基于“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”的生物質(zhì)能工程教學(xué)改革探索

李攀攀 陶紅歌 趙淑蘅 李 剛 焦有宙

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)村人口占大多數(shù)。 近年來(lái)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民生活水平不斷提高，煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的大量使用造成了農(nóng)村地區(qū)嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境污染[1]，農(nóng)村和農(nóng)民問(wèn)題成為關(guān)系到國(guó)家穩(wěn)定與發(fā)展的關(guān)鍵[2]。 我國(guó)農(nóng)村地區(qū)生物質(zhì)能源豐富，蘊(yùn)含著新能源的巨大潛力， 發(fā)展農(nóng)村新能源是解決能源與環(huán)境之間矛盾的有效途徑[3]，受到廣泛的關(guān)注。

生物質(zhì)能工程是以生物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)換利用原理與技術(shù)作為研究對(duì)象的一門應(yīng)用性學(xué)科， 是我校能源與動(dòng)力工程、 農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程和新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科生的核心課程。 課程緊密圍繞新能源交叉學(xué)科的特點(diǎn)，以化學(xué)、化工、生物、能源等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)為基礎(chǔ)， 重點(diǎn)講述農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為新能源的方法、原理與相關(guān)工藝、設(shè)備，涵蓋了從生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料、液體燃料和固體燃料的每個(gè)方面。通過(guò)課程學(xué)習(xí)使學(xué)生全面掌握生物質(zhì)利用領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)， 為學(xué)生從事新能源領(lǐng)域的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 存在問(wèn)題

目前，大多數(shù)院校開設(shè)的生物質(zhì)能工程課程采用的教學(xué)方法都是傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)作用的教學(xué)方式，采用上面教師講，下面學(xué)生聽的教授模式，存在著教學(xué)模式比較老舊、教學(xué)手段及考核方式單一、教材及教學(xué)內(nèi)容更新速度不夠快、 學(xué)生課堂參與度較低、聽課積極性不高、教學(xué)效果較差等多種問(wèn)題[4]。學(xué)生主動(dòng)性差，不能發(fā)揮學(xué)生的思考能力，忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體作用，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高和綜合素質(zhì)的提升。

2 “翻轉(zhuǎn)課堂+ 自主學(xué)習(xí)”教學(xué)法

翻轉(zhuǎn)課堂（FlippedClassroom 或InvertedClassroom），是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生[5]。在這種教學(xué)模式下，課程中的基礎(chǔ)知識(shí)需要學(xué)生借助在線課程、視頻、電子書、科技文獻(xiàn)、小組討論等多種途徑在課前完成自主學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)豐富的在線課程等資源，為“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)” 模式提供了強(qiáng)有力的支持，讓學(xué)習(xí)更加靈活、主動(dòng)，學(xué)生的參與度更強(qiáng)。

生物質(zhì)能工程課程進(jìn)行中首先需要教授學(xué)生查找資料和閱讀專業(yè)科技文獻(xiàn)的方法；課程中所涉及到的各種基本原理和具體轉(zhuǎn)化技術(shù)的講授，可以用文獻(xiàn)代替課本，融入最新的科研成果來(lái)進(jìn)行；同時(shí)要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組， 在課程中的不同章節(jié)設(shè)置不同專題，由學(xué)習(xí)小組完成學(xué)習(xí)任務(wù)。 學(xué)習(xí)過(guò)程主要在課下進(jìn)行，需要教師和學(xué)生共同配合，教師主要起到監(jiān)督和輔導(dǎo)的作用，鼓勵(lì)學(xué)生自主思考、自主學(xué)習(xí)、頭腦風(fēng)暴。 學(xué)生能夠利用課堂內(nèi)的寶貴時(shí)間由學(xué)習(xí)小組選派代表進(jìn)行報(bào)告展示學(xué)習(xí)成果， 其余學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)等互動(dòng)，或選擇其他展示方式；并討論自主學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，理解課程重點(diǎn)并學(xué)以致用，從而獲得更深層次的理解，教師也能有針對(duì)性地和每個(gè)學(xué)生進(jìn)行深入交流。 課后由學(xué)生根據(jù)課堂反饋?zhàn)灾饕?guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)節(jié)奏、展示風(fēng)格和呈現(xiàn)知識(shí)的方式，教師則采用講授和協(xié)作法滿足學(xué)生的需要和促成他們的個(gè)性化學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐獲得更真實(shí)的學(xué)習(xí)體會(huì)?！胺D(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”教學(xué)模式下，任課教師主要進(jìn)行學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)和總結(jié)，通過(guò)平時(shí)提問(wèn)、單元測(cè)驗(yàn)、隨堂練習(xí)、小組報(bào)告等過(guò)程性評(píng)價(jià)方式和期末考試共同反映教學(xué)效果。

3 教學(xué)改革

3.1 改革方案

基于“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”這一新的教學(xué)法，生物質(zhì)能工程課程對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出了較高的要求， 對(duì)學(xué)生的課下學(xué)習(xí)時(shí)間也提出了更高的挑戰(zhàn)。 本校生物質(zhì)能工程課程開設(shè)在第5 學(xué)期，學(xué)生課業(yè)壓力較小，課余時(shí)間比較充足，可以滿足自主學(xué)習(xí)的要求?；诖耍P者提出了課程改革的基本思路，具體改革方案如圖1 所示。

圖1 生物質(zhì)能工程課程改革總體方案

首先換位思考，以調(diào)查、交流的形式，從學(xué)生的角度出發(fā)，了解學(xué)生對(duì)生物質(zhì)能工程這門課程的想法和預(yù)期， 分析總結(jié)目前教學(xué)過(guò)程中真實(shí)存在的主要問(wèn)題。 結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程要求，提出課程教學(xué)改革的目標(biāo)，即重點(diǎn)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等。 針對(duì)這一課程教學(xué)改革目標(biāo)，可分別從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、考核方式三方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新，從而顯著提高教學(xué)質(zhì)量和專業(yè)培養(yǎng)水平。

3.2 教學(xué)方式的改革

長(zhǎng)期以來(lái)，課程教學(xué)中都是倡導(dǎo)以教師為主導(dǎo)作用的教學(xué)方式，采用上面教師講，下面學(xué)生聽的教授模式，忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體作用，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高。 采用“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)方式，可以引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考、大膽假設(shè)、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和發(fā)散思維能力。

（1）自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)：“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)方式對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)的自覺(jué)性都提出了很高的要求，因此在課程開始前，首先要對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)和專業(yè)知識(shí)積累程度有全面的了解，重點(diǎn)培養(yǎng)互聯(lián)網(wǎng)背景下的學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。 以“授之以漁”取代“授之以魚”，利用各大在線課程平臺(tái)、國(guó)內(nèi)國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)、短視頻網(wǎng)站等資源，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，教授學(xué)生查找專業(yè)資料的途徑和閱讀科技文獻(xiàn)的方法，特別是在閱讀文獻(xiàn)方面勤加練習(xí)，可以以小組為單位定期開展文獻(xiàn)綜述報(bào)告等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生閱讀和總結(jié)科技文獻(xiàn)的能力，為今后從事科研工作或?qū)W歷晉升打下基礎(chǔ)。

（2） 自主學(xué)習(xí)過(guò)程的輔導(dǎo)和監(jiān)督：“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)方式下，學(xué)習(xí)過(guò)程中每個(gè)小組可以自行提出問(wèn)題，進(jìn)行專題研究，也可根據(jù)教師提供的選題，選擇感興趣的專題進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，這樣的選題方式能夠保證學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。自主學(xué)習(xí)并不是放羊、不管不問(wèn)，學(xué)習(xí)過(guò)程中需要隨時(shí)進(jìn)行師生交流，既可以避免不必要的彎路，也可以對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)起到監(jiān)督的作用。同時(shí)教師需要對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的任何問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的輔導(dǎo)， 但也不能過(guò)度干預(yù)，讓學(xué)生產(chǎn)生不信任感，因此，對(duì)授課教師對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程放手程度的把握度方面提出了較高的要求。

（3）自主學(xué)習(xí)成果的展示與評(píng)價(jià)：小組自主學(xué)習(xí)成果需要進(jìn)行展示，展示的方式靈活多樣，比如，可以做報(bào)告，由每個(gè)小組推選一名代表進(jìn)行報(bào)告展示本組主要學(xué)習(xí)結(jié)果；或者錄制視頻或者制作動(dòng)畫，發(fā)送至班級(jí)平臺(tái)進(jìn)行展示；或者做成海報(bào)、墻報(bào)等張貼展示；或者根據(jù)需要制作出實(shí)物模型進(jìn)行演示。教師可根據(jù)報(bào)告主題邀請(qǐng)從事相關(guān)領(lǐng)域研究的專家對(duì)學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。筆者所在院系教師均從事生物質(zhì)資源的能源化利用等方面的研究，可對(duì)本課程學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行專業(yè)客觀的評(píng)價(jià)。

3.3 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

目前，課程的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容都是根據(jù)所選教材來(lái)安排，教材從編寫到出版再到購(gòu)書，往往用時(shí)幾個(gè)月到幾年不等，時(shí)效性不強(qiáng)，最新的研究成果往往都不能及時(shí)的在教材中展示。采用“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)方式，可將學(xué)習(xí)范圍從有限的教材拓展到無(wú)限的網(wǎng)絡(luò)資源。 教師將授課內(nèi)容、自主學(xué)習(xí)專題與國(guó)內(nèi)外科研進(jìn)展相結(jié)合，介紹生物質(zhì)能工程領(lǐng)域發(fā)展的新動(dòng)態(tài)，以及需要解決的疑難問(wèn)題，將最新的科研成果融入實(shí)際的教學(xué)中[6]。比如，在進(jìn)行到生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的章節(jié)，教師可拋出諸如“完全混合式厭氧反應(yīng)器（CSTR）的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀”“國(guó)內(nèi)外大型沼氣工程反應(yīng)器類型的不同選擇”等問(wèn)題；在進(jìn)行到生物質(zhì)熱解氣化的章節(jié)，可提出像“下吸式氣化爐的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題”“流化床氣化爐與固定床氣化爐的比較”等主題；通過(guò)教師的引導(dǎo)和選題，學(xué)生自主查找專業(yè)文獻(xiàn)資源， 既可以學(xué)習(xí)到基礎(chǔ)理論，也可學(xué)習(xí)不同領(lǐng)域的前沿研究結(jié)果， 學(xué)習(xí)內(nèi)容有層次，同時(shí)也培養(yǎng)了本科生的科學(xué)研究能力。

另一方面， 在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重思政元素的引入，比如，同樣在進(jìn)行到沼氣工程的章節(jié)，可引導(dǎo)學(xué)生思考我國(guó)發(fā)展沼氣的意義和國(guó)家對(duì)沼氣的需求及相關(guān)政策導(dǎo)向，幫助學(xué)生從更高的視角出發(fā)，對(duì)課程內(nèi)容和生態(tài)農(nóng)村建設(shè)都有更深層次的領(lǐng)悟。

3.4 考核方式的創(chuàng)新

目前大多數(shù)院校生物質(zhì)能工程的課程考核方式比較單一，僅通過(guò)期中或期末考試評(píng)定成績(jī)，這樣的考核方式屬于被動(dòng)型的結(jié)果評(píng)價(jià)。學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題和誤區(qū)， 授課教師并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)予以輔導(dǎo)，考試結(jié)束后也很少有學(xué)生再去回顧知識(shí)點(diǎn)、查漏補(bǔ)缺。這樣可能導(dǎo)致課程基礎(chǔ)知識(shí)不牢固或基礎(chǔ)概念不清晰，影響之后的課程體系學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用。

基于“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式，可將課程的考核方式由“結(jié)果性評(píng)價(jià)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑^(guò)程性評(píng)價(jià)”。突出平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，提高平時(shí)成績(jī)比重，豐富平時(shí)成績(jī)涵蓋的內(nèi)容。 具體的評(píng)價(jià)方式如下：

（1）通過(guò)超星學(xué)習(xí)通等線上教學(xué)工具進(jìn)行學(xué)生簽到評(píng)定出勤[7]；

（2）通過(guò)隨機(jī)提問(wèn)和隨堂練習(xí)，評(píng)價(jià)課堂表現(xiàn)和聽課效果；

（3）采用團(tuán)隊(duì)列名法[8]等教學(xué)方式進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)小組討論并進(jìn)行評(píng)價(jià)；

（4）小組匯報(bào)成績(jī)可通過(guò)班級(jí)成員投票或?qū)＜以u(píng)委打分評(píng)價(jià)；

（5）平時(shí)作業(yè)及單元測(cè)驗(yàn)完成情況評(píng)價(jià)階段性學(xué)習(xí)成果；

（6）實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

學(xué)生可通過(guò)線上教學(xué)工具直接查詢個(gè)人簽到情況；每節(jié)課的課前提問(wèn)可幫助學(xué)生形成課下復(fù)習(xí)的好習(xí)慣；完成隨堂練習(xí)和單元測(cè)驗(yàn)之后，授課教師可及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況和薄弱環(huán)節(jié)，有針對(duì)性的進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)回顧； 學(xué)生也可通過(guò)題目的解析檢驗(yàn)本節(jié)/本章學(xué)習(xí)效果，查漏補(bǔ)缺；學(xué)習(xí)小組討論和課堂展示可檢驗(yàn)課上課下學(xué)習(xí)效果，活躍課堂氣氛，開拓思維，提高自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力；教師可通過(guò)課堂教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行總結(jié)、并根據(jù)學(xué)生興趣點(diǎn)引導(dǎo)深入學(xué)習(xí)；課程進(jìn)行中也可不定時(shí)發(fā)放問(wèn)卷，及時(shí)了解學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容和教學(xué)方式等方面的意見，隨時(shí)調(diào)整教學(xué)方法，因材施教，達(dá)到良好的教學(xué)效果，提升學(xué)生的綜合能力。

4 結(jié)語(yǔ)

為了解決目前課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，筆者進(jìn)行了《生物質(zhì)能工程》教學(xué)改革模式的探索，提出“翻轉(zhuǎn)課堂+自主學(xué)習(xí)”的新型教學(xué)方式，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核方式三個(gè)方面進(jìn)行改革與創(chuàng)新，可將傳統(tǒng)課堂轉(zhuǎn)變?yōu)闅夥栈钴S的研討現(xiàn)場(chǎng)， 增加課堂吸引力，提高學(xué)生參與度。 同時(shí)以“授之以漁”代替“授之以魚”，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提升，進(jìn)而提高本科生專業(yè)培養(yǎng)水平。