環境工程專業實驗混合教學模式初探

王建宏, 梁存珍, 朱 玲, 常俊英, 周翠紅

(北京石油化工學院 環境工程教學與實驗中心，北京 102617)

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環境工程專業實驗混合教學模式初探

王建宏, 梁存珍, 朱 玲, 常俊英, 周翠紅

(北京石油化工學院 環境工程教學與實驗中心，北京 102617)

隨著教育信息化的高速發展，在線課程、開放課程、移動學習對傳統的教學方式有著巨大的沖擊，在線和面對面教學結合的混合課堂是深受師生歡迎的教學模式。本文在分析了必備的實驗教學信息化平臺的基礎上，借鑒開放課程的思路和電子黑板系統的經驗，初步建立了基礎型和綜合型實驗的混合教學模式以及創新性實驗的混合教學模式。結果表明，環境工程專業實驗的混合教學模式，有利于強化以學生為中心，以教師為主導的教學理念，形成學生終身學習的習慣和促進師生的交流。

混合教學； 綜合型實驗； 創新性實驗； 教學模式

0 引 言

教育部2007年1號文件-《教育部財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》以及2號文件——《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》要實現信息化手段與技術在人才培養中廣泛應用，改變現有人才培養模式，初步建立用于網絡教育的公共服務體系，打通普通本科教育和網絡教育的課程體系等目標。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》也指出需要加快教育信息化進程，加強網絡教學資源體系建設，開發網絡學習課程，引進國際優質數字化教學資源。2012年3月，教育部印發《教育信息化十年發展規劃(2011-2020)》進一步明確指出：“信息技術對教育發展具有革命性影響”，要求通過信息化與教育深度融合，促進教育公平、提高教育質量，甚至推動教育理念變革，創建學習型社會。

高等教育課堂信息化的方式有在線課程、大規模開放課程(MOOCs)、移動式學習以及翻轉課堂等多種方式。其中對于高等教育有深刻影響的為全球最知名大學參與的免費的、影響深刻的大規模在線開放課程(MOOCs)。截止目前，商業性的慕課Coursera平臺包含全球117所大學發布的891門課程，由麻省理工學院和哈佛大學支持的慕課公益性edx平臺發布了大約400門課程。清華大學也于2013年10月10日正式推出了基于中文的“學堂在線”平臺，面向全球提供在線課程。

但是相對于在線的理論課程，目前國內外的在線課程很少有實驗類課程，其原因在于實驗類課程涉及到實驗室的信息化建設以及需要在實驗室動手操作等多方面的問題，相對比較復雜。盧娜[1]分析了高校實驗室普通存在的問題以及信息化對實驗室發展的作用。田曙堅等[2]提出了將“信息實時在線生成”作為實驗教學中心信息化進一步建設的發展方向。高鳳新等[3]從信息化建設的角度出發，采用分析、推理、論證的方法，探討了儀器設備信息化管理中的開放和共享問題。盛蘇英等[4]則初步建成了電工電子實驗中心的信息化管理模式。周麗濤等[5]進一步提出了利用MOOCs平臺開展實踐教學改革的觀點。但是，迄今為止，尚未有實驗類課程信息化教學實踐的報道。對于實驗類課程的信息化，最急切的任務就是研究怎樣通過課程的設計，能夠讓網絡教育的效率最優化，學生的學習績效最大化。在進行實驗、實踐類課程的課程設計過程中，混合教學模式是最值得探索和研究的[6-9]。“混合學習”這種將在線學習和面授相結合的學習方式，從本質上來講，是將傳統學習方式的優勢和數字化或網絡化學的優勢結合起來，是目前國際上最受歡迎和得到廣泛應用的學習方式[10]。混合學習比傳統面授學習和完全在線學習具有更深的層次，混合學習不再片面強調在線學習而忽視課堂教學，不再片面強調以學生為中心而忽視教師的主導作用，不再僅僅注意在線環境構建和資源開發，而忽視傳統媒體[11]。本文進行了環境工程專業實驗混合式教學模式的探索。

1 實驗教學信息化平臺

信息化平臺是實驗類課程信息化教學的基礎，如圖1所示，環境工程教學與實驗中心采用的主要線上平臺有兩個，其中的一個為面向所有用戶的環境工程教學與實驗中心網站，另一個為面向本校用戶的教育在線。實驗的教學講稿和視頻都可以從這兩個網站獲取。大型儀器設備詳細的操作規程、操作視頻、有關實驗室各崗位的崗位職責、安全衛生管理制度、儀器管理制度、實驗課程規章制度以及實驗室開放制度等通用信息資源只能從環境工程教學與實驗中心網站獲取，實驗課程的教學大綱、課程簡介、實驗上機課表、實驗課程計劃表、學生分組表、實驗室的儀器設備信息以及動態的耗材信息等專用數據則來自教育在線。

輔助的線上平臺有三個，分別為高值資產(單價高于1 000元)管理的北京教委高校資產管理系統、低值資產(單價低于1 000元)管理的北京石油化工學院資產管理系統和北京石油化工學院大型儀器共享、預約管理系統。其中，前兩個信息化系統的資源由實驗指導教師導出Excel文檔后置于教育在線，供學生設計實驗方案時選擇實驗室現有的儀器、設備，后一個全校共享信息平臺則是學生利用自己的校內通用賬戶直接預約使用。

線下信息平臺由3部分組成:即大型觸摸顯示器、交互式電子白板以及指紋考勤系統組成。置于大型儀器實驗室的觸摸顯示器主要用來播放大型儀器操作視頻、實驗視頻等，學生可以對著視頻逐步學習大型儀器的操作。本科基本教學實驗室里配備的交互式電子白板不僅用來放映講稿和實驗視頻，也是師生交流的重要媒介。指紋考勤系統則對學生在實驗室里的時間進行了系統記錄。

及時交流工具是為了彌補教育在線平臺線上互動不夠和交流滯后的缺陷，在實驗開始前，指導教師向全體學生公布郵箱、手機號和微信號，在實驗期間，學生就實驗相關問題可隨時與指導教師互動和交流。

2 基礎型和綜合型實驗的混合教學模式

實驗教學信息化的啟示來源于MOOCs改進了的網絡視頻技術和可汗學院的電子黑板系統。

一個MOOCs課程會在預定的時間開始，為了選修課程, 學生們需要提前了解課表和安排并注冊。 課程開始后，教授定期地發布授課視頻，這些視頻通常不是校內課堂的錄像而是專門為了該MOOCs課程錄制。為了方便學習，很多視頻常常比較短小，視頻中會有即時的測驗，課后，則有要求完成的閱讀和作業，作業通常有截止日期。

借鑒MOOCs課程的預告形式，為了讓學生對整個實驗有總體的了解，在開課前，實驗指導教師將實驗課程的教學大綱、課程簡介、實驗課程計劃表、學生分組表、實驗室的儀器設備名稱、數量以及實時更新的實驗室現有耗材信息提交到北京石油化工學院教育在線的網站上，課程開始后，實驗教師則依據實驗進度將相關的實驗講稿和實驗視頻定期上傳到教育在線。鑒于實驗視頻目前還不能內嵌即時的測驗和測試，我們采用實驗講稿來彌補這一缺陷。

實驗講稿是本實驗教學信息化的一大亮點，其借鑒了可汗學院的電子黑板系統。可汗學院電子黑板系統的特點為利用網絡傳送的便捷與錄影重復利用成本低的特性，教學視頻沒有精良的畫面，也看不到主講人，只想帶領觀眾一點點思考。實驗講稿設計初衷是增加學生的安靜閱讀和思考，充分利用網絡傳送的便捷與大部分高等學校教師擅長制作幻燈片的特點，克服學生寫預習報告只是簡單的抄寫實驗指導書的部分內容，缺少對儀器設備操作規程的深度學習，缺少思考，尤其是缺少與理論知識有機結合的思考。為了達到建立以學生為中心、教師為主導的實驗教學模式，形成思中學、做中學等多種自主式學習的目標，與理論課的講稿相比，實驗講稿有如下特點。

(1) 形象化。實驗講稿不僅包含實驗原理、實驗步驟等常規信息，而且包含全部實驗裝置和設備的圖片，尤其是裝置細節的圖片，以及帶實物圖片和文字說明的儀器設備使用方法，這些圖片有利于學生身臨其境地體驗實驗，同時自學儀器設備的使用方法。實驗講稿不僅在線上可以隨時閱讀進行預習，而且在實驗過程中時也可在置于實驗室中心位置的Smart白板上隨時對照實物進行學習和操作。不可否認的是，實驗講稿無論在線上還是線下都能給學生提供更多自學的機會，有利于學生形成自主式學習和終身學習的習慣。

(2) 問題引導化。參考可汗學院的練習系統和MOOCs課程中的即時測驗和課后作業系統，每個實驗講稿上都設置有大量的問題，這些問題設置的目的是深化對實驗內容、目的和原理的理解，強化理論與實踐的聯系，促使學生掌握實驗操作步驟設置的深層次原因以及數據處理的方法。

與此相配合的是通過實體教學來檢查問題的回答情況及準確度，首先，學生必須在預定的時間內書面回答實驗問題的80%才能進行實驗，否則沒有進行實驗的資格。推遲實驗的同學，其本實驗的總成績將降一級，其次，實驗預習的評分依據為口頭回答問題的準確度。為了檢查學生真實的預習情況和培養其口頭表述科學問題的能力，所有的學生不僅需要單獨回答問題，而且需要脫離具體的預習實驗報告和具體的公式，用淺顯易懂的方式向同組同學和教師展示自己的思想。

如圖2混合教學的流程所示，為了達到從多角度進行過程考核的目標，每個實驗的成績由實驗預習、實驗過程中的表現、實驗報告和實驗考核等四部分組成，實驗預習著重考察了學生的口頭表達能力，實驗操作過程體現了動手能力，實驗報告是書面表達能力的集中顯示，對知識的綜合利用能力的考核則通過實驗考核來實現。其中，實驗預習占總成績的10%，實驗過程中的表現占總成績的20%，實驗報告占總成績的50%，最后的實驗考核占總成績的20%。所有的實驗結束后，將進行實驗的考試，該考試包括答辯和實驗操作兩部分，實驗操作部分不依據原先的分組，所有的學生全部打亂，隨機分組，實驗答辯采取一對一的方式。

圖2 基礎型和綜合型實驗的混合教學流程

圖2所示基礎型和綜合型實驗的混合教學方式，學生以學為中心，學生利用線上資源在實驗預習過程中，通過完成每一步驟的練習題實現“思中學”，利用線下資源進行實驗時，在認識、實踐、再認識的過程中“做中學”，實驗報告書寫過程中，主動尋找資源，達到“自己學”的目的，最后實驗考核著重點在于團隊合作能力和知識靈活運用的能力，其不僅是 “學會用”的重要體現，也是本課程實現持續改進的內在動力。

該混合教學模式，在體現了以學生為中心的同時，突出了教師的主導作用。在預習過程中，實驗指導教師通過預習思考題的設置來引導學生，在實驗過程中，通過互動和交流來指導學生，在實驗考核時，通過多種形式來了解學生的學習成果。當然，實驗的混合教學模式在節省了實驗教師講解時間的同時，增加了師生互動和交流的時間，有利于實驗教師將更多的注意力放在制造互動、延伸實驗內容等方面。

3 創新或設計型實驗的混合教學模式

基礎型和綜合型實驗有標準的實驗指導書，每個同學研究的內容一樣。但是創新或者設計型實驗沒有標準的實驗指導書，不僅每組的研究內容不同，而且每年的研究內容也不一樣[12]，每年每組的研究內容都是圍繞著一個階段性的目標，從不同的方面、不同的角度進行展開。為了讓學生了解本專業的前沿發展現狀和趨勢，創新性實驗內容來自于環境工程教學與實驗中心本年度或者上年度的未公開發表的已研成果。

創新性實驗混合教學的模式如圖3所示，在實驗開始的2或3周前，實驗指導教師首先在網絡上發布參考性的實驗題目，在發布題目的同時，詳細介紹創新型實驗的選題背景、研究意義、總體研究內容、研究進度等。學生在獲知題目后，首先詳細查閱相關文獻，然后在參照實驗室現有儀器設備和耗材信息的基礎上，擬定初步的實驗方案，并在規定的期限內將實驗方案經過網絡發給指導教師，經過指導教師審核后才能預約討論時間。討論一般安排在實驗室，在討論時，學生需要詳細說明自己的實驗方案設計思路，擬達到的目標，實驗指導教師將從可行性、創新性等方面提供指導和建議。討論完畢后，學生將根據指導教師的意見修改實驗方案，并將修訂的實驗方案和詳細的儀器設備、玻璃器皿、藥品名稱及數量利用網絡發給實驗指導教師。實驗指導教師審核確認后，學生可以預約實驗和大型儀器。在實驗的過程中，指導教師隨時與學生就實驗的各個方面進行答疑和探討，并要求學生利用Excel表格記錄全部的實驗信息，原始的實驗數據必須在實驗完畢后發送給實驗指導教師，同時最后的研究報告必須在繼續查閱資料的情況下，進行分析和總結后按照科技論文的書寫方式進行書寫和提交。

圖3 創新型實驗混合教學過程

創新型實驗的混合教學模式強化了學生設計實驗方案、查閱文獻資料的能力，培養了學生追求創新的態度和意識，初步了解了基本的創新方法。在實驗方案的設計過程中，需要多次與指導教師進行溝通，培養了其基本的口頭表達能力和溝通能力。此外，數據記錄的電子化和科技研究報告撰寫的規范化，提高了科技問題的書面表達能力和對問題的分析能力。最為重要的是，創新型實驗的混合教學模式促進了學生的自主學習，因為不僅大型儀器設備的操作視頻和操作規程都有線上線下的資源，而且所有儀器或者設備的操作規程紙質版都放在儀器旁邊，所以對于儀器設備使用和實驗注意事項等基本實驗問題，學生是完全有能力自主學習的。此外，混合式教學也促使指導教師將更多的精力放在與學生的交流上，而不是講解儀器設備的使用和安全注意事項，提高了指導教師的工作效率。由此可見，創新型實驗的混合教學模式即強化了學生的學習自主性，又發揮了教師的引導、啟發、監控教學過程的主導作用。這樣教師就可以把更多的精力放在主動學習所需的交流上。混合教學模式，激發了教師的熱情，而這種熱情又隨著教師傳遞到了課堂之中，使更多學生受益[13]。

4 結 語

MOOCs正在改變學習，也在改變大學。雖然傳統大學的“圍墻”暫時還不會被拆掉，但是直接面臨全球頂級同行的競爭是誰也避免不了的，適應和探索網絡-面授相結合的混合教學模式是現階段的必然選擇[14,15]。

本文基于以學生為中心的理念和增加師生互動的目標，初步建立了網絡-面授相結合的環境工程實驗混合教學模式。不過，為了適應移動互聯網的發展，需要進一步優化教育在線的功能，將學生的移動終端和教師的移動終端聯系起來，這樣，指導教師能夠隨時隨地解決學生的問題，學生能夠隨時隨地進行學習。

[1] 盧 娜. 高校實驗室的信息化管理[J]. 實驗技術與管理, 2007,24(10): 377-378.

[2] 田曙堅, 王 巖, 徐金榮. 實驗教學中心信息化建設的認識與探索[J].實驗室研究與探索, 2010,29(9): 92-94.

[3] 高鳳新, 盧士香. 高校實驗室儀器設備管理和使用的信息化建設[J]. 實驗室研究與探索, 2014,33(5): 272-274.

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Preliminary Study on Blended Teaching of Environmental Engineering Experiments

WANGJian-hong,LIANGCun-zhen,ZHULing,CHANGJun-ying,ZHOUCui-hong

(Experimental Teaching Demonstration Center for Environmental Engineering,Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China)

With the development of education informatization, online learning, MOOCs and mobile learning have enormous impacts on the traditional teaching, and blended teaching which combines online learning with face-to-face instruction is warmly welcome by teachers and students. Based on the analysis of the essential laboratory information platforms, this paper discussed the hybrid teaching of basic and comprehensive experiments as well as innovative experiments, drew support from the idea of MOOCs and the experience of electronic blackboards. The result demonstrated blended teaching of Environmental Engineering experiments was benefit to the student-oriented and teacher-directed mode, cultivated students’ life-long learning habits and facilitated the communication and interaction between students and teachers.

blended teaching; comprehensive experiments； innovative experiments; teaching mode

2015-03-11

2015年環境工程專業綜合改革試點北京市級項目(PXM2015-014222-000047)；2014年北京石油化工學院重點教改項目(2014-03)

王建宏(1974-)，女，湖北紅安人，碩士，高級實驗師，研究方向:大氣污染控制。

Tel:010-81292291; E-mail: wangjianhong@bipt.edu.cn

G 431

A

1006-7167(2016)03-0205-05