基于“翻轉課堂+自主學習”的生物質能工程教學改革探索

李攀攀 陶紅歌 趙淑蘅 李 剛 焦有宙

（河南農業大學機電工程學院，河南 鄭州 450002）

中國是農業大國，農村人口占大多數。 近年來，隨著農村經濟的發展，農民生活水平不斷提高，煤炭、石油等傳統能源的大量使用造成了農村地區嚴重的能源短缺和環境污染[1]，農村和農民問題成為關系到國家穩定與發展的關鍵[2]。 我國農村地區生物質能源豐富，蘊含著新能源的巨大潛力， 發展農村新能源是解決能源與環境之間矛盾的有效途徑[3]，受到廣泛的關注。

生物質能工程是以生物質的高效轉換利用原理與技術作為研究對象的一門應用性學科， 是我校能源與動力工程、 農業建筑環境與能源工程和新能源科學與工程專業本科生的核心課程。 課程緊密圍繞新能源交叉學科的特點，以化學、化工、生物、能源等相關學科的知識為基礎， 重點講述農業廢棄物轉化為新能源的方法、原理與相關工藝、設備，涵蓋了從生物質轉化為氣體燃料、液體燃料和固體燃料的每個方面。通過課程學習使學生全面掌握生物質利用領域的相關知識， 為學生從事新能源領域的工作打下堅實的基礎。

1 存在問題

目前，大多數院校開設的生物質能工程課程采用的教學方法都是傳統的以教師為主導作用的教學方式，采用上面教師講，下面學生聽的教授模式，存在著教學模式比較老舊、教學手段及考核方式單一、教材及教學內容更新速度不夠快、 學生課堂參與度較低、聽課積極性不高、教學效果較差等多種問題[4]。學生主動性差，不能發揮學生的思考能力，忽視了學生在學習過程中的主體作用，不利于學生創新能力的提高和綜合素質的提升。

2 “翻轉課堂+ 自主學習”教學法

翻轉課堂（FlippedClassroom 或InvertedClassroom），是指重新調整課堂內外的時間，將學習的主動權從教師轉移給學生[5]。在這種教學模式下，課程中的基礎知識需要學生借助在線課程、視頻、電子書、科技文獻、小組討論等多種途徑在課前完成自主學習。網絡時代的到來可以讓學生學習豐富的在線課程等資源，為“翻轉課堂+自主學習” 模式提供了強有力的支持，讓學習更加靈活、主動，學生的參與度更強。

生物質能工程課程進行中首先需要教授學生查找資料和閱讀專業科技文獻的方法；課程中所涉及到的各種基本原理和具體轉化技術的講授，可以用文獻代替課本，融入最新的科研成果來進行；同時要對學生進行分組， 在課程中的不同章節設置不同專題，由學習小組完成學習任務。 學習過程主要在課下進行，需要教師和學生共同配合，教師主要起到監督和輔導的作用，鼓勵學生自主思考、自主學習、頭腦風暴。 學生能夠利用課堂內的寶貴時間由學習小組選派代表進行報告展示學習成果， 其余學生進行提問等互動，或選擇其他展示方式；并討論自主學習過程中遇到的問題，理解課程重點并學以致用，從而獲得更深層次的理解，教師也能有針對性地和每個學生進行深入交流。 課后由學生根據課堂反饋自主規劃學習內容、學習節奏、展示風格和呈現知識的方式，教師則采用講授和協作法滿足學生的需要和促成他們的個性化學習，使學生通過實踐獲得更真實的學習體會。“翻轉課堂+自主學習”教學模式下，任課教師主要進行學習過程的評價和總結，通過平時提問、單元測驗、隨堂練習、小組報告等過程性評價方式和期末考試共同反映教學效果。

3 教學改革

3.1 改革方案

基于“翻轉課堂+自主學習”這一新的教學法，生物質能工程課程對學生的自主學習能力提出了較高的要求， 對學生的課下學習時間也提出了更高的挑戰。 本校生物質能工程課程開設在第5 學期，學生課業壓力較小，課余時間比較充足，可以滿足自主學習的要求。基于此，筆者提出了課程改革的基本思路，具體改革方案如圖1 所示。

圖1 生物質能工程課程改革總體方案

首先換位思考，以調查、交流的形式，從學生的角度出發，了解學生對生物質能工程這門課程的想法和預期， 分析總結目前教學過程中真實存在的主要問題。 結合專業培養目標和課程要求，提出課程教學改革的目標，即重點提高學生自主學習能力、創新能力和綜合素質等。 針對這一課程教學改革目標，可分別從教學方式、教學內容、考核方式三方面進行改革和創新，從而顯著提高教學質量和專業培養水平。

3.2 教學方式的改革

長期以來，課程教學中都是倡導以教師為主導作用的教學方式，采用上面教師講，下面學生聽的教授模式，忽視了學生在學習過程中的主體作用，不利于學生創新能力的提高。 采用“翻轉課堂+自主學習”的教學方式，可以引導學生主動思考、大膽假設、提出問題、解決問題，提高學生的創新能力和發散思維能力。

（1）自主學習能力的培養：“翻轉課堂+自主學習”的教學方式對學生的自主學習能力和學習的自覺性都提出了很高的要求，因此在課程開始前，首先要對學生的綜合素質和專業知識積累程度有全面的了解，重點培養互聯網背景下的學生自主學習能力。 以“授之以漁”取代“授之以魚”，利用各大在線課程平臺、國內國外數據庫、短視頻網站等資源，調動學生積極性，教授學生查找專業資料的途徑和閱讀科技文獻的方法，特別是在閱讀文獻方面勤加練習，可以以小組為單位定期開展文獻綜述報告等活動，培養學生閱讀和總結科技文獻的能力，為今后從事科研工作或學歷晉升打下基礎。

（2） 自主學習過程的輔導和監督：“翻轉課堂+自主學習”的教學方式下，學習過程中每個小組可以自行提出問題，進行專題研究，也可根據教師提供的選題，選擇感興趣的專題進行自主學習，這樣的選題方式能夠保證學生學習的積極性和主動性。自主學習并不是放羊、不管不問，學習過程中需要隨時進行師生交流，既可以避免不必要的彎路，也可以對學生的自主學習起到監督的作用。同時教師需要對學習過程中出現的任何問題進行及時的輔導， 但也不能過度干預，讓學生產生不信任感，因此，對授課教師對學習過程放手程度的把握度方面提出了較高的要求。

（3）自主學習成果的展示與評價：小組自主學習成果需要進行展示，展示的方式靈活多樣，比如，可以做報告，由每個小組推選一名代表進行報告展示本組主要學習結果；或者錄制視頻或者制作動畫，發送至班級平臺進行展示；或者做成海報、墻報等張貼展示；或者根據需要制作出實物模型進行演示。教師可根據報告主題邀請從事相關領域研究的專家對學習成果進行評價。筆者所在院系教師均從事生物質資源的能源化利用等方面的研究，可對本課程學生學習成果進行專業客觀的評價。

3.3 教學內容的創新

目前，課程的教學計劃和教學內容都是根據所選教材來安排，教材從編寫到出版再到購書，往往用時幾個月到幾年不等，時效性不強，最新的研究成果往往都不能及時的在教材中展示。采用“翻轉課堂+自主學習”的教學方式，可將學習范圍從有限的教材拓展到無限的網絡資源。 教師將授課內容、自主學習專題與國內外科研進展相結合，介紹生物質能工程領域發展的新動態，以及需要解決的疑難問題，將最新的科研成果融入實際的教學中[6]。比如，在進行到生物質厭氧發酵生產沼氣的章節，教師可拋出諸如“完全混合式厭氧反應器（CSTR）的研究及應用現狀”“國內外大型沼氣工程反應器類型的不同選擇”等問題；在進行到生物質熱解氣化的章節，可提出像“下吸式氣化爐的研究現狀及存在的問題”“流化床氣化爐與固定床氣化爐的比較”等主題；通過教師的引導和選題，學生自主查找專業文獻資源， 既可以學習到基礎理論，也可學習不同領域的前沿研究結果， 學習內容有層次，同時也培養了本科生的科學研究能力。

另一方面， 在教學過程中應注重思政元素的引入，比如，同樣在進行到沼氣工程的章節，可引導學生思考我國發展沼氣的意義和國家對沼氣的需求及相關政策導向，幫助學生從更高的視角出發，對課程內容和生態農村建設都有更深層次的領悟。

3.4 考核方式的創新

目前大多數院校生物質能工程的課程考核方式比較單一，僅通過期中或期末考試評定成績，這樣的考核方式屬于被動型的結果評價。學生學習過程中存在的問題和誤區， 授課教師并不能及時發現予以輔導，考試結束后也很少有學生再去回顧知識點、查漏補缺。這樣可能導致課程基礎知識不牢固或基礎概念不清晰，影響之后的課程體系學習和實際應用。

基于“翻轉課堂+自主學習”的教學模式，可將課程的考核方式由“結果性評價”轉變為“過程性評價”。突出平時學習過程，提高平時成績比重，豐富平時成績涵蓋的內容。 具體的評價方式如下：

（1）通過超星學習通等線上教學工具進行學生簽到評定出勤[7]；

（2）通過隨機提問和隨堂練習，評價課堂表現和聽課效果；

（3）采用團隊列名法[8]等教學方式進行課堂學習小組討論并進行評價；

（4）小組匯報成績可通過班級成員投票或專家評委打分評價；

（5）平時作業及單元測驗完成情況評價階段性學習成果；

（6）實驗報告評定課程實驗成績。

學生可通過線上教學工具直接查詢個人簽到情況；每節課的課前提問可幫助學生形成課下復習的好習慣；完成隨堂練習和單元測驗之后，授課教師可及時了解學生學習情況和薄弱環節，有針對性的進行知識點回顧； 學生也可通過題目的解析檢驗本節/本章學習效果，查漏補缺；學習小組討論和課堂展示可檢驗課上課下學習效果，活躍課堂氣氛，開拓思維，提高自主學習和創新能力；教師可通過課堂教學活動進行總結、并根據學生興趣點引導深入學習；課程進行中也可不定時發放問卷，及時了解學生對課程內容和教學方式等方面的意見，隨時調整教學方法，因材施教，達到良好的教學效果，提升學生的綜合能力。

4 結語

為了解決目前課程教學中存在的問題，筆者進行了《生物質能工程》教學改革模式的探索，提出“翻轉課堂+自主學習”的新型教學方式，從教學方法、教學內容和考核方式三個方面進行改革與創新，可將傳統課堂轉變為氣氛活躍的研討現場， 增加課堂吸引力，提高學生參與度。 同時以“授之以漁”代替“授之以魚”，鍛煉學生的自主學習能力，有利于學生創新能力的培養和綜合素質的提升，進而提高本科生專業培養水平。