后疫情時代《湖泊河流水體污染控制工程》慕課-翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)模式研究及應(yīng)用?

成小英, 陳 濤, 王 姝, 江 橋

(江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院, 江蘇 無錫 214122)

湖泊河流與人類的社會生活存在著緊密的聯(lián)系, 為人類提供著重要的自然資源, 是人類生存發(fā)展不可或缺的一部分[1]。湖泊河流也是城市的綠色生命線, 在改善氣候、 綠化環(huán)境的同時, 也為城市的社會經(jīng)濟系統(tǒng)提供著受納、 景觀與娛樂等重要功能[2]。 因此, 健康的地表水環(huán)境為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了重要的保障。

然而, 隨著我國城市化和工業(yè)化進程的加快, 污水排放量也隨之增多, 大量污水排入湖泊河流使其受到不同程度的污染。 對于我國的湖泊污染問題, 隨著工業(yè)污水、 生活污水中的氮、 磷等污染物質(zhì)向地表水中大量排放[3,4], 水生動植物大量繁殖, 溶解氧濃度顯著下降, 魚類等生物大量死亡, 生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞[5,6]。 我國對138 個較大的面積的湖泊進行了湖泊現(xiàn)狀調(diào)查, 其結(jié)果顯示富營養(yǎng)化的湖泊占比超過了85%, 而超過40%的湖泊達到了重富營養(yǎng)化狀態(tài)[7], 可見富營養(yǎng)化已成為我國湖泊治理的重大水環(huán)境問題。 同時, 目前我國河流的水環(huán)境質(zhì)量整體處于中度污染狀態(tài), 情況不容樂觀, 1/4 以上的監(jiān)測斷面屬于劣V 類水[8]。 受污染的河流中, 氮磷有機物含量較高, 水生動植物大量繁殖, 大量消耗水體中的溶解氧, 嚴重影響水體質(zhì)量, 破壞生態(tài)環(huán)境, 最終威脅到人類的生存。 湖泊河流的污染問題對水生動植物的生長繁殖、 旅游業(yè)和漁業(yè)的發(fā)展造成了巨大的影響, 也使人類的財產(chǎn)和安全造成了巨大的損失。

1 《湖泊河流水體污染控制工程》課程的現(xiàn)狀和趨勢

受2020 年新冠肺炎疫情影響, 教育部下發(fā)了《教育部關(guān)于2020 年春季學(xué)期延期開學(xué)的通知》。 為應(yīng)對疫情導(dǎo)致的延期開學(xué)提出了 “停課不停學(xué)” 的新舉措[9], 既是戰(zhàn)疫情應(yīng)急之舉,也是 “互聯(lián)網(wǎng)+” 教育成果的應(yīng)用展示[10]。 在疫情防控期間,在 “互聯(lián)網(wǎng)+” 這個朝氣蓬勃的大背景下, 全國各大高校陸續(xù)開始授課, 實施了一個學(xué)期的線上慕課教學(xué)并完成了線上考試的教學(xué)任務(wù)[11]。 截至2020 年4 月3 日, 全國在線開學(xué)的普通高校共計1454 所, 我國在線課程平臺上慕課上漲了5000 門[12]。疫情期間, 線上教學(xué)研究碩果累累。

當(dāng)前高校規(guī)模化的線上教學(xué), 表面來看是針對突發(fā)新冠疫情的應(yīng)急之策, 但從長遠來看, 此次疫情實質(zhì)上是倒逼了線上教學(xué)模式的發(fā)展, 進而也將會倒逼我們的研究生教育信息化改革[13]。 為了適應(yīng)線上教學(xué)的快速發(fā)展, 在 “后疫情時代”, 需要對 “前疫情時代” 線上教學(xué)總結(jié)經(jīng)驗的同時[14], 進一步推進教學(xué)模式創(chuàng)新, 以及研究生教學(xué)改革中沒有機會或做的并不到位的地方, 進行積極探索并努力尋求對策, 為我國研究生教育帶來新的發(fā)展機遇。

回顧疫情期間《湖泊河流水體污染控制工程》的在線教學(xué),與傳統(tǒng)實體課堂教學(xué)相比, 兩者之間存在明顯差別, 線上教學(xué)具有很多優(yōu)勢, 例如在線教學(xué)研究生可以反復(fù)學(xué)習(xí), 便于知識點的深入掌握, 再如在線教學(xué)驅(qū)動研究生自主式學(xué)習(xí), 培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力, 同時研究生可以根據(jù)自己的時間安排學(xué)習(xí)進度, 實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)等, 但是在線教學(xué)隔著屏幕通過視頻上課, 很難做到與實體課堂 “實質(zhì)等效”, 如課堂的儀式感, 師生之間的眼神、 肢體、 表情、 語言等情感交流和反饋, 師生之間、 生生之間的課上和課下交流等[15]。 那么, 疫情之后《湖泊河流水體污染控制工程》是否還應(yīng)回到疫情之前傳統(tǒng)的課堂教學(xué)呢? 線上教學(xué)雖然存在著一些問題, 但其優(yōu)勢還是非常突出的, 理應(yīng)成為未來高校教學(xué)的重要組成部分[16]。 實際上, 采取100%的線上或者100%的線下都是不可取的。 未來的《湖泊河流水體污染控制工程》教學(xué), 應(yīng)是充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺, 與線下教學(xué)一起重構(gòu)線上線下混合式教學(xué)新形態(tài)[17]。 經(jīng)歷過了疫情線上教學(xué)的洗禮, 將《湖泊河流水體污染控制工程》線上教學(xué)和傳統(tǒng)的實體課堂教學(xué)有機融合, 發(fā)揮各自優(yōu)勢, 做到優(yōu)勢互補,提升研究生人才培養(yǎng)質(zhì)量, 是非常好的契機[18]。 因此, 疫情之后的《湖泊河流水體污染控制工程》研究生教學(xué)一定是基于慕課等線上平臺與資源, 與線下傳統(tǒng)實體課堂如翻轉(zhuǎn)課堂相融合的全新教學(xué)模式[19]。 后疫情時代, 基于慕課的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)模式將成為一種典型的高校研究生教學(xué)模式。

2 慕課-翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)具體實施方法

《湖泊河流水體污染控制工程》共32 個課時, 是環(huán)境工程專業(yè)研究生專業(yè)必修課程。 該課程理論學(xué)習(xí)和技能培養(yǎng)并重,既講解地表水環(huán)境生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)理論, 又講授地表水環(huán)境生態(tài)修復(fù)的多項技術(shù)[20], 并培養(yǎng)研究生設(shè)計水生態(tài)修復(fù)工程方案的能力, 為研究生畢業(yè)后從事水環(huán)境工程相關(guān)專業(yè)的研究和工作奠定堅實的理論和實踐基礎(chǔ)[21]。

2.1 梳理教學(xué)內(nèi)容, 確定核心知識點

分析了《湖泊河流水體污染控制工程》課程內(nèi)容, 共23 個核心知識點, 發(fā)現(xiàn)核心知識點之間的邏輯關(guān)系, 建立核心知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系, 形成以核心知識點為節(jié)點的知識導(dǎo)航圖(圖1), 區(qū)分基礎(chǔ)知識點和發(fā)展知識點, 通過教學(xué)/科研深度融合, 形成了知識節(jié)點的強大支撐。 所有學(xué)生需掌握基礎(chǔ)知識點, 學(xué)有余力的學(xué)生可以掌握發(fā)展知識點[22]。 23 個核心知識點為: 富營養(yǎng)化機制、 流域常見修復(fù)技術(shù)、 湖泊常見修復(fù)技術(shù)、 河流常見修復(fù)技術(shù)、 高級分散家庭排水處理凈化槽、 無動力厭氧土壤溝槽、 生態(tài)公園水培凈化、 利用水生植物進行凈化的方法、 曝氣循環(huán)凈化系統(tǒng)、 氧化塘凈化系統(tǒng)、 沉水植物凈化系統(tǒng)、 居民參與的廚房污水處理方法、 CNR 工藝、 貧營養(yǎng)生物吸著工藝、 KIDEA 工藝、 DNR 工藝、 HANT 工藝、 引入大型水生植物凈化系統(tǒng)、 底泥疏挖工藝與設(shè)備選型、 日本霞浦湖水環(huán)境修復(fù)計劃、 太湖的現(xiàn)狀和污染控制對策、 水體修復(fù)目標確定、 韓國清溪川修復(fù)計劃。 其中基礎(chǔ)知識點共8 個, 為富營養(yǎng)化機制、 湖泊常見修復(fù)技術(shù)、 流域常見修復(fù)技術(shù)、 河流常見修復(fù)技術(shù)、 太湖的現(xiàn)狀和污染控制對策、 霞浦湖水環(huán)境修復(fù)計劃、 水體修復(fù)目標確定、 清溪川修復(fù)計劃, 其余15 個 (主要為亞太國家的水處理技術(shù)) 為發(fā)展知識點。

圖1 《湖泊河流水體污染控制工程》知識導(dǎo)航圖Fig.1 The navigation map of Course Lake and River Water Pollution Control Engineering

2.2 構(gòu)建考核問題, 實現(xiàn)進階學(xué)習(xí)

依據(jù) 《湖泊河流水體污染控制工程》 課程的23 個核心知識點, 錄制16 個學(xué)時的視頻, 在學(xué)院機房學(xué)習(xí)16 個學(xué)時的慕課, 完成16 個學(xué)時的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。 慕課學(xué)習(xí)采用進階模式,考核合格后進入下一知識點的學(xué)習(xí)。 在慕課視頻研究生自主學(xué)習(xí)完成后, 主要針對知識點的正確和熟練掌握進入相關(guān)考核問題, 通過考核問題的研究生可以進入下一階段的學(xué)習(xí), 沒通過考核的研究生通過再次學(xué)習(xí)知識點, 重新考核, 考核通過方可進入下一階段的學(xué)習(xí), 采用通關(guān)的方式實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的進階[23]。 以CNR 工藝為例, 其考核知識點包括工藝的步驟圖、原理、 特點、 優(yōu)缺點。

2.3 構(gòu)建逐步深化問題體系, 開展翻轉(zhuǎn)課堂

研究 《湖泊河流水體污染控制工程》 研究生所學(xué)的基礎(chǔ)知識點, 分析研究生學(xué)習(xí)規(guī)律, 針對某一知識點構(gòu)建逐步深化問題體系, 在此基礎(chǔ)上, 學(xué)生分組討論和匯報, 通過課堂的生生交流、 師生交流回答問題, 在多輪基于問題的學(xué)習(xí)過程后解決地表水生態(tài)修復(fù)技術(shù)問題[24], 幫助學(xué)生掌握治理河流湖泊污染的各項具體技術(shù)的原理、 優(yōu)缺點和使用范圍, 學(xué)會自主選擇合適的技術(shù), 構(gòu)成地表水污染綜合治理和修復(fù)方案。 以自主討論案例-韓國清溪川水環(huán)境修復(fù)技術(shù)為例, 構(gòu)建基于問題的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式(圖2), 培養(yǎng)研究生的思辨能力和科學(xué)思維, 實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和實踐能力的快速提升。

圖2 基于問題的清溪川水環(huán)境修復(fù)技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式Fig.2 Problem-based flipped classroom teaching model for water remediation technology in Cheonggyecheon

2.4 建立全過程考核和反饋機制

在《湖泊河流水體污染控制工程》課程整個慕課學(xué)習(xí)過程中, 分階段的考核可以通過后臺的大數(shù)據(jù)分析匯總至教師手中, 教師第一時間獲得第一手的資料, 進而了解研究生在線上學(xué)習(xí)的易錯點和難點, 教師可以在翻轉(zhuǎn)課堂中重復(fù)講解。 在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中, 在解決問題過程中觀察研究生表現(xiàn), 進行考核。 在慕課-翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)中, 可以通過《湖泊河流水體污染控制工程》課程企業(yè)微信群、 QQ 群內(nèi)獲得學(xué)生的即時反饋信息, 即時調(diào)節(jié)教學(xué)內(nèi)容和所提問題(圖3)。

圖3 《湖泊河流水體污染控制工程》課程慕課-翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)過程Fig.3 The mixed teaching model of the flipped classroom based on MOOCs

3 創(chuàng)新點

3.1 建立分層學(xué)習(xí)內(nèi)容, 構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂問題深化體系

慕課知識點包括基礎(chǔ)知識點和發(fā)展知識點, 要求學(xué)生必須掌握基礎(chǔ)知識點, 一般的研究生可以反復(fù)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識點, 學(xué)有余力的研究生可以進入發(fā)展知識點學(xué)習(xí), 有效實現(xiàn)《湖泊河流水體污染控制工程》慕課的分層次學(xué)習(xí), 激發(fā)研究生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。 依據(jù)《湖泊河流水體污染控制工程》核心知識點, 構(gòu)建基于問題的逐步深化解決體系, 在教師提出問題-小組討論匯報-師生提問-小組重新討論回答的多輪過程中, 學(xué)生逐步解決問題, 最終熟練掌握技術(shù)。

綜合這兩個過程, 基于全過程考核, 實現(xiàn)研究生《湖泊河流水體污染控制工程》慕課-翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)的全過程, 實現(xiàn)了4個轉(zhuǎn)變: 教學(xué)方法由單一課堂講授→慕課-翻轉(zhuǎn)課堂混合式講授; 教學(xué)內(nèi)容由所有知識點→基礎(chǔ)知識點+發(fā)展知識點; 教學(xué)目標由知識傳授→能力培養(yǎng); 教學(xué)過程由教學(xué)兩張皮→構(gòu)建基于問題的逐步深化體系, 教與學(xué)充分混融。

3.2 構(gòu)建基于問題的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式

在《湖泊河流水體污染控制工程》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中, 結(jié)合水處理核心知識點, 教師逐步深入, 依次提出相關(guān)問題, 研究生結(jié)合所學(xué)慕課知識, 分組討論回答問題, 一題多答, 比較技術(shù)的優(yōu)缺點, 了解知識的螺旋式上升過程, 結(jié)合查閱資料, 完成知識點的學(xué)習(xí)和內(nèi)化, 培養(yǎng)研究生的思辨能力和科學(xué)思維方式。

3.3 構(gòu)建混融共生的雙線教學(xué)模式

16 個學(xué)時的《湖泊河流水體污染控制工程》慕課學(xué)習(xí)對應(yīng)16 個學(xué)時的翻轉(zhuǎn)課堂實時教學(xué), 不額外占用研究生的學(xué)習(xí)時間, 研究生較易接受和實現(xiàn), 課程得以長期實施, 實用性極強; 同時, 在實時課堂教學(xué)中, 可以通過后臺大數(shù)據(jù)分析, 獲得研究生學(xué)習(xí)的易錯點和難點, 在翻轉(zhuǎn)課堂上重新講授; 基于慕課學(xué)習(xí)知識點, 依據(jù)老師所提問題, 開展研究生小組匯報,通過生生交流和師生交流, 逐步深入知識的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng), 實現(xiàn)雙線教學(xué)模式的深度融合。

4 結(jié) 語

水是生命之源, 是一切生物賴以生存與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ), 更是關(guān)系到整個社會穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的非常寶貴的資源。 但是由于我國經(jīng)濟水平的高速發(fā)展, 工農(nóng)業(yè)廢水、 生活污水的大量排放, 河湖體系受到了無可避免的污染, 給我國經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和生態(tài)安全帶來了嚴重的影響, 因此急需大量專業(yè)的從事湖泊河流水體污染控制的科研和技術(shù)人員, 培養(yǎng)高水平高質(zhì)量的研究生就成了當(dāng)前高校迫在眉睫的任務(wù)。 而隨著疫情后研究生的大幅擴招, 研究生的數(shù)量越來越多, 新入校的研究生質(zhì)量良莠不齊, 為了使將來從事湖泊河流水體污染治理工作的研究生順利完成后期的研究工作和未來的工程實踐, 通過在前期的學(xué)習(xí)過程中提高研究生的自主學(xué)習(xí)能力, 培養(yǎng)研究生的思辨能力和科學(xué)思維是十分必要的。 《湖泊河流水體污染控制工程》慕課-翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)模式, 糅合了現(xiàn)代化教育手段, 具有更強的表現(xiàn)力和感染力, 體現(xiàn)了以研究生發(fā)展為本的思想,更可以提優(yōu)補差, 促進研究生學(xué)習(xí)能力、 科研能力和實踐能力的培養(yǎng), 有效保證研究生的教學(xué)質(zhì)量, 為研究生畢業(yè)之后順利開展河湖治理的職業(yè)生涯奠定堅實的基礎(chǔ)。