“物理性污染控制”課程線上線下混合式教學(xué)改革成效與反思

何 偉，薛 強(qiáng)，趙 憶，陳翠柏，陳思銘，胡遠(yuǎn)安

中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083

環(huán)境工程專業(yè)是我國地學(xué)類院校培養(yǎng)具有生態(tài)環(huán)境保護(hù)能力創(chuàng)新實(shí)踐人才的重要支撐專業(yè)[1]。為了建設(shè)具有地學(xué)特色的環(huán)境工程專業(yè)，自2004年開始，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）不斷開展教學(xué)內(nèi)容和課程體系的優(yōu)化和改革，很早就提出增設(shè)噪聲污染與控制、物理性污染與控制類課程，但因課程師資不足以及我國面臨更加突出的水、土、氣、固等物質(zhì)性污染問題，物理性污染與控制類課程長時間未成功開設(shè)，而是僅在環(huán)境監(jiān)測理論與實(shí)踐類課程中進(jìn)行補(bǔ)充[2-3]。2012年，黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會主義事業(yè)“五位一體”總體布局，把“美麗中國”作為生態(tài)文明建設(shè)的目標(biāo)，以滿足人民對美好生活的向往[4]，這就對培養(yǎng)物質(zhì)和能量污染治理能力并重的全方位環(huán)境工程人才提出了要求。2013年中國加入《華盛頓協(xié)議》，2016年成為正式成員國[5]，增設(shè)物理性污染類課程是我校環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)證通過的承諾。我校于2019年春季正式開設(shè)“物理性污染控制”課程，并列為專業(yè)核心課程。

“物理性污染控制”課程是一門知識點(diǎn)繁雜、理論與實(shí)踐性較強(qiáng)的應(yīng)用型課程，涉及噪聲、振動、電磁輻射、核輻射、光污染和熱污染六個課程內(nèi)容差異明顯的章節(jié)[6]。同時，該課程還面臨課時數(shù)少、師資單薄和學(xué)生對數(shù)學(xué)公式產(chǎn)生畏難情緒等問題[7]。為了切實(shí)解決上述課程問題，將這門課程打造成“金課”，“物理性污染控制”課程的教師們進(jìn)行了一系列服務(wù)課程改革的教學(xué)方法探索，包括案例式教學(xué)[8]、基于問題導(dǎo)入教學(xué)（Problem-Based Learning, PBL）[9]、在線協(xié)作PBL教學(xué)[10]、研討式教學(xué)[8]、成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education, OBE）模式[11]、PBL結(jié)合團(tuán)隊合作式（Team-Based Learning, TBL）式教學(xué)[12]、基于專業(yè)能力的課程多元化考核教學(xué)[13]以及混合式教學(xué)[14]等。為了培養(yǎng)符合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)且具備創(chuàng)新實(shí)踐、團(tuán)隊合作、終身學(xué)習(xí)和溝通交流等能力的環(huán)境工程專業(yè)人才[5]，我校積極吸收現(xiàn)有教學(xué)方法，發(fā)揮MOOC+SPOC線上教學(xué)平臺的優(yōu)勢，綜合使用TBL、研討式、案例式等線下教學(xué)方法，開展了基于線上線下混合式教學(xué)模式的“物理性污染控制”課程改革。以下將從課程全過程實(shí)施情況、課程反饋與改革成效、課程特色與創(chuàng)新以及課程建設(shè)的不足與反思等方面進(jìn)行重難點(diǎn)闡述。

一、課程全過程實(shí)施情況

1.準(zhǔn)備階段

（1）利用教學(xué)進(jìn)度表安排線上線下教學(xué)任務(wù)。

結(jié)合具體課程內(nèi)容和教學(xué)日期，安排線上學(xué)時12個，線下學(xué)時20個，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次課。線上以自學(xué)和教師答疑為主要教學(xué)形式；線下以教師直播或面授、翻轉(zhuǎn)課堂、課題研討為主要教學(xué)形式。

（2）學(xué)習(xí)MOOC資源和整理SPOC資源。

本課程選定的MOOC資源是中國大學(xué)MOOC上由范立維教授開設(shè)的“物理性污染控制”，已開課5次，課程內(nèi)容豐富，但存在振動污染及其控制章節(jié)缺失情況。針對此情況，本課程基于2020年線上教學(xué)內(nèi)容在學(xué)習(xí)通上自建了SPOC（小規(guī)模限制性在線課程，Small Private Online Course）資源。

（3）建立線上交流溝通群組。

利用學(xué)習(xí)通、微信、雨課堂、釘釘?shù)葘?shí)時交流工具建立群組解答學(xué)生疑問、發(fā)布學(xué)習(xí)通知、分享學(xué)習(xí)資源和開展直播交流等。

2.線上教學(xué)

（1）基于MOOC和SPOC的自主式線上學(xué)習(xí)。

本課程MOOC資源介紹重要知識點(diǎn)，SPOC資源拓展知識點(diǎn)和解析難點(diǎn)，兩者相輔相成，既保證了基本知識點(diǎn)不遺漏，又為學(xué)有余力的學(xué)生提供了深入學(xué)習(xí)的機(jī)會[15]。50%的學(xué)生總線上學(xué)習(xí)時長達(dá)到13.4小時，超過線上預(yù)定學(xué)時12小時，其中，學(xué)習(xí)MOOC的中位數(shù)為3.29小時，學(xué)習(xí)SPOC的中位數(shù)為9.99小時。

（2）基于網(wǎng)絡(luò)直播的教師傳授式線上教學(xué)。

受疫情影響，線下面授通過線上直播的方式進(jìn)行了靈活轉(zhuǎn)換。與MOOC和SPOC不同的是，直播課程既強(qiáng)調(diào)了線上資源的重點(diǎn)和考點(diǎn)，也詳盡介紹了難點(diǎn)，比如聲速、波動方程等公式的推導(dǎo)和客觀噪聲評價量與主觀噪聲評價量關(guān)系等。本課程還采取索引式概括和案例引導(dǎo)方式引出核心知識點(diǎn)。通過索引式概括，學(xué)生進(jìn)一步明確了本課程所講授的物理性污染控制措施、原理和關(guān)鍵的物理量；通過設(shè)計案例引導(dǎo)的方式，可幫助學(xué)生從問題出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生的主動性，使其學(xué)習(xí)目標(biāo)更明確。

3.線下教學(xué)

線下教學(xué)采用PBL教學(xué)方法，學(xué)生分組討論一個實(shí)際工程和社會案例，將學(xué)習(xí)知識與探究問題相結(jié)合，在探究過程中獲取、應(yīng)用和更新知識點(diǎn)[10]。例如，本課程針對新冠疫情期間某國民眾認(rèn)為5G通信基站是造成病毒傳染的原因而肆意進(jìn)行破壞，向?qū)W生提出：“作為一名環(huán)保工程師，你的看法是什么？如何減弱民眾對未知新生事物的恐慌？請結(jié)合本課程所學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，分析5G移動通信基站的潛在污染源特征，給出監(jiān)測和評價該類污染的方案，并對控制該類污染提出建議?！睂W(xué)生們均能從環(huán)境專業(yè)大方向上做出判斷，多數(shù)學(xué)生能給出定性的治理建議，但在監(jiān)測評價等定量分析方面的思考仍比較欠缺。這也說明，線上學(xué)習(xí)有助于學(xué)生掌握概念和原理等描述性知識點(diǎn)，但在幫助學(xué)生掌握定量分析手段方面的作用有限。

4.實(shí)踐教學(xué)

本課程是一門應(yīng)用型較強(qiáng)的課程，然而，專業(yè)體系中并沒有物理性污染控制設(shè)計類課程，僅在環(huán)境工程特色實(shí)驗(yàn)課程中涉及了一項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，這就導(dǎo)致僅僅通過理論講授無法滿足工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過在課程中引入符合OBE教育模式特征的實(shí)踐教學(xué)，將提升課程教學(xué)效果[16]。本課程的實(shí)踐教學(xué)貫穿于整個課程生命周期（表1）。

表1 “物理性污染控制”課程實(shí)踐教學(xué)安排

課程實(shí)踐I旨在讓學(xué)生通過閱讀近20年中國輻射環(huán)境年度質(zhì)量報告了解我國在輻射環(huán)境治理方面所取得成果和存在問題。本次課程實(shí)踐中，學(xué)生分工協(xié)作開展閱讀資料、整理報告和演示匯報等。課程實(shí)踐II旨在發(fā)揮學(xué)生主觀能動性。學(xué)生自主選定實(shí)踐主題，利用所學(xué)知識設(shè)計實(shí)踐方案，使用相關(guān)儀器完成污染監(jiān)測并進(jìn)行評價，通過分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和展示，在完成實(shí)踐報告并制定控制方案后還要能在短時間內(nèi)凝練和匯報實(shí)踐成果。實(shí)踐資源庫由“教師引導(dǎo)”的4個實(shí)踐案例拓展到“學(xué)生實(shí)踐”的10個案例（表2），通過比較學(xué)生實(shí)踐成果與教師設(shè)定實(shí)踐主題，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在教師引導(dǎo)下，發(fā)揮了較強(qiáng)的主觀能動性，主要表現(xiàn)為：（1）對于同一物理污染類型，關(guān)注了多場景中該類污染的狀況和制定控制方案；（2）關(guān)注教師設(shè)定實(shí)踐主題以外的其他物理性污染評價和控制；（3）考慮了多種物理性污染復(fù)合存在情景，并開展了綜合性評價與控制方案制定。

表2 2021年混合式教學(xué)的實(shí)踐資源庫

在實(shí)踐匯報環(huán)節(jié)，教師與學(xué)生也有互動。學(xué)生將實(shí)踐匯報當(dāng)作答辯，教師在點(diǎn)評過程中回顧相關(guān)知識點(diǎn)；學(xué)生闡述自己對實(shí)踐主題的投入和認(rèn)識，教師幫學(xué)生凝練成果，指出認(rèn)識上的誤區(qū)；其間，非匯報學(xué)生也積極參與組間互評環(huán)節(jié)。通過學(xué)生展示和師生點(diǎn)評實(shí)踐成果的方式，在“教學(xué)相長”的互動中逐步完善實(shí)踐資源庫（表2）。

5.考核形式

線上線下混合式教學(xué)模式一般采用全過程的多元化考核模式[13]，成績評定包括：（1）線上學(xué)習(xí)，視頻、作業(yè)（22%）；（2）課堂學(xué)習(xí)，學(xué)生反饋、參與度（考勤）、調(diào)研匯報、實(shí)踐展示（18%）；（3）閉卷考試，期末試題（60%）。

二、課程反饋與改革成效

1.課程反饋

通過開展問卷調(diào)查收集學(xué)生對本課程教學(xué)內(nèi)容、過程和考核等的反饋。約71%學(xué)生參與了課程反饋，調(diào)查結(jié)果能夠反映大多數(shù)學(xué)生的心聲。通過分析課程前后學(xué)生心態(tài)和想法的調(diào)查反饋可知，大多數(shù)學(xué)生表達(dá)了對本門課程的學(xué)習(xí)興趣，但對學(xué)習(xí)該課程的實(shí)用性前景依然比較迷茫；由于課程涵蓋內(nèi)容較多較雜，部分學(xué)生對于如何靈活運(yùn)用相關(guān)知識表現(xiàn)出一定的迷茫。學(xué)生能力評估結(jié)果表明，59.1%～77.3%的學(xué)生認(rèn)為能力水平得到提升，初步具備了物質(zhì)和能量污染并存且同等重要的環(huán)境整體意識。針對本課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，90%以上的學(xué)生形成了物質(zhì)和能量污染的環(huán)境污染綜合認(rèn)識觀，68%以上的學(xué)生能運(yùn)用課程內(nèi)容開展環(huán)境污染治理和生態(tài)文明建設(shè)，50%以上的學(xué)生具備了運(yùn)用高級思維評估和治理物理性污染的能力。學(xué)生在自主性、協(xié)作性、批判性、研究性、思辨性和表達(dá)力等“五性一力”感覺有提升的比例分別為90.9%、90.9%、36.4%、63.6%、40.9%和59.1%，這說明，大多數(shù)學(xué)生在自主性、協(xié)作性、研究性和表達(dá)力方面有了很大的提升，而在批判性和思辨性方面獲得感較弱?？傊?，學(xué)生在能力方面的獲得感得到了提升，本課程基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的課程目標(biāo)。

在本課程采取的多種教學(xué)形式中，60%以上的學(xué)生對項(xiàng)目探究和案例點(diǎn)評的印象深刻，其次是研討辯論、邊講邊練和同伴講評。86.4%的學(xué)生對課程調(diào)研活動給出了4分以上（滿分5分）的滿意度，63.6%的學(xué)生對課程實(shí)踐環(huán)節(jié)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)給出了5分的滿意度，77.3%的學(xué)生對相互評價環(huán)節(jié)給出了4分以上的滿意度。針對本課程的學(xué)習(xí)量，80%以上的學(xué)生認(rèn)為課堂作業(yè)、在線測試、實(shí)踐報告的學(xué)習(xí)量適中，而只有不足75%的學(xué)生認(rèn)為課下作業(yè)、線上視頻、課程實(shí)踐的學(xué)習(xí)量適中。需要指出的是，45.5%的學(xué)生在上完本門課程后，對考試還是比較自信，另有36.4%的學(xué)生擔(dān)心考試會考核未強(qiáng)調(diào)的知識點(diǎn)，對復(fù)習(xí)沒有底氣。

針對本課程采取的線上線下混合式的教學(xué)模式，59.1%的學(xué)生認(rèn)為線上學(xué)習(xí)起到了預(yù)習(xí)課程作用，線下學(xué)習(xí)針對性更強(qiáng)、重點(diǎn)更突出，線上一遍線下一遍學(xué)習(xí)，對課程的印象更加深刻；27.3%的學(xué)生認(rèn)為線上課程可以回放，不懂了可以多聽幾遍，更有利于接受基本原理，線下課程對知識點(diǎn)介紹太快，容易錯失關(guān)鍵信息；13.6%的學(xué)生更傾向于線下學(xué)習(xí)。90%以上的學(xué)生對教學(xué)過程中采取的回顧線上教學(xué)基本知識點(diǎn)、深入剖析重難點(diǎn)、研討案例相關(guān)知識亮點(diǎn)、匯報展示、邊講邊練邊評和以點(diǎn)評作業(yè)形式講解知識點(diǎn)等教學(xué)形式給出了4分以上的滿意度?；旌鲜浇虒W(xué)作為一種新鮮的教學(xué)模式，給學(xué)生帶來了不同以往的教學(xué)體驗(yàn)，59.1%的學(xué)生希望其他課程也能采取這種混合式教學(xué)模式，另有36.4%的學(xué)生并無明顯偏好。上述調(diào)查結(jié)果說明了，本門課程采取線上線下教學(xué)模式是值得推廣的。

2.改革成效

（1）成功建成線上線下混合式課程。

本課程采取線上線下混合式改革時已具備了一些先決條件，如在前兩年的教學(xué)過程中分別開展過了線下教學(xué)和線上教學(xué)，在上述兩種教學(xué)形式上具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；教師團(tuán)隊熟悉線上線下教學(xué)的軟硬件，如智慧教室、雨課堂、超星學(xué)習(xí)通、釘釘?shù)?；課程知識點(diǎn)比較零散且難度適中，便于學(xué)生開展線上自學(xué)。然而，疫情導(dǎo)致學(xué)生無法正常返校開展線下學(xué)習(xí)，這使得課程改革無法按照預(yù)期開展。本著混合式為課程核心，鍛煉學(xué)生自主性為課程目標(biāo)，教學(xué)團(tuán)隊將線上直播教學(xué)作為了線下教學(xué)的補(bǔ)充。學(xué)生返校后，調(diào)整了一部分計劃，繼續(xù)開展了線下教學(xué)。無論是線上直播還是線下傳授，均是基于學(xué)生在線上學(xué)習(xí)后先知先覺的情況下，開展重難點(diǎn)和考點(diǎn)的講授，讓學(xué)生的線上學(xué)習(xí)知識得到了極大的鞏固。綜上，“物理性污染控制”線上線下混合式轉(zhuǎn)型基本成功。

（2）學(xué)生的自主性得到了極大釋放。

本課程開設(shè)第一年專門設(shè)定了“課前回顧”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己回顧上次課程的關(guān)鍵知識點(diǎn)。然而，上述改進(jìn)措施依然無法激發(fā)學(xué)生的自主性。大學(xué)教育是通往社會教育的過渡，更應(yīng)該教會學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。線上線下混合式教學(xué)方式屬于下放一部分教師的教授權(quán)利給學(xué)生自己，讓學(xué)生自己教自己，這是對學(xué)生自主性的極大鍛煉，考慮到不是每個學(xué)生都有較強(qiáng)的接受能力和自學(xué)能力，線下教學(xué)依然有存在的必要。在混合式教學(xué)過程中，混合多樣的實(shí)踐教學(xué)，同樣啟發(fā)了學(xué)生的自主性，從自主選題到撰寫報告，再到匯報答辯，每個環(huán)節(jié)都由學(xué)生自主完成；此外，學(xué)生參與到匯報評分中，又鍛煉了學(xué)生的評判力，進(jìn)一步提高了學(xué)生的參與感。在混合式教學(xué)過程中，學(xué)生的自主性得到了極大釋放。

（3）教師的角色作用發(fā)生了顯著變化。

“師者，傳道授業(yè)解惑也?！标P(guān)于教師的角色和作用，在大中小學(xué)不同層次的教育中存在差異。教師在中小學(xué)教學(xué)過程中，往往顯得相對更加“高高在上”，因?yàn)樗麄兊闹R和閱歷遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于中小學(xué)生，因此，學(xué)生對教師往往心懷敬畏之心，也做到言聽計從，相信多于質(zhì)疑，追隨多于反叛。而進(jìn)入大學(xué)，學(xué)生的心智趨于成熟，能從多種渠道獲得相關(guān)知識，并具備一定批判性思辨能力。教師在大學(xué)課堂的教學(xué)過程中采取類似中小學(xué)教師的傳統(tǒng)教學(xué)方式，已無法滿足當(dāng)前學(xué)生多樣化的需求。線上線下混合式教學(xué)，線上線下僅僅是教學(xué)形式，而混合式才是核心，只有發(fā)揮混合式產(chǎn)生的多樣性優(yōu)勢，才能滿足學(xué)生的需求，創(chuàng)建一個多元化且包容的課堂，教師在這個過程中亦師亦友亦生，學(xué)生在這個過程中亦生亦友亦師，整個課堂貌似無中心，卻又處處是中心，教師的角色由課堂的中心轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生和教師都是課堂的中心，教師的作用不僅是傳道授業(yè)解惑，更是成為學(xué)生知識增長和能力精進(jìn)的協(xié)助者。

三、課程特色與創(chuàng)新

1.課程特色

（1）聚焦城市場景，結(jié)合案例學(xué)習(xí)物理性污染控制基本理論和控制技術(shù)。

2019年，中國城鎮(zhèn)人口占比超過60%，城鎮(zhèn)群眾對美好城市生活的需求也日益旺盛，解決城市面臨的物理性污染問題是提高城市居民生活品質(zhì)的最后一環(huán)，城市物理性污染的強(qiáng)弱也是檢驗(yàn)城市宜居與否的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。本課程重點(diǎn)關(guān)注城市物理性污染及其控制，課程的案例研討、課題研究、課程實(shí)踐等應(yīng)用場景聚焦于城市實(shí)際案例，學(xué)生從案例中識別物理性污染，學(xué)習(xí)解決之道，而后獲得啟發(fā)并將所學(xué)所知應(yīng)用于具體實(shí)踐。

（2）瞄準(zhǔn)前沿產(chǎn)業(yè)，探究性學(xué)習(xí)解決新工科產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的能量污染問題。

隨著“中國制造2025”和應(yīng)運(yùn)于新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)要求的新工科發(fā)展，新工科帶來的能量密集輸入勢必帶來各種能量污染。本課程不僅僅傳授已知知識，同時，布局未來，探究式地學(xué)習(xí)未來產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生的能量污染，并嘗試性地提出解決之道，培養(yǎng)學(xué)生活學(xué)活用經(jīng)典知識的能力。

（3）融入課程思政，漸進(jìn)式培育學(xué)生結(jié)合中國實(shí)際和服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)的能力。

通過具有中國特色的前沿性、時代性的“城市問題”“中國故事”“環(huán)保人物”等物理性污染控制的實(shí)踐案例，將課程內(nèi)容刻畫得生動活潑，使學(xué)生熱愛本課程、本專業(yè)、本學(xué)科，從而由被動學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

2.創(chuàng)新點(diǎn)

（1）建立獨(dú)具特色的教學(xué)與實(shí)踐資源庫。

本課程改革重點(diǎn)之一是建立適應(yīng)于新時代、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的特色教學(xué)資源和實(shí)踐案例庫，保證每屆學(xué)生都能感受到所學(xué)知識貼近生活，并且學(xué)有所用。本課程的教學(xué)資源庫和實(shí)踐案例庫在課程實(shí)施過程中得到完善。

（2）采取優(yōu)化組合的多元教學(xué)組織形式。

通過多變的教學(xué)組織形式，實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂——混合式教學(xué)模式調(diào)動學(xué)生的積極性和改善教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生自主性、協(xié)作性、批判性、研究性、思辨性和表達(dá)力等課程知識以外的科學(xué)素養(yǎng)。

（3）將實(shí)踐環(huán)節(jié)貫穿于課程全過程。

采取線上教學(xué)、課堂翻轉(zhuǎn)和考試考核的全過程成績評定方式避免一考定終身。學(xué)生在收獲知識的同時，也將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品、作品等成果，從而使學(xué)生對這門課程從了解到理解，再到應(yīng)用和分析，而后可綜合和評價，最后產(chǎn)出新想法或新成果，增加其獲得感。

四、課程建設(shè)的不足與反思

1.不足

本課程建設(shè)依然存在如下不足：（1）部分教學(xué)內(nèi)容無法適用于混合式教學(xué)；（2）過于關(guān)注教學(xué)形式而非教學(xué)內(nèi)容；（3）師生互動未被很好地運(yùn)用于課堂；（4）實(shí)踐環(huán)節(jié)重學(xué)生而輕師生互助；（5）師生角色的轉(zhuǎn)變未體現(xiàn)在教學(xué)中。

2.反思

在建設(shè)“物理性污染控制”課程的過程中，課程團(tuán)隊在3年里分別做了線下課程、線上課程和線上線下混合式課程，對多種教學(xué)模式均有一定嘗試，最終決定采用線上線下混合的模式。上述決定并非僅僅為了實(shí)現(xiàn)課程改革目標(biāo)，而是這種模式具有“常為新的”的內(nèi)核，具有多元化的目標(biāo)，能夠滿足學(xué)生多樣化的需求，更能培養(yǎng)出具有獨(dú)立研究能力和判斷力的終生學(xué)習(xí)者。這種模式也將有助于課程的不斷更新和迭代，最終師生共成長、同受益。