新工科建设背景下翻转课堂在前沿知识领域的教学探索

摘  要：环境污染控制新技术是环境工程专业的一门专业素质拓展课程。在新工科教学改革背景下，专业素质拓展课程的课堂教学应以提升学生专业素养、拓宽学生专业视野、培养学生创新能力为重心。该文探讨翻转课堂教学如何利用多方资源进行课前自主学习、课中如何发挥课堂互动效果及课后知识巩固与拓展，全方位引导学生主动关注环境工程最新的科研进展，促进科研与教学互动，把科研成果转化为教学内容，提高学生学习效果、专业素养和综合能力，为高校教育教学改革提供一定的理论借鉴。

关键词：环境工程；新工科；翻转课堂；科研；教学改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）08-0010-05

Abstract： New Technology of Environmental Pollution Control is a professional quality development course for an environmental engineering major. Under the background of new emerging engineering education reform， the classroom teaching of professional quality development courses should focus on improving students' professional accomplishment， broadening students' professional vision， and cultivating students' innovation ability. This paper discusses how flipped classroom teaching can make use of multiple resources for self-learning before class， how to give full play to the classroom interaction effect and consolidate and expand knowledge after class， guide students to pay attention to the latest scientific research progress of environmental engineering in an all-round way， promote the interaction between scientific research and teaching， transform scientific research achievements into teaching content， and improve students' learning effect， professional quality and comprehensive ability. It provides some theoretical reference for the reform of higher education and teaching.

Keywords： environmental engineering; emerging engineering education; flipping classroom; scientific research; teaching reform

新工科建设是我国应对新一轮科技和产业革命的重要战略部署，也是传统工科理念升级、转型的风向标[1-2]。在此背景下，科教融合、教研互促的教学方法成为了工科育人的新思路，前沿牵引、面向未来的教学理念成为了工科育人的新方略[3-4]。环境工程作为支撑生态文明建设、解决“碳中和”等前沿问题的支撑性专业，传统的课堂教学已难以满足当代社会对环境方面人才的需求，亟需开展针对性的教学改革[5]。

在新冠感染疫情防控常态化的背景下，线上教学已经成为课堂教学的重要组成部分。但受限于空间壁垒，授课教师难以实现从“灌输式”向“启发式”教学的角色转换[6]。而翻转课堂模式（Flipped Classroom Model）以学生为中心，以问题为导向，在课前设计学习目的、学习任务和学习过程，引导学生利用各种资源进行探索式学习[7]。该模式打破了线上课堂的空间壁垒，将传统教学模式的“先教后学”转变为“先学后教”，将师生间的“单向阀”转换为“连通器”，既有助于增进学生的自主学习和自主认知，也有利于激发学生的研究兴趣和科研潜质[6]。在环境工程专业的教学实践中，翻转课堂可以引导学生关注前沿热点、领域动态和研究进展。

以互联网为支撑的翻转课堂模式突破了原有课堂的时间和空间壁垒，将最新的科学研究融入课堂教学，必将是未来高校教学改革发展的主要趋势。本文以环境工程专业素质拓展课程环境污染控制新技术为例，探讨了如何从课前自学、课中互动、课后巩固三方面开展翻转课堂教学，引导学生关注环境工程前沿进展，促进科教融合互动，培养学生自主学习习惯和终身学习意识，为高等教育教学改革提供一定的理论借鉴。

一  新工科建设背景下科研成果与课程教学关系

新工科教育旨在培养面向未来的高层次人才，该理念也将学生专业素养、专业视野、科创能力的培养要求提升到了新高度。科研是高校老师、研究人员等科技工作者日常工作，同时也是一种高层次、高水平的学习过程。将前沿科研成果融入本科课程教学，既有助于摆脱教材陈旧知识体系的束缚，打破知识传授过程中存在的时间壁垒，也有助于形成“头脑风暴”，锻炼学生的思维能力[8]。

提升学生培养质量的关键在于保证课堂质量、调动学生的自学积极性、培养其创新思维与科研能力。传统的课程教学方式往往停留在接受知识过程，却不重视吸收消化的深度学习。在这种从老师到学生“单向性”过程中，缺少师生的互动、交流和协作，缺乏对知识深度理解，难以形成创新思维，而翻转课堂模式可以改善传统授课模式存在的弊端，赋予课堂灵活时间，突出解决高阶性问题[9]。

二  环境污染控制新技术课程翻转课堂教学模式

（一）  环境污染控制新技术课程翻转课堂模式实施的必要性

环境工程是一门多学科相互交叉互融的综合性学科，环境污染控制新技术是环境工程专业的素质拓展课程[10]。基于环境工程省级一流本科专业建设点的学科特色，主讲教师团队将最新科研成果与课程知识点有机结合，通过具体教学案例，重塑课程知识体系。课程目标以培养学生将环境学原理、现代分析测试技术和现代环境生物技术融入前沿领域研究当中的基本能力为主体，教学内容涉及环境污染及控制研究的诸多前沿热点问题，具体课程内容见表1（2021年教学内容）。受限于课程的深度和广度，有限的课堂时间难以达成本课程的既定目标。而翻转课堂模式的基本出发点就是激发课堂时间的最大效能，通过制定阶段性的学习任务，引导学生进行自主学习，释放课堂时间，以期达成更深层次的理解[11]。因此，将翻转课堂引入环境污染控制新技术课程教学有着迫切的现实意义，同时也是环境工程专业建设的一次尝试。

（二）  环境污染控制新技术课程翻转课堂教学模式设计

1  教学目标

1）理解环境工程前沿知识的基本内涵，掌握利用文献、图书和其他网络资源获取前沿知识的方法。

2）了解环境污染及控制领域的前沿热点问题，了解前沿领域技术瓶颈，树立推动技术进步的责任感。

3）理解环境工程前沿领域常用仪器的基本原理，并掌握其在具体环境前沿问题中的应用。

4）理解环境工程前沿问题的复杂性和学科交叉特性特征，理解基础科学在专业发展和推进层面的支撑作用。

5）理解知识更迭的必要性和时代性特征，形成自主学习和终身学习的基本意识。

2  设计思路

传统课堂教学模式，基本的教学流程是“课堂讲授+课后作业”。在此基础上，针对本校环境工程专业学生实际情况，借助线上“网络平台”和线下资源，设计了翻转课堂教学流程，如图1至图2所示。

三  翻转课堂教学内容

（一）  课前自主学习体系的构建

课前自学体系是翻转课堂的“生命线”，其体系架构直接关系到教学效果。但有别于传统的课前预习，本课程的课前自学体系以多种渠道、资源为载体，以环境污染及控制研究的诸多前沿热点为主线，经过阶段性的细化、安排，有助于激发学生的学习自主性，培养学生思维能力和创新能力[12]。

1  基于网络资源的自学体系构建

以学习通、雨课堂等网络平台为载体，基于学生个人兴趣和近些年环境污染及控制研究的前沿热点问题，上传对应的学习资料与素材，构建可自主选择的学习平台。学习资源包括教学课件、关联视频、文献报告和其他拓展内容等。其中，视频的内容应当目标明确、简短精练，同时兼具趣味性和启发性特征，以达成思维锻炼的基本诉求[13]。此外，选择文献资料时应结合“深度-广度-难度”三方面特征，进而能够阶段性地提升学生的学习能力、增强学生专业素养、拓宽学生专业视野。

2  基于目标导向的学习任务布设体系构建

学习任务的安排应是“章节目标-课程目标-培养目标”的有效融合，避免无目的性、无计划性的自学，从而实现课前深度学习、课中能力提升的能力养成方略。具体内容可细化如下：以环境污染及控制某一研究热点为主题，教师提前发布课堂教学内容，教学内容应紧扣教学大纲、抓住重点、分清难点。让学生明确教学目标及关联知识点，明晰在掌握基础内容的前提下需要对哪些内容进一步深入学习[14]。鼓励学生收集和调研相关资料，确保能力养成的全面性。

3  基于情景导入的自学体系构建

兴趣是学生进行主动式学习的催化剂，而情景又是激发自学兴趣的源泉。在传统的自学过程中，学习往往是枯燥乏味的。而环境污染控制新技术作为知识前沿的先导性课程，内容往往更加是晦涩、抽象，难以激发学生的学习兴趣。因此，在课前自学中，要将自学内容和实际相结合，利用小视频、小组文献解读、虚拟仿真程序等营造新的学习环境，把学生引入到与知识点有关的情景当中，以激发学生的学习兴趣，提升自学效果[12，15]。

（二）  追求知识内化的研究性课堂的构建

以环境工程前沿领域的知识为导向，以教师研究方向为依托，形成“产学研”相结合的授课体系。依据当前领域研究热点，逐年调整授课内容，做到授课内容的动态更新。

本科生教育的本质是专业基础知识和专业能力素质的培养，本科生的课堂教学应以提升学生专业素养、拓宽学生专业视野、培养学生创新能力为目标。因此，在翻转课堂的教学实践中要增加课堂交互性内容的比重，在高阶性课堂的探索过程中实现知识的内化[16]。

1  课堂讲授

课堂讲授仍坚持以问题为导向、以学生为中心的教学理念。首先，对自学当中存疑的问题进行集中解答，以促进知识的内化吸收。随后，教师对本节课的重点和难点内容进行系统地梳理和讲解。对于自学内容涉及的部分及已解决的问题可以适当淡化，以释放课堂空间，着力攻破难点问题。

通过课前的自主学习和课中的课堂讲授，学生根据自己对知识点的学习把握，以专业方向为立足点，提出一些具有思考性的问题，该过程中能够激发学生发现问题的能力，培养学生的语言组织能力和创新思维能力[17]。