“木質(zhì)素及其利用”課程線上教學(xué)模式的實(shí)踐探索

郝 翔 彭 鋒

(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

“木質(zhì)素及其利用”是北京林業(yè)大學(xué)林業(yè)工程專業(yè)大三學(xué)生的一門重要專業(yè)課程，是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的綜合基礎(chǔ)課程，在林產(chǎn)化工類專業(yè)教學(xué)體系中占有十分重要的地位。“木質(zhì)素及其利用”課程教學(xué)內(nèi)容知識面廣，主要涉及木質(zhì)素結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素改性以及木質(zhì)素應(yīng)用(醫(yī)藥、油田化工、塑料及日用化工)等3大領(lǐng)域，需要學(xué)生具有“高分子材料”“化學(xué)工程”“植物纖維化學(xué)”課程的基礎(chǔ)知識。另外，為了在有限的32學(xué)時(shí)內(nèi)保證“木質(zhì)素及其利用”課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，需對該課程教學(xué)模式進(jìn)行全面的改革探索，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求。

2019年12月新冠肺炎疫情來勢洶洶，使得廣大高等院校教師不得不將教學(xué)模式從線下轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上。筆者通過對“木質(zhì)素及其利用”課程調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生反映自己自律性差、線上學(xué)習(xí)容易被手機(jī)及家里環(huán)境干擾、課后很難堅(jiān)持回放課堂視頻內(nèi)容。但為了響應(yīng)“停課不停教”“停課不停學(xué)”的號召，保證教學(xué)工作的順利開展，“木質(zhì)素及其利用”課程組決定利用“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”的教學(xué)模式開展線上教學(xué)，讓學(xué)生參與到線上教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，將趣味性和開放式討論教學(xué)貫穿于整個(gè)課程教學(xué)中。

一、“木質(zhì)素及其利用”課程傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

(一)課程教學(xué)內(nèi)容陳舊，前沿知識補(bǔ)充不足

近10年以來，“木質(zhì)素及其利用”課程一直以《木質(zhì)素化學(xué)及改性材料》(第一版)作為教材[1]，其內(nèi)容已經(jīng)完全落后于相關(guān)學(xué)科專業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，由于木質(zhì)素屬于典型的生物質(zhì)大分子，如果教學(xué)內(nèi)容不引入高分子專業(yè)學(xué)科相關(guān)內(nèi)容，將會導(dǎo)致學(xué)生根本無法理解基本概念和理論。因此，該課程內(nèi)容急需更新補(bǔ)充木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和利用的新理論和新技術(shù)。

(二)學(xué)生的教學(xué)參與度不夠

“木質(zhì)素及其利用”課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式是以教師為中心，學(xué)生只是教學(xué)的對象，教師和學(xué)生之間交流較少。如果只是教師一味的單方面輸出知識，不僅導(dǎo)致教師自己疲勞，也會導(dǎo)致學(xué)生養(yǎng)成死記硬背而不去思考的壞習(xí)慣。同時(shí)，這種教學(xué)模式也根本無法適應(yīng)線上教學(xué)的需要。

(三)課程考評方式不合理

近10年年來，“木質(zhì)素及其利用”課程的考評方式一直以期末考核為主，平時(shí)考核成績所占比例較少，導(dǎo)致學(xué)生期末考核時(shí)死記硬背知識就能拿到一個(gè)滿意的分?jǐn)?shù)。這一方面對一部分平時(shí)學(xué)習(xí)積極性較高的學(xué)生不公平，打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；另一方面也造成教師采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式開展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，無學(xué)生愿意參與教學(xué)討論。

二、“木質(zhì)素及其利用”課程“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”線上教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

傳統(tǒng)“先教后學(xué)”的教學(xué)模式，是指學(xué)生先在課堂上接收授課內(nèi)容，之后在課下通過整合思考和做習(xí)題來吸收本節(jié)課的知識[2]。而翻轉(zhuǎn)課堂改變了教學(xué)方法，做到了“先學(xué)后教”“以學(xué)定教”，并將學(xué)生的學(xué)習(xí)過程分為了淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)。學(xué)生經(jīng)過課前教師給的內(nèi)容提綱先進(jìn)行查找資料的淺層學(xué)習(xí)，之后教師在當(dāng)堂授課中對學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行更深層次的解讀，促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂要求教師更多地作為引導(dǎo)者和整合者來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，這對學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度、找到合適的學(xué)習(xí)方法有很大幫助[3-4]。

線上翻轉(zhuǎn)課堂和常規(guī)翻轉(zhuǎn)課堂最大的區(qū)別就在于課堂形式的不同[5]。雖然常規(guī)翻轉(zhuǎn)課堂也包括線上和線下授課形式，但其多以線下授課為主體，輔以線上短視頻或其他的練習(xí)、測驗(yàn)，整個(gè)過程學(xué)生仍然受學(xué)習(xí)環(huán)境和集體學(xué)習(xí)氛圍的約束。而線上翻轉(zhuǎn)課堂所有的學(xué)習(xí)內(nèi)容只能依靠網(wǎng)絡(luò)平臺來實(shí)現(xiàn)，學(xué)習(xí)環(huán)境也從教室轉(zhuǎn)變到了家里，學(xué)生基本沒被監(jiān)督和約束，很容易放松和懈怠。因此，對于線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)而言，教師如果進(jìn)一步引入?yún)⑴c式教學(xué)模式，即以學(xué)生為主體，讓學(xué)生最大程度地參與到教學(xué)活動(dòng)中，無形之中集中了學(xué)生的注意力，使線上“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”教學(xué)模式的應(yīng)用成為可能，見圖1。

圖1 “木質(zhì)素及其利用”課程“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”線上教學(xué)模式的實(shí)施過程

(一)線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的課前準(zhǔn)備

課前準(zhǔn)備是線上“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”教學(xué)模式的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，主要可分為線上教學(xué)平臺的選擇、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和學(xué)生課前資料的搜集3個(gè)環(huán)節(jié)。

1.線上教學(xué)平臺的選擇

新冠肺炎疫情期間，大量線上教學(xué)平臺應(yīng)運(yùn)而生，主要有騰訊課堂、騰訊會議、釘釘和ZOOM等。“木質(zhì)素及其利用”課程組考慮到學(xué)生人數(shù)以及教學(xué)內(nèi)容的需要，選用了不同的教學(xué)平臺開展教學(xué)活動(dòng)。比如，針對理論知識，木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)、提取分離和理化性質(zhì)的內(nèi)容，選擇了騰訊課堂對學(xué)生課前準(zhǔn)備的內(nèi)容進(jìn)行答疑，幫助學(xué)生剖析疑難重點(diǎn)問題，同時(shí)視頻素材的播放也更為流暢；針對木質(zhì)素應(yīng)用的實(shí)例內(nèi)容，選擇了騰訊會議，由教師與學(xué)生共同對某一個(gè)實(shí)例進(jìn)行深入的探討。

2.線上教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

“木質(zhì)素及其利用”課程線上“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”教學(xué)模式對教學(xué)內(nèi)容要求極高，需要同時(shí)兼顧專業(yè)性和趣味性。該課程中的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和提取內(nèi)容應(yīng)以專業(yè)性內(nèi)容為主，并結(jié)合高分子專業(yè)教材的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對于木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，筆者引入了《高分子物理》(第三版，何曼君)中“高分子的鏈結(jié)構(gòu)”這一章的相關(guān)知識點(diǎn)，可幫助學(xué)生在課前自學(xué)階段完整理解木質(zhì)素三維結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

對于木質(zhì)素分離提取部分，則加入《新編高聚物的結(jié)構(gòu)與性能》(何平笙)中“高分子溶液”這一部分的相關(guān)內(nèi)容，通過聚合物“溶脹-溶解”過程機(jī)理幫助學(xué)生理解木質(zhì)素在提取過程中的結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化特征。

對于木質(zhì)素應(yīng)用部分內(nèi)容，筆者在內(nèi)容設(shè)計(jì)上更側(cè)重于趣味性，加入了適量的動(dòng)畫和視頻演示，并在每一章小結(jié)后設(shè)置了大量的開放性問題。例如，在講授木質(zhì)素在塑料領(lǐng)域中的應(yīng)用時(shí)，考慮到學(xué)生對塑料認(rèn)識不夠，筆者制備了相關(guān)動(dòng)畫幫助學(xué)生快速了解塑料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。隨后，在木質(zhì)素塑料性能部分設(shè)計(jì)大量與教學(xué)內(nèi)容息息相關(guān)的開放式問題。例如，為什么不能熔化塑料杯去做口罩？增塑劑是怎么能讓“鋼鐵直男”般的塑料變得“柔情似水”？為什么有的塑料可以回收，而有的塑料只能掩埋？緊跟著這些問題，加入了與木質(zhì)素塑料實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的在線科普視頻，加深了學(xué)生對木質(zhì)素在塑料領(lǐng)域中應(yīng)用的認(rèn)識。通過在教學(xué)內(nèi)容中引入動(dòng)畫演繹、開放式問題以及科普視頻講解，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，讓學(xué)生在線上始終保持較高的注意力和參與度。

此外，還通過課前調(diào)研的方式充分了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和需求，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了針對性的調(diào)整和補(bǔ)充。通過課前教學(xué)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對木質(zhì)素在化妝品中的應(yīng)用這一部分內(nèi)容表現(xiàn)出較高的關(guān)注度，占比達(dá)80%。因此，有針對性地加入了木質(zhì)素防曬霜和面膜兩部分教學(xué)內(nèi)容，通過課后反饋發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對該部分教學(xué)內(nèi)容評價(jià)最高、教學(xué)效果最好。

3.學(xué)生自主收集學(xué)習(xí)資料的引導(dǎo)

線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)是學(xué)生自主搜集資料和分辨有效信息的能力。鑒于大三學(xué)生對于知網(wǎng)以及Web of Science等網(wǎng)站并不能熟悉使用，在“木質(zhì)素及其利用”課程開始前，筆者將相關(guān)科技文獻(xiàn)檢索方法和技巧分享在公共群里，引導(dǎo)學(xué)生去瀏覽一些重要的學(xué)習(xí)資料網(wǎng)站，如小木蟲論壇、粉筆網(wǎng)等，幫助他們在課前能夠快速搜集學(xué)習(xí)資料。在資料搜集任務(wù)的安排上，難度由淺入深，逐步培養(yǎng)學(xué)生課前自主搜集資料的能力和習(xí)慣。此外，通過分享課程重點(diǎn)知識和思維導(dǎo)圖，將每個(gè)章節(jié)的難點(diǎn)及時(shí)標(biāo)出，進(jìn)一步減輕了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。

(二)線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的組織實(shí)施

1.穿插大量實(shí)例，分析解析理論知識

在線上課堂上，筆者對相關(guān)理論知識通過大量實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)解析，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入“深度學(xué)習(xí)”階段。為了能夠充分吸引學(xué)生線上注意力，筆者對大量的專業(yè)術(shù)語進(jìn)行了通俗易懂的解釋。例如，對于木質(zhì)素玻璃化溫度的解釋，定義是“木質(zhì)素由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由后者向前者的轉(zhuǎn)變溫度，是木質(zhì)素鏈段自由運(yùn)動(dòng)的最低溫度”，對此學(xué)生均反映十分晦澀難懂。為此，筆者利用圖文將玻璃化溫度解釋為“把高分子鏈比作一條蛇，它的爬行是通過身體分段扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，玻璃化溫度就是指當(dāng)這條蛇(高分子鏈)冬眠的時(shí)候，它的身體分段(鏈段)蠕動(dòng)的溫度”，這使得學(xué)生印象十分深刻。

在理論知識解釋時(shí)，筆者還穿插了大量的生活實(shí)例，不僅可以幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容，還可以迅速調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在帶領(lǐng)學(xué)生掌握表面活性劑溶解木質(zhì)素的原理時(shí)，通過引入生活中洗發(fā)水清潔頭發(fā)的原理快速帶領(lǐng)學(xué)生了解表面活性劑背景知識。同時(shí)，利用紙張隨時(shí)間久置自發(fā)彎曲的現(xiàn)象，幫助學(xué)生了解木質(zhì)素減水劑在混凝土中對熱膨脹系數(shù)的影響。通過生動(dòng)活潑的教學(xué)語言，有意地將生活常識與專業(yè)知識進(jìn)行結(jié)合，避免了照本宣科的生搬硬套，極大地增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣。

2.組織學(xué)生線上討論，分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)

為了幫助學(xué)生對授課內(nèi)容進(jìn)行思考延伸，并避免線上學(xué)習(xí)過程中開小差的問題出現(xiàn)，筆者共設(shè)計(jì)了以下4個(gè)開放式討論問題：討論木質(zhì)素三種基本結(jié)構(gòu)(愈瘡木基、紫丁香基和對羥苯基)的異同點(diǎn)、液體木質(zhì)素制備的可能性和難點(diǎn)、木質(zhì)素是否有望成為新一代生物基塑料以及木質(zhì)素在化妝品中應(yīng)用的困境和機(jī)遇。這4個(gè)開放性問題的設(shè)置和討論，可幫助學(xué)生在討論過程中進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，也讓教師對學(xué)生課堂內(nèi)容理解程度有一個(gè)完整的把握，并可對學(xué)生討論時(shí)產(chǎn)生的疑惑進(jìn)行及時(shí)反饋。

(三)線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的課后考評

為了考核“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”教學(xué)模式的有效性，新冠肺炎疫情線上教學(xué)期間，筆者大膽創(chuàng)新考核方式，采用“以評為主，以考為輔，考評結(jié)合”的評價(jià)形式對學(xué)生進(jìn)行最終成績評定。在新的評價(jià)體系中，“考”的權(quán)重只占30%，剩下的70%由“評”為主導(dǎo)。

在“考”的過程中，對結(jié)課論文主題的要求不再是以往寬泛的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，而是以多種開放式的問題甚至是前沿科技報(bào)道為主。例如，設(shè)置了“木質(zhì)素中空納米球制備方法和微觀機(jī)理”“深色木質(zhì)素產(chǎn)生的原因和避免方法”“木質(zhì)素用于食品薄膜的可能性和前景”等多個(gè)開放式論文題目，要求學(xué)生結(jié)合上課內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研，對小組討論內(nèi)容和課前的思維導(dǎo)圖進(jìn)行復(fù)盤、梳理和總結(jié)，強(qiáng)調(diào)在論文中體現(xiàn)問題的提出和思考的過程。由于相關(guān)主題在內(nèi)容上與上課內(nèi)容緊密結(jié)合，且無法通過網(wǎng)絡(luò)直接百度搜索得到，能夠很大程度上對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行有效的考查。

在“評”的過程中，筆者注重多元化成績的評定，以課堂練習(xí)、分組討論、PPT分享等多種方式進(jìn)行考評。其中，課前資料搜集部分占比20%，課中開放式討論占比30%，經(jīng)驗(yàn)分享或辯論質(zhì)疑占比20%。

三、“木質(zhì)素及其利用”課程“翻轉(zhuǎn)課堂+參與式”線上教學(xué)模式的實(shí)施效果

(一)提高了學(xué)生的自學(xué)能力和參與性

由于學(xué)生考評成績直接與課程參與度掛鉤，極大程度提高了學(xué)生的參與性和自主學(xué)習(xí)能力。對40名林業(yè)工程類大三本科生進(jìn)行的調(diào)研結(jié)果顯示，有85%的學(xué)生覺得自己能夠完全參與到線上課堂教學(xué)過程中，只有15%的學(xué)生認(rèn)為由于前期基礎(chǔ)不牢而導(dǎo)致很難有勇氣參與到課程討論中。同時(shí)，有90%以上的學(xué)生覺得上課內(nèi)容有趣，教師分享的資料搜集技巧能夠幫助他們提高效率，使他們能有效地進(jìn)行自發(fā)式探究。因此，筆者認(rèn)為改革后的“木質(zhì)素及其利用”課程教學(xué)能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深他們對專業(yè)知識的掌握，對學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成及創(chuàng)新思維的鍛煉起到了積極的作用。

(二)培養(yǎng)了學(xué)生的質(zhì)疑能力

在“木質(zhì)素及其利用”課程實(shí)踐過程中，大部分學(xué)生自行調(diào)研了有關(guān)木質(zhì)素利用的前沿資料，并通過課堂小組討論的方式進(jìn)行了激烈的探討，逐步培養(yǎng)了自己勇于發(fā)問敢于質(zhì)疑的精神。質(zhì)疑是開啟創(chuàng)新之門的鑰匙，課后調(diào)研顯示有15%的學(xué)生通過課堂開放式討論內(nèi)容而產(chǎn)生自己的科研想法，進(jìn)而提前進(jìn)入相關(guān)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研活動(dòng)。其中，與木質(zhì)素相關(guān)的大學(xué)生科研項(xiàng)目中，有1人申請到國家級大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目，2人申請到北京市級大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。

資助項(xiàng)目：北京林業(yè)大學(xué)2020年教育教學(xué)改革項(xiàng)目——“木質(zhì)素及其利用”課程參與式教學(xué)模式探索，項(xiàng)目編號BJFU2020JY057；北京林業(yè)大學(xué)2020課程思政教研教改專項(xiàng)課題“造紙專業(yè)專題講座(雙語)”，項(xiàng)目編號2020KCSZ148。