基于翻轉課堂的大氣污染控制工程課程設計教學模式的重構①

錢飛躍，王建芳，盛楠楠

(蘇州科技學院 a．環(huán)境科學與工程學院;b．天平學院，江蘇 蘇州215009)

長期以來，我國大學工程教育普遍存在“教學目標強調理論講授，教學內容弱化能力培養(yǎng)”的狀況［1］。為了滿足社會經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護事業(yè)對合格工程技術人才的迫切需求，落實教育部“十二五”規(guī)劃提出的“卓越工程師”培養(yǎng)計劃，不斷提高環(huán)境工程專業(yè)學生的綜合素質，就必須改變以教師為中心的傳統(tǒng)教學模式，充分發(fā)揮實踐環(huán)節(jié)的特殊功能，鼓勵“教”與“學”的方法創(chuàng)新［2］。

作為本專業(yè)主干課程大氣污染控制工程理論教學的延續(xù)、深入與發(fā)展，課程設計(下文稱大氣課程設計)旨在引導學生理解并鞏固大氣污染控制的基本理論，掌握常見顆粒、氣態(tài)污染物收集凈化系統(tǒng)的設計原則、流程與方法，學會使用設計手冊、規(guī)范和應用軟件，以培養(yǎng)動手操作能力、積累工程實踐經(jīng)驗。作為課程建設與改革的一次有力嘗試，本文通過分析當前大氣課程設計教學中存在的突出問題，具體闡述了翻轉課堂這一全新理念的先進性，首次提出了大氣課程設計教學模式的重構框架，并再次強調了實踐訓練在工程師培養(yǎng)體系中的核心地位。

1 大氣課程設計教學中存在的問題

在大氣課程設計中，學生通常需要以具體任務為導向，相對獨立地完成工藝計算、設備選型與系統(tǒng)繪圖等工作［3］。在此期間，教師不再使用集中授課的模式，學生需要自行解決所遇到的大部分難題，其個人的知識水平、思維能力和心理素質都將經(jīng)歷一次考驗。正是由于“教”和“學”的方法明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的課堂教學，因此，指導教師和參與學生均認為完成大氣課程設計很有難度［4］。此外，大氣課程設計教學中存在的主要問題還包括:

第一，設計指導書缺乏規(guī)范性，參考價值有限。目前，各高校環(huán)境工程專業(yè)在發(fā)展沿革、科研基礎和大綱要求上都存在差異，國內很難找到正式出版且普遍適用的大氣課程設計指導書。這就要求指導教師必須自編教材，以幫助學生了解任務背景、基礎參數(shù)與設計規(guī)范等必要信息。但受制于工業(yè)系統(tǒng)的復雜性和教師個人的編制水平，此類教材往往存在選題內容單一、設計依據(jù)模糊和參考資料空洞等缺點，大多數(shù)只能起到任務布置的作用，無法為學生的設計活動提供全程、有效的指導，嚴重影響了教學效果。

第二，參與者實踐經(jīng)驗匱乏，工程概念模糊。大氣課程設計是集化工原理、流體力學、土建基礎與機械工程等知識于一體的綜合性訓練環(huán)節(jié)。在有限的理論課時內，學生雖然已經(jīng)學習了大氣污染控制的基本理論與相關技術，但對實際工程化系統(tǒng)仍缺乏準確的感性認知［5］。作為教學的重要參與者，青年教師也可能遇到類似的情況。因此，在課程設計中，學生只能依靠現(xiàn)有的技術資料與設計規(guī)范完成“畫瓢式”訓練。由此獲得的設計方案很可能是錯誤百出，實用價值更是無從談起。

第三，教學組織形式不合理，考核方法不科學。通常情況下，指導教師會要求學生在接到任務后的1～2周內完成全部設計內容，并根據(jù)最終提交的設計說明/計算書與圖紙的質量評定成績。受到師生比與教學時間的限制，指導教師針對共性或常見問題尚能做出有效反饋，但仍缺乏個別化幫助和設計過程評價。因此，部分學生會采取“最后突擊”的方式抄襲他人成果，并成功蒙混過關。這種現(xiàn)象的存在削弱了成績評定的公正性，并對其他人產(chǎn)生消極的心理影響［5－7］。

2 引入翻轉課堂教學模式的先進性

自2007年，美國林地公園高中化學教師喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯提出翻轉課堂(Flipped Classroom)以來，這種源于掌握學習法的全新教學形態(tài)正引發(fā)越來越多的關注與嘗試，并已成為當下熱門的教育改革與創(chuàng)新課題［6］。目前，翻轉課堂仍處于快速發(fā)展與完善階段，先后涌現(xiàn)了多種差異化的實施方案，其教學過程可大體分為:1)在課前，教師編制導學案、在線發(fā)布教學視頻與課程材料，學生開展自主學習，并完成相應練習或測試;2)教師通過網(wǎng)絡平臺了解學生的學習情況，重點整理學生無法解決或掌握程度較差的問題;3)在正式上課時，教師不再重復講解課程內容，而是以指導者的身份參與學生互動，協(xié)助解決難題，完成知識的內化［6］。

翻轉課堂開辟了以學生為主體、強調自主學習、鼓勵教師角色轉變和注重個性化糾正的全新教學策略。它顛倒了傳統(tǒng)教學流程，使教師能有更多機會提供定制化輔導，并鼓勵學生超前學習、互相學習。盡管國內外的實踐經(jīng)驗表明，翻轉課堂要求教學組織者必須掌握相當?shù)木W(wǎng)絡資源與應用技術，這在一定程度上提高了此類改革實踐的準入門檻，但對于“小規(guī)模、開放性”的大氣課程設計而言，高度靈活的組織方式完全是可取的［7］。其中，“小規(guī)模”體現(xiàn)在課程設計的參與者一般僅限于本專業(yè)學生，便于改革舉措的實施;“開放性”則意味著課程設計強調的是自主學習過程，而不是追求某個確切的答案。此外，基于翻轉課堂進行實踐環(huán)節(jié)教學模式的重構，也順應了當代大學生群體共性的發(fā)展特征，即思維活躍、樂于追逐新事物、渴望與人平等溝通、習慣使用電子設備與互聯(lián)網(wǎng)等，將有利于優(yōu)化工程訓練體系，激發(fā)學生的參與熱情，真正做到因材施教。

3 大氣課程設計教學模式的重構

針對當前存在的突出問題，大氣課程設計教學模式的重構應從教學資料準備、工程素質培養(yǎng)、教學組織形式和成果評價方法四個方面展開。

第一，課程設計任務需緊密聯(lián)系理論教學內容，采取靈活、自愿的選題方式。教師提供給學生的數(shù)據(jù)包除需涵蓋任務背景、設計內容、基礎參數(shù)和成果要求等傳統(tǒng)內容外，還應包括教學視頻、任務－時間軸和重要的參考資料等。其中，教學視頻需重點講解大氣課程設計的一般流程與基本方法，并結合工程實例呈現(xiàn)具體的設計對象，幫助學生形成較為清晰的設計思路。針對學生提出的關鍵問題，應發(fā)布“微課”視頻，予以積極反饋［8］。另外，可將設計任務細分為多個目標，并建立建議完成的時間軸，以提醒學生進行工作進度評估。最后，參考資料以電子文稿的形式放置于公共網(wǎng)盤中，方便學生隨時調用。

第二，課程設計是工程素質培養(yǎng)的核心單元，也是比理論課、實驗課更高層次的學習階段。在日常教學中，應當鼓勵學生閱讀相關的設計手冊與規(guī)范，注意引導學生觀察實驗設備的基本構造與工作原理，從客觀上拉大工程訓練的時間跨度。更為關鍵的是，要建立穩(wěn)定的校企聯(lián)動機制，聘請校外資深技術人員詳細介紹工業(yè)系統(tǒng)的設計、建造與運行情況，并根據(jù)與課程內容的相關性整理成視頻文件，在公共平臺上與學生共享［9］。

第三，教學組織形式的改變也是“翻轉”的重要體現(xiàn)。針對性更強的視頻教學取代了課堂上的集中傳授，以任務為導向的小組討論取代了“不懂就問老師”的傳統(tǒng)模式。但需要指出的是，倡導團隊協(xié)作應當以“任務背景大體類似，設計選題顯著不同”為前提，從源頭上降低“抄襲”的可能性。作為師生互動的重要手段，在布置設計任務、進行設計計算與繪制工藝圖紙階段都應設置問卷調查，以充分了解學生的工作進度與遇到的困難，及時調整輔導內容與方法［5］。

第四，為保證成績評定的客觀性與公平性，應引導學生使用輔助軟件(如Excel，Auto CAD等)完成設計計算與工程制圖，并在大氣課程設計結束前增設匯報、答辯環(huán)節(jié)。要求學生將過程材料與最終成果以幻燈片(PPT)的形式展示出來，鼓勵其介紹自身設計不合理的地方和可能的解決方案。在此期間，指導教師與其他學生均有權提出疑問，隨機選擇學生代表參與成績評定。通過公開分析與討論，可以有效提高學生的參與度，發(fā)揮潛移默化的教學作用。

4 結語

綜上所述，大氣課程設計是大氣污染控制工程理論教學的延續(xù)、深入與升華。基于翻轉課堂進行課程設計教學模式的重構，符合工程訓練環(huán)節(jié)“小規(guī)模、開放性”的基本特征，有利于優(yōu)化教學組織形式，減少教師的重復性勞動，激發(fā)學生的參與熱情。同時也應該看到，理念與方法的借鑒不是簡單地照搬模式。翻轉課堂的綜合效益既源于師生互動與成果評價的合理安排，也來自高質量的導學案、教學視頻和設計指導書。這使得指導教師和參與學生都要在課外付出更多的努力，不斷積累“教”與“學”的經(jīng)驗，才能獲得令人滿意的改革成果，才能實現(xiàn)新模式向其他課程的遷移、推廣。

［1］何朝陽，歐玉芳，曹祁．美國大學翻轉課堂教學模式的啟示［J］．高等工程教育研究，2014(2):148－151．

［2］曲明哲．卓越工程師培養(yǎng)方案與社會需求適應性的研究［J］．黑龍江高教研究，2012(8):135－137．

［3］閔敏，孫新華，丁成．《大氣污染控制工程》課程設計教學改革與實踐［J］．中國科技信息，2012，17(9):128，130．

［4］唐小玲，倪金龍．大氣污染控制工程課堂教學改革與優(yōu)化［J］．化工高等教育，2013(1):78－80．

［5］張楊帆．大氣污染控制工程案例教學效果的調查研究［J］．化工高等教育，2011(3):82－85．

［6］劉健智，王丹．國內外關于翻轉課堂的研究與實踐評述［J］．高等工程教育研究，2014，6(2):68－71．

［7］肖立志．“翻轉課堂”視域下的遠程開放教育式課程教學研究［J］．黑龍江高教研究，2014(7):158－160．

［8］李小剛，王運武，馬德俊，等．微型學習視野下的微課程設計及教學應用研究［J］．現(xiàn)代教育技術，2013，23(10):31－35．

［9］韓新才，王存文，熊藝，等．高校利用校外教育資源開展畢業(yè)設計(論文)工作的實踐［J］．高等理科教育，2013(5):116－121．