现代材料研究方法在线课程建设的设计与实践

刘成龙+黄伟九+柴林江+周志明

摘要：本文介绍了现代材料研究方法在线课程建设的新思路，重点阐述了课程体系结构、课程教学内容、课程授课方式的设计与实践。

关键词：新材料；研究方法；在线课程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）39-0194-02

在国务院学位委员会学科评议组制定和颁布的《材料科学与工程一级学科博士、硕士学位基本要求》中特别提出“材料科学与工程专业学生需学习与掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律。”为实现材料科学与工程专业研究生的培养目标，中国现有140余所拥有材料科学与工程一级或二级学科的高校均设置了材料分析方法类课程。现代材料研究方法作为构建材料制备、组成、组织结构与性能之间关系的关键，是学生必须理解并掌握的专业基础课程，是一门综合性、实践性非常强且知识前沿性的学位必修课程。通过本门课程的学习，可以为研究生的科研工作奠定坚实的专业基础，对其创新能力的培养起到至关重要的作用。目前，本门课程的授课方式较为传统，基本以教师讲授为主，学生参与教学的程度较低，教学效果不甚理想。针对课程特点，课程组利用在线课程，改进了教学方法与思路，摆脱了单纯教师讲授的上课模式。专业性在线课程要赢得高校师生的认可，必须有效解决这门课程传统课堂教学的普遍性问题[1]。针对研究生群体的特色，在课程教学中以“培养研究生科研创新能力”为宗旨，由注重确定性知识的传授向注重不确定性知识的传授转变；在不确定性知识传授过程中注重培养研究生的实践能力、反省能力，从而达到研究生课程教学由传统的注重知识的传授向注重科研能力的培养的转变[2]。

一、在线课程的策划

《现代材料研究方法》在线课程的建设以“问题解决”为主要策略[3]，主要从课程体系结构、课程教学内容、课程授课方式三方面进行课程策划与制作。

1.重构课程教学内容。围绕“知识—能力—素质—创新”这一主线，重点针对研究生创新能力和实践能力的培养，在课程教学内容设计上突显学术学位研究生培养中的科教结合，以及专业学位研究生培养中的职业发展能力形成。由“以仪器为中心”转化到“以分析为中心”，由“技术培训”转化到“综合能力培养”本课程过去的授课体系主要是对分析手段的介绍，改革中提出仪器要为科学研究服务，将授课思路设定在“深化基础理论，联系材料性质，剖析综和案例，培养创新能力”，以材料性质研究为中心，弱化仪器操作，强化测试方法的实际应用。

2.优化课程教学方式。本课程将教学内容进一步优化，针对讲授知识的差异，进行不同的授课方式设计：（1）原理的虚拟化教学。将本门课程中的测试技术原理与设备原理虚拟化，通过动画方式进行原理分析，由学生自主学习。（2）重要知识点的微课化。对于每个重要知识点，利用微课程进行讲授，同样由学生自主学习，每个知识点根据四大知识模块进行设计，各自独立又相互串联形成系统的知识网络。每个微视频设计时间容量为10分钟左右，每个知识点包括5分钟左右的问题回答环节，检验学生学习效果。（3）困难知识点的访谈化。对于课程中的困难知识点，以访谈式录制微视频。比如在讲授电子衍射时，课程组设计了20余个问题，倒易点阵的重构、衍射斑点的解读等。（4）学术资料的辅助化。针对每个知识点，为学生提供5篇左右的中英文学术阅读资料，以便于学生更好地理解与掌握新知识。（5）授课课时的完整化。在保持授课学时不变的情况下，将课堂学时分为线上与线下两种模式，线上课堂学习由学生自主学习与协作学习构成，共16个学时；线下课堂由教师与学生通过翻转课堂实现，共16个学时。

3.改革课堂授课方法。改革前，课堂教学主要是授课教师唱主角，片面强调了“以教师为中心”，完全压抑了学生的自觉性、积极性和创造性。改革后，课堂教学转变为翻转课堂。通过在线课程的自主学习或协作学习，课堂上，主要以“问题解决”为导向，实现师生良好互动，充分调动学生课堂学习的自觉性与积极性。主要通过三种方式进行：（1）问题解答。在线上课堂中，学生线上提出学习过程中产生的疑问，教师通过汇总学生问题，提出代表性的问题，在线下课堂上组织同学们开展讨论并做好答疑解惑。（2）案例分析。在线上课堂作业中，预先布置相关案例学习任务，在课堂上针对重点案例组织同学讨论，完成重点与困难知识点的强化。（3）实验模拟。通过课下作业方式，由学生分组自主完成技术路线与实验方案的设计，并提交课堂进行讲解与讨论。

二、在线课程的制作

1.在线课程授课团队的组织与分工。针对《现代材料研究方法》课程的教学要求与授课特点，课程组的设置主要包括授课与制作团队。课程组负责人主要负责总体协调作用，把控课程的整体制作进度与经费使用。授课教师由4位教师组成，分别针对本门课程的四个教学模块：结构分析、形貌观察、成分测定、性能分析，分别设计教学大纲，梳理课程的知识点结构，担当课程的主讲。本门课程配备了4位助教，主要协助4位教师完成课程设计，设计课程习题和作业，管理在线答疑板块。此外，还从学生干部中选拔课程志愿者，协助授课教师与助教做好学生问题收集、在线课程管理、访谈式教学组织。课程制作人，主要由学校信息中心的教师组成，负责视频拍摄及后期制作。

2.在线课程教学内容设计。在线课程的课程大纲以知识树的形式建立。课程单元清单按知识点讲授顺序建立，包括授课视频、习题、讨论、访谈录像、补充材料、测试题目等。对于本门课程，课程组一共设置了60个知识点，其中，基础理论与基本概念讲授共20个知识点，X射线衍射部分共12个知识点，微观形貌与结构部分为12个知识点，组织成分部分共8个知识点，其他性能分析共8个知识点。为了保证课程的授课质量、确保学生的学习效果，本门在线课程每周设置4个学时，共12周。

3.在线课程资源的制作。为了能够更好地实现用镜头语言呈现授课内容的目的，本门课程的线上授课主要通过短视频呈现，每个短视频控制在7—10分钟，給学生营造一种“一对一”授课的感觉。而对于视频的呈现形式，主要通过以下方式实现：（1）出镜讲解，在该部分视频制作中，本门课程授课教师重点针对难点进行讲解。比如，在讲授光谱项知识点时，由于光谱项较为复杂，难于理解。授课教师通过板书，同时结合幻灯片进行展示性讲解。（2）手写讲解，相比于出镜讲解，手写讲解更适合那些涉及推导过程的授课内容。比如在X射线衍射方向与衍射强度的知识点讲授部分，通过教师在黑板逐项进行推导，然后通过录屏的形式保存下推导的每个过程。（3）实景讲解，对《现代材料测试技术》课程而言，需要培养学生分析问题的能力，必须通过实践操作，让学生亲自进行实验，然后分析实验结果，才能够深刻理解所学知识。例如，在讲授原子吸收光谱部分时，单凭课上讲解和动画模拟，学生很难理解为什么燃烧就可以获得物质成分。在授课时，教师直接在实验室进行，边实验，边授课。这样学生理解了原子吸收光谱的产生原理，了解了测试过程，清楚了数据分析方法，发挥了在线课程的优势，达到了更好的授课效果。（4）动画演示，动画演示可以作为授课视频中的有益补充，尤其是分析测试的原理讲解。此外，对于所有测试方法的操作过程及信号产生过程，课程组都通过动画展示出来。（5）专题短片，为了提高授课内容的完整性与关联性，课程通过专题短片的形式进行案例教学。比如在讲授完X射线物相分析、EDS成分检测后，课程设置了钛合金氧化膜的成分与物相分析案例。将两种测试技术在科研工作中的实际应用进行了强化，增强了学生利用所学知识分析实际问题的能力。（6）访谈式教学，访谈式教学以访谈的形式，循序渐进地将知识寓于对话之中，让授课内容富有故事性，让学习者有机会接触到更多人的真知灼见。主要采用两种方式，一是针对困难知识点的讲解；二是工程实例，通过邀请相关领域专家、企业工程师，与学生面对面进行访谈交流，然后录制视频，植入在线课程。比如，课程组邀请了刀具表面硬化处理的工程师，通过讲解刀具表面的氮化物制作与检测，对课程授课内容起到非常好的补充作用。

三、总结

通过在线课程的建设与实践，在《现代材料研究方法》授课过程中，学生的学习积极性得到调动，课堂氛围与授课效果得到明显提升。但也存在些许问题需进一步改进，如每位学生的学习投入程度的监测、学生的课程学习效果评价、微视频拍摄的专业化等问题。

四、致谢

本文是重庆市研究生教育优质课程建设项目、重庆市研究生教育教学改革研究项目（yjg141003，yjgl133089）及重庆市高等学校教学改革研究项目（132039）的研究成果。

参考文献：

[1]李欣午，牛东来.线上与线下双重互动的翻转课堂设计及实践-以信息时代大讲堂为例[J].现代教育技术，2015，25（12）：72-77.

[2]章丽萍，赵张耀，徐敏娜，等.研究生课程体系的重塑與优化[J].学位与研究生教育，2013，（6）：38-41.

[3]张丙香，毕华林.问题解决学习机器教学策略研究[J].教育探索，2014，（11）：12-13.endprint