基于多网络平台的材料科学基础课程实时互动在线教学方法研究与实践

王香 刘二宝 周惠敏

摘  要：根据雨课堂、腾讯会议和微信课程群三平台的特点，构建了基于多种网络平台的材料科学基础实时互动在线课程教学模式。通过对在线教学形式和环节的设计和实践，分析材料科学基础课程在线教学实施效果，总结经验和存在的问题，进一步提出改进措施，提高在线教学质量。

关键词：多网络平台;材料科学基础;在线教学

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章編号：2096-000X（2022）02-0092-04

Abstract： In this paper， a real-time interactive online teaching model of Fundamentals of Materials Science was constructed according to the characteristics of the three network platforms， namely rain classroom， Tencent conference and WeChat. The teaching forms and links have been redesigned to meet the need of online teaching. We analyze the online teaching effect， summarize the experience， and point out the existing problems， furthermore， put forward improvement measures to improve the online teaching quality of Fundamentals of Material Science.

Keywords： multi-network platform; fundamentals of material science; online teaching

自2020年初新冠肺炎疫情爆发后，教育部做出了延期开学的决定，同时也要求充分发挥在线教学平台和网络多媒体的优势，发出了“停课不停教，停课不停学”的号召。在这种情况下，所有任课教师都必须改变传统的面对面授课方式，尝试利用网络进行线上教学。授课方式的变化，使教师们面临了前所未有的挑战。因为缺乏线上授课的经验，哈尔滨工程大学材料科学基础教学课程组结合所授课程和年级的特点，在超星学习通、雨课堂、腾讯课堂等线上授课平台和腾讯会议、钉钉等视频会议平台之间进行比较、测试和选择。发现每个平台都有自己的优势，但也存在局限性。雨课堂可以实现课件回放，有利于学生在课后对不懂的地方进行再次学习，雨课堂生成的课上教学活动数据报表也有助于教师分析和掌握课上情况，但是雨课堂只能通过弹幕和投稿在课上实现师生互动，而不方便实时语音交流。腾讯会议具有共享屏幕和实时语音互动的功能，可以实现教师同多名学生同时通过文字或语音沟通，但是腾讯会议不能提供课件和语音回放以及生成数据报表功能，下课后学生无法对不懂的内容重复收听，教师也不好整体掌握学生的参与度和听课效果[1-2]。另外，雨课堂和腾讯会议都存在一个共同的问题，就是课后教师与学生不便于进行实时的沟通与互动，微信课程群正好可以弥补这个不足。

材料科学基础课程是材料类专业的核心课程，它将金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基本理论融合在一起，研究材料的共性规律，是侧重于研究材料的成分与组织结构、加工制备工艺、性能与服役行为之间关系及其作用规律的一门应用基础学科，它是学生接触的第一门专业基础课，也是基础理论课和专业课衔接的纽带[3]。这门课程的特点是涉及的内容广泛、理论深，部分内容很抽象，学生不好理解。针对存在的这些问题，为了最大程度上提高教师的在线授课质量和学生的听课质量，本教学课程组针对当前形势下的在线教学方法进行了有益探索和实践，结合雨课堂、腾讯会议和微信课程群三个在线网络平台的特点，充分发挥各平台的优势，使其协同作用，构建了一种基于多种网络平台的材料科学基础实时互动在线课程教学模式，并在此方面开展了探索和实践，以提高该课程的教学质量和教学效果。

一、在线教学设计

材料科学基础课程采用“直播、线上活动、线下答疑”相结合的方式，从授课形式、课前预习、课程互动、课堂管理、课后监督等方面使学生全程积极参与到教学活动中。教学环节覆盖“课前、课中、课后”整个学习过程，形成了“自学、讲授、互动、反馈”的学习闭环。

（一）在线教学形式设计

充分利用雨课堂、腾讯会议和微信课程群三平台的优势，构建了基于多种网络平台的材料科学基础课程实时互动在线教学模式。在线教学形式总体设计如下：

1. 利用腾讯会议的共享屏幕和语音同步功能进行材料科学基础课件的在线演示、直播授课，提供实时操作图像，可以保证教学效果。

2. 借助雨课堂的实时弹幕、限时习题测试、考勤签到等形式加强教学互动，了解学生的实时掌握情况，提高学生课堂参与度。

3. 通过雨课堂发布讲义、教学大纲、教学日历、教学参考书等教学资料、课程公告和课后作业等，学生可以在线学习，也可以下载后学习，为辅助学生预习和巩固对知识点的消化吸收提供丰富的学习资源。

4. 根据雨课堂测试生成的各种上课数据报表实时地分析总结学生对学习内容的总体掌握情况。每次课程结束后，课件和语音讲解自动保存至雨课堂，学生可以随时回看，巩固所学内容。

5. 通过微信课程群随时与学生保持沟通，关心学生的思想动态，关爱学生，为学生释疑解惑，帮助他们进一步理解消化尚未吃透的内容。

（二）在线教学环节的设计

在线教学主要涉及到三个环节：课前、课中和课后。总体设计如下：

1. 课前

教师按照课程大纲和内容的逻辑性，逐一梳理知识点，将材料科学基础课程中以章为单位的传统PPT课件拆解为以讲为单位，并在每个知识点讲授完成后穿插2～3个测试题，以起到激活学生思维，巩固知识点的作用，或设置思考题，引发学生进行深层次的思考，拓展思维。上课前两天，教师可以通过给学生布置雨课堂课程的学习任务、上传相关教学资料和预习内容PPT、在中国大学MOOC或其他视频网站上选取內容与新课相关的素材或链接发布在雨课堂上，方便学生结合时间选取相关的内容预习。同时利用雨课堂上的分组和讨论区，使学生进行分组讨论，学生可以随时将分组讨论遇到的问题在讨论区内进行反馈，开展课程讨论，未解决的问题再由教师给予答疑。通过以上方式，可以帮助学生提高预习效果，为课堂教学做好“预热”准备。教师还可以在雨课堂上发布公告，提醒督促学生在规定时间内完成雨课堂平台上的课后作业和章节测试。

2. 课中

上课前几分钟，学生通过雨课堂扫码签到，教师可以及时地核实学生出勤情况，加强课堂管理。课堂上，教师依据大纲内容和设计的知识点在腾讯会议平台进行直播授课，授课过程中，学生有不理解的内容，可以通过雨课堂的弹幕功能发布，教师可以选择有针对性的问题及时为学生解答。每个知识点讲解完成后，可以发起课堂活动，利用雨课堂限时答题的功能发布测试习题，测试过程中，可以随时关注学生的答题情况，测试结束后，对出现问题较多的知识点寻找原因，进一步讲解，也可以利用雨课堂随机点名的功能抽取学生，让学生利用腾讯会议的同步语音功能对某些问题进行分析和讨论，使每名学生都能参与到课堂中来，这样不仅可以规避学生因长时间听课疲惫导致的精力不集中现象，还可以调动学生学习的主动性，巩固知识点，也便于直观了解与检验学生对课程知识点的掌握情况，把暴露出来的对知识点理解不透或有偏差的问题及时解决。

3. 课后

教师课后通过微信课程群与学生保持沟通，关心学生的思想动态，回答学生提出的问题，帮助他们理解消化吸收课上尚未吃透的内容。通过查看雨课堂的后台数据分析报告，及时掌握学生的上课参与情况和测试答题的总体情况，对雨课堂“预警”的学生发出提醒。利用雨课堂布置课后自主复习的知识点并发布作业，限时学生在下次上课前一天完成提交，教师在课前完成试卷的批改工作，批改时可以在线对指定内容进行批注，或在图片上直接圈画评定、打分，有不合格的可以打回重做，实现针对性评价和高效反馈，使学生可以实时地发现自己存在的问题和不足。通过这种方式检验学生的学习效果，总结学生掌握不牢的知识点、易错点，并在后续授课中，加强对相关知识点的讲解。同时注重知识的连贯性，在后续章节的讲授过程中，加强前后相关知识的联系，使学生明白材料科学基础课程的知识体系和各知识点的关系，形成系统的知识储备。

二、在线教学实施

（一）课前精心准备

为了保证线上教学的质量，材料科学基础教学课程组在课前积极讨论选择对应各环节的授课平台、授课方式和知识点的梳理等各项工作。积极准备教学材料，包括预习内容、课堂演示文稿、课堂测试题目以及课后作业等。

对于在线教学内容，按照材料科学基础课程大纲要求和课程内容的逻辑性梳理授课内容，一般将每个课时设计成2～3个教学模块，每个教学模块中间穿插1～2个测试题，测试题目设计时主要以刚讲过的知识点为依据，形式可以是单选题、多选题、判断题、填空题和思考题。此外，通过对讲授知识的分解，可以将传统的以教师为主的单一理论讲授过程转变为引导学生不断思考、探索的求知过程，提高学生的课堂参与度。有些教学内容，通过一般PPT的讲解就能达到教学目标，而有些内容，需要用二维或三维动画进行演示帮助学生更好地理解。例如晶体结构中面心立方和密排六方晶体的空间堆垛、晶体缺陷中位错的形成和滑移、攀移过程、金属的结晶和固态相变过程中的形核及生长过程、金属的塑性变形过程等都是教学中的重点和难点内容，比较抽象，学生理解起来有困难。教学设计中采用二维、三维动画的方式对这些内容进行演示，通过这种方式使这类内容更加形象和生动，便于加深学生的理解，提高教学效果。

（二）授课中有效掌控秩序、合理组织进度

通过组织学生课前到雨课堂平台签到，授课中在腾讯会议观看教学内容实时演示和讲解，在雨课堂即时答题，保证学生有效参与到教学活动中。根据学生课堂答题的情况掌握学生对所讲内容的理解和消化程度，教师对学生学习的薄弱环节进行定点精确讲解，及时合理地调整教学进度，保证学生学会、学通。

在网络直播授课开始前，教师将事先预订好的腾讯会议室通过微信课程群或雨课堂公告通知给学生，要求学生课前10分钟进入腾讯会议室，并及时进入雨课堂平台签到，确保学生出勤率。课堂上采用腾讯会议的共享屏幕和语音同步功能讲解教学内容，根据所授课程内容的难易程度，适当地调整教学进度，比如晶体缺陷中位错的运动、位错的弹性应力场、位错之间的交互作用、三元共晶相图、单晶体的塑性变形部分内容比较抽象，在讲解的时候就要根据学生的接受情况适当放慢速度。而对于如合金相结构、结晶理论的应用、多晶体的塑性变形等较易理解部分的内容，可以适当地加快讲解速度。授课过程中，对学生通过雨课堂弹幕发布的不理解或者标识不懂的PPT内容，调整进度，改变教学策略，有针对性地及时解答。每个知识点讲解完成后，利用雨课堂发布测试习题，在发布题目时根据实际情况设置答题时间，过程中关注学生的答题情况，然后对出现问题较多的知识点进行定点精确讲解，或者改变思路引导学生去深入地思考、理解，也可以随机抽取学生，利用腾讯会议的同步语音功能对某些问题进行分析和讨论。有些需要深入讨论的知识点，学生往往选择在课间休息的时候与教师在腾讯会议室进行语音互动，互动的效果与平时传统课堂的效果很接近。学生对于课堂上没有听清楚的内容，还可以课后到雨课堂平台收看回放，在遇到不明白的知识或者自己有了一些新的想法后，可以通过微信课程群与教师进行互动和沟通。

（三）课后认真总结

针对课堂习题中学生的得分情况，分析总结，了解学生们对相应知识点的掌握情况。反思教学设计、教学策略是否达到预期效果，及时找出原因，扬长避短、精益求精。鼓励学生对课堂上没弄明白的知识，在微信课程群里进行提问，授课老师会在微信课程群中及时进行解答，为学生释疑解惑。

教师课后查看雨课堂的后台数据分析报告，根据每道测试题的正确率和答题率，分析学生们对相应知识点的掌握程度，反思教学设计和教学策略中存在的问题，思考改进之处。同时，通过微信课程群对雨课堂“预警”的学生发出提醒，再通过班级干部和班主任了解“预警”学生的思想动态和学习状况，帮助他们克服困难，调整学习状态。根据学生们课堂对知识点的掌握和消化程度，有针对性地设计课后自主复习的知识点和作业并发布在雨课堂平台上，要求学生限时完成后在雨课堂平台提交，教师及时地完成试卷的批改工作，指出存在的问题，有不合格的打回重做，使学生们实时地发现自己存在的问题和不足。为巩固学生学习的效果，每讲完一章的时候，教师出一套章节测试题，通过雨课堂试卷发布，限时完成答题，并且将测试结果计入到平时成绩中。鼓励学生们对各测试题、作业题和复习时存在的问题开展小组讨论，如果仍有不明白的问题，发布在微信课程群里，教师会及时给予解答。

三、在线教学成效

（一）学生出勤率高

材料科学基础课程本学年共80学时，由3位教师分别为3个授课班授课。根据雨课堂平台记录，3个授课班应到课人数156人，实到课人数每次都在153人以上，到课率接近100%，大多数同学均提前10分钟左右在雨课堂平台进行课前签到。

（二）师生互动良好

雨课堂、腾讯会议和微信课程群三个平台，实现了优势互补。在课堂上教师通过发布习题，要求学生在规定的时间内完成作答。一方面调动了学生的积极性，提醒学生注意听讲。另一方面能够及时掌握学生对知识的掌握情况，对学生易错处进行有针对性的讲解。学生在课堂中也会通过发布弹幕或语音的形式与老师进行交流，老师会对发布的内容进行有针对性的回复。课后，学生将分组讨论后仍然存在的问题反馈到微信课程群，教师及时给予回复和解答，帮助学生消化吸收。

（三）学生参与度高

通过近一年的实践，发现无论是课堂听课，还是习题作答，学生们都能积极参与。每一道课堂测试题，学生的参与度都在90%以上。绝大多数学生都能高质量地完成教师布置的课后作业，能够在规定的时间内完成作业的提交，也很少有打回重做的现象，表明这种授课方式能够实现学生对于知识的理解和掌握。

四、在线教学经验总结

通过近一年的线上教学模式初步实践，目前所采取的这种基于多网络平台的材料科学基础课程“雨课堂+腾讯会议+微信课程群”实时互动在线课程教学模式主要存在以下的优势和需要改进之处。

（一）充分利用各在线平台的优势

各在线授课平台的侧重点不同，教师要结合所教课程的属性、充分考慮学生的层次和自己在教学方面的优缺点，结合在线平台的特点，选择合适的教学平台组合，以达到满意的教学效果。材料科学基础课程的特点是涉及到大量微观的概念，知识点较抽象。为了能够帮助学生理解，在课堂教学中要大量利用图形、动画来辅助教学，因此选用腾讯会议作为在线直播平台，提供即时、稳定的在线演示。同时利用雨课堂的在线教学记录、统计、回放功能，对学生的学习情况进行及时的分析。因此课程组选择采用“雨课堂+腾讯会议”的方式来进行线上直播教学，同时采用微信课程群的即时通讯功能来进行教学活动的发布和对学生问题的回答。

（二）充分考虑在线教学的特点

由于在线教学不能像在教室一样与学生面对面的交流，难以掌握学生的即时状态，因此在线上教学中不能像线下那样面面俱到地讲，要对教学内容进行重新梳理，有针对性地重新设计教学环节。要区分知识点的重要程度、难易程度。对重点、难点内容进行精讲、细讲，对容易理解的可以让学生自己进行学习，通过合理地设置课内习题、课后作业和章节测试来考察学生的学习效果。

（三）充分调动学生的积极性

线上有很多优秀的教学资源，教师要进行搜集、整理，提供给学生，让学生能够利用这些教学资源帮助自己进行学习。教师在课堂上把重点难点讲清楚，把教学内容系统化，使学生掌握的知识更成体系。这就促使学生主动融入到教学活动中，充分调动了学生的积极性。

（四）有待改进的问题

通过线上教学实践，教学课程组也发现了一些有待改进的问题，例如，雨课堂发布课堂习题时需要给学生留出充足的思考时间，最好不要一起发布多道练习题，否则学生答题时间不够，影响答题效果;在课堂习题设计过程中要充分考虑不同题型的特点，根据需要设计有代表性的题型，如选择题方便成绩统计，主观题可以反映学生的思维过程，填空题可以考察学生对知识点掌握的准确程度，但填空题在统计数据时会因为表述方式不同而误判，需要慎重选择。授课过程中，也发现了个别学生有时候会出现网络疲劳现象，也有个别学生显示状态为“在线”，而实际不认真上课的情况，这是在线教育的一个普遍问题。另外，在线教学时，在学生端，如果使用的是一台设备，通常就需要在雨课堂和腾讯会议之间进行切换，所以为了更便捷，就至少需要一部手机和一台电脑或ipad才能实现更好的学习效果。

五、结束语

通过近一年的在线教学实践，对材料科学基础课程的在线教学方法进行了有益的探索和研究，取得了较好的效果。通过雨课堂、腾讯会议、微信课程群三平台共同构建了多形式实时互动的在线课程教学模式。通过腾讯会议共享屏幕功能实现授课PPT和语音同步直播，保证在线授课效果，借助雨课堂的实时弹幕、限时习题测试、考勤签到等加强教学互动，了解学生的实时掌握情况，提高了学生的课堂参与度;通过雨课堂发布教学资料、课程公告、课后作业和章节测试，巩固学生对知识点的消化吸收;结合微信课程群随时为学生释疑解惑，帮助学生进一步理解消化尚未吃透的内容，体现了以学生为中心、以成果导向的教学理念，进一步培养了学生的自主学习、课堂参与和独立思考能力，提高了在线教学成效。

参考文献：

[1]王建国.采用语音课件方式进行在线教学的探索、实践与思考[J].大学化学，2021，36（7）：158-162.

[2]柴媛媛，王卫国.基于腾讯会议和雨课堂的在线教学模式探索[J].计算机教育，2020（11）：48-52.

[3]王彦平，王顺花，李芳红.多措并举提高“材料科学基础”课程课堂教学质量[J].教育教学论坛，2020（31）：217-218.