翻转课堂模式在污染控制类课程案例教学中的应用

翻转课堂模式在污染控制类课程案例教学中的应用

[摘 要]该文立足前沿污染修复技术,将翻转课堂教学理念引入污染控制课程案例教学中,构建“案例教学”与“翻转课堂”相结合的以自主研习讨论为主的教学模式,提出在水土污染控制新技术与案例课程中实施“课前知识传递、课上知识内化、课后知识应用”的翻转课堂教学策略。借鉴翻转课堂在激发学生主观能动性上的优越性,克服目前案例教学中存在的依赖有限课堂时间、学生对案例理解不足、独立思考性与讨论参与度不足等困境,促进教学改革。

[关键词]翻转课堂;案例教学;污染控制

[基金项目]2017年度欧盟Erasmus+项目“Training Capacities in Agriculture and Urban-Rural Interactions for Sustainable Development of Megacities (TAURUS)”(586247-EPP-1-2017-1-IT-EPPKA2-CBHE-JP);2019年度南京林业大学标志性成果培育项目“基于国家需求的环境类研究生高水平国际化人才培养模式创新与实践”([2019]3-41)

[作者简介]张 萌(1989—),女,湖北潜江人,博士,南京林业大学生物与环境学院讲师,硕士生导师(通信作者),主要从事环境污染化学研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324(2020)33-0278-03 [收稿日期] 2020-01-14

绿水青山就是金山银山,通过污染治理和生态恢复,生态环境劣势也能转化为生态经济优势。在全面推进我国生态文明建设的实践中,如何培养能够满足国家重大需求的高素质环境治理人才已成当务之急。

污染控制类课程是主要讲授污染防治的基本概念、技术原理以及典型工艺和主要设备的一系列核心专业课,是环境科学与工程专业课程体系中的重要组成部分,主要包括水、大气、物理性污染控制工程,土壤修复技术以及固体废弃物处理与处置。为了培养理论水平高、实践能力强的环境专业人才,深化理论与实践的结合,南京林业大学环境科学专业开设水土污染控制新技术与案例专业特色必修课,在介绍受污染土壤、地下水、地表水和湿地的物理、化学、生物与生态修复技术基本原理与工艺方法的基础上,主要对近年来应用普遍或者新兴的污染修复技术在实际中的应用案例进行分析。本文分析了该课程案例教学中存在的问题,介绍了该课程翻转课堂教学模式的设计、实施效果和教学思考,以促进污染控制类课程教学方式与实践的改革。

一、翻转课堂与案例教学的异同

案例教学法与翻转课堂都是教育领域公认的以学生为中心,能够激發学生的自主学习性、注重互动交流的教学方式,是当前高校培养高素质应用型人才的重要手段[1]。案例教学法主要是以大量实际案例分析为依据,依靠学生自主探索和集体讨论提高学生运用理论知识解决实际问题的能力,从而达到理论与实践相结合,提升学生专业知识水平和实践能力的目的。鉴于环境科学与工程是专业性非常强的实践学科,案例教学法在环境学教育领域得到了广泛应用[2]。翻转课堂教学模式基于信息技术的发展,依托数字化学习资源,改变传统教学流程,强调学生课外事先自主学习,课堂师生互动交流,践行“先学后教、重学轻教”理念,使学生获得更主动、更有参与感的学习体验。鉴于翻转课堂先进的教学理念和优越的教学成果,该模式在环境学诸多课程中得到实践与应用[3]。案例教学法和翻转课堂两种教学方式都强调自主学习和参与式互动,不仅仅为了简单的知识传授,更以培养学生实践能力为目标。笔者基于自身在水土污染控制新技术与案例课程中的教学实践,总结得出传统案例教学存在的主要问题是:传统案例教学虽倡导师生互动,重在讨论,但课堂时间有限,学生对理论知识理解不足,因而对案例的体验与感悟不够深刻,且依赖老师的思想固化,独立思考性和讨论参与度都很欠缺,导致教学效果不佳。翻转课堂强调学习决定权从教师到学生的转移,能够充分利用课堂外的网络学习,促进知识的传递。借鉴该理念,将更能够推动深度的知识内化和互动交流,更加启发学生探索问题、探究学习的能力,达到更好的案例教学效果。

二、水土污染控制新技术与案例课程翻转课堂教学模式的设计与实施

(一)课前知识传递

包括教师精选案例、发布课前学习多媒体资料、学生自主预习三个阶段。首先教师应以环境类人才的社会需求为导向,以针对性、实用性和时效性为要求,紧扣污染修复核心技术原理,筛选典型优质案例。其次是课前学习资料的设计。水土污染修复具有丰富的优质教学资源可供利用。内容上应涵盖案例相关污染修复技术的基本原理、工艺思路、工程化设施等重要理论知识,并对重难点予以标注。形式上包括视频、音频、动画、文本等多方面设计,注重生动性与知识性的结合。此外,在明确教学目的和目标的基础上,提前掌握学生目前的知识储备情况,构建合理的教学内容体系。以短小精悍的教学视频为核心,采用PPT形式辅助,对案例及相关知识点设计可视化、情景化、趣味性的多媒体学习资源包,进行在线发布。最后,在学生自主预习时,在课前学习资料中以“提出问题”的方式引导学生自主学习与思考。例如,在介绍超积累植物这一生物修复技术的背景知识后,可引入问题“为什么某些植物能够大量吸收有毒重金属”,启发学生对问题的思考,引导学生深刻理解生物是如何调整自身以适应环境变化的,并深入了解现代科学技术的进步是如何改造生物以资源化利用的。这种对科学问题的思考比灌输式的传授知识能达到更好的教学效果。比如“为什么该污染场地要选择这种修复技术,是否有其他选择?”帮助学生带着这样的问题去消化吸收案例,初步了解所选用技术方法对案例场地污染特征的适用性。

翻转课堂的实施,改变了原先以课堂案例分析为主的文本教学,引导学生课前对理论知识与配套案例进行思考,形成个人看法,记录疑难问题,在线反馈给任课教师,便于教师了解学生预习的情况,掌握学生学习的疑难点,在课堂上有针对性地因材施教。 (二)课上知识内化

自主探索、研习讨论是案例教学的中心环节。首先以小组讨论的形式,3~5人一组,对各自课前学习中遇到的疑难点展开讨论。然后在小组讨论的基础上,进行班级讨论,汇集全部学生的观点。在这个过程中,教师应作为观察者和指导者,鼓励大家进行头脑风暴,提高团队交流热情,引导不同组学生之间互相进行解答和研讨,从不同角度和层次对教学案例进行分析和探讨。最后教师要对学生普遍疑惑的问题进行深度解释,对讨论结果进行归纳总结,对核心知识点进行梳理。笔者在水土污染控制新技术与案例课程的翻转课堂教学过程中发现,学生基于之前专业知识学习的积累,结合课前自主学习和课上小组讨论,基本可以理解并掌握水土环境物理、化学、生物和生态修复技术的基本原理及工艺流程;但普遍对各种污染修复技术的适用性掌握不够,即面对实际案例中具体场地的污染特征和修复目标,不能根据各修复技术的适用条件和优缺点选择适宜的技术方法、工程措施和设备,不能制定合理的工艺流程及参数。针对这一问题,教师应着重讲解污染源或者污染场地的环境条件对各种修复技术的限制,比如,地下水的抽出处理技术要求污染源必须封闭,空气注入技术不能在低渗透性土壤或高粘土含量的地区使用,可渗透反应墙技术对当地水文地质条件要求高等;重点比较不同修复技术适用或不适用的污染物,并就不同修复技术的工程投资、监测、运转与维护及工程完成后可能造成的生态环境影响比较利弊,帮助学生深刻理解不同修复技术的具体运用,以提高学生灵活应用各种污染修复原理、方法和技术分析和解决实际环境问题的综合能力。因此,根据课前预习情况和课堂讨论情况,教师可减少对基本原理的讲解,更多地强调教学重点和疑难点,更加合理地分配课堂教学时间。翻转课堂模式的实施使得教师充当辅助的角色,学生成为主体,实现教学相长,学生可以集体分析问题,完成知识内化。

(三)课后知识应用

课后环节是对整个学习过程的巩固和提升。课堂教学后,教师可以引领学生将所学知识实际运用于实验、科研项目、大学生科创和毕业论文等实践环节,并以此方式考核学生的学习情况,评价他们的学习效果。同时,能够增强学生对课程内容的理解,更重要的是能够加强学生对当代科学问题的把握,提高对科学研究的兴趣,促使学生在思考和领会课程知识的过程中,培养良好的科学素养。笔者在水土污染控制新技术与案例课程教学中,让学生依据所学水土污染修复原理,从自身生活中设计修复方案。比如,选择宿舍楼里的生活污水或者学校附近的河流水,进行基本理化性质的测定,针对污染特征设计并提交书面实验方案,促使学生在课题设计中灵活应用理论知识,充分发挥实践能力。高校大学生科技创新项目为学生学以致用的实现提供了良好的平台,引导学有余力、有兴趣的学生申请相关的研究课題。在本课程实践中,已申报获批“生物炭吸附-微生物降解联合修复技术在多环芳烃污染土壤中的应用”和“农田重金属污染土壤的化学淋洗修复研究”等项目,通过文献检索、研究方案设计、数据分析和讨论以及论文撰写,全面提高学生的科研创新能力。

三、翻转课堂在污染控制类课程案例教学中应用的教学思考

(一)实施效果

为了了解上述“翻转课堂”和“案例教学”相结合教学模式的实施效果,笔者采用问卷调查方法从学习兴趣和主动性,师生交流和课堂氛围,表达自己观点,团队协作与沟通能力,掌握专业知识,发现、分析、解决问题的能力,获得就业资讯等角度全面调研学生对该模式实施的认可度和满意度。以水土污染控制新技术与案例课程两轮次教学为例,对南京林业大学2016、2017级环境科学专业共58名学生在课程结束后发放调查问卷,回收58份,回收率100%。由下表可知,有96%的学生接受将翻转课堂教学方式应用于污染控制课程案例教学中,并认为该模式在提高教学效果、改善课堂氛围等方面效果显著,对掌握专业知识,发现、分析、解决问题的能力,激发学习兴趣和主动性方面具有良好的促进效果。

(二)教学反思

翻转课堂先进的教学理念和颠覆的教学模式在广泛的教学实践中取得了良好的效果,但其成功实施对教师和学生都有很高的要求。

在翻转课堂实施过程中,教师首先需要提供课前学习资料,这就要求教师具备较高的视频等多媒体制作水平和较强的知识整合能力。其次,污染控制技术和修复工程案例众多,知识点广泛,且更新速度快,意味着教师需要具备丰富的知识储备。一方面要根据前沿热点和教学过程中学生的反馈,不断完善和改进案例库及关联知识点的多媒体学习资源包;另一方面只有依靠强大的知识支撑,教师才能把控好课堂上的教学过程,充分发挥启发、引导、沟通、解惑的作用。因此,翻转课堂在污染控制类课程案例教学中的应用,需要广大教师在加强教学科研业务水平的同时,提高多媒体教学资源的设计和开发能力,并且应善于并广泛借助慕课、微课、在线学习社区等共享平台[4],利用好丰富的互联网优质教学资源。此外,在课堂上要注意驾驭自己的角色,防止过多地参与到单向知识输入的讲解中,留给学生更多可以自由发挥的讨论时间,提高课堂时间的利用效率,在保障学生主体地位的同时,也绝不可忽略教师的指导作用。

由于学生自身约束力的不同,其自主学习的效果差异较大;并且,学生依赖老师的固化思想和习惯造成翻转课堂教学模式实践中的另一缺点,即学生的主观能动性有待进一步提高。课堂教学的翻转就要求学生积极转变学习观念,变被动为主动,加大力度培养和提升自主学习能力。

四、结语

鉴于案例教学和翻转课堂在教学理念上的高度一致性,在充分掌握各自规律与方法的基础上,将二者有机结合起来。借鉴翻转课堂在激发学生学习积极性和主观能动性方面的优越性,让学生发挥课堂主导性作用,有效弥补实施单一案例教学时学生讨论参与度不高的弊端。“翻转课堂”与“案例教学”相结合的教学模式对于提升污染控制类课程教学质量,提高学生专业知识水平和实践能力具有重要的意义。在今后的教学实践中,应围绕探讨案例库建设、课前学习资料资源获取、讨论式课堂、考核评价方式等问题,进一步优化教学策略。 參考文献

[1]张爱琴,刘东霞,宿丽霞.基于案例教学的翻转课堂教学模式设计与应用研究—以“工商管理案例分析”课程为例[J].工业和信息化教育,2017,(01):58-63.

[2]张玉洁,曹子昂,周守勇,等.浅议案例分析法在“环境工程学”课程教学中的应用—以淮阴师范学院环境科学专业教学改革为例[J].广东化工,2018,45(20):177-178.

[3]汪城墙,韩悦,杜秉海,等.翻转课堂在环境工程微生物学教学中的应用[J].科技视界,2018,(28):187-189.

[4]齐丹,汪莉,王玉杰,等.翻转课堂模式在环境微生物学实验教学中的应用研究[J].中国教育信息化,2019,(10):61-63.

Application of Flipped Classroom Model in the Case Teaching of Pollution Control Courses

ZHANG Meng, YU Yuan-chun, LI Ping-ping

(College of Biology and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu 210037, China)

Abstract: In order to introduce the flipped classroom model into the case teaching of pollution control courses and to establish a teaching model that combines case teaching and flipped classroom, which is mainly based on independent study and discussion, this paper proposes a flipped classroom teaching strategy of “knowledge transfer before class, knowledge internalization in class, knowledge application after class” in the course of Water and Soil Pollution Control Technology and Cases. Taking advantages of flipped classroom in stimulating students’ subjective initiative, this teaching model overcomes the difficulties in current case teaching, such as limited classroom time, students’ insufficient understanding of cases as well as lack of independent thinking and participation in discussion, and hopes to promote the teaching reform.

Key words: flipped classroom; case teaching; pollution control

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