导致了在线课程申报成功后的后续建设不及时、不规范、不主动，这样的课程最终成为网络平台上的摆设，缺乏后续发展动力，得不到纵深发展，从而背离课程建设的初衷［4］.

1.2 学生缺乏学习自觉性和主动性

传统线下教学模式中，教师与学生的交流和互动非常及时和直接，教师可以直接根据学生学习状态给予有效地指导和监督，学生也可以在课堂中与教师进行有效沟通和问题反馈.在线开放课程与传统课堂不同，由于缺少实时的教师监督和指导，因此要求学生有很强的学习自觉性和主动性.而且在线课程往往是传统课堂的辅助教学手段，通常要求学生课外自主学习，用于对传统课堂教学内容的补充，但是大多数在线课程的负责人或团队对于如何实施线上线下混合式教学还缺少有效方案，教师课堂讲授和学生课下自习，没有得到有效融合，因此往往会出现在线课程的学习时间被压缩，学生学习效果差的现象.此外，高校开设的在线专业课程的学习通常需要有一定的学习基础，但是目前各大平台上的在线课程大多没有设置学习门槛，学生学习缺乏激励机制，教师也无法与学生进行及时的沟通，这些都可能造成学生失去了对于在线课程的学习兴趣.

1.3 在线课程建设缺乏实践实训内容

党的十八大以来，习近平总书记对教育工作作出了一系列重要论述，多次强调人才培养工作的重要性.随着经济高速发展，社会竞争日趋激烈，现代社会人才培养的最终目标是培养应用型高素质人才.实践实训是应用型人才培养的重要环节.学生只有按照专业培养或课程目标要求到企业进行一定课时的实习实训，将课程理论知识进行实际操作性训练，才能在实践中培养发现问题和解决问题的能力，才能具备适应未来职业发展的“双创”能力.2020 年新冠疫情的暴发在为我国高校在线理论课程建设提出更高要求的同时，也给在线课程中的实践实训内容发起挑战［5］.作为环境科学与工程专业核心课之一的“水污染控制工程”，不但有理论课教学，还有与之相配套的综合实验、实习等教学环节.理论、实验、实习的课程设置相辅相成，既强调理论学习的重要性，也强调学生实际操作能力的培养，培养学生理论联系实际的能力.新冠疫情的冲击，使得我国迫切需要能够应对此类重大突发公共卫生事件的高层次应用型人才，譬如城市医疗废水处理等领域的应用型人才.疫情防控期间，环境相关专业在无法开展线下实验和实地参观实习的情况下，线上的实验和实习教学就显得至关重要，但是目前“水污染控制工程”等在线课程往往缺少实践实训的相关内容，这对应用型人才的培养非常不利.

2 “课堂—项目—实践”三维联动模式

本课程采用“课堂—项目—实践”三维联动的教学模式，“课堂”是指在线理论教学课堂，“项目”是指在线展示教师科研项目或企业的工程建设项目案例，“实践”是指在线虚拟仿真实验和云端实习.在传统网络课程理论教学和工程案例教学的基础上增加在线虚拟实验和云端实习实训板块，设置了“课堂教学”“项目案例教学”“实践教学”三大模块，提供课程完整电子教案，典型工程案例，链接相关联的虚拟实验平台等材料和课后学习思考题、工程设计思考题等学习资料，全面实现三维联动教学模式，并对以往“水污染控制工程”在线课堂存在的不足作出了一系列改进.

2.1 课堂

为了解决“水污染控制工程”在线课程建设和发展缺乏核心推动力的问题，首先需依据课程教学大纲，对教学内容进行系统梳理，将教学内容以知识点的形式呈现，录制视频传至教学平台，供学生课前预习和课后巩固参考.在此基础上，建设并逐步完善线上试题库.改变过去传统单一的“传授式”教学模式，将启发式、讨论式等多种灵活生动的教学方法应用于在线课堂教学中，更多地让学生“动起来”.例如，针对废水中某一污染物的处理，在教学平台视频中设置为任务点，让学生根据所学知识提出处理方法；或者老师提出废水处理工程实例，让学生进行评价，找出存在的不足，并提出改进措施，使学生在对问题的挖掘和思考中进行学习.依托“学习通”“爱课程”等平台功能，对学生进行多方面考核并科学构建考核体系.如考核学生学习视频个数与时长数以及参与课堂练习、小组任务、抢答提问等环节情况并设置相应考核比例.同时需充分利用课程平台中的互评功能，通过师生互评、生生互评、小组互评等方式开展深入探讨，强化学生对重点知识的掌握.

2.2 项目

为了更好地实现应用型人才培养目标，满足社会对应用型人才的需求，本课程引入行业企业专家联合开展在线课堂教学，及时了解行业实际问题及发展动态.打造校企合作平台，为学生提供项目案例教学环境.鼓励学生积极参与企业工程项目，在“做中学、学中做”，实现让学生在校所学与企业实践有机结合，不断提升其素质及技术水平.本课程在传统的教学模式基础上，重视将教师科研及企业工程项目案例导入学校在线课堂教学环节，借助具体项目案例，以实际项目要求为标准，考核学生的综合能力，通过实际项目案例教学不断积累实战经验.同时在线项目案例教学可以克服空间和时间的困难，更大范围寻找合适的校企合作对象，利用更低成本实现更好的教学效果.通过“水污染控制工程”在线课程中企业项目案例的打造，进一步促进校企合作，有针对性地为环保企业培养人才，实现学校与企业“优势互补、资源共享、互惠互利、共同发展”的双赢目标.

2.3 实践

为了解决过去“水污染控制工程”在线课程相关实践实训内容的缺乏，本课程将在理论课程开展的基础上，按照课程教学要求，开展一定课时的虚拟仿真实验课和云端实习实践，进行专业知识的拓展，实现理论到实践的过渡.与传统线下实践实训相比，线上虚拟仿真实验课和云端实习实践具有成本低，时间空间灵活和安全性高等优势.特别是在开展一些危险性相对较高或较为复杂的大型综合性实验的时候，利用虚拟仿真实验代替线下实验课程可以将实验危险性降为零并且可以实现多次低成本重复直至获取最佳实验结果.譬如在本课程实验教学环节，为了探索活性污泥处理过程中进水流量、进水有机物浓度、曝气量等因素的影响，如果采用线下实验教学就会涉及非常复杂的实验操作［6］，还往往需要联系当地污水处理厂才能完成，因此像这类实验就非常适合采用虚拟仿真实验来完成.同时，污水处理厂污水处理设施或设备往往存在加盖或加防护栏的现象，这可能会让学生无法清晰地看到污水处理设施或设备的内部构造和工作过程［7-8］.此外，线下的污水处理厂实习也往往是以污水处理厂工作人员的讲解及演示为主，学生无法直接参与水质检测和工艺参数控制、设备调试等过程［9］，学生听完之后也只能一知半解，无法真正去解决实际问题.这些传统线下实习实训存在的问题在线上的云端实习中便可轻松解决，学生可以以工作人员的视角进入污水处理厂［10］，从各个宏观和微观角度深入认识污水处理厂整体布置和各个污水处理单元的结构细节，并参与污水处理单元的污水处理过程.但是，线上实践实训环节也存在弊端.譬如虚拟仿真实验无法让学生真正掌握实验操作技能，云端实习无法给学生呈现直观感官污水处理厂活性污泥的颜色和臭味等，也无法真正实地感受污水处理厂的规模.因此，本课程的实习实训部分采取线上和线下相结合的模式，线下主要开展实验室小型验证实验（如絮凝实验等），并结合大型的线上综合性实验（如污水处理过程影响因素的探究等实验）和云端实习，兼顾了学生的实际参与感和现场感受，在让学生掌握污水处理厂虚拟仿真设计等技能的同时，也学会使用各种仪器设备，培养学生的规范操作和安全意识.

3 “课堂-项目-实践”三维联动教学模式实践效果分析

通过“课堂-项目-实践”三维联动教学模式在“水污染控制工程”课程当中的应用，取得了较好的实践效果.首先，为了了解“课程-项目-实践”三维联动教学模式的教学效果，在该教学模式开展的第一个学期期末用调查问卷的形式对上“水污染控制工程”在线课程的环境科学与工程专业学生调查了他们对该教学模式的态度和看法.调查结果显示，大多数学生认为三维联动模式比以往的单纯以理论课堂为主的在线课程更能够提高自身对该课程的兴趣及学习的主动性.66.1%的学生觉得该模式对提高该课程的学习兴趣及主动性有很大的帮助；29.4%的学生认为有较大的帮助；只有4.5%的学生认为只有一点点帮助.82.3%的学生认为行业企业专家项目案例教学的引入更能让理论学习与实践相结合，能够及时获取目前环境保护相关行业的实际问题及发展动态，为将来的就业提供很大或较大帮助.87.1%的学生认为在线实践实训环节的引入能够有效弥补线下实验及实践实训环节由于各种因素无法实现的环节，帮助他们更加完整全面地了解污水处理的整个流程及相关理论.此外，64.5%的学生认为在线讨论环节的设置能够让他们不用局限于固定的地点及时间完成相关任务，可以由他们按照自己的时间表灵活处理，这一点也与系统统计访问高峰时间相映证（见图1），网站的访问高峰时段往往出现在夜晚，也就是学生的课余时间.

图1 课程某章节学习时段情况统计Fig.1 Statistics of the learning period of a certain chapter in the course

除了调查问卷的形式之外，课程网站的访问次数更能够直观反映学生对该课程的重视程度和兴趣程度.以最新学期该课程网站学生访问统计数据显示，该课程的浏览量从2 月份的53 次上升到了3 月份的216次，四月份该网站的访问总次数更是达到了332 次.此外，为了进一步掌握该教学模式的实践效果，本课程的教学设置了实验组和对照组，实验组即为以上进行调查问卷的2020级环境科学与工程专业学生，对照组为2019 级环境科学与工程专业学生.在2019 年之前，虽然该课程已开始建设在线课程，但是仍主要以理论的讲授为主，尚未涉及实践实训及项目案例的在线环节.对比这两届学生该课程的期末成绩发现，在试卷难度系数基本一致的前提下，实验组学生的理论课程期末考试及格率为85.2%，而对照组学生的及格率为78.8%.同时实验组的学生在该课程的实践环节如课程设计都展现出了比对照组更好的积极性，并呈现了更为优秀的设计成果.

4 结语

基于“课堂—项目—实践”三维联动的“水污染控制工程”在线教学模式经过多年的实践与探索，获得了较好的教学效果.采用启发式、讨论式等多种课堂教学模式调动学生学习主动性，同时重视课程的后续建设和发展，增加企业工程项目教学案例，并在传统在线理论课堂基础上加强在线虚拟实验教学和云端实习等弥补线下实习实践环节的不足，提高了学生分析和解决实际工程问题的能力，增强了团队合作意识，满足社会应用型人才培养需求.后续教学中，本课程将继续充实课程教学案例库，完善师生互评系统等，进一步提高教学质量，建设更为健全的课程体系.