翻轉(zhuǎn)課堂在《環(huán)境微生物學(xué)》教學(xué)中的探索與實(shí)踐

夏爽 李開 劉濤 裴國鳳

【摘要】《環(huán)境微生物學(xué)》是環(huán)境相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)踐性較強(qiáng)。為提高學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力，我們?cè)O(shè)計(jì)了與學(xué)科適應(yīng)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，構(gòu)建了供學(xué)生課前自學(xué)的學(xué)習(xí)資料網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，并在課堂上開展了分組作業(yè)。在4個(gè)班級(jí)兩學(xué)期開展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自學(xué)能力，促進(jìn)知識(shí)的理解與掌握，提高實(shí)踐能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力等幾個(gè)方面有明顯的積極促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】翻轉(zhuǎn)課堂 環(huán)境微生物學(xué) 教學(xué)探索與實(shí)踐

【中圖分類號(hào)】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）12-0151-02

《環(huán)境微生物學(xué)》是環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)等專業(yè)的專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，是一門理論性和實(shí)踐性并重的交叉學(xué)科，涉及有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)，微生物學(xué)，遺傳學(xué)等學(xué)科的基本理論，又與一系列環(huán)境專業(yè)課程（水污染控制工程、給水與廢水處理系統(tǒng)、固體廢物處理、環(huán)境生物技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等）中的工程原理緊密相關(guān)。由于課程容易使學(xué)生覺得枯燥晦澀，學(xué)習(xí)積極性不高，進(jìn)而使教學(xué)質(zhì)量難以保證。因此，需要尋找提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法。

翻轉(zhuǎn)課堂（The Flipped Classroom）這一新型教學(xué)模式自2011年來引起了全球教育界的廣泛關(guān)注，成為教育研究的熱點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂的主要教學(xué)模式為：課前學(xué)生通過觀看教學(xué)視頻，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料等接受知識(shí)；在課堂上通過組織學(xué)生小組討論研究，作業(yè)、教師單獨(dú)輔導(dǎo)等進(jìn)行知識(shí)的內(nèi)化。目前，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式證明能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而取得了良好的教學(xué)效果。

如今，以MOOC（Massive Open Online Course，大規(guī)模在線開放課程，又稱“慕課”）為代表的網(wǎng)絡(luò)視頻課程資源在互聯(lián)網(wǎng)上相當(dāng)豐富。例如我國著名的免費(fèi)開放網(wǎng)絡(luò)視頻課程平臺(tái)“網(wǎng)易公開課”上能檢索到微生物學(xué)相關(guān)課程15個(gè)，環(huán)境科學(xué)相關(guān)課程368個(gè)，專題講座27個(gè)?，F(xiàn)在的大學(xué)生被稱為“互聯(lián)網(wǎng)一代”，學(xué)生們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上的新鮮事物充滿興趣，樂于接受和主動(dòng)學(xué)習(xí)網(wǎng)上的新知識(shí)，相比于傳統(tǒng)的書本閱讀，學(xué)習(xí)積極性明顯更高。因而，我們已經(jīng)具備了在《環(huán)境微生物學(xué)》中開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的硬件和軟件基礎(chǔ)。另外，相比中小學(xué)生，大學(xué)生具有更多的課余時(shí)間和更靈活的學(xué)習(xí)時(shí)間安排，有利于翻轉(zhuǎn)課堂在大學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

基于以上對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂和《環(huán)境微生物學(xué)》課程的分析，我們認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以應(yīng)用在《環(huán)境微生物學(xué)》教學(xué)中，以提升教學(xué)質(zhì)量。我們?cè)趦蓚€(gè)年級(jí)，4個(gè)環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)專業(yè)的班級(jí)開展了兩學(xué)期的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)。以期為相關(guān)課程的教學(xué)改革提供參考依據(jù)。

一、適用于《環(huán)境微生物學(xué)》的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)

在進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)時(shí)，首先需要轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)觀念和學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，明確學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，學(xué)生應(yīng)自主學(xué)習(xí)知識(shí)，而教師只是起組織和輔導(dǎo)作用?！董h(huán)境微生物學(xué)》是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科。為了使學(xué)生具備將來服務(wù)社會(huì)所需能力和素質(zhì)，教學(xué)模式需要以提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力為核心，兼顧語言表達(dá)能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，創(chuàng)新思維，克服困難的精神等綜合素質(zhì)。據(jù)此，我們?cè)O(shè)計(jì)了適應(yīng)《環(huán)境微生物學(xué)》的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的流程（圖1），主要包括學(xué)生課前自學(xué)和課堂上分組作業(yè)兩個(gè)環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

圖1. 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式流程

二、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)施

在教學(xué)內(nèi)容的安排上，對(duì)整個(gè)課程龐雜的知識(shí)體系進(jìn)行整合，幫助學(xué)生梳理各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯聯(lián)系，理論聯(lián)系實(shí)際，基礎(chǔ)知識(shí)與工程原理、工藝流程相結(jié)合，以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。例如將原本枯燥乏味的微生物的脂質(zhì)代謝途徑與實(shí)際生活中的油脂污染問題相結(jié)合；微生物的營養(yǎng)與水體富營養(yǎng)化問題結(jié)合；微生物的空間分布特征與菌種資源探尋結(jié)合，著力培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

學(xué)習(xí)內(nèi)容的設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則：

1.以教學(xué)大綱要求為基礎(chǔ)，充分考慮課程的教學(xué)目標(biāo)，以及學(xué)生將來的就業(yè)方向，學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)、知識(shí)水平、學(xué)習(xí)態(tài)度等因素。

2.課堂作業(yè)應(yīng)該對(duì)學(xué)生有一定的挑戰(zhàn)性，足夠的復(fù)雜性，包含許多相互聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，使學(xué)生切實(shí)能將所掌握專業(yè)知識(shí)技能應(yīng)用于實(shí)踐，即完成知識(shí)的內(nèi)化。

具體按照以下步驟開展教學(xué)：

（1）學(xué)習(xí)資料網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與學(xué)生的課前學(xué)習(xí)

1）制作《環(huán)境微生物學(xué)》的多媒體教學(xué)課件（PowerPoint）。主要內(nèi)容為：知識(shí)點(diǎn)提綱，以幫助學(xué)生簡(jiǎn)要的了解所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，理解各知識(shí)點(diǎn)間的邏輯聯(lián)系，以便系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)知識(shí)；以及一些圖片和簡(jiǎn)要圖注，例如：一些微生物的顯微照片、細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖、代謝通路示意圖、廢水處理工藝現(xiàn)場(chǎng)照片、工程流程圖等，來幫助學(xué)生理解抽象概念。

2）錄制教學(xué)視頻。各教師講解個(gè)人最為熟練掌握的若干知識(shí)點(diǎn)（例如原核生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、活性污泥的性質(zhì)等，一般一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解10至15分鐘），以及和教師科研項(xiàng)目相關(guān)的系列專題（例如水體富營養(yǎng)化、農(nóng)村重金屬污染、厭氧堆肥發(fā)酵等，一般30至45分鐘），輔以多媒體教學(xué)課件展示。以突出教師個(gè)人優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)各教師最為先進(jìn)的專業(yè)知識(shí)。

3）在網(wǎng)絡(luò)上收集整理其它資料，包括《環(huán)境微生物學(xué)》課程其它知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻的鏈接，國內(nèi)外學(xué)校發(fā)布共享的多媒體課件，學(xué)術(shù)論文、專著書籍、微生物圖譜、實(shí)驗(yàn)操作錄像、工程現(xiàn)場(chǎng)錄像和圖片、環(huán)境學(xué)科相關(guān)新聞報(bào)導(dǎo)等。

4）利用大學(xué)生們廣泛使用的免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)硬盤（如百度網(wǎng)盤、華為網(wǎng)盤等）作為載體，將自己制作的，以及從網(wǎng)絡(luò)上搜集整理的學(xué)習(xí)資料上傳至網(wǎng)絡(luò)硬盤，發(fā)布外鏈，以供學(xué)生們下載。

5）本周課堂結(jié)束前，教師布置下周所學(xué)內(nèi)容。學(xué)生上課前，利用課余時(shí)間觀看教師指定的必需觀看的若干知識(shí)點(diǎn)教學(xué)視頻，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成知識(shí)的理解與記憶。如有多余時(shí)間，可根據(jù)個(gè)人興趣，再選擇一些教師搜集整理上傳的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行自學(xué)，以擴(kuò)寬知識(shí)面，提高對(duì)整個(gè)環(huán)境保護(hù)行業(yè)的認(rèn)知。

（2）課堂上開展多種教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化

1）教師布置幾道理論性的習(xí)題，以檢查和鞏固學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況。例如：原核細(xì)胞和真核細(xì)胞有何分別？細(xì)菌鞭毛的結(jié)構(gòu)如何？活性污泥絲狀膨脹的原因是什么？每個(gè)學(xué)生獨(dú)自書面作答，交給教師評(píng)分。

2）教師設(shè)計(jì)理論聯(lián)系實(shí)際的作業(yè)，作業(yè)以實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為主要形式。學(xué)生應(yīng)用課前在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中所學(xué)知識(shí)，分組完成。例如：怎樣從環(huán)境中分離純化微生物？水體富營養(yǎng)化的原因、危害及防治措施；設(shè)計(jì)一套處理生活污水的活性污泥工藝等。學(xué)生約5～6人為一組，輪流擔(dān)任小組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)分工協(xié)作。

3）在作業(yè)過程中，相互分工合作，相互監(jiān)督。遇到問題先組內(nèi)相互討論，如不能解決再請(qǐng)教老師。教師依次巡視各組學(xué)生進(jìn)行小組作業(yè)，及時(shí)指出學(xué)生作業(yè)中的問題，學(xué)生進(jìn)一步討論并自行解決問題，修訂并完成作業(yè)。

4）作業(yè)完成后，各組學(xué)生匯報(bào)成果。學(xué)生相互討論各組的作業(yè)情況，分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可行性、創(chuàng)新性，并總結(jié)交流經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。最后，教師總結(jié)學(xué)生完成作業(yè)情況，點(diǎn)評(píng)各組學(xué)生作業(yè)的優(yōu)缺點(diǎn)并評(píng)分。

三、與翻轉(zhuǎn)課堂相匹配的考核方法

過去以考察理論知識(shí)為主的卷面考試，引導(dǎo)學(xué)生死記硬背書本知識(shí)，而忽視了實(shí)踐能力。由于本課程實(shí)踐性強(qiáng)，應(yīng)以學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力為主要考核指標(biāo)，來引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)的培養(yǎng)自我實(shí)踐能力，提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性。因此，新的考核方法需要盡可能全面客觀的考查學(xué)生各方面的實(shí)踐能力，包括自主學(xué)習(xí)能力、邏輯思維能力、現(xiàn)象觀察能力、書面表達(dá)能力，創(chuàng)新意識(shí)以及團(tuán)隊(duì)合作精神等方面。

具體考核指標(biāo)及分?jǐn)?shù)分配如下：

1.課堂習(xí)題占總成績(jī)的20%，考察學(xué)生課前學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻，查閱相關(guān)文獻(xiàn)等過程中對(duì)知識(shí)的理解和記憶。

2.課堂作業(yè)占總成績(jī)的70%，其中，考查各學(xué)生分組討論時(shí)的觀點(diǎn)正確與否占總成績(jī)的40%；各組學(xué)生成果匯報(bào)成績(jī)占30%。

3.考查各小組學(xué)生分工協(xié)作方式的合理性，以及學(xué)生在各自小組的貢獻(xiàn)，各占總成績(jī)的5%，共計(jì)10%。

四、教學(xué)效果評(píng)價(jià)與教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題及對(duì)策

為了客觀評(píng)價(jià)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，我們?cè)诮虒W(xué)結(jié)束后對(duì)4個(gè)班級(jí)共142名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。結(jié)果見表1。

表1 學(xué)生對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果的評(píng)價(jià)

調(diào)查結(jié)果顯示，在本次的《環(huán)境微生物學(xué)》的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自學(xué)能力，促進(jìn)知識(shí)的理解與掌握，提高實(shí)踐能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力幾個(gè)方面有明顯的積極促進(jìn)作用。

雖然總體上本次翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果取得良好的效果，但是在教學(xué)過程中仍然出現(xiàn)了一些問題：

1.盡管調(diào)查顯示學(xué)生普遍認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂有效提高了學(xué)生們對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，從課堂習(xí)題中反映出極個(gè)別學(xué)生未有效完成課前學(xué)習(xí)，課堂上參與小組討論積極性不高，通過找學(xué)生談話發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度消極。這些學(xué)生有些根本不喜歡目前所學(xué)的環(huán)境工程或環(huán)境科學(xué)專業(yè)，有些對(duì)前途感到迷茫。我們通過單獨(dú)找這些學(xué)生談話，介紹本行業(yè)背景，工作前途等，已成功提高其學(xué)習(xí)積極性。

2.分小組討論過程中，發(fā)現(xiàn)有些同學(xué)由于性格內(nèi)向，發(fā)言較少。為幫助這些同學(xué)積極參與到小組討論，我們?cè)谛〗M巡視過程中，有意識(shí)的提一些問題讓這些同學(xué)來回答，引導(dǎo)其與其他同學(xué)展開討論。

3.課堂分組作業(yè)和學(xué)生討論各組成果的時(shí)間容易超出規(guī)定的課堂教學(xué)時(shí)間（兩堂課共90分鐘），為此，我們嚴(yán)格制定了各項(xiàng)環(huán)節(jié)的時(shí)間。例如：習(xí)題10分鐘內(nèi)完成并上交，分組作業(yè)35分鐘內(nèi)完成。小組匯報(bào)及討論時(shí)間控制在每個(gè)8分鐘內(nèi)等。

4.少數(shù)學(xué)生認(rèn)為課程考核標(biāo)準(zhǔn)過于主觀，對(duì)其公平性提出質(zhì)疑。為此，我們充分參與學(xué)生小組討論，對(duì)每個(gè)學(xué)生的表現(xiàn)做詳細(xì)記錄，必要時(shí)甚至錄像錄音，以備查閱。

五、結(jié)語

近幾年來，國內(nèi)外大學(xué)積極開展翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得良好教學(xué)成果，深受廣大學(xué)生歡迎。我們結(jié)合環(huán)境專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及《環(huán)境微生物學(xué)》課程特點(diǎn)，在兩個(gè)年級(jí)共4個(gè)班級(jí)開展了為期兩學(xué)期的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過本次教學(xué)實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)變了教師的教學(xué)觀念和學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，教師角色由原來的處于中心地位的知識(shí)講解員和傳授員轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織者、輔導(dǎo)者；學(xué)生角色由原來的被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)探究者和真正的學(xué)習(xí)主體。將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用在《環(huán)境微生物學(xué)》這門實(shí)踐性強(qiáng)的課程教學(xué)中，培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力，為學(xué)生在將來的社會(huì)服務(wù)中盡快適應(yīng)專業(yè)相關(guān)工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

然而，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中仍然有許多問題需要探究，比如學(xué)時(shí)問題。由于學(xué)生需要花費(fèi)大量課余時(shí)間和精力觀看教學(xué)視頻，查閱文獻(xiàn)資料，因此一定要控制好課前學(xué)習(xí)內(nèi)容的量，既要保證學(xué)生在課堂上有足夠的知識(shí)來完成作業(yè)，又不能讓學(xué)生疲于應(yīng)付。另外，由于缺乏統(tǒng)一的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)體系，容易造成各學(xué)校各教師的教學(xué)質(zhì)量參差不齊。

綜上，翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于《環(huán)境微生物學(xué)》的教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是積極的，實(shí)施過程中仍然有些問題需要繼續(xù)探索，以進(jìn)一步提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，提升教學(xué)適量，為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才。

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