“物理性污染控制”課程線上線下混合式教學改革成效與反思

何 偉，薛 強，趙 憶，陳翠柏，陳思銘，胡遠安

中國地質(zhì)大學（北京） 水資源與環(huán)境學院，北京 100083

環(huán)境工程專業(yè)是我國地學類院校培養(yǎng)具有生態(tài)環(huán)境保護能力創(chuàng)新實踐人才的重要支撐專業(yè)[1]。為了建設(shè)具有地學特色的環(huán)境工程專業(yè)，自2004年開始，中國地質(zhì)大學（北京）不斷開展教學內(nèi)容和課程體系的優(yōu)化和改革，很早就提出增設(shè)噪聲污染與控制、物理性污染與控制類課程，但因課程師資不足以及我國面臨更加突出的水、土、氣、固等物質(zhì)性污染問題，物理性污染與控制類課程長時間未成功開設(shè)，而是僅在環(huán)境監(jiān)測理論與實踐類課程中進行補充[2-3]。2012年，黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會主義事業(yè)“五位一體”總體布局，把“美麗中國”作為生態(tài)文明建設(shè)的目標，以滿足人民對美好生活的向往[4]，這就對培養(yǎng)物質(zhì)和能量污染治理能力并重的全方位環(huán)境工程人才提出了要求。2013年中國加入《華盛頓協(xié)議》，2016年成為正式成員國[5]，增設(shè)物理性污染類課程是我校環(huán)境工程專業(yè)認證通過的承諾。我校于2019年春季正式開設(shè)“物理性污染控制”課程，并列為專業(yè)核心課程。

“物理性污染控制”課程是一門知識點繁雜、理論與實踐性較強的應(yīng)用型課程，涉及噪聲、振動、電磁輻射、核輻射、光污染和熱污染六個課程內(nèi)容差異明顯的章節(jié)[6]。同時，該課程還面臨課時數(shù)少、師資單薄和學生對數(shù)學公式產(chǎn)生畏難情緒等問題[7]。為了切實解決上述課程問題，將這門課程打造成“金課”，“物理性污染控制”課程的教師們進行了一系列服務(wù)課程改革的教學方法探索，包括案例式教學[8]、基于問題導入教學（Problem-Based Learning, PBL）[9]、在線協(xié)作PBL教學[10]、研討式教學[8]、成果導向教育（Outcome-Based Education, OBE）模式[11]、PBL結(jié)合團隊合作式（Team-Based Learning, TBL）式教學[12]、基于專業(yè)能力的課程多元化考核教學[13]以及混合式教學[14]等。為了培養(yǎng)符合工程教育認證標準且具備創(chuàng)新實踐、團隊合作、終身學習和溝通交流等能力的環(huán)境工程專業(yè)人才[5]，我校積極吸收現(xiàn)有教學方法，發(fā)揮MOOC+SPOC線上教學平臺的優(yōu)勢，綜合使用TBL、研討式、案例式等線下教學方法，開展了基于線上線下混合式教學模式的“物理性污染控制”課程改革。以下將從課程全過程實施情況、課程反饋與改革成效、課程特色與創(chuàng)新以及課程建設(shè)的不足與反思等方面進行重難點闡述。

一、課程全過程實施情況

1.準備階段

（1）利用教學進度表安排線上線下教學任務(wù)。

結(jié)合具體課程內(nèi)容和教學日期，安排線上學時12個，線下學時20個，其中，在第1～3周和第5～7周，每周1次，第4周和第8周，每周2次課。線上以自學和教師答疑為主要教學形式；線下以教師直播或面授、翻轉(zhuǎn)課堂、課題研討為主要教學形式。

（2）學習MOOC資源和整理SPOC資源。

本課程選定的MOOC資源是中國大學MOOC上由范立維教授開設(shè)的“物理性污染控制”，已開課5次，課程內(nèi)容豐富，但存在振動污染及其控制章節(jié)缺失情況。針對此情況，本課程基于2020年線上教學內(nèi)容在學習通上自建了SPOC（小規(guī)模限制性在線課程，Small Private Online Course）資源。

（3）建立線上交流溝通群組。

利用學習通、微信、雨課堂、釘釘?shù)葘崟r交流工具建立群組解答學生疑問、發(fā)布學習通知、分享學習資源和開展直播交流等。

2.線上教學

（1）基于MOOC和SPOC的自主式線上學習。

本課程MOOC資源介紹重要知識點，SPOC資源拓展知識點和解析難點，兩者相輔相成，既保證了基本知識點不遺漏，又為學有余力的學生提供了深入學習的機會[15]。50%的學生總線上學習時長達到13.4小時，超過線上預(yù)定學時12小時，其中，學習MOOC的中位數(shù)為3.29小時，學習SPOC的中位數(shù)為9.99小時。

（2）基于網(wǎng)絡(luò)直播的教師傳授式線上教學。

受疫情影響，線下面授通過線上直播的方式進行了靈活轉(zhuǎn)換。與MOOC和SPOC不同的是，直播課程既強調(diào)了線上資源的重點和考點，也詳盡介紹了難點，比如聲速、波動方程等公式的推導和客觀噪聲評價量與主觀噪聲評價量關(guān)系等。本課程還采取索引式概括和案例引導方式引出核心知識點。通過索引式概括，學生進一步明確了本課程所講授的物理性污染控制措施、原理和關(guān)鍵的物理量；通過設(shè)計案例引導的方式，可幫助學生從問題出發(fā)，激發(fā)學生的好奇心，提高學生的主動性，使其學習目標更明確。

3.線下教學

線下教學采用PBL教學方法，學生分組討論一個實際工程和社會案例，將學習知識與探究問題相結(jié)合，在探究過程中獲取、應(yīng)用和更新知識點[10]。例如，本課程針對新冠疫情期間某國民眾認為5G通信基站是造成病毒傳染的原因而肆意進行破壞，向?qū)W生提出：“作為一名環(huán)保工程師，你的看法是什么？如何減弱民眾對未知新生事物的恐慌？請結(jié)合本課程所學的相關(guān)內(nèi)容，分析5G移動通信基站的潛在污染源特征，給出監(jiān)測和評價該類污染的方案，并對控制該類污染提出建議。”學生們均能從環(huán)境專業(yè)大方向上做出判斷，多數(shù)學生能給出定性的治理建議，但在監(jiān)測評價等定量分析方面的思考仍比較欠缺。這也說明，線上學習有助于學生掌握概念和原理等描述性知識點，但在幫助學生掌握定量分析手段方面的作用有限。

4.實踐教學

本課程是一門應(yīng)用型較強的課程，然而，專業(yè)體系中并沒有物理性污染控制設(shè)計類課程，僅在環(huán)境工程特色實驗課程中涉及了一項教學實驗，這就導致僅僅通過理論講授無法滿足工程教育認證的標準。因此，通過在課程中引入符合OBE教育模式特征的實踐教學，將提升課程教學效果[16]。本課程的實踐教學貫穿于整個課程生命周期（表1）。

表1 “物理性污染控制”課程實踐教學安排

課程實踐I旨在讓學生通過閱讀近20年中國輻射環(huán)境年度質(zhì)量報告了解我國在輻射環(huán)境治理方面所取得成果和存在問題。本次課程實踐中，學生分工協(xié)作開展閱讀資料、整理報告和演示匯報等。課程實踐II旨在發(fā)揮學生主觀能動性。學生自主選定實踐主題，利用所學知識設(shè)計實踐方案，使用相關(guān)儀器完成污染監(jiān)測并進行評價，通過分析軟件進行數(shù)據(jù)處理和展示，在完成實踐報告并制定控制方案后還要能在短時間內(nèi)凝練和匯報實踐成果。實踐資源庫由“教師引導”的4個實踐案例拓展到“學生實踐”的10個案例（表2），通過比較學生實踐成果與教師設(shè)定實踐主題，發(fā)現(xiàn)學生在教師引導下，發(fā)揮了較強的主觀能動性，主要表現(xiàn)為：（1）對于同一物理污染類型，關(guān)注了多場景中該類污染的狀況和制定控制方案；（2）關(guān)注教師設(shè)定實踐主題以外的其他物理性污染評價和控制；（3）考慮了多種物理性污染復合存在情景，并開展了綜合性評價與控制方案制定。

表2 2021年混合式教學的實踐資源庫

在實踐匯報環(huán)節(jié)，教師與學生也有互動。學生將實踐匯報當作答辯，教師在點評過程中回顧相關(guān)知識點；學生闡述自己對實踐主題的投入和認識，教師幫學生凝練成果，指出認識上的誤區(qū)；其間，非匯報學生也積極參與組間互評環(huán)節(jié)。通過學生展示和師生點評實踐成果的方式，在“教學相長”的互動中逐步完善實踐資源庫（表2）。

5.考核形式

線上線下混合式教學模式一般采用全過程的多元化考核模式[13]，成績評定包括：（1）線上學習，視頻、作業(yè)（22%）；（2）課堂學習，學生反饋、參與度（考勤）、調(diào)研匯報、實踐展示（18%）；（3）閉卷考試，期末試題（60%）。

二、課程反饋與改革成效

1.課程反饋

通過開展問卷調(diào)查收集學生對本課程教學內(nèi)容、過程和考核等的反饋。約71%學生參與了課程反饋，調(diào)查結(jié)果能夠反映大多數(shù)學生的心聲。通過分析課程前后學生心態(tài)和想法的調(diào)查反饋可知，大多數(shù)學生表達了對本門課程的學習興趣，但對學習該課程的實用性前景依然比較迷茫；由于課程涵蓋內(nèi)容較多較雜，部分學生對于如何靈活運用相關(guān)知識表現(xiàn)出一定的迷茫。學生能力評估結(jié)果表明，59.1%～77.3%的學生認為能力水平得到提升，初步具備了物質(zhì)和能量污染并存且同等重要的環(huán)境整體意識。針對本課程目標實現(xiàn)情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，90%以上的學生形成了物質(zhì)和能量污染的環(huán)境污染綜合認識觀，68%以上的學生能運用課程內(nèi)容開展環(huán)境污染治理和生態(tài)文明建設(shè)，50%以上的學生具備了運用高級思維評估和治理物理性污染的能力。學生在自主性、協(xié)作性、批判性、研究性、思辨性和表達力等“五性一力”感覺有提升的比例分別為90.9%、90.9%、36.4%、63.6%、40.9%和59.1%，這說明，大多數(shù)學生在自主性、協(xié)作性、研究性和表達力方面有了很大的提升，而在批判性和思辨性方面獲得感較弱。總之，學生在能力方面的獲得感得到了提升，本課程基本實現(xiàn)了預(yù)設(shè)的課程目標。

在本課程采取的多種教學形式中，60%以上的學生對項目探究和案例點評的印象深刻，其次是研討辯論、邊講邊練和同伴講評。86.4%的學生對課程調(diào)研活動給出了4分以上（滿分5分）的滿意度，63.6%的學生對課程實踐環(huán)節(jié)和翻轉(zhuǎn)課堂教學給出了5分的滿意度，77.3%的學生對相互評價環(huán)節(jié)給出了4分以上的滿意度。針對本課程的學習量，80%以上的學生認為課堂作業(yè)、在線測試、實踐報告的學習量適中，而只有不足75%的學生認為課下作業(yè)、線上視頻、課程實踐的學習量適中。需要指出的是，45.5%的學生在上完本門課程后，對考試還是比較自信，另有36.4%的學生擔心考試會考核未強調(diào)的知識點，對復習沒有底氣。

針對本課程采取的線上線下混合式的教學模式，59.1%的學生認為線上學習起到了預(yù)習課程作用，線下學習針對性更強、重點更突出，線上一遍線下一遍學習，對課程的印象更加深刻；27.3%的學生認為線上課程可以回放，不懂了可以多聽幾遍，更有利于接受基本原理，線下課程對知識點介紹太快，容易錯失關(guān)鍵信息；13.6%的學生更傾向于線下學習。90%以上的學生對教學過程中采取的回顧線上教學基本知識點、深入剖析重難點、研討案例相關(guān)知識亮點、匯報展示、邊講邊練邊評和以點評作業(yè)形式講解知識點等教學形式給出了4分以上的滿意度。混合式教學作為一種新鮮的教學模式，給學生帶來了不同以往的教學體驗，59.1%的學生希望其他課程也能采取這種混合式教學模式，另有36.4%的學生并無明顯偏好。上述調(diào)查結(jié)果說明了，本門課程采取線上線下教學模式是值得推廣的。

2.改革成效

（1）成功建成線上線下混合式課程。

本課程采取線上線下混合式改革時已具備了一些先決條件，如在前兩年的教學過程中分別開展過了線下教學和線上教學，在上述兩種教學形式上具有一定的實踐經(jīng)驗；教師團隊熟悉線上線下教學的軟硬件，如智慧教室、雨課堂、超星學習通、釘釘?shù)龋徽n程知識點比較零散且難度適中，便于學生開展線上自學。然而，疫情導致學生無法正常返校開展線下學習，這使得課程改革無法按照預(yù)期開展。本著混合式為課程核心，鍛煉學生自主性為課程目標，教學團隊將線上直播教學作為了線下教學的補充。學生返校后，調(diào)整了一部分計劃，繼續(xù)開展了線下教學。無論是線上直播還是線下傳授，均是基于學生在線上學習后先知先覺的情況下，開展重難點和考點的講授，讓學生的線上學習知識得到了極大的鞏固。綜上，“物理性污染控制”線上線下混合式轉(zhuǎn)型基本成功。

（2）學生的自主性得到了極大釋放。

本課程開設(shè)第一年專門設(shè)定了“課前回顧”環(huán)節(jié)，讓學生自己回顧上次課程的關(guān)鍵知識點。然而，上述改進措施依然無法激發(fā)學生的自主性。大學教育是通往社會教育的過渡，更應(yīng)該教會學生自主學習的能力。線上線下混合式教學方式屬于下放一部分教師的教授權(quán)利給學生自己，讓學生自己教自己，這是對學生自主性的極大鍛煉，考慮到不是每個學生都有較強的接受能力和自學能力，線下教學依然有存在的必要。在混合式教學過程中，混合多樣的實踐教學，同樣啟發(fā)了學生的自主性，從自主選題到撰寫報告，再到匯報答辯，每個環(huán)節(jié)都由學生自主完成；此外，學生參與到匯報評分中，又鍛煉了學生的評判力，進一步提高了學生的參與感。在混合式教學過程中，學生的自主性得到了極大釋放。

（3）教師的角色作用發(fā)生了顯著變化。

“師者，傳道授業(yè)解惑也。”關(guān)于教師的角色和作用，在大中小學不同層次的教育中存在差異。教師在中小學教學過程中，往往顯得相對更加“高高在上”，因為他們的知識和閱歷遠遠多于中小學生，因此，學生對教師往往心懷敬畏之心，也做到言聽計從，相信多于質(zhì)疑，追隨多于反叛。而進入大學，學生的心智趨于成熟，能從多種渠道獲得相關(guān)知識，并具備一定批判性思辨能力。教師在大學課堂的教學過程中采取類似中小學教師的傳統(tǒng)教學方式，已無法滿足當前學生多樣化的需求。線上線下混合式教學，線上線下僅僅是教學形式，而混合式才是核心，只有發(fā)揮混合式產(chǎn)生的多樣性優(yōu)勢，才能滿足學生的需求，創(chuàng)建一個多元化且包容的課堂，教師在這個過程中亦師亦友亦生，學生在這個過程中亦生亦友亦師，整個課堂貌似無中心，卻又處處是中心，教師的角色由課堂的中心轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生和教師都是課堂的中心，教師的作用不僅是傳道授業(yè)解惑，更是成為學生知識增長和能力精進的協(xié)助者。

三、課程特色與創(chuàng)新

1.課程特色

（1）聚焦城市場景，結(jié)合案例學習物理性污染控制基本理論和控制技術(shù)。

2019年，中國城鎮(zhèn)人口占比超過60%，城鎮(zhèn)群眾對美好城市生活的需求也日益旺盛，解決城市面臨的物理性污染問題是提高城市居民生活品質(zhì)的最后一環(huán)，城市物理性污染的強弱也是檢驗城市宜居與否的重要標準之一。本課程重點關(guān)注城市物理性污染及其控制，課程的案例研討、課題研究、課程實踐等應(yīng)用場景聚焦于城市實際案例，學生從案例中識別物理性污染，學習解決之道，而后獲得啟發(fā)并將所學所知應(yīng)用于具體實踐。

（2）瞄準前沿產(chǎn)業(yè)，探究性學習解決新工科產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的能量污染問題。

隨著“中國制造2025”和應(yīng)運于新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)要求的新工科發(fā)展，新工科帶來的能量密集輸入勢必帶來各種能量污染。本課程不僅僅傳授已知知識，同時，布局未來，探究式地學習未來產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生的能量污染，并嘗試性地提出解決之道，培養(yǎng)學生活學活用經(jīng)典知識的能力。

（3）融入課程思政，漸進式培育學生結(jié)合中國實際和服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)的能力。

通過具有中國特色的前沿性、時代性的“城市問題”“中國故事”“環(huán)保人物”等物理性污染控制的實踐案例，將課程內(nèi)容刻畫得生動活潑，使學生熱愛本課程、本專業(yè)、本學科，從而由被動學習逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習。

2.創(chuàng)新點

（1）建立獨具特色的教學與實踐資源庫。

本課程改革重點之一是建立適應(yīng)于新時代、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的特色教學資源和實踐案例庫，保證每屆學生都能感受到所學知識貼近生活，并且學有所用。本課程的教學資源庫和實踐案例庫在課程實施過程中得到完善。

（2）采取優(yōu)化組合的多元教學組織形式。

通過多變的教學組織形式，實施翻轉(zhuǎn)課堂——混合式教學模式調(diào)動學生的積極性和改善教學效果，培養(yǎng)學生自主性、協(xié)作性、批判性、研究性、思辨性和表達力等課程知識以外的科學素養(yǎng)。

（3）將實踐環(huán)節(jié)貫穿于課程全過程。

采取線上教學、課堂翻轉(zhuǎn)和考試考核的全過程成績評定方式避免一考定終身。學生在收獲知識的同時，也將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品、作品等成果，從而使學生對這門課程從了解到理解，再到應(yīng)用和分析，而后可綜合和評價，最后產(chǎn)出新想法或新成果，增加其獲得感。

四、課程建設(shè)的不足與反思

1.不足

本課程建設(shè)依然存在如下不足：（1）部分教學內(nèi)容無法適用于混合式教學；（2）過于關(guān)注教學形式而非教學內(nèi)容；（3）師生互動未被很好地運用于課堂；（4）實踐環(huán)節(jié)重學生而輕師生互助；（5）師生角色的轉(zhuǎn)變未體現(xiàn)在教學中。

2.反思

在建設(shè)“物理性污染控制”課程的過程中，課程團隊在3年里分別做了線下課程、線上課程和線上線下混合式課程，對多種教學模式均有一定嘗試，最終決定采用線上線下混合的模式。上述決定并非僅僅為了實現(xiàn)課程改革目標，而是這種模式具有“常為新的”的內(nèi)核，具有多元化的目標，能夠滿足學生多樣化的需求，更能培養(yǎng)出具有獨立研究能力和判斷力的終生學習者。這種模式也將有助于課程的不斷更新和迭代，最終師生共成長、同受益。