基于SPOC的材料科學基礎線上線下混合式教學模式的改革與實踐

劉瑞平 許晨陽 黃嘯 韓鵬 王琪

摘? 要：在教育部提出的五大金課目標中，線上線下混合式金課凸顯了信息時代教學過程的特點。文章首先概述了線上線下混合式教學的意義，結合我校材料科學基礎課的改革實踐與探索，從構建優質線上資源、設計課堂教學內容、引入在線虛擬實驗及優化考核評估體系等四個方面，提出了材料科學基礎線上線下混合教學模式的實施措施，期望能提高學生的學習興趣和學習效果。

關鍵詞：材料科學基礎;線上線下混合;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）12-0145-04

Abstract： Among the five golden course objectives proposed by the Ministry of education， the online and offline hybrid golden course highlights the characteristics of the teaching process in the information age. This paper first summarizes the significance of online and offline hybrid teaching， combined with the reform practice and exploration of the basic course of material science in our school， puts forward the implementation measures of online and offline hybrid teaching mode of material science foundation from four aspects： constructing high-quality online resources， designing classroom teaching content， introducing online virtual experiment and optimizing assessment system， hoping to improve students' learning interest and learning effect.

Keywords： fundamentals of materials science; online and offline mixing; teaching reform

在“互聯網+”時代，學校傳統的面對面單向傳輸式現場學習模式已不能滿足學生需求，融合傳統課堂現場學習與網絡在線學習優勢的混合式教學，將成為未來學校教學的主要方式。混合式教學就是把傳統的課堂教學和互聯網學習的優勢結合起來，既可以發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又可以充分體現學生作為教學主體的主動性、積極性和創造性。混合式教學改革一定會重構傳統課堂教學，因為這種教學把傳統教學的時間和空間都進行了擴展，“教”和“學”不一定都要在同一時間，同一地點發生，在線教學平臺的核心價值就是拓展了教和學的時間和空間[1-2]。

材料科學基礎課程主要闡述了材料的組成與結構、加工工藝、性質、使用性能和環境效應等要素之間的相互關系及其制約規律。它是材料科學與工程一級學科下設本科專業的一門專業主干課程，也是該方向研究生入學考試的“重頭戲”。材料科學基礎課程因涉及的專業知識面較寬，具有內容龐雜、需理解和記憶的知識點多、理論性強且微觀抽象又不乏較強的實踐性等特點，給教師的教學和學生的學習帶來了一定的挑戰。采用線上線下混合式教學，線上的資源是開展混合式教學的前提，因為作者倡導的混合式教學就是希望把傳統的課堂講授通過微視頻上線的形式進行前移，給予學生充分的學習時間，盡可能讓每個學生都帶著較好的知識基礎走進教室，從而充分保障課堂教學的質量。在課堂上教師的講授部分僅僅針對重點、難點，或者同學們在線學習過程中反饋回來的共性問題。因此，開展線上線下混合式教學模式改革迫在眉睫。

一、實施策略

以材料科學基礎的課程教學目標、學生的特征及需求分析為基礎，構建了材料科學基礎課程的線上線下混合式教學模式和方案（圖1），實現了不受空間、時間的限制，線上線下相結合的教學模式，為傳統教學提供了合理的補充。線上主要是以學生為主體，學習相關教學視頻，完成教學測試，并反饋疑問;線下主要是以教師為主體，以線上平臺所提出的問題為出發點，設計討論案例，對所學知識進行擴展;最后學生和教師共同作為主體，通過課后作業及課程考核，共同完成這一門課程的考核與評價。

（一）錄制課程內容知識點視頻，構建線上教學模式

線上教學資源的建立是線上線下混合式教學的基礎。要促使學生積極主動地、高質量地完成線上學習內容，必須完善線上資源的建設，具體包括需要對以前的課件進行一些修改，進行課程知識點的分解，錄制和編輯微視頻，以及給知識點設定學習目標并開發一些配套的練習題目等等[2-4]。作者前期組織材料科學基礎教學團隊的老師進行了知識點的歸納整理，同時申請學校的教學項目錄制了視頻，實現了高質量線上資源的建設，為線上線下教學模式的實施奠定了基礎（圖2）。具體實施過程為，首先明確課程前導內容、本節課學習內容、對學生的預習要求等，引導學生進行有目的的課前預習和在線學習。同時，在相關平臺發布課程資源，如教學課件、教學視頻、知識點考核、參考書目等等，滿足學生一站式預習和學習的需求。并通過SPOC跟進學生課前預習和在線學習的情況，建立監督、激勵、答疑解惑機制，從而激發學生的學習興趣，提高自學效率。

（二）設計課堂教學內容，提高課堂教學效果

線上線下混合式教學模式由于加入了線上教學的部分，傳統的課堂講授部分內容變成了學生線上的自主學習，因此，作者需要重新設計課堂教學內容，以線上平臺所提出的問題為出發點，增加課堂討論、翻轉課堂等環節，引入啟發式、案例式教學方法和手段，引發學生思考與討論，加深學生對相關知識點的理解，從而提高課堂教學效果[5]。針對材料科學基礎這樣一門專業基礎課程，公式推導多、理論性強，線上教學主要可以解決基本知識點的學習，對于學習的重點和難點，可以在課堂教學中設計討論環節，提高學生的學習興趣和學習效果。如在講解液態金屬相關內容時，以“蘋果（iphone）離液態金屬還有多遠？”讓學生在課外閱讀文獻資料，組織學生在課堂上進行探討、研究，以學生發言為主，各抒己見，讓學生直接參與教學。在探究中讓學生對材料科學中有關液態金屬的結構、性能及制備工藝，晶體與非晶體等基礎理論有深入的認識。在介紹Fe-C相圖和金屬材料中的高錳鋼時，結合近期出現的關于高錳鋼燒水壺會析出錳，讓人變傻、變癡呆、致癌的說法瘋傳朋友圈，甚至掀起了一波“換水壺”潮。以“高錳鋼電水壺你還敢用嗎？”為案例，講解研究鋼鐵材料的重要工具Fe-Fe3C相圖，錳對鋼中奧氏體相區的影響，錳在鋼中的固溶與析出等。表1列出了材料科學基礎課程中幾個知識點的線上線下教學過程設計情況。

（三）在線虛擬仿真實驗與現場實驗相結合

通過調研與盤點實驗室現有資源，經反復討論磋商，結合各個實驗內容的自身特點，首先，開展在線虛擬仿真實驗，材料實驗教學分中心在前期的實踐條件建設中，從北京科技大學引入了部分虛擬仿真實驗項目（共可開設11個實驗，其中結合我校專業特點，要求學生至少完成其中6個）。其次，積極溝通，利用兄弟院校教學資源開展在線實踐教學，與西安理工大學聯系，獲得對方授權，利用該校的云課堂資源完成“金相顯微試樣制備”部分實驗內容的教學（圖3）。再次，錄制實驗教學視頻，對于沒有在線資源的實驗項目，由分中心老師講解、操作并錄制教學視頻發給學生進行學習，結合在線答疑完成該部分教學內容。最后，對于設計性等操作要求不高的實驗，開展在線直播教學。對于操作要求高，不適合在線完成教學的實驗項目，進行現場實驗及討論。

（四）優化線上線下教學過程評估體系

改變傳統的考核方式，探索“全過程評價+非標準答案”的考核方法。有別于傳統的課堂教學模式，采用線上線下混合教學模式后，需要重新設計合理的教學過程評估體系。不僅需要評估課堂教學過程中的學生參與討論情況，而且需要對其線上學習過程進行合理的評估。通過設計合理的線上教學過程評估體系來檢驗學生的學習情況。在實踐過程中，作者在每個知識點中設計了選擇、判斷等多種不定的考核題，以檢驗學生的學習效果。在最后的課程評估中，結合學生的線上學習、課堂討論和最后課程考試的綜合情況給出最終結果[6]，形成多元化、全過程的考核評價機制[7]。

二、結束語

線上線下混合式教學模式是在傳統教學方法上的改進與創新，是信息革命的必然產物。線上與線下教學的結合不僅可以彌補傳統教學方式中的短板，而且可以進一步延伸課堂，使得學生的學習興趣得到大幅提升。在實際教學過程中，教師可以通過QQ群、微信群等將線上教學與線下教學進行有機結合。材料科學基礎作為材料類專業最為重要的一門專業基礎課，通過采用線上線下混合教學模式，學生可以在課堂教學外完成相關知識點的學習，同時可以通過查閱文獻資料，解決線上學習過程中存在的疑問，教師通過合理設計課堂教學活動，加強相關知識點的討論，使得學生對知識點的掌握程度得到大幅度提高，從而提高了教學質量。

參考文獻：

[1]楊宇翔，黃繼業，吳占雄.線上線下混合教學模式實施方案設計[J].課程教育研究，2015（5）：3-4.

[2]曹侃.線上線下混合式教學模式的探索與實踐——以《無機及分析化學》課程為例[J].攀枝花學院學報（綜合版），2017，34（2）：106-109.

[3]趙曉莉，徐德福，管益東.固體廢物處理與處置線上線下混合教學模式的探索[J].教育教學論壇，2018，352（10）：138-140.

[4]胡江偉.“項目貫穿引領，任務驅動下的線上線下混合式”教學模式的設計與實施[J].環球市場信息導報，2017（36）：123-124.

[5]段珊珊.基于翻轉課堂理念線上線下混合式教學實踐探索[J].高教學刊，2017（9）：124-125.

[6]徐曉丹，劉華文，段正杰.線上線下混合式教學中學習評價機制研究[J].中國信息技術教育，2018（8）：95-97.

[7]杜湘瑜，李德鑫，陳長林.基于BOPPPS模型的模擬電子技術基礎線上線下混合教學研究與實踐[J].高教學刊，2020（13）：8-12.