从2000年CDIO工程教育模式创立以来，我国较多高校已引入CDIO教育理念。首都经济贸易大学安全与环境工程学院在2016年刚完成工程教育认证，其中毕业生的培养目标就围绕CDIO，从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，以综合的培养方式使学生达到预定目标。工科学生重在实践，能将所学知识应用于工作岗位中，而课程设计是工科学生在学习理论的基础上，进一步提升实践能力的有效途径。因此，在课程设计中开发学生的主观能动性很有必要，翻转课堂教学模式的广泛应用恰恰解决了传统教学模式下学生被动接受知识的不足。
一、翻转课堂
1.翻转课堂的起源
2007年，美国化学教师JonBergman和AaronSams[1-2]开始尝试录制微视频，最初的目的是将微视频放到网络上，以便一些缺课或者课堂上没有消化知识点的学生随时学习观看。但是后来不断的改进，演变成在课下自主观看视频学习，课上学生完成作业和教师进行答疑，也是目前翻转课堂的主要形式。我国的翻转课堂是从2012年才开始引进的，首先在中学课堂上得到了广泛应用，开展了一些翻转课堂教学实验。之后，国内教学学界对翻转课堂教学模式展开了研究，发展了研究论文，同时也在大学课堂上进行试验。
2.翻转课堂的优缺点
翻转课堂的引入，有如下优势：①可以激发学生的学习兴趣。学生不再是接受传统课堂填鸭式教育，教师也不再是将知识从书本转移的搬运工，学生通过教师给出的情境，来激发兴趣点；②能够提高学生的学习效率。学生结合对知识掌握的程度，主动搜寻自己不理解的知识点，能够更快有针对性的解决学生疑惑；③提高学生自主学习和团队协作能力。学生会自行形成小组讨论，在讨论的过程中，大家共享知识，提出自己的看法和疑惑，这是一个团队协作能力的提升。但是，翻转课堂在带来优势的同时也提出了一些挑战：①对学生的挑战。学生早已习惯了教师在课堂上讲授、只需听着就行的课堂教学模式，没有课前熟悉、课后讨论的习惯。而翻转课堂的实施，可能会有一些学生在课下完全不自学，课上就提不出疑点，导致学习不到应有的知识。因此翻转课堂对学生的自学能力和自我约束能力是一个挑战。②对教师的挑战。翻转课堂最大的挑战应该是教师，因为教师需要根据教学内容设计出合理的情境，调动学生的兴趣。同时结合课程需要，教师还需要录制微视频，教师需要提前组织好所讲内容，在几分钟内清楚地讲解课程的知识点和重难点，这就对教师掌握课程的重难点程度提出了挑战。③对学校的挑战。翻转课堂近几年引入中国，还是试验阶段，并不能像传统课堂那样普及。有些老教师不愿意接受新的模式，这对学校的教学理念和管理工作都提出了挑战。
二、基于“翻转课堂”的教学模式构建
《大气污染控制技术课程设计》是环境工程专业开设的一门必修课，这门课对于学生毕业后，是否具备一个工科生应有的工程设计能力起着很大作用。最初的教学模式是教师带着学生在一个固定教室，连续几天完成这个设计，同时所有学生做的是一个题目。最终学生交上来的报告，全部都是一模一样，这样的教学结果对教师和学生来说都是失败的。一方面，课堂上很多时间学生都在了解课程设计的题目和熟悉画图软件，教师没有起到传授知识的作用，教学效率低；另一方面，学生都做一个题目，很多学习主动性差的学生等着其他学生有结果了直接借鉴，这样他们并没有掌握到应该有的知识。因此结合翻转课堂的概念和课程的实际情况，提出了基于翻转课堂的“三个三”教学模式，即：三个平台（课堂+课外+移动端）、三个阶段（课前+课中+课下）、三个步骤（探索+实践+改进）1.课前阶段该阶段教师发放课程设计指导书，学生自行熟悉设计题目和要求。并结合主课已经学习过的知识点初步尝试设计，有不明白的地方在指导书上进行标记。学生提前熟悉设计内容可以减少在课堂上的预习时间，提高课堂效率。这个阶段，教师是课程的设计者，要根据教学内容、学生人数拟定出不同的合理数量的设计题目，让每组学生之间题目有共性，但又不是完全一样。同时设计内容还要紧贴主课的教学大纲，将主要设计相关知识点包含进去。因此，这个阶段教师是设计者，学生是执行者，内容的完成都在课外平台。2.课中阶段该阶段学生带上主课教材以及课程设计指导书，在课堂上与教师进行交流。教师先对课程指导书的内容和要求进行重点阐述，学生进而熟悉整个设计流程，尝试初步设计，有任何不明白的地方及时与教师交流。教师将交流过程中学生存在共性的疑点进行全面讲解。这样的方式，不再是传统课堂的统一教学，能够因材施教，有针对性的解决不同学生的疑问，做到高效课堂。3.课下阶段在完成前两个阶段后，学生已经明确了设计目的，熟悉了设计内容，掌握了设计流程，接下来的工作就是完成计算和画图。由于每个学生的能力和进度不一样，因此可以结合学生自身实际情况课下自行完成，不用按固定时间在课堂上进行。但是在具体设计过程中，学生会不断发现问题，这个阶段就需要随时与教师沟通。可以建立微信群，教师在群里随时解答学生的疑问，还可以约一个时间视频教学，开展微课堂。最终提交设计成果时，不再是传统的收上来根据报告给一个分数，而是要做当面汇报，教师当面提问，以便了解知识的掌握情况，解决学生在完成设计后的遗留问题。这样整个课程设计才是真正做到了过程管理，教师能根据平时的沟通情况了解每个学生的平时表现，从而对学生的最终成果给一个客观公正的成绩。
三、“三个三”教学模式的教学效果分析
1.课堂实践内容
这次翻转课堂的实验对象是大三环境专业本科生，学生18人。教学内容是为某选煤厂的动筛车间设计一套通风除尘系统，设计任务包括排风罩结构形式的确定和排风量的计算、除尘器的选型、通风管道的设计计算和通风机的选型，最终成果需提交一份设计报告和相应的图纸。设计题目中给出6组不同的初始条件，以便将学生分成6组，每组之间具体的计算结果和细节处都不一样。课前阶段，学生熟悉课程指导书的内容，明确设计目的和任务，对照教材掌握各环节的设计步骤和计算方法，复习排风罩风量计算，局部阻力计算，有不明白的地方做上标记。课堂阶段，教师给学生梳理设计流程，强调设计中需要注意的事项和设计要求，解决学生提出的疑难点。课下阶段，学生自行设计计算，有问题小组内部进行讨论，小组内部解决不了可以在微信群里向教师提出，教师随时进行解答。通过发送图片、语音、视频等多种解决途径，具有即时、便捷和高效的特点。
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