“物理性污染控制”課程線上線下混合式教學改革成效與反思

何 偉，薛 強，趙 憶，陳翠柏，陳思銘，胡遠安

中國地質大學（北京） 水資源與環境學院，北京 100083

環境工程專業是我國地學類院校培養具有生態環境保護能力創新實踐人才的重要支撐專業[1]。為了建設具有地學特色的環境工程專業，自2004年開始，中國地質大學（北京）不斷開展教學內容和課程體系的優化和改革，很早就提出增設噪聲污染與控制、物理性污染與控制類課程，但因課程師資不足以及我國面臨更加突出的水、土、氣、固等物質性污染問題，物理性污染與控制類課程長時間未成功開設，而是僅在環境監測理論與實踐類課程中進行補充[2-3]。2012年，黨的十八大把生態文明建設納入中國特色社會主義事業“五位一體”總體布局，把“美麗中國”作為生態文明建設的目標，以滿足人民對美好生活的向往[4]，這就對培養物質和能量污染治理能力并重的全方位環境工程人才提出了要求。2013年中國加入《華盛頓協議》，2016年成為正式成員國[5]，增設物理性污染類課程是我校環境工程專業認證通過的承諾。我校于2019年春季正式開設“物理性污染控制”課程，并列為專業核心課程。

“物理性污染控制”課程是一門知識點繁雜、理論與實踐性較強的應用型課程，涉及噪聲、振動、電磁輻射、核輻射、光污染和熱污染六個課程內容差異明顯的章節[6]。同時，該課程還面臨課時數少、師資單薄和學生對數學公式產生畏難情緒等問題[7]。為了切實解決上述課程問題，將這門課程打造成“金課”，“物理性污染控制”課程的教師們進行了一系列服務課程改革的教學方法探索，包括案例式教學[8]、基于問題導入教學（Problem-Based Learning, PBL）[9]、在線協作PBL教學[10]、研討式教學[8]、成果導向教育（Outcome-Based Education, OBE）模式[11]、PBL結合團隊合作式（Team-Based Learning, TBL）式教學[12]、基于專業能力的課程多元化考核教學[13]以及混合式教學[14]等。為了培養符合工程教育認證標準且具備創新實踐、團隊合作、終身學習和溝通交流等能力的環境工程專業人才[5]，我校積極吸收現有教學方法，發揮MOOC+SPOC線上教學平臺的優勢，綜合使用TBL、研討式、案例式等線下教學方法，開展了基于線上線下混合式教學模式的“物理性污染控制”課程改革。以下將從課程全過程實施情況、課程反饋與改革成效、課程特色與創新以及課程建設的不足與反思等方面進行重難點闡述。

一、課程全過程實施情況

1.準備階段

（1）利用教學進度表安排線上線下教學任務。

結合具體課程內容和教學日期，安排線上學時12個，線下學時20個，其中，在第1～3周和第5～7周，每周1次，第4周和第8周，每周2次課。線上以自學和教師答疑為主要教學形式；線下以教師直播或面授、翻轉課堂、課題研討為主要教學形式。

（2）學習MOOC資源和整理SPOC資源。

本課程選定的MOOC資源是中國大學MOOC上由范立維教授開設的“物理性污染控制”，已開課5次，課程內容豐富，但存在振動污染及其控制章節缺失情況。針對此情況，本課程基于2020年線上教學內容在學習通上自建了SPOC（小規模限制性在線課程，Small Private Online Course）資源。

（3）建立線上交流溝通群組。

利用學習通、微信、雨課堂、釘釘等實時交流工具建立群組解答學生疑問、發布學習通知、分享學習資源和開展直播交流等。

2.線上教學

（1）基于MOOC和SPOC的自主式線上學習。

本課程MOOC資源介紹重要知識點，SPOC資源拓展知識點和解析難點，兩者相輔相成，既保證了基本知識點不遺漏，又為學有余力的學生提供了深入學習的機會[15]。50%的學生總線上學習時長達到13.4小時，超過線上預定學時12小時，其中，學習MOOC的中位數為3.29小時，學習SPOC的中位數為9.99小時。

（2）基于網絡直播的教師傳授式線上教學。

受疫情影響，線下面授通過線上直播的方式進行了靈活轉換。與MOOC和SPOC不同的是，直播課程既強調了線上資源的重點和考點，也詳盡介紹了難點，比如聲速、波動方程等公式的推導和客觀噪聲評價量與主觀噪聲評價量關系等。本課程還采取索引式概括和案例引導方式引出核心知識點。通過索引式概括，學生進一步明確了本課程所講授的物理性污染控制措施、原理和關鍵的物理量；通過設計案例引導的方式，可幫助學生從問題出發，激發學生的好奇心，提高學生的主動性，使其學習目標更明確。

3.線下教學

線下教學采用PBL教學方法，學生分組討論一個實際工程和社會案例，將學習知識與探究問題相結合，在探究過程中獲取、應用和更新知識點[10]。例如，本課程針對新冠疫情期間某國民眾認為5G通信基站是造成病毒傳染的原因而肆意進行破壞，向學生提出：“作為一名環保工程師，你的看法是什么？如何減弱民眾對未知新生事物的恐慌？請結合本課程所學的相關內容，分析5G移動通信基站的潛在污染源特征，給出監測和評價該類污染的方案，并對控制該類污染提出建議?！睂W生們均能從環境專業大方向上做出判斷，多數學生能給出定性的治理建議，但在監測評價等定量分析方面的思考仍比較欠缺。這也說明，線上學習有助于學生掌握概念和原理等描述性知識點，但在幫助學生掌握定量分析手段方面的作用有限。

4.實踐教學

本課程是一門應用型較強的課程，然而，專業體系中并沒有物理性污染控制設計類課程，僅在環境工程特色實驗課程中涉及了一項教學實驗，這就導致僅僅通過理論講授無法滿足工程教育認證的標準。因此，通過在課程中引入符合OBE教育模式特征的實踐教學，將提升課程教學效果[16]。本課程的實踐教學貫穿于整個課程生命周期（表1）。

表1 “物理性污染控制”課程實踐教學安排

課程實踐I旨在讓學生通過閱讀近20年中國輻射環境年度質量報告了解我國在輻射環境治理方面所取得成果和存在問題。本次課程實踐中，學生分工協作開展閱讀資料、整理報告和演示匯報等。課程實踐II旨在發揮學生主觀能動性。學生自主選定實踐主題，利用所學知識設計實踐方案，使用相關儀器完成污染監測并進行評價，通過分析軟件進行數據處理和展示，在完成實踐報告并制定控制方案后還要能在短時間內凝練和匯報實踐成果。實踐資源庫由“教師引導”的4個實踐案例拓展到“學生實踐”的10個案例（表2），通過比較學生實踐成果與教師設定實踐主題，發現學生在教師引導下，發揮了較強的主觀能動性，主要表現為：（1）對于同一物理污染類型，關注了多場景中該類污染的狀況和制定控制方案；（2）關注教師設定實踐主題以外的其他物理性污染評價和控制；（3）考慮了多種物理性污染復合存在情景，并開展了綜合性評價與控制方案制定。

表2 2021年混合式教學的實踐資源庫

在實踐匯報環節，教師與學生也有互動。學生將實踐匯報當作答辯，教師在點評過程中回顧相關知識點；學生闡述自己對實踐主題的投入和認識，教師幫學生凝練成果，指出認識上的誤區；其間，非匯報學生也積極參與組間互評環節。通過學生展示和師生點評實踐成果的方式，在“教學相長”的互動中逐步完善實踐資源庫（表2）。

5.考核形式

線上線下混合式教學模式一般采用全過程的多元化考核模式[13]，成績評定包括：（1）線上學習，視頻、作業（22%）；（2）課堂學習，學生反饋、參與度（考勤）、調研匯報、實踐展示（18%）；（3）閉卷考試，期末試題（60%）。

二、課程反饋與改革成效

1.課程反饋

通過開展問卷調查收集學生對本課程教學內容、過程和考核等的反饋。約71%學生參與了課程反饋，調查結果能夠反映大多數學生的心聲。通過分析課程前后學生心態和想法的調查反饋可知，大多數學生表達了對本門課程的學習興趣，但對學習該課程的實用性前景依然比較迷茫；由于課程涵蓋內容較多較雜，部分學生對于如何靈活運用相關知識表現出一定的迷茫。學生能力評估結果表明，59.1%～77.3%的學生認為能力水平得到提升，初步具備了物質和能量污染并存且同等重要的環境整體意識。針對本課程目標實現情況調查發現，90%以上的學生形成了物質和能量污染的環境污染綜合認識觀，68%以上的學生能運用課程內容開展環境污染治理和生態文明建設，50%以上的學生具備了運用高級思維評估和治理物理性污染的能力。學生在自主性、協作性、批判性、研究性、思辨性和表達力等“五性一力”感覺有提升的比例分別為90.9%、90.9%、36.4%、63.6%、40.9%和59.1%，這說明，大多數學生在自主性、協作性、研究性和表達力方面有了很大的提升，而在批判性和思辨性方面獲得感較弱?？傊?，學生在能力方面的獲得感得到了提升，本課程基本實現了預設的課程目標。

在本課程采取的多種教學形式中，60%以上的學生對項目探究和案例點評的印象深刻，其次是研討辯論、邊講邊練和同伴講評。86.4%的學生對課程調研活動給出了4分以上（滿分5分）的滿意度，63.6%的學生對課程實踐環節和翻轉課堂教學給出了5分的滿意度，77.3%的學生對相互評價環節給出了4分以上的滿意度。針對本課程的學習量，80%以上的學生認為課堂作業、在線測試、實踐報告的學習量適中，而只有不足75%的學生認為課下作業、線上視頻、課程實踐的學習量適中。需要指出的是，45.5%的學生在上完本門課程后，對考試還是比較自信，另有36.4%的學生擔心考試會考核未強調的知識點，對復習沒有底氣。

針對本課程采取的線上線下混合式的教學模式，59.1%的學生認為線上學習起到了預習課程作用，線下學習針對性更強、重點更突出，線上一遍線下一遍學習，對課程的印象更加深刻；27.3%的學生認為線上課程可以回放，不懂了可以多聽幾遍，更有利于接受基本原理，線下課程對知識點介紹太快，容易錯失關鍵信息；13.6%的學生更傾向于線下學習。90%以上的學生對教學過程中采取的回顧線上教學基本知識點、深入剖析重難點、研討案例相關知識亮點、匯報展示、邊講邊練邊評和以點評作業形式講解知識點等教學形式給出了4分以上的滿意度?；旌鲜浇虒W作為一種新鮮的教學模式，給學生帶來了不同以往的教學體驗，59.1%的學生希望其他課程也能采取這種混合式教學模式，另有36.4%的學生并無明顯偏好。上述調查結果說明了，本門課程采取線上線下教學模式是值得推廣的。

2.改革成效

（1）成功建成線上線下混合式課程。

本課程采取線上線下混合式改革時已具備了一些先決條件，如在前兩年的教學過程中分別開展過了線下教學和線上教學，在上述兩種教學形式上具有一定的實踐經驗；教師團隊熟悉線上線下教學的軟硬件，如智慧教室、雨課堂、超星學習通、釘釘等；課程知識點比較零散且難度適中，便于學生開展線上自學。然而，疫情導致學生無法正常返校開展線下學習，這使得課程改革無法按照預期開展。本著混合式為課程核心，鍛煉學生自主性為課程目標，教學團隊將線上直播教學作為了線下教學的補充。學生返校后，調整了一部分計劃，繼續開展了線下教學。無論是線上直播還是線下傳授，均是基于學生在線上學習后先知先覺的情況下，開展重難點和考點的講授，讓學生的線上學習知識得到了極大的鞏固。綜上，“物理性污染控制”線上線下混合式轉型基本成功。

（2）學生的自主性得到了極大釋放。

本課程開設第一年專門設定了“課前回顧”環節，讓學生自己回顧上次課程的關鍵知識點。然而，上述改進措施依然無法激發學生的自主性。大學教育是通往社會教育的過渡，更應該教會學生自主學習的能力。線上線下混合式教學方式屬于下放一部分教師的教授權利給學生自己，讓學生自己教自己，這是對學生自主性的極大鍛煉，考慮到不是每個學生都有較強的接受能力和自學能力，線下教學依然有存在的必要。在混合式教學過程中，混合多樣的實踐教學，同樣啟發了學生的自主性，從自主選題到撰寫報告，再到匯報答辯，每個環節都由學生自主完成；此外，學生參與到匯報評分中，又鍛煉了學生的評判力，進一步提高了學生的參與感。在混合式教學過程中，學生的自主性得到了極大釋放。

（3）教師的角色作用發生了顯著變化。

“師者，傳道授業解惑也?！标P于教師的角色和作用，在大中小學不同層次的教育中存在差異。教師在中小學教學過程中，往往顯得相對更加“高高在上”，因為他們的知識和閱歷遠遠多于中小學生，因此，學生對教師往往心懷敬畏之心，也做到言聽計從，相信多于質疑，追隨多于反叛。而進入大學，學生的心智趨于成熟，能從多種渠道獲得相關知識，并具備一定批判性思辨能力。教師在大學課堂的教學過程中采取類似中小學教師的傳統教學方式，已無法滿足當前學生多樣化的需求。線上線下混合式教學，線上線下僅僅是教學形式，而混合式才是核心，只有發揮混合式產生的多樣性優勢，才能滿足學生的需求，創建一個多元化且包容的課堂，教師在這個過程中亦師亦友亦生，學生在這個過程中亦生亦友亦師，整個課堂貌似無中心，卻又處處是中心，教師的角色由課堂的中心轉變為學生和教師都是課堂的中心，教師的作用不僅是傳道授業解惑，更是成為學生知識增長和能力精進的協助者。

三、課程特色與創新

1.課程特色

（1）聚焦城市場景，結合案例學習物理性污染控制基本理論和控制技術。

2019年，中國城鎮人口占比超過60%，城鎮群眾對美好城市生活的需求也日益旺盛，解決城市面臨的物理性污染問題是提高城市居民生活品質的最后一環，城市物理性污染的強弱也是檢驗城市宜居與否的重要標準之一。本課程重點關注城市物理性污染及其控制，課程的案例研討、課題研究、課程實踐等應用場景聚焦于城市實際案例，學生從案例中識別物理性污染，學習解決之道，而后獲得啟發并將所學所知應用于具體實踐。

（2）瞄準前沿產業，探究性學習解決新工科產業發展產生的能量污染問題。

隨著“中國制造2025”和應運于新技術新產業要求的新工科發展，新工科帶來的能量密集輸入勢必帶來各種能量污染。本課程不僅僅傳授已知知識，同時，布局未來，探究式地學習未來產業可能產生的能量污染，并嘗試性地提出解決之道，培養學生活學活用經典知識的能力。

（3）融入課程思政，漸進式培育學生結合中國實際和服務生態文明建設的能力。

通過具有中國特色的前沿性、時代性的“城市問題”“中國故事”“環保人物”等物理性污染控制的實踐案例，將課程內容刻畫得生動活潑，使學生熱愛本課程、本專業、本學科，從而由被動學習逐漸轉變為主動學習。

2.創新點

（1）建立獨具特色的教學與實踐資源庫。

本課程改革重點之一是建立適應于新時代、新技術、新產業的特色教學資源和實踐案例庫，保證每屆學生都能感受到所學知識貼近生活，并且學有所用。本課程的教學資源庫和實踐案例庫在課程實施過程中得到完善。

（2）采取優化組合的多元教學組織形式。

通過多變的教學組織形式，實施翻轉課堂——混合式教學模式調動學生的積極性和改善教學效果，培養學生自主性、協作性、批判性、研究性、思辨性和表達力等課程知識以外的科學素養。

（3）將實踐環節貫穿于課程全過程。

采取線上教學、課堂翻轉和考試考核的全過程成績評定方式避免一考定終身。學生在收獲知識的同時，也將知識轉化為產品、作品等成果，從而使學生對這門課程從了解到理解，再到應用和分析，而后可綜合和評價，最后產出新想法或新成果，增加其獲得感。

四、課程建設的不足與反思

1.不足

本課程建設依然存在如下不足：（1）部分教學內容無法適用于混合式教學；（2）過于關注教學形式而非教學內容；（3）師生互動未被很好地運用于課堂；（4）實踐環節重學生而輕師生互助；（5）師生角色的轉變未體現在教學中。

2.反思

在建設“物理性污染控制”課程的過程中，課程團隊在3年里分別做了線下課程、線上課程和線上線下混合式課程，對多種教學模式均有一定嘗試，最終決定采用線上線下混合的模式。上述決定并非僅僅為了實現課程改革目標，而是這種模式具有“常為新的”的內核，具有多元化的目標，能夠滿足學生多樣化的需求，更能培養出具有獨立研究能力和判斷力的終生學習者。這種模式也將有助于課程的不斷更新和迭代，最終師生共成長、同受益。