基于翻转课堂的环境监测课程线上线下混合教学模式探索

董怡华，杨杰，高丹，蔺昕，魏建兵

（沈阳大学 环境学院，沈阳 110044）

环境监测是本科院校环境科学与工程学科必修的一门专业基础主干课[1-2]。该课程具有基础性强、理论性强、时代感强、实践性强等特点[3-4]，是一门涵盖监测点布设、样品采集、分析测试和监测质量控制与保证的系统性学科，为诸多后续专业课程的学习提供重要的支撑[5]。该课程的主要任务在于使学生熟练掌握现场调查→监测方案制订→优化布点→样品采集→运送保存→分析测试→数据处理→综合评价的环境监测全过程相关基本理论知识和实际操作技能，为学生未来从事环境监测领域的工作打下坚实基础[6-7]。然而，以教师为主体的环境监测课程的传统教学模式存在教学目标、教学组织形式和教学活动角色等单一化的弊端，导致理想与现实、观念与行为之间相互脱节，不能充分发挥学生的主动性和创造性思维，无法达到良好的教学效果[8-9]。为了激发学生的学习兴趣和积极性，提高环境监测课程的实际教学效果，在有限课时内使学生能够牢固掌握环境监测课程的基本理论知识和实际操作技能，有必要对传统的教学模式进行反思和改革，构建一种既能发挥教师的指导作用，又能充分凸显学生主体地位的新型教学模式，并在此基础上循序渐进地实现教学内容、教学手段和教学方法的全面改革[10]。

一、线上线下混合教学模式存在的问题

“互联网+”的快速发展推动高等教育发生了巨大变革[11-12]。基于网络教学平台的线上线下混合教学模式为高等院校专业基础课的教学改革提供了一条新思路[13-14]。线上线下混合式教学是一种学生借助网络教学平台开展线上自主学习与教师线下课堂教学相结合，从而将传统的课堂教学与网上在线学习深度融合的教学模式[15-16]。该教学模式克服了传统课堂教学模式所存在的教学程序化、模式化、单一化，教学时间、空间有局限性，信息化资源和技术应用不充分，忽视学生主体地位等一系列弊端，同时也弥补了慕课教学模式所具有的缺乏师生面对面互动，学生参与度不足、缺乏浸润式学习体验，学习管理难等缺陷[17]。相比而言，线上线下混合教学模式具有学习方式多元化，学习环境丰富多彩，教学时间、空间灵活，能够充分发挥信息化资源和技术的作用等明显优势，有效地突出了学生的主体地位，增强了学生的积极探索精神、团队协作意识和创造能力[18-19]。然而，该混合教学模式在实践过程中存在教学内容缺乏线上线下一体化设计。由于巨大的网络信息量而导致学生出现“迷航”现象，无法跟踪评价学生的线上学习效果及教师线上教学能力有待提升等问题[20]。因此，如何利用现代信息化技术设计一种更加适合环境监测课程特点的线上线下混合教学模式成为环境监测课程教学改革亟待解决的问题。

二、基于翻转课堂的线上线下混合教学模式的设计方案

将环境监测课程教学模式设计为线上线下翻转式课堂，其设计思路为：（1）时间维度上按照课前、课中、课后和课外四个环节实施混合式教学；（2）学习场所上按照网络在线预习课堂、线下理实一体教学课堂、课后在线复习课堂及课外拓展实训室等四个部分开展混合式教学；（3）学习目的与效果的设计包括知识学习与获取信息、问题探究与技能训练、学习巩固和知识拓展、技能熟练与技能提升四个循次而进的阶段。环境监测课程线上线下混合教学模式的整体框架由课前线上自主学习、线下课堂知识内化、课后线上作业强化和课外拓展实训提高四个部分构成。通过诊断性评价、过程性评价、总结性评价来实现对学生的整体性评估。在整个过程中，以学习任务为明线，知识与技能、素质培养为暗线开展教学。本课程设计的混合式教学实施方案具体过程包括以下几点。

（一）开展课前线上课堂

课前在线课堂重在培养学生自主学习和提出问题、解决问题的分析能力。学生课前通过线上网络教学平台获取知识，完成观看名师慕课视频、在线课前测试和线上讨论等，为线下探究学习和实训为主的课堂打下学习基础。该教学环节的实施过程为，教师利用网络教学平台或者手机APP 上的通知功能向学生布置线上预习任务。学生自主安排课外时间进行课前线上学习，观看视频，主动获取重要知识点，解决视频和测验中的问题，针对自己无法解决的问题，在网络平台的“讨论区”向教师反馈。教师通过对线上学习结果进行跟踪统计，及时掌握学生的学习情况，收集出错率较高的知识点及讨论区集中反馈的问题，确定线下课堂教学目标和调整教学流程。

（二）实施课中线下理实一体课堂

课中线下理实一体课堂是通过师生互动实现翻转课堂的主课堂。线下课堂是一种有目的、有组织的信息交流活动，教学活动要能够检验、巩固、转化线上知识的学习。在线下课堂中，教师起到指导与组织教学活动的作用，而学生是教学的主体对象和实践者。教师需根据课前在线课堂学生的预习情况，精心设计课堂教学任务与过程，做好引领讨论、答疑解惑和总结点评工作。该教学环节的实施过程为：首先，教师根据学生课前线上预习遇到的重点、难点，有针对性地进行深入讲解，对出错率较高的知识点及学生在线上“讨论区”集中讨论和反馈的问题，在课堂教学中重点突出地做出详细讲解，引导学生去掌握理解；然后，教师再根据课前预习中反馈的共性问题确定课堂教学任务，通过头脑风暴、创设意境或者案例的方式将任务融入其中，向学习小组发布任务，小组通过讨论、分工协作、实践操作等共同完成任务。教师在线下课堂中发挥教学引导、实时指导和考核评价的作用，促使学生更好地熟悉和掌握课堂所学的知识，训练学生的知识迁移和创新能力。

（三）课后在线课堂

课后在线课堂是对课中线下课堂知识的回顾与巩固，同时考核学生对已学知识的掌握，从而达到强化学习效果的目的，教师在此环节中起到线上辅导和课程网络平台管理的作用。其具体实施过程为：首先，教师根据课堂反馈发现学生掌握知识的相对薄弱环节，将某一特定知识点录制的微视频或多媒体课件等学习资源上传至超星学习平台并设置任务点，要求学生反复观看并理解掌握；然后，教师根据学生线下课堂学习情况归纳总结，布置课后作业和课后实训任务，学生需要完成课后作业，对学习进行反思总结；此外，教师也可将共性问题发布至网络平台或微信群开展互动交流，实现随时随地答疑解惑。这种交流打破了线下课堂教学受时间和空间的限制，进一步增强了教学效果。

（四）课外延续拓展实训

课后拓展实训需满足学生个性化需求，可以将课内学习和课外兴趣相结合，理论与实践相结合，学习与科研相结合，从而弥补线下课堂学习中存在的不足，达到拓展知识的目的。课外拓展实训方式灵活多样，包括综合实操训练、创新创业竞赛项目训练和科研课题训练等。其具体实施过程为，教师在网络平台发布课外拓展实训任务、科研课题和各级技能竞赛通知，学生根据自己的能力自主选择参与，并综合运用所学知识独立地、创造性地完成拓展训练任务。通过课外拓展实训，提高了学生的知识应用能力、分析测试技能和科技创新能力，综合素质得到普遍提高。

三、环境监测课程线上线下混合教学模式的实施案例

（一）构建环境监测课程网络教学平台

利用世纪超星信息技术发展有限责任公司自主研发的“一平三端”智慧教学平台，构建适合学生线上学习的课程教学平台。环境监测线上教学平台主要包括四个模块。

1.“课程学习”模块

课程学习模块是整个教学模式的核心部分之一，其中包括电子教材、多媒体课件、授课视频和微视频等四个部分。电子教材主要是针对优化整合后的环境监测课程教学内容编制。多媒体课件是根据整合后的教学内容，采用PowerPoint、Flash 等软件进行演示。授课视频为本课程授课教师线下课堂的全程授课录像，授课视频已进行了剪辑整理。此外，根据学生掌握知识的相对薄弱环节，授课教师将某一特定知识点录制成微视频。电子教材、多媒体课件、授课视频和微视频均上传至超星智慧网络教学平台供学生自主学习。

2.“实践学习”模块

实践学习模块的网络教学重点放在实践虚拟仿真和内容处理上，借助现代教学手段，把视频、动画、图片和实物投影等有机地结合在一起。具体实施方式为把实验指导书、仪器介绍、示范视频和实验仿真模拟等多媒体资源上传到网络教学平台上，供学生课前在线预习时查阅和讨论。而实验仿真模拟系统则是通过对大型分析仪器如原子吸收光谱仪、气相色谱、液相色谱和质谱仪等装置进行虚拟仿真模拟操作，从而使学生熟悉这些分析仪器的操作原理、操作步骤和数据分析处理等。

3.“在线交流”模块

依托学习通手机APP 实现教师和学生课内外实时互动交流，教师和学生可以分别就理论课和实验课中所遇到的疑惑、体会、建议等进行交流和讨论。在此模块中，还可设置若干开放性的讨论话题，例如在课堂教学前，设置一些和课堂内容相关的主题，通过讨论引领学生学习新的知识；或者在课堂教学后，设置相关知识延伸性的主题，通过讨论加深对课堂知识的理解。

4.“自我测试”模块

该模块含有课前小测验、作业与期末考试3 个栏目，由选择题、填空题、判断题、简答题、方案设计题和计算题等组成，将环境监测课程的所有重点、难点涵盖其中。在超星教学网络平台上的作业区，每一章节均提供课前小测验，与“课程作业”“课程考试”形成环境监测课程的预习、复习、巩固和考核评估体系。学生进入模块后，系统随机抽取题目，答题结束后提交试卷，对于填空题、简答题、方案设计题和计算题给出标准答案供参考，对于选择题和判断题，系统自动打分并标示错题题号和正确答案。

（二）建设线上线下教学资源库

教学资源库是开展线上线下混合教学的前提和基础，为有效实施混合式教学提供保障。教学资源库的建设以资源共享为目的，从而促进教学资源更好地为实际线上线下混合教学服务。环境监测课程教学资源库包括线上和线下课程资源库两部分，其素材均由授课教师上传到网络平台，供学生线上学习使用。环境监测课程的线上线下教学资源库见表1 和表2。

表1 环境监测课程线上教学资源库

表2 环境监测课程线下教学资源库

（三）建立环境监测课程线上线下课程评价体系

环境监测课程线上线下课程评价体系采用过程评价与总结性评价相结合的方法。其中，过程评价一方面基于学生课堂中的表现、线上教学视频观看情况、实验操作情况；另一方面，在每个章节完成后，增加在线作业题，结合学生在线测试成绩进行进一步评价；总结性评价基于学生期末考试试卷成绩和实验报告成绩进行评价。在整个教学过程中将学生的知识掌握能力、实践能力、创新能力及分析解决问题的能力逐一作为考核重点，全面客观地检查学生对课程内容的掌握情况。具体体现在课程期末总成绩，包括平时表现成绩20%（观看视频10%+章节学习次数5%+出勤5%）+网络平台作业成绩20%（共计10 次作业）+实验成绩20%（共计5 个实验）+期末试卷成绩40%。

四、环境监测课程线上线下混合式教学模式改革成效

环境监测课程充分利用线上、线下两个教学平台，将课前、课中、课后和课外四个环节有机结合，拓展了学习的时间和空间。在线上线下混合教学实施过程中，课程教学团队基于实际问题的解决需要，按照循序渐进的指导思想，不断革新地开展教学研究。在每一轮教学研究与实践后，教学团队都认真总结前一轮教学实践的优缺点，在制订下一轮的教学计划过程中对教学模式进行修改与完善，由此形成了一套具有特色的、教学效果良好的线上线下混合式教学新模式。环境监测课程线上线下混合教学模式增加了课堂教学的直观性和生动性，具有声画并茂、视听结合、动静相宜和感染力强的特点，使学生的学习环境变得丰富多彩，从而有效地激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，强化感性认识，加深对所学环境监测课程知识的理解，提高了学习效果。环境监测课程线上线下混合教学模式实施三年，在网络平台上推送各类学习资源129个，开展案例分析、小组讨论、头脑风暴和项目实训等各类教学活动115次，为教学质量的提高提供了有力支撑，在多次校教学督导组专家听课中获得高度评价，并受到2017—2019 级环境工程专业学生的欢迎和一致好评，普遍反馈这种教学模式增强了学习的动力与自信。

五、结束语

基于翻转课堂的线上线下混合教学模式将师生面对面的课堂教学延伸至网络教学，为学生提供了一个便于自学、自检和收集有用信息的网络教学资源共享平台。线上教学具有学习时间自由，易于利用现代信息手段阐述知识点的优点；线下课堂则具有引导学生主动思考，便于交流探讨，浸入感强的优点。课堂教学资源与网络教学资源相结合增加了课堂教学的直观性和生动性，强化学生感性认识，加深对所学知识的理解。采用线上线下双线并行的模式开展教学，在一定程度上实现了所授课程的教学内容信息化、师生交流互动的网络化和课程管理的智能化，实现了立体、开放和多元化的教学环境，学生主体地位凸显，师生互动得以提高，从而塑造了学生主体、教师主导的教与学互动新关系，巩固了学生专业知识的掌握程度，提升了学生专业综合技能，培养了学生分析问题解决问题的能力。