《水污染控制工程》線上線下混合式教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐

＊李彥澄 徐鵬 李江

（貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院 貴州 550025）

線上線下混合式課程教學(xué)是指基于慕課、專屬在線課程（SPOC）或其他在線課程，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)字化教學(xué)工具（包括在線教學(xué)平臺(tái)、智慧教學(xué)輔助工具、短視頻軟件、聊天互動(dòng)軟件等），對(duì)現(xiàn)有課程教學(xué)體系進(jìn)行改造，將線上教學(xué)內(nèi)容和線下面授進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，充分利用線上線下的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生的能力得到全面的提升。近年來，高校課程的線上線下混合式教學(xué)模式發(fā)展迅速，在各高校得到了大范圍的應(yīng)用，形成了各具特色的教學(xué)范式，如基于深度學(xué)習(xí)的“階梯式加深混合教學(xué)一般模式”[1]、融合式教學(xué)[2]、“異步混合式教學(xué)+線下實(shí)踐”教學(xué)設(shè)計(jì)[3]、有機(jī)融合課程思政的線上線下教學(xué)模式[4]、基于OBE理念的線上線下混合教學(xué)模式[5]、融合“線上線下”的繼續(xù)教育[6]等。由于線上線下混合式教學(xué)更能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，現(xiàn)已覆蓋了不同專業(yè)的不同課程，包括了專業(yè)課、公共基礎(chǔ)課、實(shí)踐課等，如《水處理技術(shù)》[7]《中國(guó)近現(xiàn)代史綱要》[8]《C++程序設(shè)計(jì)》[9]、大學(xué)體育[10]、大學(xué)英語[11]、思政課[12]、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課[13]等。但是，對(duì)于不同地區(qū)不同學(xué)校的課程，由于師資力量、教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生特點(diǎn)等存在較大差異，線上線下混合式教學(xué)模式并不能完全適用，各課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)根據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)范式，結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)體系建設(shè)。

針對(duì)貴州大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)核心課程《水污染控制工程》，該課程在教學(xué)過程中采用高廷耀主編的《水污染控制工程》作為主要參考教材，本論文在現(xiàn)有課程體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)現(xiàn)有的基礎(chǔ)平臺(tái)，充分考慮學(xué)生特點(diǎn)，有機(jī)融入線上教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建適合本專業(yè)學(xué)生的線上線下混合式教學(xué)體系，并通過實(shí)施混合式教學(xué)，明確該教學(xué)體系的實(shí)際應(yīng)用效果。論文研究成果能有效指導(dǎo)環(huán)境工程專業(yè)開展線上線下混合式教學(xué)，并為其他課程提供參考依據(jù)。

1.課程目標(biāo)

通過《水污染控制工程》課程教學(xué)，使學(xué)生掌握污水的物理處理、物理化學(xué)處理及生物處理等各種廢水處理技術(shù)的基本理論知識(shí)、處理構(gòu)筑物的工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算，使學(xué)生學(xué)會(huì)污水處理過程中存在問題的分析方法，為以后開展相關(guān)工程實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，確定了該課程具體目標(biāo)為：

課程目標(biāo)1：掌握水污染控制專業(yè)理論知識(shí)，并能夠針對(duì)水污染特性建立數(shù)學(xué)模型并求解；

課程目標(biāo)2：掌握水污染物理處理、物理化學(xué)處理、好氧生物處理、厭氧生物處理、工業(yè)廢水處理、污泥處理與處置、土地處理等污水處理技術(shù)及原理，能夠利用專業(yè)知識(shí)分析復(fù)雜水處理工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)參數(shù)，并能夠提出優(yōu)化對(duì)策；

課程目標(biāo)3：能夠利用計(jì)算機(jī)仿真模擬、計(jì)算軟件等現(xiàn)代工具進(jìn)行水污染工程問題模擬和計(jì)算，并能結(jié)合文獻(xiàn)資料對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；

課程目標(biāo)4：能夠查閱水污染控制工程有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，并能在工程實(shí)踐中自覺捍衛(wèi)和遵守；

課程目標(biāo)5：能夠開展團(tuán)隊(duì)協(xié)作，承擔(dān)并完成工作任務(wù)。

2.線上線下混合式教學(xué)體系

課程結(jié)合“以學(xué)生發(fā)展為中心，學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，學(xué)習(xí)效果為標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念，在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特色，構(gòu)建出合適的線上線下混合式教學(xué)體系，如圖1所示，其中線上教學(xué)環(huán)節(jié)主要為視頻學(xué)習(xí)、線上作業(yè)、虛擬仿真、線上答疑、資料庫和視頻直播，線下教學(xué)環(huán)節(jié)主要為班級(jí)授課、小組討論、設(shè)計(jì)作業(yè)、中期考核、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和課程實(shí)習(xí)。學(xué)生考核方式為：線上視頻學(xué)習(xí)成績(jī)10%+線上作業(yè)5%+工程設(shè)計(jì)作業(yè)15%+仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告5%+考勤5%+中期匯報(bào)評(píng)價(jià)10%+期末考試50%，課程綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)單獨(dú)考核，線上答疑情況、資料庫使用情況、視頻直播觀看情況僅作為提升學(xué)生能力的非考核環(huán)節(jié)。

課程所采用的線上線下混合式教學(xué)體系是基于現(xiàn)有的教學(xué)模式，并融入了地方及專業(yè)特點(diǎn)，具有以下主要特色：

（1）線上視頻教學(xué)：利用雨課堂進(jìn)行視頻學(xué)習(xí)，主要采用清華大學(xué)國(guó)家級(jí)精品在線課程《水處理工程》，通過對(duì)國(guó)家級(jí)精品課程的學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)了線下教學(xué)的不足，讓學(xué)生進(jìn)一步鞏固的專業(yè)理論知識(shí)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維；

（2）仿真模擬實(shí)驗(yàn)：在課程中開展了污水處理工藝的仿真模擬實(shí)驗(yàn)，通過仿真模擬實(shí)驗(yàn)使學(xué)生進(jìn)一步熟悉污水處理廠的工藝流程、構(gòu)筑物作用、運(yùn)行控制，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性；

（3）工程設(shè)計(jì)作業(yè)：將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)講解變?yōu)閷W(xué)生的實(shí)際操作設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在課后完成格柵、曝氣沉砂池、沉淀池、生化池、生物接觸氧化、人工濕地和UASB的設(shè)計(jì)計(jì)算，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中需收集大量的資料，并復(fù)習(xí)相應(yīng)的理論知識(shí)，提高了學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，并鞏固了理論知識(shí)；

（4）視頻直播：采用在線直播軟件進(jìn)行視頻直播，讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉工程建設(shè)過程和科研過程，學(xué)生觀看和積極互動(dòng)；

（5）學(xué)生能力提升情況綜合評(píng)價(jià)：課程結(jié)束后，根據(jù)學(xué)生在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)情況，對(duì)每個(gè)學(xué)生的能力達(dá)成情況和課程目標(biāo)達(dá)成度情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果用于改進(jìn)水污染控制工程課程體系。

3.實(shí)施成效

為了評(píng)估《水污染控制工程》線上線下混合式教學(xué)體系在貴州大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)施效果，分別從課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)和學(xué)生能力達(dá)成度評(píng)價(jià)兩個(gè)角度進(jìn)行分析。

(1)課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)

課程目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)值計(jì)算方法如下：

其中，Zi為課程第i個(gè)課程目標(biāo)達(dá)成度；Yij為課程第i個(gè)課程目標(biāo)的第j個(gè)考核環(huán)節(jié)實(shí)際平均得分；Yij′為課程第i個(gè)課程目標(biāo)的第j個(gè)考核環(huán)節(jié)總分；α為課程第i個(gè)課程目標(biāo)的第j個(gè)考核環(huán)節(jié)的權(quán)重。

課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算結(jié)果如表1和圖2所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，課程目標(biāo)達(dá)成度較好的是課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3和課題目標(biāo)4，說明學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)、仿真模擬軟件等方面掌握較好，能夠利用現(xiàn)代工具進(jìn)行水污染工程問題模擬和計(jì)算。但課程目標(biāo)2的達(dá)成情況較差，還需進(jìn)一步提高利用專業(yè)知識(shí)分析復(fù)雜水處理工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)參數(shù)方面的能力。

表1 課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)

圖2 課程目標(biāo)達(dá)成度

(2)學(xué)生能力達(dá)成度評(píng)價(jià)

每個(gè)學(xué)生能力達(dá)成度的評(píng)價(jià)值計(jì)算方法如下：

其中，Ai為某學(xué)生對(duì)應(yīng)某門課程的課程目標(biāo)達(dá)成度；Sij為某學(xué)生在課程第i個(gè)課程目標(biāo)的第j個(gè)考核環(huán)節(jié)實(shí)際得分；Sij′為課程第i個(gè)課程目標(biāo)的第j個(gè)考核環(huán)節(jié)總分；β為課程第i個(gè)課程目標(biāo)的第j個(gè)考核環(huán)節(jié)的權(quán)重。

學(xué)生能力達(dá)成度計(jì)算結(jié)果如圖3所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，大部分同學(xué)的能力達(dá)成度均超過0.65（紅線），整體上符合正態(tài)分布趨勢(shì)，有個(gè)別同學(xué)的單個(gè)課程目標(biāo)小于0.65。

圖3 學(xué)生能力達(dá)成度

(3)綜合分析

從課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)結(jié)果可知，本課程的5個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度均超過了0.65，但單個(gè)學(xué)生的能力達(dá)成度評(píng)價(jià)結(jié)果顯示大部分同學(xué)的能力達(dá)成度均超過0.65，其學(xué)生數(shù)量大于90%。此外，通過虛擬仿真練習(xí)，學(xué)生進(jìn)一步熟悉了污水處理廠運(yùn)行控制管理系統(tǒng)，提高學(xué)生對(duì)污水處理廠的運(yùn)行管理能力。通過課程實(shí)驗(yàn)增加了學(xué)生分析測(cè)試能力和實(shí)際動(dòng)手能力，并在一定程度上提高了學(xué)生的科研創(chuàng)新思維。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生能獨(dú)立開展污水處理廠工程設(shè)計(jì)，熟悉相關(guān)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通過直播教學(xué)，讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉工程建設(shè)過程和科研過程。說明經(jīng)過《水污染控制工程》課程學(xué)習(xí)，學(xué)生在專業(yè)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作、工程設(shè)計(jì)、職業(yè)道德、科研創(chuàng)新等方面得到了較大的提升。

4.結(jié)束語

通過構(gòu)建《水污染控制工程》線上線下混合式教學(xué)體系，有機(jī)融合線上教學(xué)環(huán)節(jié)（主要為視頻學(xué)習(xí)、線上作業(yè)、虛擬仿真、線上答疑、資料庫和視頻直播）以及線下教學(xué)環(huán)節(jié)（主要為班級(jí)授課、小組討論、設(shè)計(jì)作業(yè)、中期考核、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和課程實(shí)習(xí)），使學(xué)生在專業(yè)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作、工程設(shè)計(jì)、職業(yè)道德、科研創(chuàng)新等方面的能力得到了較大的提升，并從課程目標(biāo)達(dá)成度和學(xué)生能力達(dá)成度兩個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究成果能有效指導(dǎo)環(huán)境工程專業(yè)開展線上線下混合式教學(xué)，并為其他課程提供參考依據(jù)。