新工科和金課建設背景下大容量班級混合式教學設計探究

趙揮 趙利民

摘 要 新工科和金課建設對高等工科教育提出了新的改革方向，要以高階性創新性和挑戰度為目標，以產出導向為理念，進行人才培養體系建設。因此，結合課程特點與現狀，實施合理的教學設計尤為迫切。本文從制定教學內容，改革課堂教學模式以及考核評價體系等方面，探討“電極材料及應用”課程大容量班級線上線下混合式教學設計方法，以期實現以學生為中心的教與學，真正提升教學內涵與層次，為創新人才培養提供有力的支撐。

關鍵詞 新工科 金課 大容量班級 混合式教學

中圖分類號：G642?????????????????????????????????文獻標識碼：A??DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.12.004

Abstract The construction of new engineering and golden courses has put forward a new reform direction for higher engineering education. We should take high-level innovation and challenge as the goal， take output orientation as the idea， and carry out the construction of talent training system. Therefore， combined with the characteristics and current situation of the curriculum， the implementation of reasonable teaching design is particularly urgent. This paper discusses online and offline hybrid teaching design method of the high-capacity class of "electrode materials and applications" course from the development of teaching content， the reform of classroom teaching mode and evaluation system and other aspects， in order to achieve student-centered teaching and learning， truly enhance the teaching connotation and level， and provide strong support for the cultivation of innovative talents.

Keywords new engineering; golden course; high-capacity class; blended teaching

0 引言

自2017年2月以來，教育部提出要積極推進新工科建設，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》、[1]《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，[2]明確提出，綜合性高校要對催生新技術和孕育新產業發揮引領作用。聊城大學作為山東省屬綜合性大學，首批山東省應用型人才培養特色名校，發展新工科勢在必行。新能源科學與工程專業作為新工科專業，相對于傳統工科專業而言，需要的是創新和實踐能力強，具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。[3]為此，針對一線教學實際，創新工程教育方式與手段，培養一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，為我國產業發展和國際競爭提供智力和人才支撐，是當務之急也是長遠之策。

課程是人才培養的核心要素，學生從大學里受益的最直接、最核心、最顯效的是課程。教育部在2018年提出“金課”這個概念，“淘汰水課、打造金課”正式寫入教育部的文件。[4]那么，如何建設一門金課呢？首先，眾所周知，美國教育學家布盧姆提出了著名的“教育認知目標分類學”，把認知目標由低到高分為六個層次，依次是：記憶、理解、應用、分析、綜合、評價。[5]我們所期望的學生可以達到的層次應是高階的，可以將知識、能力、素質有機融合，培養其解決問題的綜合能力和高級思維，而不是僅僅停留在記憶和理解的層次。其次，課程內容要緊密結合前沿研究，改革傳統滿堂灌的教學形式，體現與學生的交互性;第三，因材施教，鼓勵學生充分發揮個性;給予具有一定挑戰度的課程內容，鼓勵進行深入探究并自由表達自己“大開腦洞”的科研想法。

“電極材料及應用”是新能源材料與器件專業的一門專業提高課，在我院首次開設于2018年-2019年大三下學期，該課程介紹了先進能源儲存和轉換設備如鋰離子電池、燃料電池、超級電容器、空氣電池的各類電極材料，學習和掌握這些電極材料的設計合成、結構與性能的構效關系，對于以后從事基礎研究或實際研發工作，解決新能源材料與器件實際問題意義重大。相較于其他基礎或傳統課程，該課程具有如下三個特點，其一，綜合性。該課程是在理論系統的學習“物理化學”“材料科學基礎”“電化學基礎”等課程的基礎上開設的，綜合性極強;其二，應用性。該課程與實際新能源應用緊密相連，具有極高的應用性;其三，前沿性。該課程所講授內容為先進的能源轉換和儲存器件的電極材料，新能源技術的發展日新月異，這就要求課程內容要緊跟前沿，擴展最新的科研知識。綜上，該課程自身具備的特點與新工科要求不謀而合，與金課建設要求具有相當高的契合度。因此，本文基于新工科和金課建設的背景，探索“電極材料及應用”的新型教學模式即大容量班級線上線下混合式教學，以期快速提高課程質量，實現創新人才培養目標。

1 電極材料及應用課程現狀分析

本課程是新能源材料與器件專業的重要選修課之一，較全面論述了電化學的發展歷史和進程以及電化學的一些基本概念、現象、過程及其規律，并以一些電化學設備例如鋰離子電池、燃料電池、超級電容器電極材料為主要分析研究對象，介紹電極材料應用基礎。學習和掌握這些電極材料的設計合成、結構與性能的構效關系，為將來電極材料相關的學習和工作打下堅實的理論基礎。

通過本課程的學習，了解和掌握電極材料的性質、功能和制備方法以及電極材料的測試分析手段，掌握各類電極材料的性質以及與電極材料應用關系等方面的知識，使從事電極材料和應用的研究和制造工作的材料專業學生對電極材料有一個很細致的了解，讓學生全面了解電化學基本原理在材料科學特別是化學電源領域的應用。本課程理論聯系實際，可以培養學生創新能力和分析解決問題的能力。

目前，這門課面向材料科學與工程學院新能源材料與器件專業大三下學期學生開設，學生數量一般大于80人，當前存在以下問題亟待解決：（1）創新人才培養的一個基本要求是以學生為中心，然而受教師和教室等客觀條件的限制，不可能實行小班制教學模式，而大班制模式最大的問題在于難以實現教師、學生與教學內容之間的交互性，這就要求教師在授課過程中要掌握好“加法”和“減法”的辯證關系，其關鍵在于“減什么”以及“如何減”;（2）一般來講，大四上學期就要開始備考碩士研究生，大三下學期的學生往往已經開始備考前的準備工作，比如收集資料，開始學習高數、英語等課程，這個階段的學生心理往往比較焦慮和困惑，對于專業選修課的學習可能積極性不高，所以如何提高課程質量，吸引學生投入到課程中是一個很大的挑戰。

2 電極材料及應用大容量班級混合式教學設計

混合式教學主要包括課前準備工作，線上課程內容學習與討論，線下講授與交流，課后的測試與預習。為了更好的提高大容量班級的教學效果，解決交互性差的痛點，建設金課，培養創新型人才，我們做了如下教學設計改革。相較傳統的“填鴨式”和完全“網絡化”的教學方式，這種教學方式更有利于對當代大學生的學習促進和價值塑造。

2.1 制定教學內容，做好“加減法”

要基于線上線下混合式教學實現“翻轉課堂”，首先要針對其特點重新梳理制定教學內容，改變原本的單元和章節的教學內容設計，按照工程認證“OBE”標準將教學內容總結為具體知識點和技能點，構建“超星學習通+課程微信群+線下見面課”的混合式教學模式。

具體實施過程包括：（1）將“電極材料及應用”所授知識分為原理型知識、概念型知識及應用型知識，然后在超星學習通上創建“電極材料及應用”課程，課前安排學生進行線上自主學習，對于原理型知識和概念型知識，以學生在線上學習為主，通過超星學習通的討論平臺或微信群可以隨時進行答疑輔導，對于應用型知識，在平臺上發起相關討論話題，引導學生參與討論分析;（2）其余時間與線下面授結合開展混合式教學，線上面授前要反復修改所授內容的ppt，例如增加幾道練習或討論題目，隨機抽取學生對原理型知識和概念型知識進行講解并結合講解情況進行補充說明。同時引導學生利用所學知識理解應用型知識，對在平臺上發起的討論問題進行互動交流，通過組織學生討論、課堂交流等方式幫助學生消化掌握知識，在這個過程中教師要做好引導者和把控者的工作，以學生提問題為主，鼓勵別的同學回答，給予充分時間討論，鼓勵創新;（3）同時對一些擴展性或非關鍵性知識點的內容進行刪減，刪減內容可以在課前/后以推送方式展示給大家，做好教學內容的“加減法”。（4）課后通過微信群等線上指導總結探究所學知識，使學生在課前、課中、課后能完成對知識的理解、應用及分析，從而培養其解決問題的能力，激發創新思維。

2.2 改革課堂教學模式，實現實時交互

對大容量班級而言，交互性差是一個關鍵的痛點。為此，我們做了如下教學模式改革。由于“電極材料及應用”綜合性、應用性和前沿性的課程特點，擬采用課堂上模擬學術報告的形式。首先是學生分組，每4-5名同學為一小組;從第五個教學周開始，每組要對事先在學習平臺上發布的一篇與本節課相關的英文文獻進行分析討論，形成學術PPT并在課堂上進行報告，小組內部要分工明確，文獻每一部分都要有相關負責人，最后選出一名作為代表做報告，其他成員負責答疑。

課前：在超星學習通平臺上發布文獻，要求每一個學生都要認真研讀。給每一個學生制作帶有其名字的桌簽，要求大家上課時帶到教室放在桌子的右前方，桌簽的使用目的是：其一，由于大容量班級的限制可能導致教師對學生名字不熟悉，桌簽就可以使得教師可以隨時了解某某學生的情況;其二，模擬學術報告的形式，激發學生的興趣;其三，便于教師對學生情況的掌控，對參與討論交流學生的情況進行統計。

課中：首先啟用超星學習通，讓學生簽到，確保出勤率。其次，隨機抽取幾名學生，以提問題的方式考查其線上學習的效果，對學生回答過程中出現的共性問題加以糾錯解釋。對線上重點難點內容進行進一步的講解強調，并調出事先準備好的小測驗，讓學生在手機端完成測驗，再次檢驗學習效果，根據上述情況及時調整教學策略。然后，報告小組進行文獻報告（10分鐘左右），教師針對文獻涉及的知識提出幾個問題讓其他組同學展開討論，并對報告小組提出問題或質疑。需要注意的是，在這個過程中，教師要把握好討論的方向，控制好時間，提高課堂效率，并進行總結凝練，真正調動學生的積極性，激發創新思維，提升課堂的內涵與層次，最后布置下一節課內容的預習并做預習指導。

課后：對于教師而言，首先是做好教學反思，回顧課堂情況反思教學目標設置是否合適，教學內容難易程度是否安排得當，課堂討論交流情況是否良好等等。對于學生而言，做思維導圖總結反思本節內容，對課程內容非常感興趣或者有較好的科研想法的話可以與教師進一步討論以及在相關老師指導下開展科學研究。總的來說，課后的學習是以線上指導討論為主，利用平臺討論區或微信群加強教學互動。同時引導學生對擴展性內容進行學習，布置適當的作業通過作業質量來檢驗課后學習成效。

2.3 改革考核評價體系，確保準確公正

良好的考核評價體系是保證線上線下混合式教學質量的關鍵，傳統單一的評價方式并不重視過程考核，顯然已經不能全面準確地反映學習效果，為此，我們建立了一個多樣化考核評價體系，采用過程性和總結性評價結合的方式評價學習效果。

對于大規模實時交互式在線教學而言，其考核評價指標一般分為以下幾個方面：到課率，學生互動指數和教師互動指數。“電極材料及應用”課程的最終成績由線下和線下兩部分構成，各占70%和30%的比例。線下部分主要是期末考試成績，課堂互動表現和筆頭作業等，期末考試的命題依據新工科人才培養的“OBE”模式，以能力為導向，適當提高應用型題目的比例。線上部分主要包括線上學習視頻情況、平臺討論交流區發表評論或帖子情況、線上測驗情況、平臺“彈幕”和“投稿”功能參與討論情況等。這種考核方式能夠反映學生真實的學習狀況，確保考核準確公正。根據課程與畢業要求對應矩陣表，填寫課程目標達成情況評價報告，根據考核結果對課程加以改進完善。

3 結論

新工科和金課建設是我國工科院校或專業改革的新方向，對“電極材料及應用專業”等專業課程也提出了新的要求。本文圍繞新工科和金課建設并結合自身課程特點及實踐研究，對大容量班級混合式教學設計進行探索，包括教學內容的制定，課堂教學模式的改革以及考核評價體系的改革，以期為線上線下混合式教學改革提供一定的經驗借鑒，為創新和實踐能力強，具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才提供支撐。

項目支持：山東省自然科學基金（ZR2019PB013）;聊城大學校級教改項目，《物理化學》課程基于微信公眾平臺線上線下混合教學模式實踐研究（311161808）;聊城大學校級金課課程建設項目

參考文獻

[1] 教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知，教高司函（2017）6號[EB/OL]， http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/ 201702/t20170223_297158.html.

[2] 教育部辦公廳關于推薦新工科研究與實踐項目的通知，教高廳函（2017）33號[EB/OL]， http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/ 201707/t20170703_308464.html.

[3] 鐘登華.新工科的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）.

[4] 教育部關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知，教高函（2018）8號[EB/OL]， http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201809/t20180903_347079.html.

[5] 林兆星.基于認知目標分類學的科學教學問題研究[J].天津師范大學學報（基礎教育版），2021（22）.