《材料科學(xué)基礎(chǔ)》線上線下混合式教學(xué)探索

黃 嘯，劉瑞平，韓 鵬，王 萌

［中國礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083］

0 引言

隨著傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的高度普及，以MOOC、線上線下混合式課程、翻轉(zhuǎn)課堂為代表的互聯(lián)網(wǎng)新興教育模式不斷涌現(xiàn)，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行了有效的補(bǔ)充，同時也提出與傳統(tǒng)教學(xué)模式截然不同的新的要求和挑戰(zhàn)。其中線上線下混合式教學(xué)是新型教學(xué)模式的代表形式之一，混合教學(xué)模式既可以使用互聯(lián)網(wǎng)的海量知識內(nèi)容，又得以保留傳統(tǒng)的課堂教學(xué)的師生面對面的高效溝通渠道，是一種讓教師和學(xué)生充分互動，改變傳統(tǒng)的獨角戲式教學(xué)和突擊備考的學(xué)習(xí)方式的重要教學(xué)改革途徑。混合式教學(xué)通過傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)、課堂多媒體、虛擬現(xiàn)實等教學(xué)系統(tǒng)開展教學(xué)任務(wù)，在教師端可以充分利用數(shù)字化海量信息源，在學(xué)生端具有柔性學(xué)習(xí)時間和自主可控的學(xué)習(xí)狀態(tài)，大大削減了剛性的課堂灌輸式教學(xué)時間。這種學(xué)習(xí)方式改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)中教學(xué)模式和師生互動方式，進(jìn)而對教與學(xué)的構(gòu)架產(chǎn)生了根本性的轉(zhuǎn)變[1]。

混合式教學(xué)有著課堂教學(xué)和在線教學(xué)的雙重優(yōu)勢，通過2 種教學(xué)形式的有機(jī)結(jié)合，使學(xué)習(xí)者既能夠通過網(wǎng)絡(luò)資源完成基本知識的儲備，又能夠通過線下的面對面增進(jìn)知識的消化吸收和重難點的凝練拔高。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展線上資源已經(jīng)十分豐富，單就《材料科學(xué)基礎(chǔ)》而言已有10 余所高校開通了在線課程，這就要求教師依據(jù)本校的專業(yè)和學(xué)科特色選取或者建設(shè)適合的網(wǎng)絡(luò)課程并推送給學(xué)生。在網(wǎng)絡(luò)課程中，大多數(shù)課程面對的是完全在線學(xué)習(xí)的學(xué)生，此類課程的知識點數(shù)分鐘的片段推送，便于學(xué)生學(xué)習(xí)。但混合式課程具有顯著區(qū)別，可以在線上更全面的知識點，在線下再次進(jìn)行知識點的總結(jié)和歸納。

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）對材料科學(xué)與工程專業(yè)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程開展了線上線下混合式教學(xué)改革以及核心課程教學(xué)質(zhì)量全面提升教學(xué)改革。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程是高等學(xué)校材料科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程，其基本理論來源于凝聚態(tài)物理、物理化學(xué)與合成化學(xué)，具體包括晶體學(xué)基礎(chǔ)、相圖、固體擴(kuò)散、晶體缺陷、固體材料結(jié)構(gòu)、變形與再結(jié)晶凝固、固態(tài)相變等知識內(nèi)容。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程和從事材料理論研究、新材料研發(fā)的基礎(chǔ)，但由于課程知識體系龐大，知識理論抽象不易理解，學(xué)習(xí)難度較高，開展教學(xué)改革提升《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)質(zhì)量迫在眉睫。

1 混合式教學(xué)建設(shè)思路

混合學(xué)習(xí)的核心是要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和對象不同而柔性選取適用的教學(xué)模式，合理使用互聯(lián)網(wǎng)載體和課堂資源，從而獲得最優(yōu)的教學(xué)效果。混合教學(xué)既可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，又能體現(xiàn)教師的教學(xué)引導(dǎo)功能[2]。混合式教學(xué)完整的教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)包括課程導(dǎo)入、學(xué)習(xí)支持和教學(xué)評價。“課程導(dǎo)入”需要從課程性質(zhì)、學(xué)習(xí)目標(biāo)、知識體系、課程進(jìn)度、考核方式等角度給予學(xué)生最直觀的課程概述。對于混合式教學(xué)，適宜采用線上資源在課程開始將上述信息予以公布，引導(dǎo)學(xué)生主動思考相關(guān)問題，要求學(xué)生了解教學(xué)大綱、明確課程要求、規(guī)劃時間安排、課程教學(xué)活動安排等基礎(chǔ)問題。因此在混合式教學(xué)的同時，從學(xué)生角度要形成“混合式學(xué)習(xí)模式”。

“學(xué)習(xí)支持”環(huán)節(jié)是混合式教學(xué)的核心內(nèi)容，首先是要提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源呈現(xiàn)出原本需要課堂教學(xué)的內(nèi)容以便學(xué)生預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、拓展。教學(xué)資源既可以自主建設(shè)也可以依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。同時“學(xué)習(xí)支持”環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)搭建在線交流平臺，學(xué)生可以在線實時與老師及其他同學(xué)交流學(xué)習(xí)中的疑問，老師也可以就學(xué)習(xí)中的重難點進(jìn)行提問和復(fù)習(xí)拓展。“學(xué)習(xí)支持”環(huán)節(jié)還可以設(shè)置研討環(huán)節(jié)，搭建師生、生生在學(xué)習(xí)平臺的討論區(qū)或聊天室平等的就某些問題展開討論，由此可以激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和深化對問題的認(rèn)識，建構(gòu)新型的師生關(guān)系[3]。除此之外，線上也可以組織分組學(xué)習(xí)，小組成員分工收集資料后實現(xiàn)線上隨時交流共享，培養(yǎng)資料搜集能力和團(tuán)隊合作能力[4]。“學(xué)習(xí)支持”也離不開線下的教學(xué)環(huán)節(jié)，在線下課堂上教師可以采用傳統(tǒng)上課模式，對重點的知識點進(jìn)行進(jìn)一步講解。對于混合式教學(xué)而言，線上應(yīng)當(dāng)更加注重知識點的傳遞、習(xí)題的布置，而線下側(cè)重知識點的應(yīng)用和習(xí)題的講解、重難點的深入講解等。“教學(xué)評價”環(huán)節(jié)既可以利用傳統(tǒng)的線下方式進(jìn)行課堂考試，也可以利用線上習(xí)題庫進(jìn)行測驗，并且線上可以記錄學(xué)生瀏覽資料的情況，提問和討論的次數(shù)和內(nèi)容，資料閱讀及貢獻(xiàn)情況，學(xué)習(xí)心得等均可作為教學(xué)評價依據(jù)[5]。

2 教學(xué)實施案例

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)團(tuán)隊搭建了線上學(xué)習(xí)平臺，錄制課程1200 分鐘，建立試題庫300 余道，平臺課程已上線運行兩個學(xué)期，學(xué)生反饋良好，圖1 為課程首頁界面。課程包括9 章內(nèi)容，每一章分為數(shù)個小節(jié)，在每一章課程學(xué)習(xí)完成后會有固定的討論區(qū)主題以及習(xí)題庫供練習(xí)，同時課程還單獨設(shè)立了討論區(qū)供無固定主題的提問和討論，下面就典型的混合式教學(xué)案例進(jìn)行展示和討論。

圖1 線上教學(xué)平臺

案例1：晶面與晶向密勒指數(shù)的教學(xué)。晶面與晶向密勒指數(shù)是晶體學(xué)基礎(chǔ)的重要內(nèi)容，在傳統(tǒng)線下教學(xué)需要講授基礎(chǔ)理論、舉例、例題及解答、習(xí)題等多個環(huán)節(jié)，所需課堂教學(xué)時長在3 個學(xué)時左右。引入線上線下混合授課之后，晶面指數(shù)、晶向指數(shù)的基礎(chǔ)理論在線上完成，簡單立方與密排六方的密勒指數(shù)確定方法、繪制方法亦可在線上完成，并且線上布置習(xí)題。學(xué)生在線上完成基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)并根據(jù)自身理解力使用一定的時間，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的主動權(quán)。學(xué)生先行完成線上學(xué)習(xí)后，教師對學(xué)生學(xué)習(xí)花費時間、習(xí)題完成情況進(jìn)行查看以確保線上教學(xué)質(zhì)量，同時在課堂上對習(xí)題進(jìn)行進(jìn)一步講解，并著重講解密排六方的四軸晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的表達(dá)方法，這一部分內(nèi)容是該小結(jié)的重難點，僅依靠線上教學(xué)難以解釋清晰。引入線上線下混合教學(xué)后，僅需要占用課堂1 學(xué)時左右的時間即可教學(xué)任務(wù)，并且重難點突出，學(xué)生掌握學(xué)習(xí)主動權(quán)而教師對整體教學(xué)進(jìn)度和效果進(jìn)行把控。

案例2：實際晶體中的位錯。實際晶體中的位錯是晶體缺陷中的重難點知識，在往年的線下教學(xué)中同學(xué)們反映難度較大。采用混合式教學(xué)模式在線上講解難度較小的層錯、單位位錯和位錯反應(yīng)部分知識點，并完成相應(yīng)的習(xí)題；在線下講解以肖克萊、弗蘭克不全位錯為代表的重難點。通過上述線上和線下講解的融合將該小節(jié)內(nèi)容分成5 個知識片段，并把難度較大知識放到課堂學(xué)習(xí)，不占用線上的學(xué)習(xí)時間；難度較低的知識在課堂上不再重復(fù)，從而有效的發(fā)揮了線上線下的互補(bǔ)作用。

案例3：晶體的對稱性。晶體的對稱性知識具有較強(qiáng)的理論性，并且是固體物理課程的預(yù)備知識。由于該部分知識內(nèi)容具有一定的獨立性，并且知識點以理解和記憶為主，對知識點的應(yīng)用要求不高。在往年的線下教學(xué)需要占用2 學(xué)時的時間去做理論講解，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。在混合教學(xué)課程中我們將該部分內(nèi)容全部設(shè)置為線上教學(xué)，在自主錄制課程的同時引入固體物理課程的鏈接，讓學(xué)有余力的同學(xué)能夠進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，為后續(xù)其他課程做準(zhǔn)備。

3 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及和信息技術(shù)的發(fā)展，線上資源逐步成為線下課堂的重要補(bǔ)充。相比于單一的線下或線上課程而言，混合式教學(xué)將兩種教學(xué)方式有機(jī)整合，保留了二者的優(yōu)勢，但同時也帶來了教學(xué)設(shè)計的復(fù)雜性。針對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）開展了混合式教學(xué)試點工作，錄制了線上課程并針對每一個知識點設(shè)計了線上和線下教學(xué)要點，教學(xué)方式得到了學(xué)生的充分認(rèn)可，所取得教學(xué)成果順利通過教改項目結(jié)題，并申報國家級一流線上線下混合課程名錄。