汪城墻 韓悅 杜秉海 丁延芹

【摘 要】隨著多媒體技術(shù)的日益興盛以及“互聯(lián)網(wǎng)+”思維的廣泛應(yīng)用，大學(xué)的課堂教學(xué)模式也日趨多樣化。翻轉(zhuǎn)課堂作為一種逆序創(chuàng)新型的教學(xué)模式，在我國(guó)開(kāi)始實(shí)施并取得了一定成效，在工科類(lèi)課程教學(xué)中也有重要的應(yīng)用價(jià)值。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革中，本文以環(huán)境工程微生物學(xué)的知識(shí)點(diǎn)為依托，將新型教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合，以學(xué)生的“提出問(wèn)題”、“探究問(wèn)題”和“解決問(wèn)題”為主線，促進(jìn)學(xué)生對(duì)工科知識(shí)的有效掌握。讓學(xué)生成為工科教學(xué)中的課堂主體，真正融入到教與學(xué)的整個(gè)過(guò)程。

【關(guān)鍵詞】工科；環(huán)境工程微生物學(xué)；翻轉(zhuǎn)課堂；學(xué)生主體

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）28-0187-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.085

【Abstract】With the increasing popularity of multimedia technology and the extensive application of “Internet+” method， the teaching mode in university is becoming more and more diversified. As a kind of innovative teaching model， flipped classroom has been applied in our country and achieved some effective results. It also has important application value in the teaching of engineering courses. Based on the knowledge of Environmental Engineering Microbiology， this article combined the new teaching method with the traditional teaching mode to promote the students effective mastery of engineering knowledge， by “asking problems”， “inquiring problems” and “solving problems” for students. So that， students became the classroom subject in engineering teaching， and really participated in the whole process of teaching and learning.

【Key words】Engineering； Environmental engineering microbiology； Flipped classroom； Student subject

0 引言

在新工業(yè)革命加速發(fā)展的大背景下，新工科建設(shè)成為了高等工程教育適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略部署，具有重要意義[1]。在不同角度的新工科建設(shè)思路指引下[2-4]，各類(lèi)理工科高校都應(yīng)審時(shí)度勢(shì)，積極探討符合自身發(fā)展的教學(xué)科研新模式，加大改革力度，面向新產(chǎn)業(yè)不斷改進(jìn)和提高工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，助力新工科建設(shè)[5]。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)是我國(guó)的重要地方多科性大學(xué)，環(huán)境工程微生物學(xué)是工科微生物學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，由生命科學(xué)學(xué)院微生物學(xué)系面向全校工科學(xué)生授課。環(huán)境工程微生物學(xué)是我國(guó)高等院校環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、給水排水以及部分微生物學(xué)專(zhuān)業(yè)理工科學(xué)生的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，也是高等農(nóng)林院校生物工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)發(fā)展及農(nóng)林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)知識(shí)。隨著生物技術(shù)的飛速創(chuàng)新和廣泛應(yīng)用，工科建設(shè)必然要匯集多元生物技術(shù)理論和方法，環(huán)境工程微生物學(xué)正是微生物學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和環(huán)境生態(tài)工程理論與工藝建設(shè)相結(jié)合的一門(mén)理工科交叉學(xué)科，對(duì)環(huán)境工程建設(shè)和發(fā)展具有重要意義。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)順序“先教后學(xué)”的逆序顛倒，可有效促進(jìn)工科學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。本文以我校環(huán)境工程微生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容為依托，探討翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在工科建設(shè)中的應(yīng)用和對(duì)高質(zhì)量工科人才培養(yǎng)的促進(jìn)作用。

1 翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展淵源及內(nèi)涵

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式起源于哈佛大學(xué)的埃里克·馬祖爾（Eric Mazur）教授在20世紀(jì)90年代創(chuàng)立的同儕互助教學(xué)（Peer Instruction）[6]。此后，在經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)等學(xué)科最早實(shí)現(xiàn)了成功教學(xué)的例子，使其從理論研究轉(zhuǎn)向了實(shí)際教學(xué)活動(dòng)，取得了重要突破[7-8]。翻轉(zhuǎn)課堂“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，亦可譯為“顛倒課堂”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)順序“先教后學(xué)”的逆序顛倒。此教學(xué)模式下，學(xué)生可有效利用課前時(shí)間預(yù)先學(xué)習(xí)，借助于多媒體工具，利用教師提供的音頻或視頻資料學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容；教師不再占用課堂“講課”時(shí)間講授知識(shí)，而是針對(duì)學(xué)生提前自主學(xué)習(xí)中遇到的困難答疑解惑，增加了課堂共同探討問(wèn)題以及和更多學(xué)生交流互動(dòng)的時(shí)間。

翻轉(zhuǎn)課堂的主要特點(diǎn)，首先，教學(xué)過(guò)程一改傳統(tǒng)“教師教——學(xué)生學(xué)”的教學(xué)流程，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)在先，先學(xué)后教的模式。教師的課堂講解變成了師生交流互動(dòng)過(guò)程，很好地體現(xiàn)了以“學(xué)生為本”的教學(xué)理念。其次，信息傳遞的內(nèi)容和途徑變成了課余時(shí)間觀看教學(xué)視頻等資料的形式，短小精悍的預(yù)學(xué)習(xí)資料針對(duì)性強(qiáng)，能在短時(shí)間內(nèi)有效集中學(xué)習(xí)者的精力解決特定的問(wèn)題[9]。這對(duì)于動(dòng)手操作和解決實(shí)際問(wèn)題能力要求比較高的工科課程教學(xué)尤為適用。還能針對(duì)學(xué)生的個(gè)人能力差異選擇多次學(xué)習(xí)過(guò)程，將現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與知識(shí)傳授有機(jī)結(jié)合，更加形象和直觀的幫助工科學(xué)生理解設(shè)備構(gòu)造、工藝流程和設(shè)計(jì)理念。再次，師生間的學(xué)習(xí)互動(dòng)機(jī)會(huì)更多更廣泛。課堂上教師可以更多的聽(tīng)取學(xué)生的學(xué)習(xí)心得，將呈現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題融合在課堂討論之中。因?yàn)榇私虒W(xué)模式實(shí)現(xiàn)了全體學(xué)生的相互交流，所以也有效緩解了部分學(xué)生上課精力不集中或不聽(tīng)課的問(wèn)題。

2 環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)中翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)施策略

2.1 翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用中的一般教學(xué)模式

不同于以往的教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)程序設(shè)計(jì)，首要步驟是課前的學(xué)習(xí)資料設(shè)計(jì)。視頻設(shè)計(jì)、音頻設(shè)計(jì)、文檔資料的設(shè)計(jì)等是主講教師在課前需要首先完成的內(nèi)容。學(xué)習(xí)資料主要是涵蓋環(huán)境工程領(lǐng)域微生物研究的重要理論知識(shí)、工程化設(shè)施，以及實(shí)驗(yàn)原理，將重難點(diǎn)予以標(biāo)注，明確教學(xué)目的，以“提出問(wèn)題”的方式引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)與思考。所準(zhǔn)備的學(xué)習(xí)資料內(nèi)容不宜過(guò)長(zhǎng)，要結(jié)合趣味性和知識(shí)性于一體，使學(xué)生在先行學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)不至于太過(guò)生硬和刻板，又能集中有限時(shí)間提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。課前的“學(xué)情分析”比精良的學(xué)習(xí)資料制作更為重要，只有掌握了學(xué)生的基本情況才能更有效地實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化與知識(shí)體系構(gòu)建。然后是課堂中師生互動(dòng)探討，以提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握水平。課堂的主要教學(xué)活動(dòng)是教師充當(dāng)輔助的角色，學(xué)生成為主體，是學(xué)生集體解決問(wèn)題的環(huán)節(jié)。學(xué)生可以就知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分組交流，對(duì)課前視頻學(xué)習(xí)中遇到的疑難知識(shí)點(diǎn)和問(wèn)題進(jìn)行討論，教師引導(dǎo)學(xué)生尋找解決問(wèn)題的思路。小組之間也可以互動(dòng)討論，探索問(wèn)題解決新思路。此外，教師需引領(lǐng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)實(shí)際運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。教師可在課堂上進(jìn)行作業(yè)檢查，輔導(dǎo)的同時(shí)檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。而后是課后環(huán)節(jié)，是對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的鞏固和提升，查缺補(bǔ)漏，完善知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)，達(dá)到認(rèn)知的“分析、綜合、評(píng)價(jià)”的環(huán)節(jié)。

2.2 翻轉(zhuǎn)課堂在環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用

環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分為三部分，第一部分是微生物學(xué)基礎(chǔ)，第二部分是微生物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程中的微生物作用，涉及到環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)和設(shè)備的介紹等。第三部分是相關(guān)環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。該課程教學(xué)中，實(shí)施“翻轉(zhuǎn)課堂”的課時(shí)比例為25%。下面以污水處理章節(jié)來(lái)介紹我校翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的使用。

在課前學(xué)習(xí)階段，主講教師通過(guò)制作我國(guó)水污染現(xiàn)狀、污水處理方法、污水處理廠設(shè)計(jì)原理和模式，以及污水處理的生物學(xué)基礎(chǔ)方面的PPT資料以及搜集相關(guān)視頻，引領(lǐng)學(xué)生自學(xué)。首先，將學(xué)生4-5人分成一個(gè)學(xué)習(xí)小組，選出小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)監(jiān)管，學(xué)生個(gè)人先在課前2-3天完成自學(xué)學(xué)習(xí)；然后，在上課前1天小組內(nèi)討論，在互助學(xué)習(xí)中標(biāo)注出仍存在的難點(diǎn)并提出問(wèn)題，組長(zhǎng)將問(wèn)題發(fā)送至主講教師郵箱，用于課上討論。在課堂學(xué)習(xí)階段，老師匯總同學(xué)們的問(wèn)題，先引導(dǎo)和啟發(fā)不同組學(xué)生之間進(jìn)行解答和研討，然后老師用10分鐘左右的時(shí)間進(jìn)行糾錯(cuò)答疑和歸納總結(jié)，提煉出要點(diǎn)。考慮到我校工科背景的學(xué)生對(duì)微生物知識(shí)整體掌握較為薄弱，重點(diǎn)解讀污水處理中的微生物作用機(jī)理，如活性污泥的生物類(lèi)群和互作、脫氮除磷微生物途徑。因?yàn)榻Y(jié)合了課前的學(xué)習(xí)，尤其是對(duì)污水處理方法、處理廠設(shè)計(jì)原理和模式的提前學(xué)習(xí)，可幫助同學(xué)們更好更直觀的理解污水處理工藝，實(shí)現(xiàn)知其然到知其所以然的轉(zhuǎn)變，幫助實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研一體化學(xué)習(xí)。課堂上教師注意調(diào)動(dòng)全體學(xué)生的積極性，教師答疑過(guò)程需要與學(xué)生之間進(jìn)行啟發(fā)式相互研討，并可考慮加入部分實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。對(duì)于最新科研進(jìn)展，主講教師在進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)前，先告訴學(xué)生們?nèi)绾尾殚喿钚碌腟CI文獻(xiàn)以及閱讀方法，根據(jù)自主報(bào)名原則，選擇部分學(xué)生在課堂最后10分鐘對(duì)近年來(lái)的SCI科研論文進(jìn)行匯報(bào)，每次1人，匯報(bào)1篇論文，并設(shè)立提問(wèn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生們之間進(jìn)行互動(dòng)研討，以此來(lái)增強(qiáng)學(xué)生們緊跟科學(xué)發(fā)展前沿的意識(shí)，逐漸培養(yǎng)科研敏感性，亦可鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和自我展示能力。課上學(xué)生的互動(dòng)表現(xiàn)要體現(xiàn)在平時(shí)成績(jī)中，敦促學(xué)生課上積極學(xué)習(xí)。課后，根據(jù)上課時(shí)講解和研討的內(nèi)容，可留部分作業(yè)來(lái)檢查學(xué)生的掌握情況；對(duì)于污水處理廠設(shè)計(jì)模式等實(shí)踐類(lèi)知識(shí)點(diǎn)，以小組模式設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)操作類(lèi)或調(diào)研類(lèi)題目，讓學(xué)生們對(duì)污水處理應(yīng)用中的現(xiàn)狀和問(wèn)題加深理解，尤其掌握對(duì)除污菌種的選擇和培養(yǎng)條件的優(yōu)化，探索新經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)下的污水處理改進(jìn)工藝等。實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)，可考慮讓學(xué)生針對(duì)學(xué)習(xí)的原理，從自身生活中設(shè)計(jì)部分實(shí)驗(yàn)方案，然后進(jìn)行操作練習(xí)。比如，污染水體中的生物監(jiān)測(cè)與水體水質(zhì)評(píng)述部分，讓學(xué)生選擇各自宿舍樓的生活污水，以及學(xué)校附近河流水，讓學(xué)生在貼近生活的情況下學(xué)習(xí)，更能引起學(xué)生們的共鳴和環(huán)保意識(shí)。課程結(jié)課時(shí)，結(jié)合考試改革，助力環(huán)境工程微生物學(xué)研究最前沿。在結(jié)課考試環(huán)節(jié)，增加文獻(xiàn)綜述類(lèi)題目，解答近幾年SCI研究論文的設(shè)計(jì)思路、最新結(jié)果和科學(xué)意義。此部分的具體實(shí)施，要求學(xué)生們?cè)谡n程中期考核前，每人各找1篇SCI文獻(xiàn)并將題目匯總給主講教師，此篇文獻(xiàn)即為相應(yīng)學(xué)生最后考試環(huán)節(jié)的文獻(xiàn)綜述題介紹內(nèi)容。以此進(jìn)一步督促學(xué)生查閱最新科學(xué)前沿并培養(yǎng)文獻(xiàn)閱讀意識(shí)，將最新的環(huán)境理論開(kāi)發(fā)和設(shè)備創(chuàng)新等研究成果融入到每位同學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程。

3 翻轉(zhuǎn)課堂在新工科建設(shè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的教學(xué)思考

翻轉(zhuǎn)課堂以其全新的教學(xué)理念、顛覆式的教學(xué)模式和良好的教學(xué)效果贏得了廣泛關(guān)注。在我校環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中取得了一定的成效，但是目前使用這種教學(xué)模式還需考慮更多問(wèn)題，才能更有效更廣泛的助力工科教學(xué)改革。首先，翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施過(guò)程中，從教師教學(xué)視頻的制作、學(xué)生觀看以及后期總結(jié)反思階段的在線交流等環(huán)節(jié)都需要較高水平的網(wǎng)絡(luò)、視頻制作軟件和技術(shù)以及高水平的多媒體教學(xué)資料配備。因此，技術(shù)設(shè)備是首先需要解決的問(wèn)題，并且還需要相應(yīng)的教師掌握較高水平的視頻等教學(xué)資料制作能力。有些翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)于注重視頻的制作，而沒(méi)有相應(yīng)的知識(shí)滲透，華麗的外表缺乏內(nèi)涵。其次，課程教學(xué)的翻轉(zhuǎn)是要求學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力而非教師在課堂上過(guò)多的參與到“講解”之中。應(yīng)加大力度培養(yǎng)和提升學(xué)生的自學(xué)能力，同時(shí)教師角色轉(zhuǎn)換為“輔導(dǎo)”的作用，需適當(dāng)把握教師單向“輸入”知識(shí)的時(shí)間分配。課堂上雖以學(xué)生討論為主，但老師務(wù)必時(shí)刻需要以一個(gè)參與者的身份進(jìn)行合作交流，采用合理模式調(diào)動(dòng)全部學(xué)生的積極性。當(dāng)然，視頻資料雖呈現(xiàn)在課前，但代替不了老師，同樣，課堂上學(xué)生的主體地位也不可忽略教師的作用。缺乏教師指導(dǎo)，而完全放任學(xué)生“自由發(fā)揮”的討論是缺乏實(shí)效的。最后，針對(duì)環(huán)境工程微生物學(xué)這門(mén)課程，我校的開(kāi)課班級(jí)一般人數(shù)都較多，實(shí)際操作中缺乏個(gè)性化需求，管理上存在一定難度。翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生人數(shù)應(yīng)控制在30人左右的小班，這樣更有利于展開(kāi)課堂討論、課中輔導(dǎo)以及課后的在線交流等。因此，實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式并非一種教學(xué)理念的推廣，而是在教學(xué)管理和課程調(diào)控上一次有意義的改革和嘗試。新工科建設(shè)熱潮的到來(lái)，給翻轉(zhuǎn)課堂帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，期待日后在新工科教學(xué)中產(chǎn)生更加積極的成效。

工科基礎(chǔ)課程教學(xué)的研究需要不斷創(chuàng)新和探索新模式。高校是我國(guó)實(shí)施人才培養(yǎng)的主體，更應(yīng)發(fā)揮主動(dòng)作用，采用最新最有效的方法培養(yǎng)適合新工業(yè)發(fā)展的復(fù)合型人才。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)是山東省首批五所應(yīng)用基礎(chǔ)型特色名校之一，主要方向和任務(wù)是服務(wù)農(nóng)林水行業(yè)，在行業(yè)相關(guān)工科轉(zhuǎn)型建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)一步常態(tài)化研究“新工科”建設(shè)教學(xué)模式，力爭(zhēng)突破界限，面向社會(huì)協(xié)同創(chuàng)新，集校內(nèi)資源與山東省農(nóng)林水行業(yè)乃至全國(guó)資源，提升工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，服務(wù)行業(yè)需求和區(qū)域建設(shè)。

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