材料科學基礎課程混合式教學模式探討*

賈利曉 閆紅彥 李豪

洛陽理工學院材料科學與工程學院 河南洛陽 471023

0 引言

混合式教學是將線上教學和線下教學相結合的一種教學模式，通過線上、線下兩種教學組織形式的有機結合，可以把學習者的學習引向深度學習[1]。與傳統的教學模式不同，混合式教學是以學生為中心，依托中國大學慕課、超星學習通、雨課堂等網絡教學平臺，采用MOOC、SPOC、微課等，通過翻轉課堂模式，使學生通過課前、課中和課后的不同途徑學習，強化學習效果、提高學習效率的一種新型教學模式。這種教學模式能夠有效擴展學習空間、創新教學手段、增強學生的學習效果[2-3]。在混合式教學模式中，教師由傳統的施教者角色轉變為學生學習的引領者和指導者，主要為學生設立有效的學習任務、引導學生深入理解課程相關知識點；在課堂上重點解決學生在學習中遇到的困難，通過任務驅動、角色扮演、項目訓練和與學生互動等方式檢查學生的學習效果[4]。學生不用始終跟著教師的統一步調前進，因而可以有針對性地選擇自己的學習時間、地點、方式和內容，實現個性化學習，提升學習效果。

材料科學基礎是洛陽理工學院材料成型及控制工程和焊接技術與工程兩個專業的重要核心課程，在專業培養中居于承上啟下的地位，不僅為后續專業課程的學習奠定基礎，而且在畢業設計以及將來的工作過程中都有著舉足輕重的作用[5-6]。在網絡技術迅猛發展的今天，網絡平臺和資源眾多，學生獲得知識的途徑日漸豐富，單純采用傳統的教學方法對于一些學習能力強、渴求前沿知識和技術的學生來說無法滿足要求，而那些學習能力稍弱、總是慢半拍的學生，會因跟不上教學整體進度而掉隊。因此，采用必要的網絡技術，結合翻轉課堂的模式進行混合式教學就顯得尤為必要。接受能力強的學生在完成規定學習任務后，可以結合自己的興趣學習一些拓展知識，為以后的升學深造和工作奠定堅實的基礎；接受能力稍差的學生可以反復學習課程知識點，加深對知識點的理解。

筆者根據多年的課程教學經驗，借助超星學習通網絡教學平臺進行材料科學基礎課程混合式教學模式改革，提高了學生的學習熱情和學習效果。

1 教學資源庫的建立

混合式教學包括課前學生自主學習、課中學習效果檢測、重難點解析和課后拓展訓練。為了方便學生進行課前自主學習，需要有一個內容豐富的資源庫，包括知識點講解視頻、單元測驗、習題庫、試卷庫等。課程組教師認真分析材料科學基礎課程的知識體系后，首先將教學內容進行模塊化分割，然后再將各個教學模塊細分成若干個獨立的教學知識點，由主講教師錄制各個教學知識點的教學視頻，并將錄制好的教學視頻上傳至學習通網絡教學平臺，供學生進行課前自主學習。除知識點的教學視頻外，本課程還在每個知識點的教學視頻中插入兩個小問題，一方面可以方便學生在學習過程中進行自檢，另一方面也可以增加學習的趣味性。在知識點學習完成以后，還設置有單元檢測，主要涉及知識點相關的重點和難點。并且在每一知識模塊后設置章節測試，方便學生檢測整個知識模塊內各個知識點之間的關聯問題。除教學視頻和單元測試之外，本課程資源庫還建立了習題庫和試卷庫，以方便學生檢測整個學習內容的掌握程度，便于期末考試復習。為了拓展學生的視野，資源庫中還設有材料研究領域前沿的科研成果和新技術、新工藝等相關視頻和文字資料，以便學生及時了解專業相關的研究進展，既可拓寬學生的視野，又能幫助學生了解專業動態。

2 課前線上自主學習

教學視頻是學生課前自主學習的基礎，但單靠教學視頻并不能充分激發學生的學習熱情，也難以充分發揮學生的自主能動性。在課前學習的時候，學生需要帶著問題去學習，使學習有更強的目的性。因此，教師在課前需要布置與教學內容相關的學習任務，既包括容易完成的簡單問題，以增強學生的學習自信心，又包括有挑戰性的難度較大的問題，以提高學生的自主學習能力。較簡單的問題可以通過單元檢測來實現，難度較大的問題需要學生自己查閱資料，結合知識點教學視頻的學習來完成，這種帶有任務驅動的學習會收到更好的學習效果。比如在學習“金屬的三種典型晶體結構”這部分內容時，在課前給學生預留任務：

1）金剛石和石墨的成分和性能有什么異同點？為什么金剛石和石墨會具有不同的性能？

2）金屬的三種常見晶體結構是什么？它們的原子半徑、晶胞內原子數、配位數和致密度各是多少？

3）為什么面心立方晶格和密排六方晶格具有不同的原子排列方式，卻有著相同的致密度和配位數？

第一個問題需要學生查閱資料，第二個問題可以通過知識點視頻獲得答案，第三個問題難度較大，需要學生充分理解兩種晶體結構的原子排列特征。學生帶著這三個問題去學習，如果把三個問題都解決了，就表明學生掌握了三種典型晶體結構這個知識點的基本內容。教師在課前可以通過超星學習通教學平臺查看學生的單元檢測和對三個問題的回答來掌握學生的課前自主學習效果。

3 課中線下檢測自學效果

無論采用何種教學方式，課堂永遠都是主戰場。采用混合式教學，課堂教學不再單純靠教師講解來完成，其主要任務是教師檢查學生課前自主學習的效果以及對學生覺得難懂、學不會的內容進行重點講解，而這種檢測和講解可以采用與學生互動的方式來進行，互動可以采取提問、啟發、探究、小組討論加教師點評等多種形式。以金屬的三種典型晶體結構為例，在課堂上，先點評學生在課前學習時的單元檢測，對于共性問題重點講解。然后通過選人、搶答、學生講解、分組討論等形式與學生互動，檢查學生課前項目的完成情況。對于課前提出的第一個問題，大家通過查閱資料，基本上都能夠回答出金剛石和石墨兩種材料的成分相同，但性能不同，金剛石很硬而石墨很軟。但對于兩種材料存在性能差異的原因，學生的認識比較膚淺。針對這種情況，教師重點講解晶體結構形式對材料性能的影響。第二個問題比較簡單，學生通過學習教學視頻，基本上都能夠掌握。為了培養學生的語言表達能力和勇于擔當的氣魄，挑選幾個學生到講臺上講給其他學生聽。通過學生講解，發現在三種典型晶體結構中對于面心立方晶格的配位數，學生理解不夠充分，難以表達清楚。針對這種情況，教師重點講解面心立方晶格的配位數由哪些原子組成，如何畫出這些原子在晶胞中的位置。第三個問題難度較大，重點由教師講解。在學生分組討論之后，教師首先介紹三種典型晶體結構內部的具體原子排列情況，然后分析三種原子排列方式的特征和不同之處，最后通過原子排列演示說明面心立方晶格和密排六方晶格的排列方式雖然不同，但排列緊密程度是一樣的，所以具有相同的配位數和致密度。

4 課后拓展訓練

鞏固和拓展訓練是教學的一個重要環節。通過此環節，可以使學生進一步理解上次課的學習內容，從而牢固掌握相應的知識點，也可以使學生了解一些與所學知識點相關的學科前沿知識和技術，還可以作為后面的教學內容的知識儲備，提高后期知識點的學習效果。對于三種典型的晶體結構這部分內容，在課后可以讓學生自己動手，使用現有的材料嘗試堆垛出三種晶體結構的原子排列模型，從而深入理解三種晶體結構的原子排列差異以及不同排列方式的晶體結構的晶胞原子數、配位數、致密度等參數存在差異的原因。通過觀察堆垛模型，學生還可以理解晶體間隙的概念以及三種晶體結構間隙數量和大小的差異，為下次課的教學奠定基礎。還可以鼓勵學生在課后自主查閱相關資料，結合堆垛模型，理解晶面和晶向的概念以及不同晶面和晶向上的原子排列特點。結合日常生活中的實例，給學生布置思考問題，比如：鐵、銅、鋁的性能有何異同點？為什么？讓學生進一步了解晶體結構對材料性能的影響，通過思考和查閱文獻資料對材料結構決定性能的理解有一個初步的認識。

5 完善考核機制

一套完善的考核機制是檢驗教師教和學生學最終成效的有效措施。傳統的教學方法通常采用期末考試“一卷定輸贏”的考核方法。對于混合式教學，這種考核機制顯然已經不再適用。混合式教學過程包括課前、課中和課后三個階段，因此，考核機制除了最終的期末考試以外，應該把學習過程中的檢測考慮進去。為了充分考查學生的學習效果和教師的教學效果，材料科學基礎課程的考核采用過程考核與結果考核相結合的模式。

過程考核包括學生視頻的學習情況、單元檢測的完成情況及正確度、預留任務的完成情況等課前自主學習效果，以及到課率、與教師的互動積極性和問題回答正確性、小組討論的參與度等課堂學習表現，還有課后拓展訓練的完成情況和作業完成情況。為增強學生的學習效果，本課程還設置線上期中考試，教師提前發布考試任務，學生可以在規定時間內（一般為兩周）的任意時間段完成，考試時間一般設置為兩小時，到時自動提交試卷。這種線上考試可以使學生在充分復習以后再開始考試，但考試一旦開始就要在兩小時內完成，能夠規避學生應付考試的情況。在學期結束前，還會組織線下期末考試，以檢測學生的最終學習效果。任何時候，考試都不是目的，目的是讓學生真正掌握所學知識。為了方便學生自查自檢，課程資源庫中有題庫和試卷庫供學生考前復習。在課程考核體系中，平時的學習過程成績占40%，期中考試成績占20%，期末考試成績占40%，采用這種考核機制可以綜合考查學生的整體學習效果，提高學生學習的積極主動性。

6 結束語

結合超星學習通網絡教學平臺，采用翻轉課堂的模式，在材料科學基礎課程教學中嘗試了線上線下相結合的混合式教學模式。該教學模式主要包括供學生隨時隨地進行學習的線上資源庫的建立，課前學生對課程教學知識點的自主學習，課堂上教師對學生自主學習效果的檢測，重點、難點的講解，以及課后為鞏固所學知識點進行的拓展訓練。為了綜合考查學生的學習效果，建立過程考核和結果考核相結合的課程考核機制。實踐證明，混合式教學模式能夠激發學生的學習熱情，提高學生的課堂參與度和主觀能動性，取得了良好的教學效果。