高等教育论文：阶梯课程协同配合策略及多源教学资源比选重构

高等教育论文：阶梯课程协同配合策略及多源教学资源比选重构摘

要

环境监测作为环境工程学科的重要课程，面临着知识点过载和教学资源不足的挑战。本研究基于该课程实际，探索了跨课程协同和多源教学资源比选重构的教学优化策略。首先，研究团队借助专业基础课程和环境监测等专业课程的阶梯式协同教学，实现知识点的有效分解和组合，解决了知识点过载问题。其次，通过整合线上和线下的多种教学资源，比选和重构，形成多样化、高质量的教学资源体系，满足了学生个性化学习的需要。研究结果为环境工程专业以及其他理工类专业面临的教学挑战提供了可行的解决策略和经验，具有现实意义和应用价值。关键词：环境工程；课程建设；实践教学；工程教育认证；慕课一、引

言“环境监测”课程是环境工程专业核心课程，学生通过学习掌握环境监测的基本原理、技术和方法，为未来的环境监测和管理工作打下坚实基础。随着我国经济的发展，环境工程领域取得了明显的进步，为学生提供了丰富的实验操作和实践教学机会。然而，环境监测课程涉及的知识点丰富，对于有限时间内的学习提出了挑战。在学时压缩，学生所需掌握的知识点未减少的背景下，如何有效学习和理解这些知识点成为教学中的一个主要问题。本研究旨在分析“环境监测”教学中存在的挑战，并提出阶梯课程协同配合策略和多源教学资源比选重构的解决方案。这些方法的实施预计将改善知识点过载的问题，提高环境工程学生的学习效率和能力。研究成果将为理工科教学改革提供参考，对提高环境监测人才的培养质量具有现实意义。

二、目前的教学方法及存在的挑战近年来，涌现出许多关于环境监测的研究成果，其中较多的研究总结了教学中所面临的挑战。在实际教学中，主要问题可以归结为知识点过载和教学素材不足等。1．教学知识点过载通过对不同大型开放式网络课程（MOOC）平台的分析可以发现，11所高校开设了环境监测课程，其中有8门课程采用了由高等教育出版社出版的《环境监测》教材。这部教材深入详尽地介绍了水、气、固、声、土壤及辐射等质量监测的原理、方法和评价标准，它已经成为环境监测领域的权威教材之一，同时兼具工具书的功能，适用于两个学期的学习。然而，由于学时限制，大部分高校在一个学期内完成环境监测的教学，这给学生理解和掌握大量知识点带来了巨大的压力。因此，需要以更清晰简洁的教学方式提升教学效果。2．线上教辅资源同质化及非自由获取问题尽管11所高校在大型开放式网络课程（MOOC）平台上开设了环境监测的在线课程，但这些课程未能全面解决教材中存在的问题。例如，教材中的平面图在许多在线资源中依然以同样的形式出现，学生在学习过程中仍然难以理解这些内容。此外，一些在线资源的更新速度滞后，不能及时反映最新的教学进展和研究成果。因此，优质地融合并重构多源的线上教学素材，以提升环境监测课程的教学效果，成为亟待解决的问题之一。此外，在线教学资源的获取并非“随取随用”。例如，尽管学生可以在MOOC平台自由选择学习时间和地点，但在11门与环境监测相关的课程中，部分在线资源并非始终开放。因此，教师应获取相关资源，并将其与现有教学资源融合重构，以便更好地讲授。3．环境监测单门实验课程难以全面覆盖知识点实验课程是环境监测课程的重要组成部分，可以通过实验操作使学生得到在采样、分析和数据处理等方面的实训。然而，由于环境监测覆盖的实验种类繁多，一门课程难以全面覆盖教材中的全部实验。因此，我们需要在教学设计上与先修课程、同阶课程和后续课程相结合，以达到课程内容的衔接和学生知识的逐步积累。三、阶梯课程协同配合策略与多源教学资源比选重构为提升教学质量与学生学习效率，使学生能将所学知识更好地融入实践，教学团队需要结合先修课程、同级课程及后续课程的特性，确定环境监测教学中的主要任务，明确教学重点，以减轻学生的学习压力。此外，通过丰富课程辅助素材、优化实验课程和扩充师资等方式，汇聚团队力量，将精选的重构教学素材应用于教学中，进一步提升教学质量。1．阶梯课程协同分散环境监测教学压力（1）阶梯式教学团队设置及教学任务解构。环境监测课程与许多其他课程存在交叉内容，与环境科学的交叉学科性质类似。因此，我们需要与先修课程、同级课程和后续课程进行知识点的合理分配，以进一步明确环境监测的教学目标，并为学科基础课程（如分析化学、有机化学）和专业课程的联系提供支持。如表1和表2所示，环境监测课程的教学需要其他课程团队的配合。在教学过程中，与其他教学团队进行交流沟通，共同分担教学知识点和教学任务的压力是非常必要的。通过合理分配教学任务和资源，学生可以更好地应对学习任务，缓解学习压力，从而获取更优的学习体验和学习成效。（2）阶梯课程教学团队融合。在MOOC（中国大学MOOC、超星学习通、雨课堂等）在线教学资源中，环境监测课程教师团队规模和构成各有不同。例如，清华大学的教师团队共有5人（1位教授、1位副研究员、2位高级工程师和1位副教授），而东华大学的教师团队规模为8人（5位教授和3位讲师）。这些团队成员具有不同的职称、专业领域和工作经验，共同构成了教授环境监测课程的强大团队。值得一提的是，清华大学的教学团队中包含了2名高级工程师，这一点值得其他学校借鉴。工程师通常具备丰富的实践经验和技能，他们能为教学和科研提供重要的支持。在需要大量实验和实践的环境工程专业中，一定数量的工程师可以帮助教学团队更好地规划实验教学和实验室管理，提高实验室效率和质量，同时也为学生提供更好的实践机会和学习体验。因此，我们可以借鉴清华大学的做法，在构建教学团队和管理实验室时引入工程师。此外，整合教学实习团队也是解决知识点过载问题的重要途径。例如，教学实习团队可能涉及与环境监测相关的实验项目，这些实验项目与环境监测课程中的知识点紧密相连。如果能将教学实习团队与环境监测教学团队融合，共同探讨如何更好地连接先修课程和后续课程，既可以增强环境监测课程的教学资源，也可以让各课程的教学团队在备课时更好地把握教学重点，进一步提高教学效果。因此，加强不同教学团队间的交流与合作，整合各类教学资源，是解决知识点过载、优化课程教学的关键。2．多源教学资源的比选及重构图1为教学资源比选重构的策略路线图，该图展示了本研究在教学资源融合方面的策略。首先，教学团队对线上和线下的多种教学资源进行搜集和收集，包括教材、实验仪器、视频教程、网络课程等。其次，通过比选和重构这些教学资源，筛选出最适合环境监测课程教学的资源，以提高教学效果和学生学习体验。最后，将筛选出的教学资源与课程教学实际相结合，形成一个适合环境监测课程的教学资源库应用于教学。（1）多源在线教学资源的比选。目前开设环境监测课程的平台主要有中国大学MOOC、超星学习通、雨课堂等。在这些平台上，环境监测有多门课程，包括来自东华大学等的国家级精品课程。然而，由于众多高校都开设了环境监测课程，导致课程内容存在重复和同质化的问题。这些教学资源虽然数量众多，但学生往往由于时间、精力等限制，无法观看所有的视频。因此，我们需要对中国大学MOOC和超星平台的环境监测教学资源进行适度的整合。授课教师在备课时，应认真研究不同高校的教学优点，吸取其精华。（2）高水平教学院校合作建立视频库。吉林大学环境工程系曾与南开大学环境工程系合作，引入南开大学的水处理相关课程。这种方式不仅可以节省授课老师的精力，还可以促进不同高校间的教师交流，针对性地解答学生在学习过程中遇到的问题。我们建议加强“环境监测”高水平课程的院校合作，建立视频库，共享优质的教学资源，如课程录像、实验视频（尤其是解释实验装置机理的内容）和学习资料等。这种方式可以丰富学生的学习资源，同时也提高了教学质量和效率。除了共建课程，还可以引入小规模私人在线课程（SPOC），使学生可以在线参与课堂讨论、完成作业和测验等活动，以实现教师与学生之间的互动，提高学习效果。利用SPOC课堂，我们可以将国内线上的高水平教学课程引入吉林大学环境工程专业的环境监测课程，帮助学生更高效地学习。值得一提的是，这种共建视频库的方式在国内环境工程领域的教学中并不常见，但多所院校共建课程可以降低各自的教学压力，并有助于融合各校的教学特色。综上，通过与其他高校合作建立视频库、引入SPOC教学方式、引入虚拟仿真及加强实验技能训练等方式，有望解决当前环境监测教材中存在的插图平面化难以理解等问题，从而提高教学质量和效果。（3）虚拟仿真资源重构及辅助介入。虚拟仿真技术能让学生在虚拟环境中进行实验操作和数据处理，减少对实验设备和场地的依赖，提升学生的实验操作技能和数据分析能力。利用虚拟仿真教学，能够显著提高教学效果并激发学生的学习热情。以东方仿真公司为例，该公司在环境工程领域出品了多项高质量的仿真素材可以提升学生对环境监测教学内容理解。其中“环境监测素材库”涵盖了真空采气瓶抽真空装置、气体吸收瓶、颗粒物采样夹、携带式采样器工作原理、恒温恒流采样器工作原理等大气采样相关素材。这些素材可以替代PPT中的平面图，让学生更直观地了解相关采样装置，以便在实验课程中对采样装置熟悉而不生疏。“环境监测3D虚拟现实仿真系统”利用虚拟现实技术、互联网技术和移动端技术，为环境监测实验提供支持。该系统采用线上线下教学内容整合的“三位一体”解决方案，提供云端资源共享，并创建实习教学所需的基本场景。系统包含了采样的相关实验模块，如室内空气中甲醛测定及悬浮物测定等。当实验装置不足时，这个系统仍能保障教学质量。“大气污染控制工程素材库”中包含了与环境监测中分尘器相关的内容，也可作为教学的辅助资料。该系列素材可有效提升学生的效率以应对知识点过载的挑战。在调研中，教学团队发现一些高校已经建立了环境监测虚拟仿真实验课程资源。如果推进相关政策鼓励在合理的范围内共享这些资源，将能进一步提升学生的学习水平。（4）学生利用翻转课堂自主重构教学资源。另一个解决环境工程专业环境监测课程教学问题的策略是采用翻转课堂。这种方式将传统的课堂讲授放到课前的自学环节，让学生自主在家、网络或实验室等地进行学习，然后把原本课后的实验部分变为课堂互动，让学生在教师的引导下完成实验任务。翻转课堂模式能激发学生主动参与学习，将更多的时间用于实践操作、讨论和互动，从而提高学习效果和实验操作能力。同时，翻转课堂为教师提供了更多的与学生互动的机会，帮助教师更好地指导学生，纠正学生的错误，并及时回答学生的疑问，进一步提高教学效果和质量。例如，我们可以预先布置给学生学习PM2.5的采样原理及采样方法，然后在课堂上进行互动讨论。在布置任务时，我们可以明确学生需要解决的问题，提供资料查询的途径，并鼓励他们关注相关最新研究动向。以海水入侵调查为例，在讲解地下水调查布点原则后，学生可以分组进行布点并陈述布点方案，在分析数据时进行文献讲解，这样可以重构教材和文献中的知识点。总的来说，翻转课堂有望辅助解决环境监测课程的教学问题，提升学生的学习效果，加强学生的实践操作能力和数据分析能力。四、实施效果综合以上内容，本节以吉林大学环境监测课程为例，探讨了教学知识点过载的应对策略，并对其实施效果进行了总结。1．阶梯式教学团队融合交流实施效果经过融合后环境工程系教学实习团队中1位副教授及3位实验师（包括两名高级实验师和1名中级实验师）都参与了环境监测的教学。这4位教师与环境监测教学团队进行了充分的交流，对先修课程与后修课程的关联性有了更深入的理解，同时对环境监测与实习教学环节的重点也有了清晰的认识，使得他们能在不同的教学环节中有针对性地选择教学侧重点。另外，受吉林大学相关规定推动，《新能源与环境学院教师考核实施细则》中规定55岁以下的教师原则上必须参与实习指导工作（包括境外实习），其中教授每3年至少参与一次，副教授和讲师每2年至少参与一次。这一政策确保了所有教师都需要参与相关的实习指导，进一步推动了教师团队的融合和交流。经过教学团队的重构和交流，实验项目任务得以有效推进。2．逐级教学增强基础技能及科研项目式综合实训协同为了提升学生的实验技巧和实际操作能力，吉林大学环境工程系在“环境监测”课程的监测项目教学方面，实行了分级课程来分担实验监测项目的教学任务（见表3）。这种逐级教学有效地减轻了环境监测教材中知识点过载带给学生的压力，使学生能够分阶段在不同课程中获取相关的理论基础和实践技能。先修课程预热。在“分析化学”和“环境化学”这两门选修课程中，学生已经进行过相关的基础化学类实验。以“索氏提取器”为例，经过讨论，决定在先修课程中增设相关的选修实验。同级课程协同。“物理性污染控制”课程在声环境监测和放射性污染物监测等实验项目中与“环境监测”课程实现了同步教学，分担了环境监测的实验教学压力。后修课程加强。“环境监测”课程作为“教学实习”的先修课程，为后续课程提供了全面的理论准备。除了在“环境监测”课程中提到的两种气样采集方法，“教学实习”课程中还继续进行相关测定，特别是对颗粒物的采集进行了训练。因此，PM2.5的测定教学被放在了后续的“教学实习”课程中。在实习课程中，学生分为6组，在长春市内按照环境监测的布点原则进行布点，并进行了两天的采样。同时，他们还需要根据所得数据进行图件绘制，从而进一步增强了学生的GIS相关技能。结合先修课程，同阶课程及后修课程所分担的与环境监测相关的实验项目，学生实际进行的与环境监测相关的实验数目为19个。大气的监测以NOx、SO2、O3、可吸入颗粒物等指标为主；地表水及地下水的监测以无机指标为主，包括、总硬度、矿化度、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等；土壤环境的监测以金属指标为主，包括Cu、Pb、Cr、Cd、Zn、Fe、Mn等，可以让学生得到充分的训练。在实验课程的教学过程中，我们采用了多种方法。对于水质指标分析，除了针对教材中的传统滴定法分析外，还采用了自动化分析仪器。在土壤重金属测试阶段，引入了XRF测试仪器。通过不断提升测试仪器的水平，鼓励学生强化理解工程教育认证指标中的“终身学习”意识，积极主动地学习新的技能。在教学实践中，学生的反馈和实践成绩是衡量教学效果的重要指标之一。然而，国内的研究评价多基于学生在课堂教学后的评教。除了在校生的评价外，毕业生在工程教育认证的跟踪评价过程中也反馈表示学习的基础技能帮助他们更快地适应了工作岗位的任务。此外，基于相关的实验训练，本专业学生积极参加全国大学生市政环境类创新实践竞赛，在2021年和2022年共有13人次在实验赛和虚拟仿真赛中获奖。环境监测课程中讲解了水、气、固等监测所需的布点原则，为了在学生进入生产单位之前进一步强化技能，在“教学实习”环节于国家级地学实训基地进行了地表水、地下水及土壤污染调查实训。以海水入侵调查为例，在海水入侵课程教学之后，全系分为六组，分别结合监测的布点原则讨论布点策略。通过交流，环境监测作为先修课程与后续的课程得到了紧密的衔接，也使两个教学团队得以“融合”，更使学生在工作时遇到环境监测的相关评价内容时，能够顺利“上手”。根据既往的经验，环境监测教学过程中常常采用实地参观的方式进行实习。为了更好地将前期的方法和技术综合应用在实际企业污染场地的调查中，教学团队与吉林省某化工厂进行合作，建立了企业实习基地，于2019—2021年间连续三年进行了实地调查，针对地下水有机污染风险进行了评估，使学生的技能得到了进一步强化，也让本科生在实践环节初步接触到科研项目技能训练。3．教学资源比选重构在大气监测的教学领域，华北水利水电大学的环境监测课程在这一部分具有一定的特色。例如，在二氧化硫的测定一节中，对实验机理和步骤进行了详细的讲解。在二氧化硫测定的MOOC教学视频中对采样器和滤膜进行了详细的介绍，此外还在视频中针对相关教学内容进行了样品及操作演示。因此，我们的教学团队决定在二氧化硫测定的课程教学中，以其教学内容为基础进行教学内容重构。此后通过课堂教学，着重讲解相关知识和技能，提高学生的理论水平和实践能力。同时，也辅助参照其他线上教学资源和参考材料，使学生能够更好地理解和应用所学知识。除了基于在线教学资源的重构外，在仪器分析原理讲解过程中，教学团队还基于其他类型的视频和文献进行了教学资源重构。以索氏提取器的工作原理为例，该教学内容在“有机化学”课程中进行过讲解，但是二年级的本科生还没有充分理解化学分析方法与环境工程技能应用的实际联系。因此，教学团队结合索氏提取器原理及实验的英文原声动画视频制作了双语字幕，使教材中的文字变得立体，强化了有机化学教学的机理理解。同时，结合后修课程污染场地修复课程中的污染物的分析进行了实例讲解，使学生能够学以致用。在海水入侵调查分析教学过程中，教学团队采用翻转课堂的教学形式，选取了专业内顶级中英文期刊及Nature子刊上的六篇文献供学生参阅，并提