线上线下教学模式在材料学科中的应用——以材料科学基础为例

白雪

（山东科技大学 材料科学与工程学院，山东 青岛）

一 引言

材料是人类社会发展的物质基础，是经济发展和社会进步的物质基石。材料科学作为研究新材料的支柱专业，以培养满足社会需求的经济性、应用型及创新型材料领域人才为导向，在当前重点发展新工科的背景下，显示出其重要的地位。其中，材料科学基础作为材料科学与工程专业本科必修课，是连接基础课与专业课的桥梁。该课程从材料的各种物理化学过程的变化和共性出发，研究无机、有机、金属材料的成分、结构与性能之间关系及其变化规律。通过知识讲授及专业实践，使学生可以掌握材料的组成- 形成（工艺）条件- 结构- 性能- 材料用途之间相互关系及制约规律，注重科学思维方法的训练，使学生在面临应用性、综合性问题时能够合理分析并提出解决方案，为将来从事材料设计及研发奠定必要的基础[1]。

受疫情的影响及“互联网+”时代的到来，各种线上教学平台应运而生。相比于传统的面对面讲授，借助于多种多样网络教学平台表现出独有的优势[2]。其中，由清华大学及其在线教育办公室共同研发的“雨课堂”在线上教学平台中脱颖而出。通过将雨课堂与PPT、微信相连接，教师与学生可通过这样的智能终端紧密联系起来，实现课前预习、课堂教学以及课后复习一体的教学模式。课前，教师可提前将预习内容发送到学生手机端，方便快捷；课堂教学中，教师也可通过发送习题实现小组讨论、线上书写板书进行讲解，学生发送弹幕、投稿、提交作业等方式实现师生互动。并且雨课堂兼具线上签到、随机点名等功能，省去传统课堂中的签到时间；课下，通过课程回放功能，学生可对重、难点进行回顾复习，有助于知识点的进一步巩固[3]。此外，作为腾讯公司针对远程办公、随时随地会议共享的一款办公软件，腾讯会议也可以被用于线上教学。教师可将腾讯会议IP 号发送至学生，学生即可自由选择手机、电脑或小程序入会。值的指出的是，腾讯会议最大的特点是可以实现屏幕共享，在线文档操作以及小窗口聊天等功能[4]。将雨课堂与腾讯会议相结合进行共同授课，可充分利用二者互补功能，实现文字、语音、视频、讨论等实时互动。将线上线下教学结合，推翻了传统课堂的“填鸭式”教学模式，使学生成为课堂的主导者。因此，基于材料科学基础课程的教学特点，同时借助线上教学平台雨课堂及腾讯会议，采取线上线下混合式教学对该课程进行讲授，提升学生的反思性学习思维，以改善课堂效率[5-6]。

二 线上线下混合式教学的具体实施

（一） 课前预习

在课前在雨课堂中建立专属班级及专属课程，学生在手机端加入班级及进入课程。教师将提前设计好的预习内容包括视频、课件、习题等通过雨课堂发送给学生，学生在手机端自行学习，不受时间和地点限制。鼓励学生对预习内容中不理解、不明白的地方进行标记，从而在正式课程中重点讲授。采取线上雨课堂预习的方式，可以使学生对课堂所学内容有所了解，培养学生自主学习的意识。

（二） 课堂讲授

利用PPT 简洁、直观的特点，教师采用PPT 与板书相结合的方式对学习内容进行讲授。在正式授课之前，教师需提前申请腾讯会议线上会议，并将会议地址发送至学生，学生提前10 分钟进入会议并测试网络是否流畅。另外，教师将雨课堂插件与PPT 关联，课前5 分钟打开，点击开始上课或发送二维码，学生即在手机端收到上课提醒，通过手机端登录[7]。正式授课时，教师通过腾讯会议，选择共享屏幕。通过将雨课堂与腾讯会议相结合的方式，学生可自行选择任一一种或者同时选用两种，避免网络卡顿而漏掉学习内容。

在传统授课过程中，材料科学基础中大量的公式推导及抽象概念往往对学生的集中力要求较高，过多的内容使学生不容易捕捉到重点、难点。因此可对重点知识点采用雨课堂测试。通过发送弹幕、投稿等方式，一方面使学生积极主动地参与到课堂学习中，提高学生的自主学习能力，另一方面教师可以根据学生的课堂反馈实时了解学生对知识点的掌握程度，及时调整教学方法及授课进度。相比于传统课堂教学，线上教学的方式极大的提高学生的参与度，并且也可使教师对所有学生的学习情况进行全面的了解。但在此过程中，考虑到网络会有一定的滞后，PPT 要取消动画特效，以避免讲解和PPT 不对应，且PPT 翻页时要留出足够的时间。

仅仅通过文字方式发送测试，一定程度上不能真实反映课堂效果。若辅助以腾讯会议，可对学生进行语音提问，在课堂教学中与学生充分互动。尤其是在疫情期间，采用二者结合的方式，如通过雨课堂随机点名、学生通过腾讯会议语音回答问题、讲解上节课的作业，利用雨课堂的弹幕得到学生的提问和反馈。整体课堂效果较好，也可以让学生充分的参与进课程，避免出现学生在家仅线上签到而不听课的情况。

（三） 课后复习

授课结束后，雨课堂可记录课堂在线人数、登录时间及弹幕内容。学生可利用直播回放功能对知识点进行回顾与巩固。教师通过雨课堂发布作业，学生在相应的时间内完成并上传。通过对学生作业正确率的分析，及时了解学生的掌握程度及运用所学知识分析解决问题的能力，以便在以后的讲授中及时调整授课方式以提高课堂效果。

（四） 课程考核

在新培养方案的指导下，考核制度也需要进行相应的改革。传统的考核方式完全依赖于试卷的得分情况，存在某些学生在考试前突击的弊端。因此，基于线上线下混合模式，将试卷考核与平时成绩考核的比例调整为5:5。其中平时成绩考核包括线上签到情况（20%）、线上测验反馈情况（30%）及课下作业提交情况（50%）。结合线上教学平台对学生学习情况的记录，可反应学生对整门课程的参与度，更接近于学生的真实成绩[8]。

三 不足之处

尽管通过丰富的线上教学平台可以对学生的签到、答题等情况进行记录与考核，但在教学实践过程中仍发现一些问题。一部分同学仍然习惯于传统的教学方式，而对于这样线上线下混合式教学手段感到不适应，学习效果不好；另外一部分同学尽管全程参与相关的签到、课堂测试以及过程考核，但目的仅仅是得到平时成绩，而对于线上签到以及过程考核存在应付的心理；还有极少数同学不能及时完成任务，学习兴趣不高。因此，针对以上现象，需从以下两个方面进行改善：（1）增加更加丰富、有趣的教学活动，积极引导学生参与到相关教学活动中。对于积极性不高、无法适应的同学要重点关注，使其摒弃传统教学模式的思维定式，采用线上线下混合式教学以寓教于学。（2）改革考核方式，提高过程考核比例。过程考核评价方式不仅仅为提交作业，主要通过评价学生的作答情况、是否独立思考、是否有独特见解等方面进行考核[9]。

此外，对于教师来说，线上线下混合式教学对教师的教学能力提出了更高的要求。在传统的教学模式下，课堂内容仅仅限于教师的讲授，相关内容较少。但采用这种混合式教学模式，在课前教师需要投入大量的时间和精力。首先，教师要从课程资源的选择、教学内容的准备、教学过程的设计以及教学效果的考核方面进行梳理分析[10]。然而，对于材料科学基础课程，尽管视频资源库较丰富，但网上精品课程的针对性较弱，导致学生的预习效果大打折扣。因此，教师需自行总结整合相关内容，这势必会大量占用教师的课下时间，一定程度上影响教师的教学积极性。另外，在教学过程的设计中，采用大量的自主式讨论是否可以达到理想的效果仍然有待研究。由于材料科学基础课程中教学内容相对较多，如何平衡教学手段与教学效果，即在缩短教师讲授时间增加自主式讨论的同时，学生可对知识点精准把握，这方面也非常值得教师思考。

四 教学反思

对于材料科学与工程专业的学生，对材料科学的理解最开始于材料科学基础的学习。由于材料科学基础的内容较多并且比较抽象，大部分的高校仍然采用传统“填鸭式”教学。教师作为讲授主体，主导着课堂的进度，而学生多以被动形式接受知识。尽管教师对课堂教学内容进行了完整的讲述，但完全“我讲-你听”的教学模式很容易使学生在听课过程中疲惫、溜号。随着课程进度的增加，后期相关内容的学习与前期落下的知识点衔接不上。即使某些学生可以及时跟上教师的讲授进度，但仍存在着学会了但不会应用的情况。长此以往，大部分学生的学习主动性大受打击，教学效果受到影响。

为培养应用性人才，注重学生对应用能力的培养，迫切需要摒弃传统教学模式。借助线上教学平台，课堂教学不再限于教师的“输入”，课堂的主导者由教师转变为学生。通过教师对学习内容的引导，结合线上教学平台中的丰富的测试手段，充分调动学生的积极性与参与度。积极尝试多种教学方法，如案例教学、头脑风暴、翻转课堂等。例如讲解晶体的缺陷，学生可自由分组，根据课前的预习情况，分别讨论出晶体中可能存在的缺陷种类以及出现这些缺陷的原因。在学习烧结这一章时，让学生充分发挥头脑风暴，建立烧结模型并以此设计特定要求下的烧结炉。此外在学习相变这一章时，采用翻转课堂的教学方式，将学生分为两组，分别对相变为何会发生以及相变是如何进行的两个问题开展学习讨论。通过以上的方式引导学生主动思考、积极参与，从传统的“教与学”转变为“引导- 探索”模式。在学习专业知识的同时，缩短了专业与应用的距离，使学生对材料科学专业有了更深的认识。

利用线上线下混合式教学方式，采用多元化的考核方式，如课堂签到、课堂小测验、课下作业、课堂参与度包括投稿、弹幕等，使教师对学生的学习情况有了充分的了解，可以获得真实的教学效果反馈。此外，考核方式的改革让学生们体会到平等与尊重，更拉近了教师与学生之间的距离。

五 结语

作为材料学科的专业主干课程，材料科学基础不仅仅是了解材料专业的敲门砖，也是学习后续专业知识的基础。课程组通过将线上教学平台雨课堂与腾讯会议引入到材料科学基础课程的学习中，实施过程中，学生的参与度与学习主动性明显提高，教学效果得到明显的改善。课堂上低头族、手机族明显减少，对学习内容的兴趣明显提高，积极提问以及参与课堂讨论。并且课下问问题的现象也有所增加。

这次线上线下混合式教学方式的实施，是对传统材料科学基础授课的一次改革。各种新型教学手段的出现对教师的教学方法、理念逐渐提出更高的要求。如何更加充分有效地利用各类线上教学平台，在课程的讲授中丰富教学手段，调动起学生的学习主动性，是目前大学专业课教师课堂教学面临的重中之重。只有在教学过程中因材施教、鼓励学生主动探索，将专业课知识与实际应用相结合起来，才能为当今社会培养复合型、应用型材料领域人才。