農業生物質資源化工程課程交互混合式教學模式探索

摘" 要：農業生物質資源化工程是以化學、微生物學、能源工程和機械設計等學科知識交織融合與滲透的綜合應用型課程，課程圍繞生物質高值化利用作展開。針對課程呈現出知識結構復雜、體量大、跨度廣和理論知識晦澀難懂等特點，通過對課程及教學過程存在的問題進行分析，基于OBE-CDIO理念提出構建交互混合式教學模式對課程的教學內容及教學過程進行改進，滿足當今社會快速發展的農業工程專業的人才需求。

關鍵詞：生物質資源化；交互混合教學；教學模式；成果導向；教學實踐

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）06-0150-04

Abstract： Agricultural biomass resource engineering is a comprehensive applied course based on chemistry， microbiology， energy engineering， mechanical design and other disciplines， which focuses on the high-value utilization of biomass as the research object. Considering the fact that the curriculum has the characteristics of complex knowledge structure， large volume， wide span and obscure theoretical knowledge， through the analysis of the problems existing in the curriculum and teaching process， and based on the concept of OBE-CDIO， this paper proposes to construct an interactive hybrid teaching model to improve the teaching content and teaching process of the course， so as to meet the talent needs of the rapidly developing agricultural engineering specialty in today's society.

Keywords： biomass resource utilization; interactive mixed teaching; teaching model; achievement orientation; teaching practice

農業生物質資源化工程是學生了解與探究農業生物質循環利用技術的啟蒙課程，更是培養學生解決實際生物質資源工程技術問題的能力和綜合創新能力的專業主干課程，課程教學質量會直接影響學生是否能夠將知識技能轉化為實際工程實施應用的能力。“問學生志趣變方法，創新工程教育方式與手段” 的新工科建設行動路線說明，無論是在“3060”雙碳目標還是新工科背景下，尋求更適合學生學習與掌握的農業生物質資源化工程課程內容的教學模式與方法是緊迫且必要的[1]。

1" 農業生物質資源化工程課程教學現狀與思考

農業生物質資源化工程課程主要是研究農業廢棄生物質資源化技術與理論的一門綜合應用型課程，從生物質定義出發到多種生物質資源轉化技術（如利用生物質沼氣發酵、生物質制氫、生物質氣化燃料、生物質液化燃料、生物質燃料乙醇、生物柴油和生物質固體燃料等），這些轉化技術涉及到生物方法、化學方法、物理方法，其對應的基礎理論跳躍性大，從而導致課程教學過程鏈條存在“斷點”。此外由于在利用這些方法的轉化技術成熟度方面也存在較大差異，有些技術還處于起步期或發展期，整體技術產業仍處于實驗室階段或者中試規模，工程技術體系還不夠完善；有些技術已經實現規模化、工程化、產業化。因有些技術仍處于實驗室階段或中試規模，受制于這一課程特點，在教學過程中教與學均存在一些難點。

1.1" 課程基礎理論跳躍性大、章節之間缺乏連續性，課堂教學連貫性差

由于不同的生物質資源轉化技術之間的知識結構內容均存在較大差異，這導致課程各個章節技術內容銜接不緊密，授課知識內容具有一定的跳躍性，基礎理論存在“斷檔”問題，這在增加教學難度的同時也增加學生接收并掌握知識的難度。此外，課程內容受知識技術時效性的影響，導致教材中所研究的技術理論還處于生物質資源轉化技術理論不完善、技術不成熟且相關資源產業發展不充分的階段，且教材未能囊括應用于現代化、智慧化、工業化的前沿生物質資源轉化技術，知識內容架構未完善規劃，這導致學生所掌握相關技術知識難以滿足目前生物質資源技術發展的需求。

1.2" 教學內容繁多，課堂教學效率有待提高

農業生物質資源化工程課程內容共10章節，從基本定義到轉化技術再到工程應用實例的講述，意味著教師的教學任務難度大，學生對知識內容的消化理解難度大。目前教學過程中教師大多采用照本宣科、灌輸式等以教師為課堂主體的傳統教學理念與方式，這無法實現課程教學過程矛盾的化解。此外，課程內容作為學習活動的核心，必須對其進行精簡提煉，有的放矢，突出重點，并通過合理得當的教學方式實現在有限課時內將課程內容傳授于學生。

1.3" 課程評價方式單一，不利于課程內容反思改進

課程采用傳統的較為單一、單向的評價方式，但是這種考核帶有明顯的應試教育特點，缺乏過程考核、激勵考核機制，不能及時跟蹤反饋、真實有效評價學生的知識掌握情況，更忽略了對學生的工程思想及綜合素質能力進行多元化、立體化的評價。此外課程考核作為教學過程中重要的一環，不僅是檢查學生掌握知識或技能的重要手段，還是用于檢驗教師教學質量的反饋途徑，考核評價體系的不完善不利于教師對課程內容進行及時改進。

農業生物質資源化工程課程現有的課程教學模式難以滿足培養具備全球視野、社會意識及工程設計思維、數字化思維、批判思維的高素質復合型資源工程技術人才的需求。因此如何通過農業生物質資源化工程課程提升學生多維度、多層次、多方面的思維意識，是需要在教學過程中思考的問題。

2" OBE-CDIO教育理念和混合式教學模式

2.1" OBE-CDIO教育理念

成果導向（Outcome-Based Education， OBE）教育的核心是以學生為中心的教育模式，將在學習過程中學生的主體表現及學習目標實現程度作為課程教育質量的重要考核指標，并將教學結果反哺課程教學活動[2]。構思-設計-實現-運作（Conceive-Design-Implement-Operate， CDIO）教育理念是以實際的項目工程案例驅動教學模式為基礎，在整個教育設計過程中始終秉承以問題、目標為導向，使學生在工程案例的實踐過程中不斷累積經驗智慧，構建工程體系知識，然后將獲取的經驗反作用于工程實踐[3]。另外CDIO教育理念提出課程內容不僅局限于教材，而是將課程知識擴展到圍繞項目實例展開豐富詳實且系統化的工程項目技術內容，雖然CDIO教育理念在我國已經被研究近20年，其雖然已經滲入到各個高校專業人才培養的各個領域并且獲得顯著成效，但是作為舶來理念在教育過程中的本土化應用仍存在一些問題[4]。因此在課程教學過程中應用CDIO教育理念要緊密聯系課程特性，并在理念實施過程進行詳細設計并考慮實施效果的評價體系與相關細則的構建。

2.2" 混合式教學模式

混合式教學模式是將傳統課堂面對面學習體驗與在線學習體驗進行優化組合，通過采用合理的時間分配、媒體技術、契合的學習資源與相關學習活動形式，提高學生在課程學習過程中的學習體驗，實現教學效果優化[5-6]。在采用混合式模式教學時，教師從傳統的教學模式中單一的知識傳授者轉變為教學活動的布局者與參與者，在教學過程中發揮好總體設計、引導的作用，使得學生在混合式教學模式中可相對靈活地選擇適合自己的學習方式，增加主動學習與思考的機會，激發學生作為學習主體的內生動力。

3" 基于OBE-CDIO教育理念的交互混合式教學模式構建

以成果為導向的OBE理念和以能力培養為主線的CDIO理念兩者相輔相成，且與混合式教學模式在培養學生的目標上具有一致性，因此將OBE-CDIO教育理念與混合式教學模式進行有機融合，在以成果導向的基礎上強調發揮培養卓越工程科技人才優勢與混合式教學模式提高課堂效率的優勢，但是在實際的課程教學過程中，如何實現理念與模式的有效融合，培養具備多學科交叉能力、自主學習能力、國際競爭力的綜合型工程技術人才，需要對基于OBE-CDIO理念的交互混合式教學模式進行深入探討。

以農業工程專業核心課程農業生物質資源化工程課程為例，詳細設計了交互混合式教學的總體思路與方案，如圖1所示，將OBE-CDIO教學理念與混合式教學模式有機結合，融合OBE-CDIO的混合式課程教學體系設計主要由項目化課程教學內容、混合式教學、混合教學評價三大模塊組成，且整個課程模塊的實施均在智慧化、信息化的技術支撐下進行。由圖1可知，課程教學體系架構是以智能信息化技術為依托，以模塊化（生物、化學、物理轉化技術）、層次化（起步、發展與成熟期技術）的教學內容為基礎，通過采用混合式教學模式建立多段式（課前、課上、課后）教學過程，并制定多元化的評價考核體系。

4" 基于OBE-CDIO的交互混合式教學的實施舉措

4.1" 課程教學內容優化設計

融合OBE-CDIO教育理念的課程是將實際的教學內容融入到實際工程項目中，并隨著項目工程的不斷推進，逐步提高學生所掌握的知識與技能。在開展課程教學活動之前，教師通過對課程內容知識的整合分析，根據轉化技術所依照的基礎理論的共性進行項目模塊劃分，整個課程的基礎理論內容被劃分為三大轉化技術模塊：①生物轉化模塊包含沼氣發酵、生物制氫及生物乙醇發酵；②化學轉化模塊包含生物質液化、生物質氣化、生物柴油技術；③物理轉化模塊則是生物質固體燃料。通過對教學內容的重新梳理與劃分設計，最大程度上增加各教學單元內容之間的關聯性及教學內容知識的連續性。此外整個課程內容不僅著手于理論知識的講授，并按照各轉化技術的具體工程實例進行項目工程實踐教學、知識板塊的內容架構，進而根據轉化技術的理論研究發展與技術應用程度劃分為起步、發展、成熟3個層次，在整個課程中根據技術的成熟度合理分配課程時長，突出課程重點內容。課程內容項目模塊化與項目實踐教學的層次化的課程內容設計實現了由理論到應用、簡單到綜合的遞進關聯性，通過不同層次、功能的項目設計實現學生在理論指導下完成項目任務，并在項目實踐過程中構建綜合的課程知識體系，從而實現學生理論知識運用能力及綜合工程素養的不斷提升。

4.2" 課程教學方式

基于OBE-CDIO教育理念指導課程前、課程中、課程后的活動設計，通過發布項目課題方式驅動教學過程的開展。課前準備階段基于智慧信息化技術在課前通過提供高質量線上學習資源，發布課程教學導入微視頻、相關項目案例及項目課題等任務驅動學生進行多途徑自主學習，從而實現學生對新知識的預熱以及在生物質資源轉化技術方面自我知識體系構建。在課中內化階段，挖掘多媒體教學潛力方面，通過多媒體教學的形象性、直觀性、靈活性，把復雜問題簡單化，并結合教具模型將課程內容凝練成深入淺出通俗易懂的語言，以提高課堂教學過程的有效傳輸；教師根據學生課前任務的完成情況及收到的課程內容問題反饋，開展有針對性的、突出課程重點的授課過程。此外為了進一步調動學生課堂的積極性與參與度，在課堂中穿插互動方式（問答接龍、知識競賽、匯報PK和項目課題演講展示等）實現師生互動、生生互動，盡可能在最大程度上實現將課堂“還”給學生，讓學生作為課堂的“主角”，實現學生對課程內容的深入理解，增強學生思考問題、解決問題的能力。課后通過信息交流技術展開階段性測驗幫助學生總結；并不斷強化學生在完成線上測驗、項目任務的過程中遇到問題溝通交流解決問題的能力，并通過課后項目相關文件（如課題項目開題、中期報告、項目總結等）的完善不斷提升學生的綜合工程素養。

4.3" 多元化課程評價體系

課程的教學要求更加注重在課程學習過程中培養學生解決實際問題的能力和創新能力，強調學生在學習過程中的表現，因此課程考核評價不僅要綜合知識理論水平測試、課程作業、課堂表現和考勤等方面，還要包含教學過程中的階段性檢測及學生綜合能力的評價。根據所采用的模塊化、層次化、階段式課程內容教學方式，整個課程采用以“模塊化+階段化考核”為核心的評價考核方式，形成“教師+學生”“過程+結課”與“線上+線下”的立體化評價方式（圖2）。“過程+結課”評價是將學生的學習過程與學習結果進行整體綜合評價，在注重學生學習結果的同時將學習過程表現納入課程的考核體系，從而形成較為完整的學習鏈條式課程評價。學生的課程考核成績的評定包括學生評價（組間、組內評價）和教師評價（小組評價、個人評價）；“線上+線下”評價則是以“過程+考核”為考核設計依據，整個課程評價兼顧課程線上學習、小組匯報展示、分組討論和期末考試等環節的表現，并對各個知識模塊進行相對應的加權賦分，從而建立多個體、多方面、多層次的考核評價體系。此外課程的考核與課程進度緊密結合，對學生的考核覆蓋整個課程授課過程，通過動態考核有助于教師及時了解學生的學習情況，發現教學環節中存在的不足，便于對教學方式進行及時調整，從而實現農業生物質資源化工程課程教學質量的不斷提升。

5" 結束語

根據農業生物質資源化工程的課程特點，結合農業工程專業辦學特色對農業生物質資源化工程課程教學過程中存在的問題進行分析，提出將OBE-CDIO教育理念有機融入農業生物質資源化工程課程中，分別從教學理念、課程教學內容、教學方法及多元考核方式等方面進行改革探索。在開展教學改革探索過程中取得良好的效果，學生除掌握了生物質資源轉化生產方面的基礎理論知識與技術外，又培養了學生應用知識解決實際工程問題的能力，這對于強化學生的實踐能力、創新能力、綜合素質具有重要意義。

參考文獻：

[1] 林異鳳，任家智，徐善智.新工科背景下雙語教學課程實踐探索——以自動控制原理課程為例[J].創新創業理論研究與實踐，2022，5（3）：44-46.

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[3] 孟俊煥.基于CDIO工程制圖課程教學的改革與實踐[J].德州學院學報，2012，28（2）：102-106.

[4] 李懷敏，陳秀明.新工科背景下基于CDIO的混合教學研究與應用——以數據庫原理與應用課程為例[J].安順學院學報，2022，24（4）：129-134.

[5] 周蓉，沈維蕾.新工科背景下融合CDIO-OBE和翻轉課堂的混合教學模式探索——以合肥工業大學“設施規劃與物流分析”課程為例[J].物流技術，2022，41（2）：147-155.

[6] 尹來武，李長城，徐淑杰，等.現代信息技術對高等農業院校教學與學習的影響——以基于“QQ課堂+超星學習通”混合式教學為例[J].現代農業研究，2021，27（10）：42-43.