基于翻轉課堂的環境監測課程線上線下混合教學模式探索

董怡華，楊杰，高丹，藺昕，魏建兵

（沈陽大學 環境學院，沈陽 110044）

環境監測是本科院校環境科學與工程學科必修的一門專業基礎主干課[1-2]。該課程具有基礎性強、理論性強、時代感強、實踐性強等特點[3-4]，是一門涵蓋監測點布設、樣品采集、分析測試和監測質量控制與保證的系統性學科，為諸多后續專業課程的學習提供重要的支撐[5]。該課程的主要任務在于使學生熟練掌握現場調查→監測方案制訂→優化布點→樣品采集→運送保存→分析測試→數據處理→綜合評價的環境監測全過程相關基本理論知識和實際操作技能，為學生未來從事環境監測領域的工作打下堅實基礎[6-7]。然而，以教師為主體的環境監測課程的傳統教學模式存在教學目標、教學組織形式和教學活動角色等單一化的弊端，導致理想與現實、觀念與行為之間相互脫節，不能充分發揮學生的主動性和創造性思維，無法達到良好的教學效果[8-9]。為了激發學生的學習興趣和積極性，提高環境監測課程的實際教學效果，在有限課時內使學生能夠牢固掌握環境監測課程的基本理論知識和實際操作技能，有必要對傳統的教學模式進行反思和改革，構建一種既能發揮教師的指導作用，又能充分凸顯學生主體地位的新型教學模式，并在此基礎上循序漸進地實現教學內容、教學手段和教學方法的全面改革[10]。

一、線上線下混合教學模式存在的問題

“互聯網+”的快速發展推動高等教育發生了巨大變革[11-12]。基于網絡教學平臺的線上線下混合教學模式為高等院校專業基礎課的教學改革提供了一條新思路[13-14]。線上線下混合式教學是一種學生借助網絡教學平臺開展線上自主學習與教師線下課堂教學相結合，從而將傳統的課堂教學與網上在線學習深度融合的教學模式[15-16]。該教學模式克服了傳統課堂教學模式所存在的教學程序化、模式化、單一化，教學時間、空間有局限性，信息化資源和技術應用不充分，忽視學生主體地位等一系列弊端，同時也彌補了慕課教學模式所具有的缺乏師生面對面互動，學生參與度不足、缺乏浸潤式學習體驗，學習管理難等缺陷[17]。相比而言，線上線下混合教學模式具有學習方式多元化，學習環境豐富多彩，教學時間、空間靈活，能夠充分發揮信息化資源和技術的作用等明顯優勢，有效地突出了學生的主體地位，增強了學生的積極探索精神、團隊協作意識和創造能力[18-19]。然而，該混合教學模式在實踐過程中存在教學內容缺乏線上線下一體化設計。由于巨大的網絡信息量而導致學生出現“迷航”現象，無法跟蹤評價學生的線上學習效果及教師線上教學能力有待提升等問題[20]。因此，如何利用現代信息化技術設計一種更加適合環境監測課程特點的線上線下混合教學模式成為環境監測課程教學改革亟待解決的問題。

二、基于翻轉課堂的線上線下混合教學模式的設計方案

將環境監測課程教學模式設計為線上線下翻轉式課堂，其設計思路為：（1）時間維度上按照課前、課中、課后和課外四個環節實施混合式教學；（2）學習場所上按照網絡在線預習課堂、線下理實一體教學課堂、課后在線復習課堂及課外拓展實訓室等四個部分開展混合式教學；（3）學習目的與效果的設計包括知識學習與獲取信息、問題探究與技能訓練、學習鞏固和知識拓展、技能熟練與技能提升四個循次而進的階段。環境監測課程線上線下混合教學模式的整體框架由課前線上自主學習、線下課堂知識內化、課后線上作業強化和課外拓展實訓提高四個部分構成。通過診斷性評價、過程性評價、總結性評價來實現對學生的整體性評估。在整個過程中，以學習任務為明線，知識與技能、素質培養為暗線開展教學。本課程設計的混合式教學實施方案具體過程包括以下幾點。

（一）開展課前線上課堂

課前在線課堂重在培養學生自主學習和提出問題、解決問題的分析能力。學生課前通過線上網絡教學平臺獲取知識，完成觀看名師慕課視頻、在線課前測試和線上討論等，為線下探究學習和實訓為主的課堂打下學習基礎。該教學環節的實施過程為，教師利用網絡教學平臺或者手機APP 上的通知功能向學生布置線上預習任務。學生自主安排課外時間進行課前線上學習，觀看視頻，主動獲取重要知識點，解決視頻和測驗中的問題，針對自己無法解決的問題，在網絡平臺的“討論區”向教師反饋。教師通過對線上學習結果進行跟蹤統計，及時掌握學生的學習情況，收集出錯率較高的知識點及討論區集中反饋的問題，確定線下課堂教學目標和調整教學流程。

（二）實施課中線下理實一體課堂

課中線下理實一體課堂是通過師生互動實現翻轉課堂的主課堂。線下課堂是一種有目的、有組織的信息交流活動，教學活動要能夠檢驗、鞏固、轉化線上知識的學習。在線下課堂中，教師起到指導與組織教學活動的作用，而學生是教學的主體對象和實踐者。教師需根據課前在線課堂學生的預習情況，精心設計課堂教學任務與過程，做好引領討論、答疑解惑和總結點評工作。該教學環節的實施過程為：首先，教師根據學生課前線上預習遇到的重點、難點，有針對性地進行深入講解，對出錯率較高的知識點及學生在線上“討論區”集中討論和反饋的問題，在課堂教學中重點突出地做出詳細講解，引導學生去掌握理解；然后，教師再根據課前預習中反饋的共性問題確定課堂教學任務，通過頭腦風暴、創設意境或者案例的方式將任務融入其中，向學習小組發布任務，小組通過討論、分工協作、實踐操作等共同完成任務。教師在線下課堂中發揮教學引導、實時指導和考核評價的作用，促使學生更好地熟悉和掌握課堂所學的知識，訓練學生的知識遷移和創新能力。

（三）課后在線課堂

課后在線課堂是對課中線下課堂知識的回顧與鞏固，同時考核學生對已學知識的掌握，從而達到強化學習效果的目的，教師在此環節中起到線上輔導和課程網絡平臺管理的作用。其具體實施過程為：首先，教師根據課堂反饋發現學生掌握知識的相對薄弱環節，將某一特定知識點錄制的微視頻或多媒體課件等學習資源上傳至超星學習平臺并設置任務點，要求學生反復觀看并理解掌握；然后，教師根據學生線下課堂學習情況歸納總結，布置課后作業和課后實訓任務，學生需要完成課后作業，對學習進行反思總結；此外，教師也可將共性問題發布至網絡平臺或微信群開展互動交流，實現隨時隨地答疑解惑。這種交流打破了線下課堂教學受時間和空間的限制，進一步增強了教學效果。

（四）課外延續拓展實訓

課后拓展實訓需滿足學生個性化需求，可以將課內學習和課外興趣相結合，理論與實踐相結合，學習與科研相結合，從而彌補線下課堂學習中存在的不足，達到拓展知識的目的。課外拓展實訓方式靈活多樣，包括綜合實操訓練、創新創業競賽項目訓練和科研課題訓練等。其具體實施過程為，教師在網絡平臺發布課外拓展實訓任務、科研課題和各級技能競賽通知，學生根據自己的能力自主選擇參與，并綜合運用所學知識獨立地、創造性地完成拓展訓練任務。通過課外拓展實訓，提高了學生的知識應用能力、分析測試技能和科技創新能力，綜合素質得到普遍提高。

三、環境監測課程線上線下混合教學模式的實施案例

（一）構建環境監測課程網絡教學平臺

利用世紀超星信息技術發展有限責任公司自主研發的“一平三端”智慧教學平臺，構建適合學生線上學習的課程教學平臺。環境監測線上教學平臺主要包括四個模塊。

1.“課程學習”模塊

課程學習模塊是整個教學模式的核心部分之一，其中包括電子教材、多媒體課件、授課視頻和微視頻等四個部分。電子教材主要是針對優化整合后的環境監測課程教學內容編制。多媒體課件是根據整合后的教學內容，采用PowerPoint、Flash 等軟件進行演示。授課視頻為本課程授課教師線下課堂的全程授課錄像，授課視頻已進行了剪輯整理。此外，根據學生掌握知識的相對薄弱環節，授課教師將某一特定知識點錄制成微視頻。電子教材、多媒體課件、授課視頻和微視頻均上傳至超星智慧網絡教學平臺供學生自主學習。

2.“實踐學習”模塊

實踐學習模塊的網絡教學重點放在實踐虛擬仿真和內容處理上，借助現代教學手段，把視頻、動畫、圖片和實物投影等有機地結合在一起。具體實施方式為把實驗指導書、儀器介紹、示范視頻和實驗仿真模擬等多媒體資源上傳到網絡教學平臺上，供學生課前在線預習時查閱和討論。而實驗仿真模擬系統則是通過對大型分析儀器如原子吸收光譜儀、氣相色譜、液相色譜和質譜儀等裝置進行虛擬仿真模擬操作，從而使學生熟悉這些分析儀器的操作原理、操作步驟和數據分析處理等。

3.“在線交流”模塊

依托學習通手機APP 實現教師和學生課內外實時互動交流，教師和學生可以分別就理論課和實驗課中所遇到的疑惑、體會、建議等進行交流和討論。在此模塊中，還可設置若干開放性的討論話題，例如在課堂教學前，設置一些和課堂內容相關的主題，通過討論引領學生學習新的知識；或者在課堂教學后，設置相關知識延伸性的主題，通過討論加深對課堂知識的理解。

4.“自我測試”模塊

該模塊含有課前小測驗、作業與期末考試3 個欄目，由選擇題、填空題、判斷題、簡答題、方案設計題和計算題等組成，將環境監測課程的所有重點、難點涵蓋其中。在超星教學網絡平臺上的作業區，每一章節均提供課前小測驗，與“課程作業”“課程考試”形成環境監測課程的預習、復習、鞏固和考核評估體系。學生進入模塊后，系統隨機抽取題目，答題結束后提交試卷，對于填空題、簡答題、方案設計題和計算題給出標準答案供參考，對于選擇題和判斷題，系統自動打分并標示錯題題號和正確答案。

（二）建設線上線下教學資源庫

教學資源庫是開展線上線下混合教學的前提和基礎，為有效實施混合式教學提供保障。教學資源庫的建設以資源共享為目的，從而促進教學資源更好地為實際線上線下混合教學服務。環境監測課程教學資源庫包括線上和線下課程資源庫兩部分，其素材均由授課教師上傳到網絡平臺，供學生線上學習使用。環境監測課程的線上線下教學資源庫見表1 和表2。

表1 環境監測課程線上教學資源庫

表2 環境監測課程線下教學資源庫

（三）建立環境監測課程線上線下課程評價體系

環境監測課程線上線下課程評價體系采用過程評價與總結性評價相結合的方法。其中，過程評價一方面基于學生課堂中的表現、線上教學視頻觀看情況、實驗操作情況；另一方面，在每個章節完成后，增加在線作業題，結合學生在線測試成績進行進一步評價；總結性評價基于學生期末考試試卷成績和實驗報告成績進行評價。在整個教學過程中將學生的知識掌握能力、實踐能力、創新能力及分析解決問題的能力逐一作為考核重點，全面客觀地檢查學生對課程內容的掌握情況。具體體現在課程期末總成績，包括平時表現成績20%（觀看視頻10%+章節學習次數5%+出勤5%）+網絡平臺作業成績20%（共計10 次作業）+實驗成績20%（共計5 個實驗）+期末試卷成績40%。

四、環境監測課程線上線下混合式教學模式改革成效

環境監測課程充分利用線上、線下兩個教學平臺，將課前、課中、課后和課外四個環節有機結合，拓展了學習的時間和空間。在線上線下混合教學實施過程中，課程教學團隊基于實際問題的解決需要，按照循序漸進的指導思想，不斷革新地開展教學研究。在每一輪教學研究與實踐后，教學團隊都認真總結前一輪教學實踐的優缺點，在制訂下一輪的教學計劃過程中對教學模式進行修改與完善，由此形成了一套具有特色的、教學效果良好的線上線下混合式教學新模式。環境監測課程線上線下混合教學模式增加了課堂教學的直觀性和生動性，具有聲畫并茂、視聽結合、動靜相宜和感染力強的特點，使學生的學習環境變得豐富多彩，從而有效地激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性，強化感性認識，加深對所學環境監測課程知識的理解，提高了學習效果。環境監測課程線上線下混合教學模式實施三年，在網絡平臺上推送各類學習資源129個，開展案例分析、小組討論、頭腦風暴和項目實訓等各類教學活動115次，為教學質量的提高提供了有力支撐，在多次校教學督導組專家聽課中獲得高度評價，并受到2017—2019 級環境工程專業學生的歡迎和一致好評，普遍反饋這種教學模式增強了學習的動力與自信。

五、結束語

基于翻轉課堂的線上線下混合教學模式將師生面對面的課堂教學延伸至網絡教學，為學生提供了一個便于自學、自檢和收集有用信息的網絡教學資源共享平臺。線上教學具有學習時間自由，易于利用現代信息手段闡述知識點的優點；線下課堂則具有引導學生主動思考，便于交流探討，浸入感強的優點。課堂教學資源與網絡教學資源相結合增加了課堂教學的直觀性和生動性，強化學生感性認識，加深對所學知識的理解。采用線上線下雙線并行的模式開展教學，在一定程度上實現了所授課程的教學內容信息化、師生交流互動的網絡化和課程管理的智能化，實現了立體、開放和多元化的教學環境，學生主體地位凸顯，師生互動得以提高，從而塑造了學生主體、教師主導的教與學互動新關系，鞏固了學生專業知識的掌握程度，提升了學生專業綜合技能，培養了學生分析問題解決問題的能力。