張春紅,羅春梅
(云南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院,云南 昆明 650500)
為深入貫徹全國教育大會精神和《中國教育現(xiàn)代化2035》,2019年10月,教育部印發(fā)了《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》(教高〔2019〕6號)和《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》 (教高〔2019〕8號),指出強化課堂設(shè)計,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志趣;培養(yǎng)學(xué)生深度分析、大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神和能力;創(chuàng)新教學(xué)方法以提升教學(xué)效果為目的。翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)是一種新興的有別于傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式[1-5]。與傳統(tǒng)教學(xué)相比,它將傳統(tǒng)課堂“預(yù)習(xí)—課堂講授—復(fù)習(xí)”的學(xué)習(xí)流程翻轉(zhuǎn)為“課前自主學(xué)習(xí)—課中知識內(nèi)化—課后總結(jié)提高”的學(xué)習(xí)步驟,本質(zhì)上是一種先學(xué)后教的模式,更符合人類認(rèn)知規(guī)律,現(xiàn)成為實施差異化教學(xué)和個性化教學(xué)的有效手段,在國內(nèi)外的教育教學(xué)領(lǐng)域獲得快速發(fā)展[6]。
“環(huán)境工程原理”是云南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,該課程擔(dān)負(fù)著由理論到工程、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用,對環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)、工程能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。新工科建設(shè)背景下,云南大學(xué)的“環(huán)境工程原理”的學(xué)時縮短至36學(xué)時,如何在有限的學(xué)時內(nèi)將知識保質(zhì)保量地傳授,成為一個關(guān)系專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要問題。為了實現(xiàn)這一目的,我校對“環(huán)境工程原理”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了探索和實踐。
“環(huán)境工程原理”的教學(xué)目的主要是讓學(xué)生掌握環(huán)境污染控制的基礎(chǔ)原理、基本理論,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析和解決問題的能力和工程思維,為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)。但是,在傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)實踐中,發(fā)現(xiàn)“環(huán)境工程原理”的教學(xué)存在如下痛點。
1)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性低,大多數(shù)學(xué)生是被動參與學(xué)習(xí)。 “環(huán)境工程原理”中有大量的原理、晦澀難懂的公式及其推導(dǎo)、應(yīng)用,許多同學(xué)還沒開始學(xué),打開教材看到大量的數(shù)學(xué)公式后就產(chǎn)生了畏難的心理,導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)過程中不愿意積極參與教學(xué)而是被動參與學(xué)習(xí),喪失主動學(xué)習(xí)和獨立思考的能力,影響了課程的教學(xué)效果。
2)傳統(tǒng)課堂上,“滿堂灌”、“填鴨式”的教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生在一節(jié)課的時間內(nèi)去理解晦澀難懂的原理、方程意義很難,而在理解基礎(chǔ)上的應(yīng)用原理、公式去分析和解決問題更是難上加難,因此學(xué)習(xí)效果較差。
3)評價方式過于單一,評價體系包括平時成績、期中考試和期末考試成績,注重期末考試結(jié)果,不重視過程性評價。這種評價體系下,部分學(xué)生平時學(xué)習(xí)不認(rèn)真,期末考試前突擊學(xué)習(xí)而通過期末考試,因此非常不利于學(xué)生學(xué)好 “環(huán)境工程原理”的知識,學(xué)生的專業(yè)能力得不到培養(yǎng)和提高。
本著“學(xué)生主體,教師主導(dǎo)”的教學(xué)指導(dǎo)思想,本課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式為基于“雨課堂”的課前線上自主學(xué)習(xí),課中課堂教學(xué)的知識內(nèi)化,課后知識鞏固和拓展教學(xué)環(huán)節(jié)來實現(xiàn),具體流程見圖1。
圖1 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)流程
2.1.1 課前線上自主學(xué)習(xí)
課前線上自主學(xué)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵,合適的課前學(xué)習(xí)既能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又能幫助其實現(xiàn)既定的學(xué)習(xí)目標(biāo)。因此,根據(jù)學(xué)習(xí)的主題和重難點合理安排教學(xué)內(nèi)容就顯得尤為重要,內(nèi)容不僅要“專”和“精”,還要具有比較好的可控性和延伸性。在本課程教學(xué)改革積累中,已形成 “環(huán)境工程原理”的課前教學(xué)資料庫:線上自主學(xué)習(xí)任務(wù)單(以下簡稱任務(wù)單)和線上自主學(xué)習(xí)課件(以下簡稱學(xué)習(xí)課件)。教學(xué)團(tuán)隊課前通過雨課堂教學(xué)平臺,向?qū)W生推送任務(wù)單和學(xué)習(xí)課件等學(xué)習(xí)資料。
任務(wù)單主要包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)和課堂導(dǎo)入習(xí)題(以填空題和簡答題為主),其中學(xué)習(xí)目標(biāo)主要包括各章節(jié)不同內(nèi)容的不同要求和培養(yǎng)的能力,讓學(xué)生明白不同內(nèi)容有不同的學(xué)習(xí)要求,在學(xué)習(xí)過程中合理分配學(xué)習(xí)時間,提高學(xué)習(xí)效率。任務(wù)單根據(jù)章節(jié)順序設(shè)置,預(yù)先發(fā)布在平臺上,方便學(xué)生學(xué)習(xí)。鼓勵學(xué)生結(jié)合學(xué)習(xí)目標(biāo)及任務(wù),通過教材文獻(xiàn)、課程平臺、互聯(lián)網(wǎng)等多個渠道完成課前學(xué)習(xí),并通過回答導(dǎo)入問題和系統(tǒng)自測來檢查課前學(xué)習(xí)效果。如在沉降章節(jié),任務(wù)單中設(shè)置了“空氣中的PM2.5指的是什么?PM2.5在重力場中為什么很難沉降?”的簡答題,讓學(xué)生自己去查閱文獻(xiàn),幫助理解重力沉降的過程和原理。
學(xué)習(xí)課件除了主要學(xué)習(xí)內(nèi)容外,還有學(xué)習(xí)視頻、選擇題和判斷題等。學(xué)習(xí)視頻主要包括教師錄制的視頻、引用其他教師的視頻和部分學(xué)堂在線的慕課資源,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以反復(fù)觀看學(xué)習(xí)視頻,不受時間限制。每段視頻時間長度為10 ~15 min,內(nèi)容包括學(xué)習(xí)的重點和難點、部分設(shè)備結(jié)構(gòu)、各單元操作的原理等。其中,設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其在工程中的應(yīng)用等內(nèi)容采用生動、形象的方式呈現(xiàn),以便于學(xué)生理解。學(xué)生通過視頻學(xué)習(xí),在課堂教學(xué)之前就能夠?qū)卧僮髟砑霸O(shè)備形成直觀感性的認(rèn)識,從而激發(fā)進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。例如,列管式換熱器的原理、結(jié)構(gòu)及換熱過程的學(xué)習(xí)視頻中,形象地展示換熱器的結(jié)構(gòu),并說明列管式換熱器的管程和殼程的定義等,這樣有助于加深學(xué)生對列管式換熱器的理解。
為了及時獲得學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)效果,學(xué)習(xí)課件中有針對性的設(shè)計了一些選擇題和判斷題,供學(xué)生學(xué)習(xí)過程中思考并解答,檢測其線上自主學(xué)習(xí)成效,圖2 為對流體阻力定義的檢測結(jié)果截屏。
圖2 線上自主學(xué)習(xí)檢測結(jié)果
以上過程在雨課堂教學(xué)平臺上進(jìn)行,雨課堂直接記錄了每位學(xué)生觀看學(xué)習(xí)視頻的時間與進(jìn)度、線上自主學(xué)習(xí)效果,方便教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程并督促學(xué)生學(xué)習(xí)。同時,對于課前學(xué)習(xí)中遇到的問題,學(xué)生在課程網(wǎng)站互動區(qū)或QQ交流群中留言討論,實現(xiàn)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與老師間的多方位實時交流。老師選擇部分有代表性的問題進(jìn)入課堂,組織同學(xué)實施更大范圍、更深層次的討論。
2.1.2 課中課堂教學(xué)
課堂上,教師先對學(xué)生學(xué)習(xí)成果做點評,以及學(xué)生在線上自主學(xué)習(xí)時遇到的問題進(jìn)行答疑解惑,還會幫助學(xué)生把碎片化的知識系統(tǒng)化。例如,根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)和習(xí)題的完成情況,對于一些出錯率比較高的知識點,教師設(shè)計隨堂測試題,強化學(xué)生對知識的理解和吸收;對一些容易產(chǎn)生誤解或容易混淆的知識點,教師通過選擇題和投票題的方式幫助學(xué)生深入理解和掌握知識點。例如,對“顆粒物的流體阻力的方向與顆粒物在流體中運動方向相反”這個易混淆的知識點,設(shè)計選擇題幫助學(xué)生來理解,選項中設(shè)計了兩個干擾選項:流體的流向、顆粒物的運動方向。
課堂上,探究式和小組協(xié)作等不同的教學(xué)方式組融合應(yīng)用,傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式有機融合,既能增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識,又能加強學(xué)生對知識點的內(nèi)化;同時能充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用,大大提高雙方的效率。對于一些原理、公式的推導(dǎo),教師會設(shè)計一些討論題,讓學(xué)生分組討論,每個問題的討論時間控制在8~10 min。例如,在第五章沉降課堂教學(xué)中,教師針對知識點“顆粒物在重力場中的沉降過程”,教師先設(shè)計一道討論題:將顆粒物在重力場中的沉降過程分解成三個階段,讓學(xué)生組成4人小組討論其中一個階段顆粒物的沉降,然后把每個小組討論的結(jié)果在教師的引導(dǎo)下組合成顆粒物在重力場中沉降的完整過程,并順利導(dǎo)出沉降速率的定義。而對于某些原理、公式的應(yīng)用,會選用探究式教學(xué)方法,例如探究“顆粒物在不同流態(tài)時的沉降速率計算方法”,具體過程如下:布置課堂任務(wù)“已知 20 ℃,常壓狀態(tài)下空氣密度為 1.205 kg/m3,黏度為1.81×10-5Pa·s,求直徑為 40 μm,密度為 1.5 kg/m3的球形顆粒在 20 ℃ 的常壓空氣中的沉降速率?!?在學(xué)生分組計算討論幾分鐘后,部分學(xué)生提出:“沉降速率的計算需要先確定流體阻力系數(shù),而流體阻力系數(shù)的計算與顆粒物的雷諾數(shù)有關(guān),需要確定顆粒物的流動狀態(tài),顆粒物的流動狀態(tài)的確定又需要顆粒物的沉降速率,這個問題的關(guān)鍵點是判斷顆粒物的流動狀態(tài)?”教師通過引用“受力分析中判斷彈力是否存在的假設(shè)法”提出問題“那如果假設(shè)顆粒物處于層流或者湍流區(qū)呢?”引導(dǎo)學(xué)生找到沉降速率計算的一種計算法“試差法”。最后,教師再對整個過程中出現(xiàn)的難點問題進(jìn)行講解和補充,引導(dǎo)學(xué)生對整節(jié)課的知識進(jìn)行總結(jié)和梳理,推動學(xué)生注重知識的內(nèi)化和應(yīng)用,培養(yǎng)其提出、分析和解決問題的能力。
2.1.3 課后鞏固與提升
“環(huán)境工程原理”的課程性質(zhì)應(yīng)用性強,課后拓展作業(yè)有助于培養(yǎng)學(xué)生的成就感,使學(xué)生具備解決日常生活或環(huán)境科學(xué)與工程中的實際工程問題的能力,進(jìn)而增強學(xué)生的工程觀念。教師在課堂教學(xué)之后會給學(xué)生布置課后作業(yè),或者根據(jù)章節(jié)內(nèi)容布置拓展性作業(yè)。課后作業(yè)包括教材中的習(xí)題或自測題,而拓展性作業(yè)則相對靈活,為生活中的常見問題。例如,新冠疫情期間為什么需要公共場合佩戴醫(yī)用外科口罩而不是其他類型的口罩?佩戴醫(yī)用外科口罩與實際生活密切相關(guān),有助于啟發(fā)學(xué)生積極思考過濾的原理和過濾效率。
教師會及時檢查學(xué)生對課后提升拓展作業(yè)的完成情況,并于后續(xù)課堂教學(xué)中進(jìn)行評價,以加深學(xué)生的印象。
本文以“顆粒物在重力場中的沉降過程”為例來展示翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在“環(huán)境工程原理”實踐過程,實施過程如表1所示,學(xué)生與教師雙方共同配合完成教學(xué)任務(wù)。
表1 顆粒物在重力場中沉降過程的教學(xué)過程
傳統(tǒng)課堂的評價指標(biāo)單一,只有平時成績、期中考試和期末考試,整個教學(xué)過程都是教師評價,側(cè)重于考試結(jié)果而忽視學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管理。為了更好的進(jìn)行課程管理,對翻轉(zhuǎn)課堂模式的評價體系進(jìn)行了改革,且重新制定了較為詳細(xì)的評價細(xì)則,見表2。翻轉(zhuǎn)課堂注重過程性評價,且對學(xué)習(xí)過程的評價細(xì)則明確化,評價的方式多樣化,除了教師評價,還有生生互評和雨課堂系統(tǒng)評價。另外,增大了過程性評價成績的占比(50%),而期末考試成績占比(50%)。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比,在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實施過程中,學(xué)生平時投入更多的時間和精力進(jìn)行學(xué)習(xí),因此提高平時成績的占比有利于激發(fā)學(xué)生平時自主學(xué)習(xí)的積極性。
表2 翻轉(zhuǎn)課堂和傳統(tǒng)課堂的評價體系對比
在環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)2021年、2022年兩個教學(xué)周期教學(xué)模式的改革,最直觀的效果是學(xué)生的綜合成績,見圖3。在對2020年(傳統(tǒng)課堂)、2021年(翻轉(zhuǎn)課堂)、2022年(翻轉(zhuǎn)課堂)成績比較后發(fā)現(xiàn):實施翻轉(zhuǎn)課堂后,學(xué)生的綜合成績逐年提高。與2020年相比,2022年的及格率提高了16.77個百分點,優(yōu)秀率提高了8.82個百分點,良好率提高了30個百分點;從圖3(b)中發(fā)現(xiàn),2022年的平均分增加了13分。這些結(jié)果表明,實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革后,學(xué)生的成績得到了明顯提高,這可能是在這種“先學(xué)后教”的模式下,學(xué)生能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣和時間安排學(xué)習(xí)進(jìn)度,發(fā)揮了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用;其次,通過線上線下的實時反饋,教師能更準(zhǔn)確地了解到學(xué)生學(xué)習(xí)的難點疑惑,從而提供更有針對性的指導(dǎo)和教學(xué)設(shè)計[7],改善了教學(xué)效果。
a.學(xué)生成績的優(yōu)秀率、良好率、及格率;b.學(xué)生成績的平均分和最高分圖3 2020年~2022年的學(xué)生綜合成績對比
為更好地了解翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果,教學(xué)團(tuán)隊做了一份無記名問卷調(diào)查,發(fā)出去50份調(diào)查問卷,收回46份問卷,回收率為92%。調(diào)查結(jié)果如表3和表4。從表3的數(shù)據(jù)可知,大多數(shù)同學(xué)能適應(yīng)翻轉(zhuǎn)課程教學(xué)模式,在教學(xué)中能支持這種教學(xué)模式的順利實施。從表4的數(shù)據(jù)可知,絕大多數(shù)同學(xué)感受到翻轉(zhuǎn)課堂模式帶來學(xué)習(xí)效果的提高:學(xué)生的溝通和小組協(xié)作能力、分析和解決問題的能力、自主學(xué)習(xí)和查閱資料的能力得到了提高。
表3 學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂的適應(yīng)度和支持程度
表4 學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂的感受度
相對于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的“環(huán)境工程原理”課程教學(xué)充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的理念。通過課前線上自主學(xué)習(xí)、課中課堂教學(xué)多種教學(xué)方法結(jié)合、課后鞏固和提升等環(huán)節(jié),改革課程評價體系,加強對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程性評價,從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、教學(xué)效率和教學(xué)效果,學(xué)生的綜合成績普遍提高。多數(shù)學(xué)生能接受和支持翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,學(xué)生的各方面能力也有所培養(yǎng)和提高。
但課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式還需不斷完善,例如,線上自主學(xué)習(xí)課題中的習(xí)題設(shè)置更加合理和有針對性,完善評價體系中的生生評價標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)則,鼓勵學(xué)生課后及時對每章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié),進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效率。