“木質素及其利用”課程線上教學模式的實踐探索

郝 翔 彭 鋒

(北京林業大學材料科學與技術學院，北京 100083)

“木質素及其利用”是北京林業大學林業工程專業大三學生的一門重要專業課程，是培養學生應用創新能力的綜合基礎課程，在林產化工類專業教學體系中占有十分重要的地位。“木質素及其利用”課程教學內容知識面廣，主要涉及木質素結構、木質素改性以及木質素應用(醫藥、油田化工、塑料及日用化工)等3大領域，需要學生具有“高分子材料”“化學工程”“植物纖維化學”課程的基礎知識。另外，為了在有限的32學時內保證“木質素及其利用”課程教學質量，培養學生學習興趣，需對該課程教學模式進行全面的改革探索，以適應時代發展的需求。

2019年12月新冠肺炎疫情來勢洶洶，使得廣大高等院校教師不得不將教學模式從線下轉變為線上。筆者通過對“木質素及其利用”課程調研發現，大部分學生反映自己自律性差、線上學習容易被手機及家里環境干擾、課后很難堅持回放課堂視頻內容。但為了響應“停課不停教”“停課不停學”的號召，保證教學工作的順利開展，“木質素及其利用”課程組決定利用“翻轉課堂+參與式”的教學模式開展線上教學，讓學生參與到線上教學的每一個環節，將趣味性和開放式討論教學貫穿于整個課程教學中。

一、“木質素及其利用”課程傳統教學存在的問題

(一)課程教學內容陳舊，前沿知識補充不足

近10年以來，“木質素及其利用”課程一直以《木質素化學及改性材料》(第一版)作為教材[1]，其內容已經完全落后于相關學科專業的發展。同時，由于木質素屬于典型的生物質大分子，如果教學內容不引入高分子專業學科相關內容，將會導致學生根本無法理解基本概念和理論。因此，該課程內容急需更新補充木質素結構和利用的新理論和新技術。

(二)學生的教學參與度不夠

“木質素及其利用”課程的傳統教學模式是以教師為中心，學生只是教學的對象，教師和學生之間交流較少。如果只是教師一味的單方面輸出知識，不僅導致教師自己疲勞，也會導致學生養成死記硬背而不去思考的壞習慣。同時，這種教學模式也根本無法適應線上教學的需要。

(三)課程考評方式不合理

近10年年來，“木質素及其利用”課程的考評方式一直以期末考核為主，平時考核成績所占比例較少，導致學生期末考核時死記硬背知識就能拿到一個滿意的分數。這一方面對一部分平時學習積極性較高的學生不公平，打擊學生的學習熱情；另一方面也造成教師采用翻轉課堂教學模式開展教學活動時，無學生愿意參與教學討論。

二、“木質素及其利用”課程“翻轉課堂+參與式”線上教學模式的設計與實施

傳統“先教后學”的教學模式，是指學生先在課堂上接收授課內容，之后在課下通過整合思考和做習題來吸收本節課的知識[2]。而翻轉課堂改變了教學方法，做到了“先學后教”“以學定教”，并將學生的學習過程分為了淺層學習和深度學習。學生經過課前教師給的內容提綱先進行查找資料的淺層學習，之后教師在當堂授課中對學生的學習內容進行更深層次的解讀，促使學生深度學習。翻轉課堂要求教師更多地作為引導者和整合者來幫助學生學習，這對學生養成良好的學習態度、找到合適的學習方法有很大幫助[3-4]。

線上翻轉課堂和常規翻轉課堂最大的區別就在于課堂形式的不同[5]。雖然常規翻轉課堂也包括線上和線下授課形式，但其多以線下授課為主體，輔以線上短視頻或其他的練習、測驗，整個過程學生仍然受學習環境和集體學習氛圍的約束。而線上翻轉課堂所有的學習內容只能依靠網絡平臺來實現，學習環境也從教室轉變到了家里，學生基本沒被監督和約束，很容易放松和懈怠。因此，對于線上翻轉課堂教學而言，教師如果進一步引入參與式教學模式，即以學生為主體，讓學生最大程度地參與到教學活動中，無形之中集中了學生的注意力，使線上“翻轉課堂+參與式”教學模式的應用成為可能，見圖1。

圖1 “木質素及其利用”課程“翻轉課堂+參與式”線上教學模式的實施過程

(一)線上翻轉課堂教學的課前準備

課前準備是線上“翻轉課堂+參與式”教學模式的關鍵性環節，主要可分為線上教學平臺的選擇、教學內容的設計和學生課前資料的搜集3個環節。

1.線上教學平臺的選擇

新冠肺炎疫情期間，大量線上教學平臺應運而生，主要有騰訊課堂、騰訊會議、釘釘和ZOOM等。“木質素及其利用”課程組考慮到學生人數以及教學內容的需要，選用了不同的教學平臺開展教學活動。比如，針對理論知識，木質素的結構、提取分離和理化性質的內容，選擇了騰訊課堂對學生課前準備的內容進行答疑，幫助學生剖析疑難重點問題，同時視頻素材的播放也更為流暢；針對木質素應用的實例內容，選擇了騰訊會議，由教師與學生共同對某一個實例進行深入的探討。

2.線上教學內容的設計

“木質素及其利用”課程線上“翻轉課堂+參與式”教學模式對教學內容要求極高，需要同時兼顧專業性和趣味性。該課程中的木質素結構和提取內容應以專業性內容為主，并結合高分子專業教材的相關內容進行設計。

對于木質素的結構內容，筆者引入了《高分子物理》(第三版，何曼君)中“高分子的鏈結構”這一章的相關知識點，可幫助學生在課前自學階段完整理解木質素三維結構的特點。

對于木質素分離提取部分，則加入《新編高聚物的結構與性能》(何平笙)中“高分子溶液”這一部分的相關內容，通過聚合物“溶脹-溶解”過程機理幫助學生理解木質素在提取過程中的結構和形態變化特征。

對于木質素應用部分內容，筆者在內容設計上更側重于趣味性，加入了適量的動畫和視頻演示，并在每一章小結后設置了大量的開放性問題。例如，在講授木質素在塑料領域中的應用時，考慮到學生對塑料認識不夠，筆者制備了相關動畫幫助學生快速了解塑料結構特點。隨后，在木質素塑料性能部分設計大量與教學內容息息相關的開放式問題。例如，為什么不能熔化塑料杯去做口罩？增塑劑是怎么能讓“鋼鐵直男”般的塑料變得“柔情似水”？為什么有的塑料可以回收，而有的塑料只能掩埋？緊跟著這些問題，加入了與木質素塑料實際應用相關的在線科普視頻，加深了學生對木質素在塑料領域中應用的認識。通過在教學內容中引入動畫演繹、開放式問題以及科普視頻講解，激發學生主動參與學習的能動性，讓學生在線上始終保持較高的注意力和參與度。

此外，還通過課前調研的方式充分了解了學生的學習能力和需求，對教學內容進行了針對性的調整和補充。通過課前教學調研，發現大部分學生對木質素在化妝品中的應用這一部分內容表現出較高的關注度，占比達80%。因此，有針對性地加入了木質素防曬霜和面膜兩部分教學內容，通過課后反饋發現，學生對該部分教學內容評價最高、教學效果最好。

3.學生自主收集學習資料的引導

線上翻轉課堂教學最為關鍵的一個環節是學生自主搜集資料和分辨有效信息的能力。鑒于大三學生對于知網以及Web of Science等網站并不能熟悉使用，在“木質素及其利用”課程開始前，筆者將相關科技文獻檢索方法和技巧分享在公共群里，引導學生去瀏覽一些重要的學習資料網站，如小木蟲論壇、粉筆網等，幫助他們在課前能夠快速搜集學習資料。在資料搜集任務的安排上，難度由淺入深，逐步培養學生課前自主搜集資料的能力和習慣。此外，通過分享課程重點知識和思維導圖，將每個章節的難點及時標出，進一步減輕了學生的負擔。

(二)線上翻轉課堂教學的組織實施

1.穿插大量實例，分析解析理論知識

在線上課堂上，筆者對相關理論知識通過大量實例進行詳細解析，引導學生進入“深度學習”階段。為了能夠充分吸引學生線上注意力，筆者對大量的專業術語進行了通俗易懂的解釋。例如，對于木質素玻璃化溫度的解釋，定義是“木質素由玻璃態向高彈態或者由后者向前者的轉變溫度，是木質素鏈段自由運動的最低溫度”，對此學生均反映十分晦澀難懂。為此，筆者利用圖文將玻璃化溫度解釋為“把高分子鏈比作一條蛇，它的爬行是通過身體分段扭轉實現的，玻璃化溫度就是指當這條蛇(高分子鏈)冬眠的時候，它的身體分段(鏈段)蠕動的溫度”，這使得學生印象十分深刻。

在理論知識解釋時，筆者還穿插了大量的生活實例，不僅可以幫助學生理解課程內容，還可以迅速調動學生學習興趣。在帶領學生掌握表面活性劑溶解木質素的原理時，通過引入生活中洗發水清潔頭發的原理快速帶領學生了解表面活性劑背景知識。同時，利用紙張隨時間久置自發彎曲的現象，幫助學生了解木質素減水劑在混凝土中對熱膨脹系數的影響。通過生動活潑的教學語言，有意地將生活常識與專業知識進行結合，避免了照本宣科的生搬硬套，極大地增強了學生學習該課程的興趣。

2.組織學生線上討論，分享學習經驗

為了幫助學生對授課內容進行思考延伸，并避免線上學習過程中開小差的問題出現，筆者共設計了以下4個開放式討論問題：討論木質素三種基本結構(愈瘡木基、紫丁香基和對羥苯基)的異同點、液體木質素制備的可能性和難點、木質素是否有望成為新一代生物基塑料以及木質素在化妝品中應用的困境和機遇。這4個開放性問題的設置和討論，可幫助學生在討論過程中進行探究式學習，也讓教師對學生課堂內容理解程度有一個完整的把握，并可對學生討論時產生的疑惑進行及時反饋。

(三)線上翻轉課堂教學的課后考評

為了考核“翻轉課堂+參與式”教學模式的有效性，新冠肺炎疫情線上教學期間，筆者大膽創新考核方式，采用“以評為主，以考為輔，考評結合”的評價形式對學生進行最終成績評定。在新的評價體系中，“考”的權重只占30%，剩下的70%由“評”為主導。

在“考”的過程中，對結課論文主題的要求不再是以往寬泛的行業發展現狀，而是以多種開放式的問題甚至是前沿科技報道為主。例如，設置了“木質素中空納米球制備方法和微觀機理”“深色木質素產生的原因和避免方法”“木質素用于食品薄膜的可能性和前景”等多個開放式論文題目，要求學生結合上課內容進行調研，對小組討論內容和課前的思維導圖進行復盤、梳理和總結，強調在論文中體現問題的提出和思考的過程。由于相關主題在內容上與上課內容緊密結合，且無法通過網絡直接百度搜索得到，能夠很大程度上對學生的學習情況進行有效的考查。

在“評”的過程中，筆者注重多元化成績的評定，以課堂練習、分組討論、PPT分享等多種方式進行考評。其中，課前資料搜集部分占比20%，課中開放式討論占比30%，經驗分享或辯論質疑占比20%。

三、“木質素及其利用”課程“翻轉課堂+參與式”線上教學模式的實施效果

(一)提高了學生的自學能力和參與性

由于學生考評成績直接與課程參與度掛鉤，極大程度提高了學生的參與性和自主學習能力。對40名林業工程類大三本科生進行的調研結果顯示，有85%的學生覺得自己能夠完全參與到線上課堂教學過程中，只有15%的學生認為由于前期基礎不牢而導致很難有勇氣參與到課程討論中。同時，有90%以上的學生覺得上課內容有趣，教師分享的資料搜集技巧能夠幫助他們提高效率，使他們能有效地進行自發式探究。因此，筆者認為改革后的“木質素及其利用”課程教學能夠充分調動學生學習的積極性，加深他們對專業知識的掌握，對學生自主學習習慣的養成及創新思維的鍛煉起到了積極的作用。

(二)培養了學生的質疑能力

在“木質素及其利用”課程實踐過程中，大部分學生自行調研了有關木質素利用的前沿資料，并通過課堂小組討論的方式進行了激烈的探討，逐步培養了自己勇于發問敢于質疑的精神。質疑是開啟創新之門的鑰匙，課后調研顯示有15%的學生通過課堂開放式討論內容而產生自己的科研想法，進而提前進入相關實驗室進行科研活動。其中，與木質素相關的大學生科研項目中，有1人申請到國家級大學生創新計劃項目，2人申請到北京市級大學生創新計劃項目。

資助項目：北京林業大學2020年教育教學改革項目——“木質素及其利用”課程參與式教學模式探索，項目編號BJFU2020JY057；北京林業大學2020課程思政教研教改專項課題“造紙專業專題講座(雙語)”，項目編號2020KCSZ148。