《材料分析方法》线上线下混合教学模式设计研究*

陈丽军，葛武杰，马先果，郭俊江，黄宏升，唐安江

(贵州理工学院化学工程学院，贵州 贵阳 550003)

《材料分析方法》是一门典型的“理论+实践”的大学本科课程[1]。该课程主要讲授现代分析测试仪器的原理、构造及应用，目的是通过学习使大学生掌握利用先进仪器分析测试材料的成分、组织、结构，探索其与材料性能的关系及影响的能力。该课程内容涉及面广、内容抽象、基础理论较复杂，加之实践教学课时少，大多高校大型仪器设备数量有限等客观原因，以教师为主导的传统教学，很难激发学生学习兴趣，使课程教学难度加大，教学效果不理想。为解决这些问题近些年来很多高校教师针对教学方式、方法、评价考核体系等进行了系列研究、实践和探索[2-4]。如依据工程教育专业认证通用的毕业能力要求制定课程培养目标[5]；将教师科研项目引入到教学中，激发学生学习兴趣的同时，提高学生实践应用能力[6]。也有教学团队着力开发构建虚拟仿真教学平台，用以辅助理论和实践教学、激发学生学习兴趣、弥补实践教学设备严重欠缺之不足[7]。另外，随着在线教育的发展，网络辅助课程，如微课、慕课(MOOC)等在线课程兴起[8]，有些高校已经上线了网络视频教学课程(如天津大学杜希文老师的《材料分析方法》)，这些网络教学资源被越来越多的高校重视和利用，使得线上线下混合教学模式具备了较强的可行性。

线上线下混合教学有其明显的优势，如节约课堂时间，给学生更多在课堂上思考、互动和讨论的机会，学生的兴趣、主动性得到很好的调动，对培养和提高学生自主学习和解决问题的能力有很大的帮助。但目前大部分课程线上和线下相结合的教学模式都还处在探索和建设阶段。存在的主要问题总结主要有三个方面：首先是线上学习和线下课堂活动融合度不高。二者相互独立，无法将线上学习内容延伸到线下课堂中，达不到预期学习效果。其次，线上线下混合教学中一个重要部分是学生自主学习，学生自学习惯、能力的培养对老师的教学能力提出了更高的要求。最后是线上资源不足。虽然2020年初，受新冠疫情的影响，线上教学经历了一个突飞猛进的发展阶段，慕课/翻转课堂迎来了飞速发展的时代，一大批优秀的线上教学资源涌现，但在使用过程中很难通过单一的视频学习完全满足针对性的专业教学需要。结合《材料分析方法》课程特点，针对课时、设备、线上资源有限等问题，通过合理精心的教学设计，使教学过程实现线上到线下的迁移和融合是本文的主要研究工作。

为构建行之有效的、适用于应用型人才培养需求的《材料分析方法》线上线下混合教学模式运行方案，需将线下、线上和课后教学、学习通汇贯通。教学过程中线上、线下教学同时进行，互为补充，使学生掌握专业培养需要的工程知识，同时着重引导和培养学生的自主学习意识，使其养成良好的学习习惯，具备不断学习的能力。课后作业意在进一步巩固课程学习获得的工程知识，提高相应能力。笔者在教学实践中尝试将课后作业以动画、短视频的形式提交，形式新颖有趣，能够有效提高学生参与度、训练学生团队协作和解决问题的能力。具体实施路径见图1。

图1 《材料分析方法》线上线下混合教学实施路径Fig.1 Implementation path of online and offline mixed teaching of Material Analysis Method

1 线上教学设计

网络信息时代背景下，尤其是近两年受新冠疫情影响，线上教学快速兴起和发展，成为高等教育教学改革的有力推手。线上同步直播或异步教学克服了传统线下教学方式的局限性，使得师生能够不再受到时间和空间的限制，更加灵活快捷的开展教学活动。但随着线上教学工作越来越多的实施推进，由于物理空间的隔离，与传统课堂教学相比也逐渐显现出了种种弊端。

为确保线上教学效果，结合《材料分析方法》课程性质、教学对象和教学目标，对线上教学全过程进行细致设计能够为教学活动的有效开展保驾护航。具体可以通过互联网搜集和免费下载、或有偿购买、或向其他高校授课老师和出版社电话邮箱咨询索要等途径，获得大量《材料分析方法》课程视频和文字资料。分类整理相关教学视频、课件资料，根据专业教学需要细分教学知识点，编制《材料分析方法》“预习/自学课件”。在课件中插入MOOC相应视频、及其他相关网络视频，设置指向性、开放性、综合性题库，并通过多媒体客户端(雨课堂)上传[9-10]，引导学生发现问题、自主寻找解决方案，使学生通过预习熟悉当次课的教学目标和主要教学内容。学生在线提出问题，教学助理协助完成问题搜集和整理，留待线下课堂教学中讨论。其中难点在于如何将已有线上资源充分恰当的融入到课程的线上学习课件中。相应线上资源的完整性、难易程度及其与专业的结合度是资料筛选的重点，激发学生自学热情和引导学生形成持续性自学的习惯增加了资料筛选、融合的难度。课件制作按照分析仪器设备进行大类划分，从仪器设备发展历程、应用领域、工作原理、结构特点、操作方法、样品制备和数据分析七个方面着手进行。课件内容全面体现课程教学的主要内容，但出于引导和激发学生学习兴趣的教学需要，“预习/自学课件”内容可以着重点放在发展历程、应用领域、样品制备和分析结果展示上。课件形式上采用PPT格式，内设知识点框架，穿插网络资源链接。通过雨课堂进行任务发布后，可实时观测学生预习情况，获得问题反馈。同时，通过投票的方式，获得学生使用感受，在后续课程教学中及时作出调整，提高教学效果。

2 线下课堂教学设计

线上教学是高校现代化发展的必然趋势，然而单一的在线教育也很难实现教学目的，将线上与线下教学有机结合，打造混合式教学模式，能够更充分的运用现代化信息技术手段开发、整合与利用多样化教学资源，实现传统线下课堂教学内容与网络在线教学的深度融合，更好地发挥线上和线下教学的优势，实现优势互补，提高教学效率与教学效果，达成教育教学目标[11-12]。因此，在教学设计中除了对线上教学过程的设计，还需要根据不同课程的教学资源和需求，对线下教学进行针对性设计，才能真正时间教学结构优化，发挥混合教学的作用，保证线上线下混合式教学模式的实施效果。

当前线下课堂教学设计的难点在于如何快速有效的将学生线上自学收获与线下课堂授课内容顺利衔接，实现教学内容的延续和课程最终教学目的的达成。实践发现可以根据学生课前预习效果反馈，设计具有代表性的问题，引导学生“带着疑问”进入正式课堂学习环节。以预习中遇到的代表性问题为主线，借鉴启发式、讨论式教学和案例教学模式设计线下课堂教学，充分调动学生的积极性，引导学生完成线上和线下学习的有机融合，完成课程大纲规定的教学内容学习，达到教学要求。为保证教学质量及教学过程的流畅度，课中基于课前“预习/自学课件”准备线下课程教学PPT课件，重点放在工作原理、设备结构特点、操作方法与注意事项、分析结果数据处理与问题讨论上，与线上课程形成呼应、互为支撑。学生通过课堂学习讨论，对预习中存在的和课堂上出现的相关问题进行解答，教学中使学生作为主体参与整个教学过程中，培养学生活学活用的能力，提高教学成效。课堂教学结束前设计进行教学内容小结，主要是建立重点内容的框架，有利于学生梳理知识点，帮助学生建立课程的知识体系。

针对《材料分析方法》实验教学部分，因材料检测分析用到的仪器设备大多昂贵，各高校购买台套数有限，无法满足人人能用。课程教学可以结合大学生创新创业研究课题、或学院教师的科学研究项目，开设设计性或综合性实验项目，拉长实验教学时间解决实验设备的限制。通过筛选具有代表性的典型材料作为分析对象，有偏重的选择材料分析中使用最多、最广泛的检测表征技术，如X射线衍射晶相分析、扫描电子显微镜形貌结构分析、原子吸收光谱成分和电子结构分析、以及红外光谱分子结构分析等分组开展实验方案设计、仪器操作培训和材料检测实践。整个教学期间，联系学院实验室采取开放实验室的形式确保所有的同学都能有机会接触分析设备、做好实验、得到锻炼、实现理论与实际的有效融合。还可以通过学院联系分析测试中心开展实验室开放日活动，带学生参观培训，开拓视野。同时充分利用网络资源，观看相关实验、操作视频，进一步巩固和加深学生对分析测试原理及设备操作使用方法的认识和理解。

3 课后巩固强化设计

学生课后复习巩固能够实现对教学内容的深度理解，是课堂教学的有益延伸。传统课程教学效果评价主要通过课后作业、期末考试实现，教学成果巩固形式单一，无法及时准确反映出教学中存在的问题，教学成果输出无效化过高，不利于学生发现问题、解决问题等专业能力培养目标的达成。为改变这种现状目前高校课程教学中普遍增加了平时考核评价，但实施起来效果仍然不尽如人意。调整教学改革思路，从根本上改变考核评价方式，达成教学目的是课程教学改革的重要方向。笔者结合《材料分析方法》课程特点，对《材料分析方法》线上线下混合教学效果的考核评价形式做出调整，不再仅仅针对知识点通过试题的形式考察教学效果，而是结合当前流行的多媒体文化，让学生以更具趣味性的短视频、动画等形式完成课程主要内容的自我学习、强化和巩固。任课老师以课程作业的形式发布制作任务，设计任务书，提出制作要求，并指导学生根据学习情况和个人兴趣进行分组。按仪器平面结构设计、工作原理动画制作和分析操作短视频录制分成不同的小组，选择不同的材料分析仪器在老师的指导下完成设计制作工作，并进行作品展示讲解、互评建议，修改完善后提交作品。学生参与意愿更强，学习成效达成度更高。现代多媒体技术发展迅速，学生通过网络和相关课程的学习具备一定的设计制图、视频录制和剪辑能力，在专业教师的指导下能够协作完成内容制作。这也符合高等教学中对学生团队协作能力、沟通能力和利用现代工具解决实际工程问题能力的培养需要。

4 结 语

《材料分析方法》课程涉及到的分析原理复杂、分析方法和仪器设备众多，且更新换代迅速，在充分利用学校实验室资源的同时，教师和学生通过多种渠道搜集相关网络资源，共同利用现代多媒体技术手段完成课程教学内容学习和巩固强化，达成学生能力培养目标，是教学改革的初衷。线上线下混合教学顺应当代高等教育发展方向，能够充分激发学生的学习热情，调动其主观能动性，提升教学成效。教师充分融合线上和线下教学优势资源，以学生为主体的教学方式，在加深学生对知识的理解的同时，也有助于学生的自学能力、动手能力和创新能力的培养和提高。