翻轉課堂在《環境微生物學》教學中的探索與實踐

夏爽 李開 劉濤 裴國鳳

【摘要】《環境微生物學》是環境相關專業重要的專業基礎課，實踐性較強。為提高學生應用專業知識解決實際問題的實踐能力，我們設計了與學科適應的翻轉課堂教學模式，構建了供學生課前自學的學習資料網絡數據庫，并在課堂上開展了分組作業。在4個班級兩學期開展的教學實驗結果顯示，翻轉課堂教學模式在提高學習興趣，培養自學能力，促進知識的理解與掌握，提高實踐能力，培養團隊協作能力，培養創新能力等幾個方面有明顯的積極促進作用。

【關鍵詞】翻轉課堂 環境微生物學 教學探索與實踐

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0151-02

《環境微生物學》是環境工程和環境科學等專業的專業核心基礎課程，是一門理論性和實踐性并重的交叉學科，涉及有機化學、生物化學，微生物學，遺傳學等學科的基本理論，又與一系列環境專業課程（水污染控制工程、給水與廢水處理系統、固體廢物處理、環境生物技術、環境監測等）中的工程原理緊密相關。由于課程容易使學生覺得枯燥晦澀，學習積極性不高，進而使教學質量難以保證。因此，需要尋找提高學生學習興趣的方法。

翻轉課堂（The Flipped Classroom）這一新型教學模式自2011年來引起了全球教育界的廣泛關注，成為教育研究的熱點。翻轉課堂的主要教學模式為：課前學生通過觀看教學視頻，查閱相關文獻資料等接受知識；在課堂上通過組織學生小組討論研究，作業、教師單獨輔導等進行知識的內化。目前，翻轉課堂教學模式證明能充分發揮學生的主觀能動性，有效提高學生的學習積極性，從而取得了良好的教學效果。

如今，以MOOC（Massive Open Online Course，大規模在線開放課程，又稱“慕課”）為代表的網絡視頻課程資源在互聯網上相當豐富。例如我國著名的免費開放網絡視頻課程平臺“網易公開課”上能檢索到微生物學相關課程15個，環境科學相關課程368個，專題講座27個。現在的大學生被稱為“互聯網一代”，學生們對互聯網上的新鮮事物充滿興趣，樂于接受和主動學習網上的新知識，相比于傳統的書本閱讀，學習積極性明顯更高。因而，我們已經具備了在《環境微生物學》中開展翻轉課堂教學的硬件和軟件基礎。另外，相比中小學生，大學生具有更多的課余時間和更靈活的學習時間安排，有利于翻轉課堂在大學教學中的應用。

基于以上對翻轉課堂和《環境微生物學》課程的分析，我們認為翻轉課堂教學模式可以應用在《環境微生物學》教學中，以提升教學質量。我們在兩個年級，4個環境工程和環境科學專業的班級開展了兩學期的翻轉課堂教學實驗。以期為相關課程的教學改革提供參考依據。

一、適用于《環境微生物學》的翻轉課堂教學模式設計

在進行翻轉課堂教學時，首先需要轉變教師的教學觀念和學生的學習觀念，明確學生是教學活動的主體，學生應自主學習知識，而教師只是起組織和輔導作用。《環境微生物學》是一門實踐性較強的學科。為了使學生具備將來服務社會所需能力和素質，教學模式需要以提高學生應用知識解決實際問題的能力為核心，兼顧語言表達能力，團隊協作能力，創新思維，克服困難的精神等綜合素質。據此，我們設計了適應《環境微生物學》的翻轉課堂教學模式的流程（圖1），主要包括學生課前自學和課堂上分組作業兩個環節，著力培養學生的實踐能力。

圖1. 翻轉課堂教學模式流程

二、翻轉課堂教學的實施

在教學內容的安排上，對整個課程龐雜的知識體系進行整合，幫助學生梳理各知識點之間的邏輯聯系，理論聯系實際，基礎知識與工程原理、工藝流程相結合，以提高學生分析問題、解決問題的能力，有效培養學生的實踐能力。例如將原本枯燥乏味的微生物的脂質代謝途徑與實際生活中的油脂污染問題相結合；微生物的營養與水體富營養化問題結合；微生物的空間分布特征與菌種資源探尋結合，著力培養學生解決實際問題的能力。

學習內容的設計還應遵循以下兩個原則：

1.以教學大綱要求為基礎，充分考慮課程的教學目標，以及學生將來的就業方向，學生現有知識結構、知識水平、學習態度等因素。

2.課堂作業應該對學生有一定的挑戰性，足夠的復雜性，包含許多相互聯系的知識點，以充分調動學生積極性，使學生切實能將所掌握專業知識技能應用于實踐，即完成知識的內化。

具體按照以下步驟開展教學：

（1）學習資料網絡數據庫的構建與學生的課前學習

1）制作《環境微生物學》的多媒體教學課件（PowerPoint）。主要內容為：知識點提綱，以幫助學生簡要的了解所要學習的內容，理解各知識點間的邏輯聯系，以便系統性的學習知識；以及一些圖片和簡要圖注，例如：一些微生物的顯微照片、細胞結構模式圖、代謝通路示意圖、廢水處理工藝現場照片、工程流程圖等，來幫助學生理解抽象概念。

2）錄制教學視頻。各教師講解個人最為熟練掌握的若干知識點（例如原核生物的細胞結構、活性污泥的性質等，一般一個知識點講解10至15分鐘），以及和教師科研項目相關的系列專題（例如水體富營養化、農村重金屬污染、厭氧堆肥發酵等，一般30至45分鐘），輔以多媒體教學課件展示。以突出教師個人優勢和特點，讓學生學習各教師最為先進的專業知識。

3）在網絡上收集整理其它資料，包括《環境微生物學》課程其它知識點的教學視頻的鏈接，國內外學校發布共享的多媒體課件，學術論文、專著書籍、微生物圖譜、實驗操作錄像、工程現場錄像和圖片、環境學科相關新聞報導等。

4）利用大學生們廣泛使用的免費網絡硬盤（如百度網盤、華為網盤等）作為載體，將自己制作的，以及從網絡上搜集整理的學習資料上傳至網絡硬盤，發布外鏈，以供學生們下載。

5）本周課堂結束前，教師布置下周所學內容。學生上課前，利用課余時間觀看教師指定的必需觀看的若干知識點教學視頻，并查閱相關文獻資料，完成知識的理解與記憶。如有多余時間，可根據個人興趣，再選擇一些教師搜集整理上傳的學習資料進行自學，以擴寬知識面，提高對整個環境保護行業的認知。

（2）課堂上開展多種教學活動，進行知識內化

1）教師布置幾道理論性的習題，以檢查和鞏固學生課前學習情況。例如：原核細胞和真核細胞有何分別？細菌鞭毛的結構如何？活性污泥絲狀膨脹的原因是什么？每個學生獨自書面作答，交給教師評分。

2）教師設計理論聯系實際的作業，作業以實驗方案設計為主要形式。學生應用課前在網絡數據庫中所學知識，分組完成。例如：怎樣從環境中分離純化微生物？水體富營養化的原因、危害及防治措施；設計一套處理生活污水的活性污泥工藝等。學生約5～6人為一組，輪流擔任小組長，負責分工協作。

3）在作業過程中，相互分工合作，相互監督。遇到問題先組內相互討論，如不能解決再請教老師。教師依次巡視各組學生進行小組作業，及時指出學生作業中的問題，學生進一步討論并自行解決問題，修訂并完成作業。

4）作業完成后，各組學生匯報成果。學生相互討論各組的作業情況，分析實驗設計的科學性、可行性、創新性，并總結交流經驗教訓。最后，教師總結學生完成作業情況，點評各組學生作業的優缺點并評分。

三、與翻轉課堂相匹配的考核方法

過去以考察理論知識為主的卷面考試，引導學生死記硬背書本知識，而忽視了實踐能力。由于本課程實踐性強，應以學生理論聯系實際，應用所學知識解決實際問題的能力為主要考核指標，來引導學生有意識的培養自我實踐能力，提高學習主動性。因此，新的考核方法需要盡可能全面客觀的考查學生各方面的實踐能力，包括自主學習能力、邏輯思維能力、現象觀察能力、書面表達能力，創新意識以及團隊合作精神等方面。

具體考核指標及分數分配如下：

1.課堂習題占總成績的20%，考察學生課前學習網絡教學視頻，查閱相關文獻等過程中對知識的理解和記憶。

2.課堂作業占總成績的70%，其中，考查各學生分組討論時的觀點正確與否占總成績的40%；各組學生成果匯報成績占30%。

3.考查各小組學生分工協作方式的合理性，以及學生在各自小組的貢獻，各占總成績的5%，共計10%。

四、教學效果評價與教學過程中出現的問題及對策

為了客觀評價翻轉課堂的教學效果，我們在教學結束后對4個班級共142名學生進行了問卷調查。結果見表1。

表1 學生對翻轉課堂教學效果的評價

調查結果顯示，在本次的《環境微生物學》的翻轉課堂教學實驗中，大多數學生認為翻轉課堂教學模式在提高學習興趣，培養自學能力，促進知識的理解與掌握，提高實踐能力，培養團隊協作能力，培養創新能力幾個方面有明顯的積極促進作用。

雖然總體上本次翻轉課堂教學實驗效果取得良好的效果，但是在教學過程中仍然出現了一些問題：

1.盡管調查顯示學生普遍認為翻轉課堂有效提高了學生們對本課程的學習興趣，從課堂習題中反映出極個別學生未有效完成課前學習，課堂上參與小組討論積極性不高，通過找學生談話發現這些學生學習態度消極。這些學生有些根本不喜歡目前所學的環境工程或環境科學專業，有些對前途感到迷茫。我們通過單獨找這些學生談話，介紹本行業背景，工作前途等，已成功提高其學習積極性。

2.分小組討論過程中，發現有些同學由于性格內向，發言較少。為幫助這些同學積極參與到小組討論，我們在小組巡視過程中，有意識的提一些問題讓這些同學來回答，引導其與其他同學展開討論。

3.課堂分組作業和學生討論各組成果的時間容易超出規定的課堂教學時間（兩堂課共90分鐘），為此，我們嚴格制定了各項環節的時間。例如：習題10分鐘內完成并上交，分組作業35分鐘內完成。小組匯報及討論時間控制在每個8分鐘內等。

4.少數學生認為課程考核標準過于主觀，對其公平性提出質疑。為此，我們充分參與學生小組討論，對每個學生的表現做詳細記錄，必要時甚至錄像錄音，以備查閱。

五、結語

近幾年來，國內外大學積極開展翻轉課堂的教學實驗，取得良好教學成果，深受廣大學生歡迎。我們結合環境專業學生的知識結構及《環境微生物學》課程特點，在兩個年級共4個班級開展了為期兩學期的翻轉課堂教學實驗。通過本次教學實驗，轉變了教師的教學觀念和學生的學習觀念，教師角色由原來的處于中心地位的知識講解員和傳授員轉變為學生學習活動的組織者、輔導者；學生角色由原來的被動的知識接受者轉變為知識的主動探究者和真正的學習主體。將翻轉課堂教學模式應用在《環境微生物學》這門實踐性強的課程教學中，培養了學生應用所學知識解決實際問題的實踐能力，為學生在將來的社會服務中盡快適應專業相關工作崗位打下良好的基礎。

然而，翻轉課堂教學中仍然有許多問題需要探究，比如學時問題。由于學生需要花費大量課余時間和精力觀看教學視頻，查閱文獻資料，因此一定要控制好課前學習內容的量，既要保證學生在課堂上有足夠的知識來完成作業，又不能讓學生疲于應付。另外，由于缺乏統一的翻轉課堂實施標準，評價體系，容易造成各學校各教師的教學質量參差不齊。

綜上，翻轉課堂應用于《環境微生物學》的教學實驗結果是積極的，實施過程中仍然有些問題需要繼續探索，以進一步提高學生自主學習積極性，提升教學適量，為社會培養高素質的專業人才。

參考文獻：

[1]單愛琴，裴宗平，白向玉，劉漢湖，程偉，肖昕，雷靈琰.“環境微生物學”創新能力培養應用實踐[J].教育與教學研究，2014（5）：67-78.

[2]何興兵，林永慧.環境科學專業《環境微生物學》課程研究型教學模式探索[J]. 教育教學論壇，2012（32）：239-241.

[3]王長江，胡衛平，李衛東.“翻轉的”課堂：技術促進的教學[J].電化教育研 究，2013（8）：73-97.

基金項目：

2012年湖北省教育廳，湖北省教學研究項目“大學創新能力培養的多維實踐平臺建設——以生命科學類為例”（JYS12008）；2012年教育部“十二五”國家級實驗教學示范中心建設項目“中南民族大學民族藥學實驗教學示范中心。