材料科学基础课程混合式教学模式探讨*

贾利晓 闫红彦 李豪

洛阳理工学院材料科学与工程学院 河南洛阳 471023

0 引言

混合式教学是将线上教学和线下教学相结合的一种教学模式，通过线上、线下两种教学组织形式的有机结合，可以把学习者的学习引向深度学习[1]。与传统的教学模式不同，混合式教学是以学生为中心，依托中国大学慕课、超星学习通、雨课堂等网络教学平台，采用MOOC、SPOC、微课等，通过翻转课堂模式，使学生通过课前、课中和课后的不同途径学习，强化学习效果、提高学习效率的一种新型教学模式。这种教学模式能够有效扩展学习空间、创新教学手段、增强学生的学习效果[2-3]。在混合式教学模式中，教师由传统的施教者角色转变为学生学习的引领者和指导者，主要为学生设立有效的学习任务、引导学生深入理解课程相关知识点；在课堂上重点解决学生在学习中遇到的困难，通过任务驱动、角色扮演、项目训练和与学生互动等方式检查学生的学习效果[4]。学生不用始终跟着教师的统一步调前进，因而可以有针对性地选择自己的学习时间、地点、方式和内容，实现个性化学习，提升学习效果。

材料科学基础是洛阳理工学院材料成型及控制工程和焊接技术与工程两个专业的重要核心课程，在专业培养中居于承上启下的地位，不仅为后续专业课程的学习奠定基础，而且在毕业设计以及将来的工作过程中都有着举足轻重的作用[5-6]。在网络技术迅猛发展的今天，网络平台和资源众多，学生获得知识的途径日渐丰富，单纯采用传统的教学方法对于一些学习能力强、渴求前沿知识和技术的学生来说无法满足要求，而那些学习能力稍弱、总是慢半拍的学生，会因跟不上教学整体进度而掉队。因此，采用必要的网络技术，结合翻转课堂的模式进行混合式教学就显得尤为必要。接受能力强的学生在完成规定学习任务后，可以结合自己的兴趣学习一些拓展知识，为以后的升学深造和工作奠定坚实的基础；接受能力稍差的学生可以反复学习课程知识点，加深对知识点的理解。

笔者根据多年的课程教学经验，借助超星学习通网络教学平台进行材料科学基础课程混合式教学模式改革，提高了学生的学习热情和学习效果。

1 教学资源库的建立

混合式教学包括课前学生自主学习、课中学习效果检测、重难点解析和课后拓展训练。为了方便学生进行课前自主学习，需要有一个内容丰富的资源库，包括知识点讲解视频、单元测验、习题库、试卷库等。课程组教师认真分析材料科学基础课程的知识体系后，首先将教学内容进行模块化分割，然后再将各个教学模块细分成若干个独立的教学知识点，由主讲教师录制各个教学知识点的教学视频，并将录制好的教学视频上传至学习通网络教学平台，供学生进行课前自主学习。除知识点的教学视频外，本课程还在每个知识点的教学视频中插入两个小问题，一方面可以方便学生在学习过程中进行自检，另一方面也可以增加学习的趣味性。在知识点学习完成以后，还设置有单元检测，主要涉及知识点相关的重点和难点。并且在每一知识模块后设置章节测试，方便学生检测整个知识模块内各个知识点之间的关联问题。除教学视频和单元测试之外，本课程资源库还建立了习题库和试卷库，以方便学生检测整个学习内容的掌握程度，便于期末考试复习。为了拓展学生的视野，资源库中还设有材料研究领域前沿的科研成果和新技术、新工艺等相关视频和文字资料，以便学生及时了解专业相关的研究进展，既可拓宽学生的视野，又能帮助学生了解专业动态。

2 课前线上自主学习

教学视频是学生课前自主学习的基础，但单靠教学视频并不能充分激发学生的学习热情，也难以充分发挥学生的自主能动性。在课前学习的时候，学生需要带着问题去学习，使学习有更强的目的性。因此，教师在课前需要布置与教学内容相关的学习任务，既包括容易完成的简单问题，以增强学生的学习自信心，又包括有挑战性的难度较大的问题，以提高学生的自主学习能力。较简单的问题可以通过单元检测来实现，难度较大的问题需要学生自己查阅资料，结合知识点教学视频的学习来完成，这种带有任务驱动的学习会收到更好的学习效果。比如在学习“金属的三种典型晶体结构”这部分内容时，在课前给学生预留任务：

1）金刚石和石墨的成分和性能有什么异同点？为什么金刚石和石墨会具有不同的性能？

2）金属的三种常见晶体结构是什么？它们的原子半径、晶胞内原子数、配位数和致密度各是多少？

3）为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，却有着相同的致密度和配位数？

第一个问题需要学生查阅资料，第二个问题可以通过知识点视频获得答案，第三个问题难度较大，需要学生充分理解两种晶体结构的原子排列特征。学生带着这三个问题去学习，如果把三个问题都解决了，就表明学生掌握了三种典型晶体结构这个知识点的基本内容。教师在课前可以通过超星学习通教学平台查看学生的单元检测和对三个问题的回答来掌握学生的课前自主学习效果。

3 课中线下检测自学效果

无论采用何种教学方式，课堂永远都是主战场。采用混合式教学，课堂教学不再单纯靠教师讲解来完成，其主要任务是教师检查学生课前自主学习的效果以及对学生觉得难懂、学不会的内容进行重点讲解，而这种检测和讲解可以采用与学生互动的方式来进行，互动可以采取提问、启发、探究、小组讨论加教师点评等多种形式。以金属的三种典型晶体结构为例，在课堂上，先点评学生在课前学习时的单元检测，对于共性问题重点讲解。然后通过选人、抢答、学生讲解、分组讨论等形式与学生互动，检查学生课前项目的完成情况。对于课前提出的第一个问题，大家通过查阅资料，基本上都能够回答出金刚石和石墨两种材料的成分相同，但性能不同，金刚石很硬而石墨很软。但对于两种材料存在性能差异的原因，学生的认识比较肤浅。针对这种情况，教师重点讲解晶体结构形式对材料性能的影响。第二个问题比较简单，学生通过学习教学视频，基本上都能够掌握。为了培养学生的语言表达能力和勇于担当的气魄，挑选几个学生到讲台上讲给其他学生听。通过学生讲解，发现在三种典型晶体结构中对于面心立方晶格的配位数，学生理解不够充分，难以表达清楚。针对这种情况，教师重点讲解面心立方晶格的配位数由哪些原子组成，如何画出这些原子在晶胞中的位置。第三个问题难度较大，重点由教师讲解。在学生分组讨论之后，教师首先介绍三种典型晶体结构内部的具体原子排列情况，然后分析三种原子排列方式的特征和不同之处，最后通过原子排列演示说明面心立方晶格和密排六方晶格的排列方式虽然不同，但排列紧密程度是一样的，所以具有相同的配位数和致密度。

4 课后拓展训练

巩固和拓展训练是教学的一个重要环节。通过此环节，可以使学生进一步理解上次课的学习内容，从而牢固掌握相应的知识点，也可以使学生了解一些与所学知识点相关的学科前沿知识和技术，还可以作为后面的教学内容的知识储备，提高后期知识点的学习效果。对于三种典型的晶体结构这部分内容，在课后可以让学生自己动手，使用现有的材料尝试堆垛出三种晶体结构的原子排列模型，从而深入理解三种晶体结构的原子排列差异以及不同排列方式的晶体结构的晶胞原子数、配位数、致密度等参数存在差异的原因。通过观察堆垛模型，学生还可以理解晶体间隙的概念以及三种晶体结构间隙数量和大小的差异，为下次课的教学奠定基础。还可以鼓励学生在课后自主查阅相关资料，结合堆垛模型，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点。结合日常生活中的实例，给学生布置思考问题，比如：铁、铜、铝的性能有何异同点？为什么？让学生进一步了解晶体结构对材料性能的影响，通过思考和查阅文献资料对材料结构决定性能的理解有一个初步的认识。

5 完善考核机制

一套完善的考核机制是检验教师教和学生学最终成效的有效措施。传统的教学方法通常采用期末考试“一卷定输赢”的考核方法。对于混合式教学，这种考核机制显然已经不再适用。混合式教学过程包括课前、课中和课后三个阶段，因此，考核机制除了最终的期末考试以外，应该把学习过程中的检测考虑进去。为了充分考查学生的学习效果和教师的教学效果，材料科学基础课程的考核采用过程考核与结果考核相结合的模式。

过程考核包括学生视频的学习情况、单元检测的完成情况及正确度、预留任务的完成情况等课前自主学习效果，以及到课率、与教师的互动积极性和问题回答正确性、小组讨论的参与度等课堂学习表现，还有课后拓展训练的完成情况和作业完成情况。为增强学生的学习效果，本课程还设置线上期中考试，教师提前发布考试任务，学生可以在规定时间内（一般为两周）的任意时间段完成，考试时间一般设置为两小时，到时自动提交试卷。这种线上考试可以使学生在充分复习以后再开始考试，但考试一旦开始就要在两小时内完成，能够规避学生应付考试的情况。在学期结束前，还会组织线下期末考试，以检测学生的最终学习效果。任何时候，考试都不是目的，目的是让学生真正掌握所学知识。为了方便学生自查自检，课程资源库中有题库和试卷库供学生考前复习。在课程考核体系中，平时的学习过程成绩占40%，期中考试成绩占20%，期末考试成绩占40%，采用这种考核机制可以综合考查学生的整体学习效果，提高学生学习的积极主动性。

6 结束语

结合超星学习通网络教学平台，采用翻转课堂的模式，在材料科学基础课程教学中尝试了线上线下相结合的混合式教学模式。该教学模式主要包括供学生随时随地进行学习的线上资源库的建立，课前学生对课程教学知识点的自主学习，课堂上教师对学生自主学习效果的检测，重点、难点的讲解，以及课后为巩固所学知识点进行的拓展训练。为了综合考查学生的学习效果，建立过程考核和结果考核相结合的课程考核机制。实践证明，混合式教学模式能够激发学生的学习热情，提高学生的课堂参与度和主观能动性，取得了良好的教学效果。