三維聯動應用型高校在線課程立體化建設實踐與評價
——以“水污染控制工程”課程為例

王 瑛，李 華

（綿陽師范學院資源環境工程學院，四川綿陽 621000）

0 引言

在線課程是依托于互聯網的新興授課形式，最早的起源可追溯到二十世紀60 年代，以美國發明家和知識創新者Douglas Engelbart 為代表的教育變革家們，極力推進教育過程的開放，號召人們將計算機技術作為一種改革手段應用于學習過程中.2008 年，加拿大愛德華王子島大學的研究員提出了MOOC 概念［1］，一大批教育工作者開始采用這種課程結構在全球各國大學主辦大規模網絡開放課程.近10 年來，在線課程在中國也得到了快速發展，從2012 年開始跟上國際慕課大潮，到2015 年教育部正式推動我國在線開放課程建設，到2018 年教育部提出一流本科課程“雙萬計劃”.受2019 年年底暴發的新冠肺炎疫情影響，我國乃至全球的高校教育更是面臨新的挑戰.教育部印發了《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》.2020 年開始，因疫情而推進的“停課不停教、停課不停學”過程中，前期建設的優質在線課程功不可沒，同時也進一步推動了在線課程的快速發展.2020 年11 月推出首批5 118 門國家級一流本科課程中有1 875 門線上、728 門虛擬仿真類課程［2］.通過十余年的建設，我國在線課程取得了舉世矚目的成效.

環境科學與工程專業應用型人才主要是指在環境領域具備一定應用技術創新能力的高層次技術人才，其培養過程更強調與一線生產實踐相結合［3］，過去那種以傳統理論講授為主的在線課程已無法滿足應用型人才培養的需求，這為環境科學與工程專業在線課程的建設提出了更高要求.本文以環境科學與工程專業核心課程“水污染控制工程”為例，結合應用型本科院校轉型發展要求，從培養應用型人才的角度，進行“教學-項目-實踐”三維聯動教學模式下的在線課程立體化建設教學改革研究.

1 在線課程在應用型人才培養中存在的問題

1.1 課程建設與發展缺乏核心推動力

由于目前我國高校在線課程建設普遍缺少對課程實施成效的監督及管理，把課程建設及后續發展任務直接下放到課程負責人或者課程團隊，而課程負責人往往忙于各項教學科研或行政事務，缺乏對在線課程建設的深入了解，有時只是“模式化”將原有課堂教學內容“片段化”和“濃縮化”后發布到在線課程平臺上.由于缺乏核心推動力，各大平臺上同一門課程數量眾多，但內容及形式大同小異.國家、省及校三級課程建設，在線課程建設呈現重申報，輕內涵建設的現象.課程申報成功后建設進度緩慢，內容更新頻率極低，傳統課程教學與在線教學不能很好銜接，學生對于網絡平臺課程知之甚少，從而造成網絡課程的利用率較低.教學團隊教師之間、教師與學生之間、學生與學生之間的交流匱乏，導致教學效果不理想，再加上國家、地方及學校未出臺對于已建成課程后續管理和維護的相關監管政策，導致了在線課程申報成功后的后續建設不及時、不規范、不主動，這樣的課程最終成為網絡平臺上的擺設，缺乏后續發展動力，得不到縱深發展，從而背離課程建設的初衷［4］.

1.2 學生缺乏學習自覺性和主動性

傳統線下教學模式中，教師與學生的交流和互動非常及時和直接，教師可以直接根據學生學習狀態給予有效地指導和監督，學生也可以在課堂中與教師進行有效溝通和問題反饋.在線開放課程與傳統課堂不同，由于缺少實時的教師監督和指導，因此要求學生有很強的學習自覺性和主動性.而且在線課程往往是傳統課堂的輔助教學手段，通常要求學生課外自主學習，用于對傳統課堂教學內容的補充，但是大多數在線課程的負責人或團隊對于如何實施線上線下混合式教學還缺少有效方案，教師課堂講授和學生課下自習，沒有得到有效融合，因此往往會出現在線課程的學習時間被壓縮，學生學習效果差的現象.此外，高校開設的在線專業課程的學習通常需要有一定的學習基礎，但是目前各大平臺上的在線課程大多沒有設置學習門檻，學生學習缺乏激勵機制，教師也無法與學生進行及時的溝通，這些都可能造成學生失去了對于在線課程的學習興趣.

1.3 在線課程建設缺乏實踐實訓內容

黨的十八大以來，習近平總書記對教育工作作出了一系列重要論述，多次強調人才培養工作的重要性.隨著經濟高速發展，社會競爭日趨激烈，現代社會人才培養的最終目標是培養應用型高素質人才.實踐實訓是應用型人才培養的重要環節.學生只有按照專業培養或課程目標要求到企業進行一定課時的實習實訓，將課程理論知識進行實際操作性訓練，才能在實踐中培養發現問題和解決問題的能力，才能具備適應未來職業發展的“雙創”能力.2020 年新冠疫情的暴發在為我國高校在線理論課程建設提出更高要求的同時，也給在線課程中的實踐實訓內容發起挑戰［5］.作為環境科學與工程專業核心課之一的“水污染控制工程”，不但有理論課教學，還有與之相配套的綜合實驗、實習等教學環節.理論、實驗、實習的課程設置相輔相成，既強調理論學習的重要性，也強調學生實際操作能力的培養，培養學生理論聯系實際的能力.新冠疫情的沖擊，使得我國迫切需要能夠應對此類重大突發公共衛生事件的高層次應用型人才，譬如城市醫療廢水處理等領域的應用型人才.疫情防控期間，環境相關專業在無法開展線下實驗和實地參觀實習的情況下，線上的實驗和實習教學就顯得至關重要，但是目前“水污染控制工程”等在線課程往往缺少實踐實訓的相關內容，這對應用型人才的培養非常不利.

2 “課堂—項目—實踐”三維聯動模式

本課程采用“課堂—項目—實踐”三維聯動的教學模式，“課堂”是指在線理論教學課堂，“項目”是指在線展示教師科研項目或企業的工程建設項目案例，“實踐”是指在線虛擬仿真實驗和云端實習.在傳統網絡課程理論教學和工程案例教學的基礎上增加在線虛擬實驗和云端實習實訓板塊，設置了“課堂教學”“項目案例教學”“實踐教學”三大模塊，提供課程完整電子教案，典型工程案例，鏈接相關聯的虛擬實驗平臺等材料和課后學習思考題、工程設計思考題等學習資料，全面實現三維聯動教學模式，并對以往“水污染控制工程”在線課堂存在的不足作出了一系列改進.

2.1 課堂

為了解決“水污染控制工程”在線課程建設和發展缺乏核心推動力的問題，首先需依據課程教學大綱，對教學內容進行系統梳理，將教學內容以知識點的形式呈現，錄制視頻傳至教學平臺，供學生課前預習和課后鞏固參考.在此基礎上，建設并逐步完善線上試題庫.改變過去傳統單一的“傳授式”教學模式，將啟發式、討論式等多種靈活生動的教學方法應用于在線課堂教學中，更多地讓學生“動起來”.例如，針對廢水中某一污染物的處理，在教學平臺視頻中設置為任務點，讓學生根據所學知識提出處理方法；或者老師提出廢水處理工程實例，讓學生進行評價，找出存在的不足，并提出改進措施，使學生在對問題的挖掘和思考中進行學習.依托“學習通”“愛課程”等平臺功能，對學生進行多方面考核并科學構建考核體系.如考核學生學習視頻個數與時長數以及參與課堂練習、小組任務、搶答提問等環節情況并設置相應考核比例.同時需充分利用課程平臺中的互評功能，通過師生互評、生生互評、小組互評等方式開展深入探討，強化學生對重點知識的掌握.

2.2 項目

為了更好地實現應用型人才培養目標，滿足社會對應用型人才的需求，本課程引入行業企業專家聯合開展在線課堂教學，及時了解行業實際問題及發展動態.打造校企合作平臺，為學生提供項目案例教學環境.鼓勵學生積極參與企業工程項目，在“做中學、學中做”，實現讓學生在校所學與企業實踐有機結合，不斷提升其素質及技術水平.本課程在傳統的教學模式基礎上，重視將教師科研及企業工程項目案例導入學校在線課堂教學環節，借助具體項目案例，以實際項目要求為標準，考核學生的綜合能力，通過實際項目案例教學不斷積累實戰經驗.同時在線項目案例教學可以克服空間和時間的困難，更大范圍尋找合適的校企合作對象，利用更低成本實現更好的教學效果.通過“水污染控制工程”在線課程中企業項目案例的打造，進一步促進校企合作，有針對性地為環保企業培養人才，實現學校與企業“優勢互補、資源共享、互惠互利、共同發展”的雙贏目標.

2.3 實踐

為了解決過去“水污染控制工程”在線課程相關實踐實訓內容的缺乏，本課程將在理論課程開展的基礎上，按照課程教學要求，開展一定課時的虛擬仿真實驗課和云端實習實踐，進行專業知識的拓展，實現理論到實踐的過渡.與傳統線下實踐實訓相比，線上虛擬仿真實驗課和云端實習實踐具有成本低，時間空間靈活和安全性高等優勢.特別是在開展一些危險性相對較高或較為復雜的大型綜合性實驗的時候，利用虛擬仿真實驗代替線下實驗課程可以將實驗危險性降為零并且可以實現多次低成本重復直至獲取最佳實驗結果.譬如在本課程實驗教學環節，為了探索活性污泥處理過程中進水流量、進水有機物濃度、曝氣量等因素的影響，如果采用線下實驗教學就會涉及非常復雜的實驗操作［6］，還往往需要聯系當地污水處理廠才能完成，因此像這類實驗就非常適合采用虛擬仿真實驗來完成.同時，污水處理廠污水處理設施或設備往往存在加蓋或加防護欄的現象，這可能會讓學生無法清晰地看到污水處理設施或設備的內部構造和工作過程［7-8］.此外，線下的污水處理廠實習也往往是以污水處理廠工作人員的講解及演示為主，學生無法直接參與水質檢測和工藝參數控制、設備調試等過程［9］，學生聽完之后也只能一知半解，無法真正去解決實際問題.這些傳統線下實習實訓存在的問題在線上的云端實習中便可輕松解決，學生可以以工作人員的視角進入污水處理廠［10］，從各個宏觀和微觀角度深入認識污水處理廠整體布置和各個污水處理單元的結構細節，并參與污水處理單元的污水處理過程.但是，線上實踐實訓環節也存在弊端.譬如虛擬仿真實驗無法讓學生真正掌握實驗操作技能，云端實習無法給學生呈現直觀感官污水處理廠活性污泥的顏色和臭味等，也無法真正實地感受污水處理廠的規模.因此，本課程的實習實訓部分采取線上和線下相結合的模式，線下主要開展實驗室小型驗證實驗（如絮凝實驗等），并結合大型的線上綜合性實驗（如污水處理過程影響因素的探究等實驗）和云端實習，兼顧了學生的實際參與感和現場感受，在讓學生掌握污水處理廠虛擬仿真設計等技能的同時，也學會使用各種儀器設備，培養學生的規范操作和安全意識.

3 “課堂-項目-實踐”三維聯動教學模式實踐效果分析

通過“課堂-項目-實踐”三維聯動教學模式在“水污染控制工程”課程當中的應用，取得了較好的實踐效果.首先，為了了解“課程-項目-實踐”三維聯動教學模式的教學效果，在該教學模式開展的第一個學期期末用調查問卷的形式對上“水污染控制工程”在線課程的環境科學與工程專業學生調查了他們對該教學模式的態度和看法.調查結果顯示，大多數學生認為三維聯動模式比以往的單純以理論課堂為主的在線課程更能夠提高自身對該課程的興趣及學習的主動性.66.1%的學生覺得該模式對提高該課程的學習興趣及主動性有很大的幫助；29.4%的學生認為有較大的幫助；只有4.5%的學生認為只有一點點幫助.82.3%的學生認為行業企業專家項目案例教學的引入更能讓理論學習與實踐相結合，能夠及時獲取目前環境保護相關行業的實際問題及發展動態，為將來的就業提供很大或較大幫助.87.1%的學生認為在線實踐實訓環節的引入能夠有效彌補線下實驗及實踐實訓環節由于各種因素無法實現的環節，幫助他們更加完整全面地了解污水處理的整個流程及相關理論.此外，64.5%的學生認為在線討論環節的設置能夠讓他們不用局限于固定的地點及時間完成相關任務，可以由他們按照自己的時間表靈活處理，這一點也與系統統計訪問高峰時間相映證（見圖1），網站的訪問高峰時段往往出現在夜晚，也就是學生的課余時間.

圖1 課程某章節學習時段情況統計Fig.1 Statistics of the learning period of a certain chapter in the course

除了調查問卷的形式之外，課程網站的訪問次數更能夠直觀反映學生對該課程的重視程度和興趣程度.以最新學期該課程網站學生訪問統計數據顯示，該課程的瀏覽量從2 月份的53 次上升到了3 月份的216次，四月份該網站的訪問總次數更是達到了332 次.此外，為了進一步掌握該教學模式的實踐效果，本課程的教學設置了實驗組和對照組，實驗組即為以上進行調查問卷的2020級環境科學與工程專業學生，對照組為2019 級環境科學與工程專業學生.在2019 年之前，雖然該課程已開始建設在線課程，但是仍主要以理論的講授為主，尚未涉及實踐實訓及項目案例的在線環節.對比這兩屆學生該課程的期末成績發現，在試卷難度系數基本一致的前提下，實驗組學生的理論課程期末考試及格率為85.2%，而對照組學生的及格率為78.8%.同時實驗組的學生在該課程的實踐環節如課程設計都展現出了比對照組更好的積極性，并呈現了更為優秀的設計成果.

4 結語

基于“課堂—項目—實踐”三維聯動的“水污染控制工程”在線教學模式經過多年的實踐與探索，獲得了較好的教學效果.采用啟發式、討論式等多種課堂教學模式調動學生學習主動性，同時重視課程的后續建設和發展，增加企業工程項目教學案例，并在傳統在線理論課堂基礎上加強在線虛擬實驗教學和云端實習等彌補線下實習實踐環節的不足，提高了學生分析和解決實際工程問題的能力，增強了團隊合作意識，滿足社會應用型人才培養需求.后續教學中，本課程將繼續充實課程教學案例庫，完善師生互評系統等，進一步提高教學質量，建設更為健全的課程體系.