“木质素及其利用”课程线上教学模式的实践探索

郝 翔 彭 锋

(北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083)

“木质素及其利用”是北京林业大学林业工程专业大三学生的一门重要专业课程，是培养学生应用创新能力的综合基础课程，在林产化工类专业教学体系中占有十分重要的地位。“木质素及其利用”课程教学内容知识面广，主要涉及木质素结构、木质素改性以及木质素应用(医药、油田化工、塑料及日用化工)等3大领域，需要学生具有“高分子材料”“化学工程”“植物纤维化学”课程的基础知识。另外，为了在有限的32学时内保证“木质素及其利用”课程教学质量，培养学生学习兴趣，需对该课程教学模式进行全面的改革探索，以适应时代发展的需求。

2019年12月新冠肺炎疫情来势汹汹，使得广大高等院校教师不得不将教学模式从线下转变为线上。笔者通过对“木质素及其利用”课程调研发现，大部分学生反映自己自律性差、线上学习容易被手机及家里环境干扰、课后很难坚持回放课堂视频内容。但为了响应“停课不停教”“停课不停学”的号召，保证教学工作的顺利开展，“木质素及其利用”课程组决定利用“翻转课堂+参与式”的教学模式开展线上教学，让学生参与到线上教学的每一个环节，将趣味性和开放式讨论教学贯穿于整个课程教学中。

一、“木质素及其利用”课程传统教学存在的问题

(一)课程教学内容陈旧，前沿知识补充不足

近10年以来，“木质素及其利用”课程一直以《木质素化学及改性材料》(第一版)作为教材[1]，其内容已经完全落后于相关学科专业的发展。同时，由于木质素属于典型的生物质大分子，如果教学内容不引入高分子专业学科相关内容，将会导致学生根本无法理解基本概念和理论。因此，该课程内容急需更新补充木质素结构和利用的新理论和新技术。

(二)学生的教学参与度不够

“木质素及其利用”课程的传统教学模式是以教师为中心，学生只是教学的对象，教师和学生之间交流较少。如果只是教师一味的单方面输出知识，不仅导致教师自己疲劳，也会导致学生养成死记硬背而不去思考的坏习惯。同时，这种教学模式也根本无法适应线上教学的需要。

(三)课程考评方式不合理

近10年年来，“木质素及其利用”课程的考评方式一直以期末考核为主，平时考核成绩所占比例较少，导致学生期末考核时死记硬背知识就能拿到一个满意的分数。这一方面对一部分平时学习积极性较高的学生不公平，打击学生的学习热情；另一方面也造成教师采用翻转课堂教学模式开展教学活动时，无学生愿意参与教学讨论。

二、“木质素及其利用”课程“翻转课堂+参与式”线上教学模式的设计与实施

传统“先教后学”的教学模式，是指学生先在课堂上接收授课内容，之后在课下通过整合思考和做习题来吸收本节课的知识[2]。而翻转课堂改变了教学方法，做到了“先学后教”“以学定教”，并将学生的学习过程分为了浅层学习和深度学习。学生经过课前教师给的内容提纲先进行查找资料的浅层学习，之后教师在当堂授课中对学生的学习内容进行更深层次的解读，促使学生深度学习。翻转课堂要求教师更多地作为引导者和整合者来帮助学生学习，这对学生养成良好的学习态度、找到合适的学习方法有很大帮助[3-4]。

线上翻转课堂和常规翻转课堂最大的区别就在于课堂形式的不同[5]。虽然常规翻转课堂也包括线上和线下授课形式，但其多以线下授课为主体，辅以线上短视频或其他的练习、测验，整个过程学生仍然受学习环境和集体学习氛围的约束。而线上翻转课堂所有的学习内容只能依靠网络平台来实现，学习环境也从教室转变到了家里，学生基本没被监督和约束，很容易放松和懈怠。因此，对于线上翻转课堂教学而言，教师如果进一步引入参与式教学模式，即以学生为主体，让学生最大程度地参与到教学活动中，无形之中集中了学生的注意力，使线上“翻转课堂+参与式”教学模式的应用成为可能，见图1。

图1 “木质素及其利用”课程“翻转课堂+参与式”线上教学模式的实施过程

(一)线上翻转课堂教学的课前准备

课前准备是线上“翻转课堂+参与式”教学模式的关键性环节，主要可分为线上教学平台的选择、教学内容的设计和学生课前资料的搜集3个环节。

1.线上教学平台的选择

新冠肺炎疫情期间，大量线上教学平台应运而生，主要有腾讯课堂、腾讯会议、钉钉和ZOOM等。“木质素及其利用”课程组考虑到学生人数以及教学内容的需要，选用了不同的教学平台开展教学活动。比如，针对理论知识，木质素的结构、提取分离和理化性质的内容，选择了腾讯课堂对学生课前准备的内容进行答疑，帮助学生剖析疑难重点问题，同时视频素材的播放也更为流畅；针对木质素应用的实例内容，选择了腾讯会议，由教师与学生共同对某一个实例进行深入的探讨。

2.线上教学内容的设计

“木质素及其利用”课程线上“翻转课堂+参与式”教学模式对教学内容要求极高，需要同时兼顾专业性和趣味性。该课程中的木质素结构和提取内容应以专业性内容为主，并结合高分子专业教材的相关内容进行设计。

对于木质素的结构内容，笔者引入了《高分子物理》(第三版，何曼君)中“高分子的链结构”这一章的相关知识点，可帮助学生在课前自学阶段完整理解木质素三维结构的特点。

对于木质素分离提取部分，则加入《新编高聚物的结构与性能》(何平笙)中“高分子溶液”这一部分的相关内容，通过聚合物“溶胀-溶解”过程机理帮助学生理解木质素在提取过程中的结构和形态变化特征。

对于木质素应用部分内容，笔者在内容设计上更侧重于趣味性，加入了适量的动画和视频演示，并在每一章小结后设置了大量的开放性问题。例如，在讲授木质素在塑料领域中的应用时，考虑到学生对塑料认识不够，笔者制备了相关动画帮助学生快速了解塑料结构特点。随后，在木质素塑料性能部分设计大量与教学内容息息相关的开放式问题。例如，为什么不能熔化塑料杯去做口罩？增塑剂是怎么能让“钢铁直男”般的塑料变得“柔情似水”？为什么有的塑料可以回收，而有的塑料只能掩埋？紧跟着这些问题，加入了与木质素塑料实际应用相关的在线科普视频，加深了学生对木质素在塑料领域中应用的认识。通过在教学内容中引入动画演绎、开放式问题以及科普视频讲解，激发学生主动参与学习的能动性，让学生在线上始终保持较高的注意力和参与度。

此外，还通过课前调研的方式充分了解了学生的学习能力和需求，对教学内容进行了针对性的调整和补充。通过课前教学调研，发现大部分学生对木质素在化妆品中的应用这一部分内容表现出较高的关注度，占比达80%。因此，有针对性地加入了木质素防晒霜和面膜两部分教学内容，通过课后反馈发现，学生对该部分教学内容评价最高、教学效果最好。

3.学生自主收集学习资料的引导

线上翻转课堂教学最为关键的一个环节是学生自主搜集资料和分辨有效信息的能力。鉴于大三学生对于知网以及Web of Science等网站并不能熟悉使用，在“木质素及其利用”课程开始前，笔者将相关科技文献检索方法和技巧分享在公共群里，引导学生去浏览一些重要的学习资料网站，如小木虫论坛、粉笔网等，帮助他们在课前能够快速搜集学习资料。在资料搜集任务的安排上，难度由浅入深，逐步培养学生课前自主搜集资料的能力和习惯。此外，通过分享课程重点知识和思维导图，将每个章节的难点及时标出，进一步减轻了学生的负担。

(二)线上翻转课堂教学的组织实施

1.穿插大量实例，分析解析理论知识

在线上课堂上，笔者对相关理论知识通过大量实例进行详细解析，引导学生进入“深度学习”阶段。为了能够充分吸引学生线上注意力，笔者对大量的专业术语进行了通俗易懂的解释。例如，对于木质素玻璃化温度的解释，定义是“木质素由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度，是木质素链段自由运动的最低温度”，对此学生均反映十分晦涩难懂。为此，笔者利用图文将玻璃化温度解释为“把高分子链比作一条蛇，它的爬行是通过身体分段扭转实现的，玻璃化温度就是指当这条蛇(高分子链)冬眠的时候，它的身体分段(链段)蠕动的温度”，这使得学生印象十分深刻。

在理论知识解释时，笔者还穿插了大量的生活实例，不仅可以帮助学生理解课程内容，还可以迅速调动学生学习兴趣。在带领学生掌握表面活性剂溶解木质素的原理时，通过引入生活中洗发水清洁头发的原理快速带领学生了解表面活性剂背景知识。同时，利用纸张随时间久置自发弯曲的现象，帮助学生了解木质素减水剂在混凝土中对热膨胀系数的影响。通过生动活泼的教学语言，有意地将生活常识与专业知识进行结合，避免了照本宣科的生搬硬套，极大地增强了学生学习该课程的兴趣。

2.组织学生线上讨论，分享学习经验

为了帮助学生对授课内容进行思考延伸，并避免线上学习过程中开小差的问题出现，笔者共设计了以下4个开放式讨论问题：讨论木质素三种基本结构(愈疮木基、紫丁香基和对羟苯基)的异同点、液体木质素制备的可能性和难点、木质素是否有望成为新一代生物基塑料以及木质素在化妆品中应用的困境和机遇。这4个开放性问题的设置和讨论，可帮助学生在讨论过程中进行探究式学习，也让教师对学生课堂内容理解程度有一个完整的把握，并可对学生讨论时产生的疑惑进行及时反馈。

(三)线上翻转课堂教学的课后考评

为了考核“翻转课堂+参与式”教学模式的有效性，新冠肺炎疫情线上教学期间，笔者大胆创新考核方式，采用“以评为主，以考为辅，考评结合”的评价形式对学生进行最终成绩评定。在新的评价体系中，“考”的权重只占30%，剩下的70%由“评”为主导。

在“考”的过程中，对结课论文主题的要求不再是以往宽泛的行业发展现状，而是以多种开放式的问题甚至是前沿科技报道为主。例如，设置了“木质素中空纳米球制备方法和微观机理”“深色木质素产生的原因和避免方法”“木质素用于食品薄膜的可能性和前景”等多个开放式论文题目，要求学生结合上课内容进行调研，对小组讨论内容和课前的思维导图进行复盘、梳理和总结，强调在论文中体现问题的提出和思考的过程。由于相关主题在内容上与上课内容紧密结合，且无法通过网络直接百度搜索得到，能够很大程度上对学生的学习情况进行有效的考查。

在“评”的过程中，笔者注重多元化成绩的评定，以课堂练习、分组讨论、PPT分享等多种方式进行考评。其中，课前资料搜集部分占比20%，课中开放式讨论占比30%，经验分享或辩论质疑占比20%。

三、“木质素及其利用”课程“翻转课堂+参与式”线上教学模式的实施效果

(一)提高了学生的自学能力和参与性

由于学生考评成绩直接与课程参与度挂钩，极大程度提高了学生的参与性和自主学习能力。对40名林业工程类大三本科生进行的调研结果显示，有85%的学生觉得自己能够完全参与到线上课堂教学过程中，只有15%的学生认为由于前期基础不牢而导致很难有勇气参与到课程讨论中。同时，有90%以上的学生觉得上课内容有趣，教师分享的资料搜集技巧能够帮助他们提高效率，使他们能有效地进行自发式探究。因此，笔者认为改革后的“木质素及其利用”课程教学能够充分调动学生学习的积极性，加深他们对专业知识的掌握，对学生自主学习习惯的养成及创新思维的锻炼起到了积极的作用。

(二)培养了学生的质疑能力

在“木质素及其利用”课程实践过程中，大部分学生自行调研了有关木质素利用的前沿资料，并通过课堂小组讨论的方式进行了激烈的探讨，逐步培养了自己勇于发问敢于质疑的精神。质疑是开启创新之门的钥匙，课后调研显示有15%的学生通过课堂开放式讨论内容而产生自己的科研想法，进而提前进入相关实验室进行科研活动。其中，与木质素相关的大学生科研项目中，有1人申请到国家级大学生创新计划项目，2人申请到北京市级大学生创新计划项目。

资助项目：北京林业大学2020年教育教学改革项目——“木质素及其利用”课程参与式教学模式探索，项目编号BJFU2020JY057；北京林业大学2020课程思政教研教改专项课题“造纸专业专题讲座(双语)”，项目编号2020KCSZ148。