李穎，馬瑞，喬怡娜，苑文儀

（1. 中北大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，山西 太原；2.上海第二工業(yè)大學(xué) 電子廢電子廢棄物研究中心，上海）

一 引言

環(huán)境工程是一門跨學(xué)科的新興綜合性、邊緣性學(xué)科，具有理、工和管理等多學(xué)科相互交叉滲透的學(xué)科特色，旨在培養(yǎng)具備創(chuàng)新實(shí)踐能力，在環(huán)境工程領(lǐng)域從事污染防治與環(huán)境修復(fù)等工程設(shè)計(jì)和管理規(guī)劃方面的復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才。目前，全國(guó)高校環(huán)境工程專業(yè)已普遍形成以水污染、大氣污染與固體廢物處理處置為核心的學(xué)科體系。主體課程所涉及的專業(yè)理論知識(shí)囊括大量具有長(zhǎng)期性、復(fù)雜性、持久性的微觀生物地球化學(xué)與遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，以及宏觀的污染防治、無(wú)害化處理、資源化利用、環(huán)境修復(fù)等實(shí)際工程應(yīng)用技術(shù)，存在傳統(tǒng)課堂教學(xué)難以呈現(xiàn)，學(xué)生掌握具有一定困難等問(wèn)題。特別是隨著我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域復(fù)合型技術(shù)系統(tǒng)的建立，環(huán)境工程專業(yè)課程在內(nèi)容廣度、跨學(xué)科性、實(shí)踐性與復(fù)合深度等方面更為突出[1-2]。然而，目前環(huán)境工程專業(yè)的主體課程存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)手段單一和教學(xué)方法保守等問(wèn)題[3]。由此可見(jiàn)，單純、簡(jiǎn)單的以書(shū)本育人的傳統(tǒng)教學(xué)方式，不僅與創(chuàng)新能力強(qiáng)、市場(chǎng)化、專業(yè)化人才的培養(yǎng)要求背道而馳，而且嚴(yán)重降低了環(huán)境工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量[4]。

將基本理論教學(xué)與工程實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，改革教學(xué)形式，提高學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣，以實(shí)現(xiàn)高理論水平與卓越工程技能人才的輸出，是響應(yīng)教育部“卓越計(jì)劃”重大改革項(xiàng)目的最好踐行?；ヂ?lián)網(wǎng)、智能終端等網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，促使以微型教學(xué)視頻為主要載體的“微課”，以及微課支持下的“翻轉(zhuǎn)課堂”新型教學(xué)模式成為我國(guó)教育信息化發(fā)展的熱點(diǎn)[5-6]。特別是對(duì)于環(huán)境工程專業(yè)這樣的工程技術(shù)類課程而言，設(shè)置個(gè)性化、可視化學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)微課自主學(xué)習(xí)，不僅能夠豐富教學(xué)活動(dòng)、深化學(xué)習(xí)內(nèi)涵，而且能夠強(qiáng)化教學(xué)互動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)。因此，針對(duì)環(huán)境工程專業(yè)主體課程，可基于微課采取“翻轉(zhuǎn)課堂”和“混合式學(xué)習(xí)”的教學(xué)方式，即課前通過(guò)微課教學(xué)完成知識(shí)內(nèi)化，課上通過(guò)工程實(shí)例討論完成對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的進(jìn)一步吸收消化及其在應(yīng)用方面更深層次的思考，使學(xué)生在教師引導(dǎo)和啟發(fā)下，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。

基于此，本文以固體廢物處理處置課程中“生活垃圾填埋處置”章節(jié)為例，以動(dòng)畫(huà)為主要表達(dá)形式，從微課設(shè)計(jì)思路、框架構(gòu)建、視頻制作與學(xué)生反饋等方面，對(duì)微課的設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)展探索研究。

二 微課設(shè)計(jì)與制作

（一） 微課設(shè)計(jì)思路與流程

微課不僅要以完成教學(xué)目標(biāo)為首要任務(wù)，而且要具備完整的教學(xué)計(jì)劃、輔助資料、課件教案與教學(xué)評(píng)價(jià)等[7-8]。因此，動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)應(yīng)服務(wù)于教學(xué)內(nèi)容和課堂講授，并符合教學(xué)規(guī)律，確保短時(shí)間內(nèi)主題突出、內(nèi)容精煉、結(jié)構(gòu)緊湊，并平衡好動(dòng)畫(huà)藝術(shù)表達(dá)與理論知識(shí)嚴(yán)謹(jǐn)傳授之間的關(guān)系。

對(duì)于環(huán)境工程專業(yè)而言，應(yīng)緊扣專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)大綱，以學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣為衡量，打破傳統(tǒng)教材導(dǎo)向的刻板教學(xué)體系設(shè)置，以實(shí)際環(huán)境污染問(wèn)題為中心，環(huán)境治理與修復(fù)、資源化利用與無(wú)害化處置等工程項(xiàng)目案例為引導(dǎo)，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)梳理與拆解，以結(jié)構(gòu)化知識(shí)單元、可視化學(xué)習(xí)內(nèi)容為基礎(chǔ)，兼顧微課呈現(xiàn)的可行性與傳遞過(guò)程的準(zhǔn)確性，對(duì)微課與課堂教學(xué)內(nèi)容在理論知識(shí)與實(shí)際環(huán)保工程應(yīng)用之間進(jìn)行合理分配與整合，重構(gòu)新高效課堂教學(xué)設(shè)計(jì)模式下的教學(xué)內(nèi)容與授課體系。以完成課程教學(xué)任務(wù)為原則，根據(jù)教學(xué)要求確定主體章節(jié)重構(gòu)后知識(shí)點(diǎn)預(yù)達(dá)到的教學(xué)效果，在明確教學(xué)內(nèi)容重、難點(diǎn)的基礎(chǔ)上制作微課視頻。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)想動(dòng)畫(huà)呈現(xiàn)形式，利用相關(guān)動(dòng)畫(huà)制作與視頻剪輯軟件完成效果呈現(xiàn)，構(gòu)建與教學(xué)設(shè)計(jì)相配套的微課教學(xué)資源。以微課教學(xué)導(dǎo)入為前提，建立提出環(huán)境污染問(wèn)題、討論具體治理措施、改善污染狀況、解決環(huán)境危害的高效課堂授課模式，通過(guò)設(shè)置靈活的課堂活動(dòng)，搭建師生交互式教學(xué)平臺(tái)，擴(kuò)大教學(xué)信息量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)與獨(dú)立思考能力。

針對(duì)此，如圖1 所示，本文提出以下微課設(shè)計(jì)流程：①以教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)為導(dǎo)向，將教學(xué)內(nèi)容按照邏輯關(guān)系進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)劃分，根據(jù)教學(xué)要求確定各知識(shí)點(diǎn)預(yù)達(dá)到的教學(xué)效果。②明確教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，圍繞3～5 個(gè)知識(shí)點(diǎn)、1～2 個(gè)重、難點(diǎn)進(jìn)行一部微課動(dòng)畫(huà)視頻的設(shè)計(jì)與制作，并根據(jù)各知識(shí)點(diǎn)的講解內(nèi)容，分配微課時(shí)長(zhǎng)。③剖析并梳理各知識(shí)點(diǎn)具體內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)方法、構(gòu)想動(dòng)畫(huà)呈現(xiàn)形式，規(guī)劃微課視頻與課堂教學(xué)的接合方式，通過(guò)虛擬教學(xué)情境動(dòng)畫(huà)、仿真動(dòng)畫(huà)、實(shí)例動(dòng)畫(huà)、演示動(dòng)畫(huà)等，將抽象、晦澀、難以直接感知，或理論性強(qiáng)、難以生動(dòng)展示，或?qū)嵟碾y度大、難以達(dá)到理想效果的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化與模型化，進(jìn)而準(zhǔn)確、真實(shí)表達(dá)知識(shí)點(diǎn)的核心內(nèi)容。④利用二維、三維動(dòng)畫(huà)制作軟件、視頻拍攝工具、視頻制作與編輯軟件，以及音頻合成軟件等，對(duì)設(shè)計(jì)好的動(dòng)畫(huà)進(jìn)行制作與調(diào)整，以期達(dá)到預(yù)設(shè)的動(dòng)畫(huà)呈現(xiàn)效果。⑤基于學(xué)生反饋與教學(xué)效果，對(duì)制作好的微課視頻進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行微課設(shè)計(jì)的校正與完善，最終作為線上教學(xué)資源供開(kāi)放課堂教學(xué)使用。

圖1 微課設(shè)計(jì)流程圖

（二） 知識(shí)點(diǎn)拆解與微課框架構(gòu)建

根據(jù)前述微課設(shè)計(jì)流程，在明確教學(xué)內(nèi)容，并剖析教學(xué)重、難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行拆解重構(gòu)，針對(duì)具體講解內(nèi)容，確定相應(yīng)的講授方法，如類比、推演、關(guān)聯(lián)、舉例等，并據(jù)此構(gòu)想微課動(dòng)畫(huà)的呈現(xiàn)與表達(dá)形式。以“生活垃圾填埋處置”章節(jié)為例，該章節(jié)為環(huán)境工程專業(yè)固體廢物處理處置課程的重要章節(jié)，通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)在了解相關(guān)工程應(yīng)用背景的基礎(chǔ)上，熟悉填埋處置技術(shù)的基本原理與相應(yīng)的污染防治措施。

如表1 所示，章節(jié)中三個(gè)知識(shí)點(diǎn)及其微課制作與呈現(xiàn)過(guò)程如下：

①工程應(yīng)用背景：構(gòu)建虛擬教學(xué)環(huán)境，以數(shù)字人物替代真實(shí)人物，通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬與數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示的方式講解填埋處置技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與優(yōu)缺點(diǎn)。引入全國(guó)矢量地圖素材，直觀展現(xiàn)近10 年來(lái)填埋技術(shù)在我國(guó)各省、市、自治區(qū)生活垃圾無(wú)害化處置過(guò)程中所發(fā)揮的作用，從而使學(xué)生在掌握相關(guān)概念和原理之前，能夠明確填埋處置技術(shù)的工程應(yīng)用地位和地域分布規(guī)律，了解其實(shí)際工程需求、適用范圍，以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

與課堂教學(xué)接合：該知識(shí)點(diǎn)微課視頻的制作能夠使學(xué)生宏觀把握所學(xué)知識(shí)的實(shí)際工程應(yīng)用情況，線下教學(xué)過(guò)程中作為“引子”代入課堂，為課堂教學(xué)過(guò)程中相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的講授提供背景介紹。使學(xué)生知道自己在接下來(lái)的章節(jié)中要學(xué)什么？為什么學(xué)？所學(xué)技術(shù)將來(lái)能干什么？

②污染危害（重點(diǎn)）：建立動(dòng)畫(huà)仿真模型，動(dòng)態(tài)模擬10～20 年間填埋處置過(guò)程中滲濾液的來(lái)源、產(chǎn)生量、組成與污染物特性等隨時(shí)間的變化情況，剪輯插入滲濾液采集及其中污染物分析檢測(cè)的視頻文件，加強(qiáng)實(shí)物感官認(rèn)識(shí)的同時(shí)，增加水樣采集與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境化學(xué)分析的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)例分析講解污染危害，以坐標(biāo)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化呈現(xiàn)污染物含量差異，使學(xué)生明確滲濾液造成人體健康和地下環(huán)境介質(zhì)污染的原因與途徑。所有數(shù)據(jù)均在畫(huà)面右上角標(biāo)注參考文獻(xiàn)和來(lái)源，使學(xué)生能夠追溯原始數(shù)據(jù)，端正嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

與課堂教學(xué)接合：該知識(shí)點(diǎn)微課視頻的制作能夠使學(xué)生從感官和認(rèn)知上直觀明了的掌握一個(gè)長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的、復(fù)雜的環(huán)境污染過(guò)程，從而改善了傳統(tǒng)課堂授課時(shí)只能通過(guò)語(yǔ)言描述，依靠學(xué)生自己想象來(lái)復(fù)盤污染過(guò)程的情況。通過(guò)滲濾液樣品采集和實(shí)驗(yàn)室實(shí)操環(huán)節(jié)的視頻剪輯與切換，為微課支持下“翻轉(zhuǎn)課堂”的師生交互式教學(xué)，以及后續(xù)實(shí)踐教學(xué)課程的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。因此，實(shí)際線下教學(xué)過(guò)程中該微課視頻作為直接信息傳遞的方式代入課堂，為課堂教學(xué)過(guò)程中相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的講授提供語(yǔ)言之外的感官素材，使學(xué)生知道污染危害的源起、變化和潛在結(jié)果。

③污染防治（難點(diǎn)）：由于填埋處置場(chǎng)防滲系統(tǒng)位于地下，其污染防治機(jī)理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜，直給的教學(xué)方式不能實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的形象化與直觀體現(xiàn)，因此，微課中設(shè)計(jì)利用動(dòng)畫(huà)層層剝離的方式，形象直觀地展示了填埋區(qū)縱向剖面構(gòu)造，并采用動(dòng)態(tài)連續(xù)推演的手段，對(duì)最核心的防滲部分進(jìn)行材料上的分類說(shuō)明，以及系統(tǒng)組成上的解構(gòu)處理。

與課堂教學(xué)接合：實(shí)際線下教學(xué)過(guò)程中該微課視頻以問(wèn)題討論的方式代入課堂，通過(guò)拋出“如何減少滲濾液對(duì)地下環(huán)境介質(zhì)污染？”“什么材料可以作為成本低廉的防滲構(gòu)件？”等問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的思考，充分激發(fā)學(xué)生面對(duì)實(shí)際環(huán)境污染問(wèn)題時(shí)，以污染防治和改善環(huán)境質(zhì)量為導(dǎo)向的工程師思考模式。該知識(shí)點(diǎn)微課視頻的制作能夠使學(xué)生對(duì)大規(guī)模地下施工的污染防治工程有一個(gè)化繁為簡(jiǎn)的概念模型的掌握，從而為課堂上充分的師生互動(dòng)騰出更多時(shí)間，為問(wèn)題的提出、討論、引申和推演提供更深入的可能，最終使學(xué)生明確了環(huán)保項(xiàng)目中因下滲造成地下環(huán)境介質(zhì)污染等一系列問(wèn)題的工程通用類解決方式。

反復(fù)播放并修改微課視頻，對(duì)預(yù)期呈現(xiàn)的動(dòng)畫(huà)效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最后，將制作完成的動(dòng)畫(huà)微課視頻應(yīng)用于固體廢物處理與處置課程教學(xué)，通過(guò)電腦和手機(jī)終端推送線上教學(xué)資源。

三 微課教學(xué)調(diào)查與分析

為進(jìn)一步了解授課效果以及學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，針對(duì)開(kāi)設(shè)相關(guān)課程的大三年級(jí)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，從學(xué)生角度反饋教學(xué)效果，追溯微課的設(shè)計(jì)與應(yīng)用問(wèn)題。如表2 所示，由收回的97 份調(diào)查問(wèn)卷可知，受訪對(duì)象中近91% 的學(xué)生能夠較好接受動(dòng)畫(huà)視頻講解知識(shí)點(diǎn)的授課教學(xué)方式，僅有約9%的學(xué)生持無(wú)所謂或不接受的態(tài)度。與傳統(tǒng)課堂授課方式相比，86%的學(xué)生認(rèn)為微課更能夠提起自己對(duì)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，且82%的學(xué)生希望將這種授課方式也推廣至其他環(huán)境工程專業(yè)課程的教學(xué)。但是，在授課內(nèi)容方面，受訪學(xué)生認(rèn)為，將微課用于基本理論知識(shí)、工程案例分析與知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)會(huì)更有效，而習(xí)題講解則更適合于傳統(tǒng)課堂講授。因此，77%的學(xué)生認(rèn)為在將傳統(tǒng)課堂與微課相結(jié)合的教學(xué)模式中，微課占比不超過(guò)40%較為合適。由此可見(jiàn)，環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生對(duì)于微課的接受程度較高，基于微課的高效課堂教學(xué)改革具有進(jìn)一步應(yīng)用實(shí)踐的學(xué)生基礎(chǔ)。

表2 學(xué)生對(duì)于微課學(xué)習(xí)效果的反饋情況

在觀看微課視頻后，86%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)效率得到大幅提高，表示自己能夠掌握其中60%以上內(nèi)容的學(xué)生占75%，而7%的學(xué)生僅能夠掌握全部知識(shí)量的20%～40%。針對(duì)微課視頻的設(shè)計(jì)與制作，有68%的學(xué)生建議時(shí)長(zhǎng)維持在8 分鐘較為合適，否則注意力會(huì)下降影響學(xué)習(xí)效果。對(duì)于以動(dòng)畫(huà)為主的微課視頻，61%的學(xué)生認(rèn)為老師出鏡的必要性可以適當(dāng)降低，88%的學(xué)生認(rèn)為這種活潑幽默的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)并不會(huì)分散注意力，反而更能夠提高關(guān)注度。但是，在受訪學(xué)生中，近21%的觀后體驗(yàn)都提到旁白講解語(yǔ)速較快，說(shuō)明微課內(nèi)容設(shè)計(jì)偏多，需要在微課制作過(guò)程中適當(dāng)減少知識(shí)點(diǎn)數(shù)量，或統(tǒng)籌調(diào)配確保教學(xué)內(nèi)容的平衡。

四 微課設(shè)計(jì)與制作建議

建立微課教學(xué)資源是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)科特色以及教育信息化快速發(fā)展的必然導(dǎo)向，是專業(yè)課程教學(xué)方式發(fā)生自適應(yīng)性改變的必然趨勢(shì)，也是“卓越計(jì)劃”對(duì)高素質(zhì)、創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)的必然要求。鑒于此，本文針對(duì)微課設(shè)計(jì)與制作提出如下建議：

1.鑒于環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生對(duì)微課教學(xué)形式表現(xiàn)出較高的興趣和接納度，建議在專業(yè)學(xué)科建設(shè)層面，開(kāi)展基于微課教學(xué)資源的高效課堂教學(xué)改革與實(shí)踐，在激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)，推動(dòng)學(xué)生全面發(fā)展。

2.提高學(xué)生在微課設(shè)計(jì)過(guò)程中的參與度，根據(jù)學(xué)生反饋及時(shí)調(diào)整知識(shí)點(diǎn)拆解、整合方式，開(kāi)發(fā)并運(yùn)用多種設(shè)計(jì)軟件與工具，提高微課內(nèi)容與呈現(xiàn)形式的個(gè)性化、靈活性與多元化，進(jìn)一步強(qiáng)化微課的高效授課性與高度吸引性。

3.鑒于環(huán)境工程專業(yè)三位一體的教學(xué)特色，將微課與理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相互結(jié)合，把握好微課與課堂教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上的分工，明確微課作為教學(xué)手段在整個(gè)專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中的地位，避免出現(xiàn)增加學(xué)生課外學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、降低課上學(xué)習(xí)效率等違背教學(xué)改革初衷的負(fù)面影響。