線上平臺助力《材料物理》課程教學改革探索

秦牡蘭 劉萬民

摘要：《材料物理》作為我校材料化學專業的一門學科基礎課程，為學生學習后續專業課程和從事材料的設計、生產和應用提供必要的基礎知識。針對當前《材料物理》課程理論性強、信息量多、課時量少等問題，借助“學習通”建立線上課程平臺，通過線上課程平臺開展課前預習、課堂練習、課后作業、主題討論和建立課程資源庫等來助力《材料物理》課程教學的開展，培養學生的自主學習能力和創新思維能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：材料物理? 課程教學線上教學? 線上平臺? 教學改革

[中圖分類號] G4? ? ? ? ? ? ? [文獻標識碼]B

由于“互聯網+”技術的發展，各種網絡教學平臺如雨后春筍般涌現，如超星泛雅、愛課堂、超星學習通等。與傳統的線下教學相比，線上教學具有教學資源豐富、教學形式多樣、不受時間和地域限制等優點而受到教育者的廣泛關注[1]。2020年在新冠肺炎疫情影響下，各大高校響應教育部提出的“停課不停教、停課不停學”的號召，在一段時間內用線上教學取代了線下教學。但線上教學也顯示出一些不足之處，如教師與學生之間缺乏面對面的情感交流，教師缺乏對學生的有效掌控，學生長時間面對屏幕也會感覺枯燥無味，線上學習氛圍差等，實際的學習效果并不理想[2]。特別是對于學習能力比較弱、自控力不強的學生來說，線上教學的教學效果不盡人意。怎樣結合線上教學和線下教學的優勢，取長補短，優化資源配置，提高教學效果，是教育工作者們必須思考的問題。

1 課程地位

《材料物理》課程是我校材料化學專業的一門學科基礎課，是學生在學習了《大學數學》《大學物理》《物理化學》《材料科學基礎》等課程的基礎上進行學習的。通過本課程的學習，學生將掌握材料物理的基本概念、基本原理、基本思維方法，能從微觀的成分、結構，以及電子、原子（離子）運動出發，認知、探討和研究材料的宏觀物理性質及其背后的原理。本課程為學生學習《功能材料》《新能源材料》《無機非金屬材料》等后續專業課程，以及今后從事新材料特別是功能材料的設計、生產和應用提供必要的材料物理基礎知識;并對學生思維方式和能力素質進行訓練，為學生日后在各領域發展奠定深厚的理論基礎[3，4]。因此，持續改進《材料物理》課程教學效果具有非常重大的意義。

2 課程教學中存在的一些問題

《材料物理》課程內容總體分為理論基礎知識和材料物理性能兩部分。第一部分講述材料的晶態結構、晶體缺陷、固態相變、固態擴散和電子理論，具有理論性強、概念多等特點;第二部分講述材料的電學、磁學、熱學、力學和光學等物理性能，具有模型較復雜、公式推導較多等特點。因此在傳統的課堂教學中，學生難免會覺得課程枯燥無味、晦澀難懂，提不起學習興趣，難以獲得好的學習效果[5]。此外，隨著教學改革的進行，課時量被壓縮至48課時，而《材料物理》課程內容多，導致沒有足夠的時間來講透相關材料物理性能背后的原理，以致學生囫圇吞棗，對知識的理解不夠透徹，學習壓力和教學壓力都非常大。因此，對《材料物理》課程進行教學改革勢在必行。

“互聯網+”時代的到來，給《材料物理》課程教學中帶來了一些新的教學模式，如“翻轉式教學”“線上線下混合式教學”“以問題為基礎的學習”等教學模式[6，7]等。結合線上教學的優勢，這些教學模式有效地克服了傳統線下教學過程存在的一些問題。筆者根據本專業學生自主學習能力不強、基礎知識較弱的學習情況，借助“學習通”建立線上課程平臺，助力《材料物理》課堂教學的開展，取得了良好的教學效果。

3線上平臺助力課程教學的開展

3.1 線上課前預習，助力高效課堂學習

預習是一種良好的學習習慣，有利于培養和提高學生的自學能力，充分調動學生的學習積極性，提高學習效率。在《材料物理》課程教學中，由于課程理論性強、概念抽象，部分學生對高中物理和大學物理知識掌握不牢固，導致部分學生在學習時只能死記硬背一些重要的結論，不能理解材料物理性能背后的原理，學習主動性差，學習效果不佳[8]。因而課前預習對學生的課程學習顯得尤為重要。

通過將理論學習與實際生活相結合來實現理論知識的具體化、形象化，并將現代應用在高、尖、精端領域的科研成果轉化為教學資源來激發學生的學習興趣，讓學生了解材料的物理性能涉及的領域、在實際生活和科技發展中有哪些應用及如何聯系實際進行理論知識的學習，并將這部分內容的學習以課前預習的形式在線上平臺上進行，以培養學生的自主學習能力和創新性思維。

如在學習晶體學基礎這一章節時，為幫助學生更好地理解晶體、點陣、晶胞等概念，結合學生已有的知識結構，將介紹晶體結構與晶體性能的視頻以任務點的形式進行發布，并要求學生在課前進行預習，幫助學生將抽象的概念可視化。如聯系生活實際，學生已有的知識結構是一些物質具有規則的外形和固定的熔點，但對其背后的原理知之甚少。將講解晶體結構中原子的規則排列導致晶體具有規則的外形、固定的熔點等性能的視頻來介紹晶體的概念、結構、點陣結構和晶胞的概念等，并幫助學生理清《材料物理》課程的主線—結構決定性能。由于視頻是建立在學生已有的知識結構和生活常識上，因此學生在進行課前預習時，能自然地融入教學課程，緩減學生的畏難情緒。

在學習半導體的導電性這一章節時，借助“學習通”平臺，筆者將介紹生活中半導體材料及其器件如晶體二極管、集成電路、芯片等的相關材料方面知識的短視頻、動畫等，以任務點的形式發布并配以相應的知識點題目，如什么是半導體、半導體分為哪幾類、生活中常見的半導體材料和器件有哪些等，可幫助學生了解半導體的概念、分類和應用等，同時拓展學生的知識面，引導學生進行思考。將理論知識的學習與實際應用結合起來，讓學生感受到材料物理知識就在身邊、在生活的各個角落，拉近了學生與理論知識的距離，提高學生的學習積極性和主動性。

落實課前預習的關鍵是要學生愿意去學習，所以課前預習的視頻畫面要清晰，時間不能太長（少于10min），設置的問題或主題討論不能太難且與課程內容緊密聯系。教師根據“學習通”平臺的記錄，可以了解學生的預習情況及預習效果，上課時能更有針對性地對一些知識點進行講解。進行了課前預習后，學生在課堂上能更好地進入學習狀態，比較輕松地跟上教師的授課節奏。

3.2 借助課程平臺，開展高效課堂教學

當今大學生的生活都離不開手機，即使不玩手機，上課的時候也會情不自禁地去摸摸手機，與其三番五令禁止學生玩手機，不如讓手機走進課堂，成為學生學習的工具[9]。在傳統課堂教學中，教師點名費時費力，筆者利用“學習通”平臺的簽到功能，可在1min內完成學生簽到，學生操作簡便，教師查看方便，且學生對通過“學習通”進行簽到感覺特別新穎，提高了學生的學習興趣。出勤率與平時成績掛鉤，且缺勤3次的學生不能參與期末考試，所以利用簽到功能順利地提高了學生的出勤率。

在傳統課堂中，教師提問或進行課堂練習時，有些學生害羞，不參與到答題過程中來，有些同學根本不懂知識點，但也不好意思表達出來，導致教師和學生互動不順暢，課堂氣氛不活躍，教師也無法掌握學生真正的學習狀態。通過課程平臺的“隨堂練習”發布問題，學生直接使用手機通過平臺對問題進行解答，平臺實時統計作答情況，教師可及時了解所有學生的真實學習情況和對知識點的掌握情況，并相應地進行課堂授課的調整。

如在學習密勒指數這一小節時，課前將標定晶向指數和晶面指數的練習題發布在“隨堂練習”上，課堂上講解完密勒指數的標定方法后，要求學生進行隨堂練習，通過練習加深學生對密勒指數知識點的理解和應用。此外，學生做題后也能得到及時反饋，了解自己對知識點的掌握情況，有針對性地調整學習狀況。在整個過程中，學生既進行了學習，又“玩了手機”，還活躍了課堂氣氛，何樂而不為。

3.3 課后作業線上線下相結合

《材料物理》是一門學科基礎課，課后作業對于學生對基本概念、基本原理和基本方法的理解和掌握非常重要。傳統的課后作業大多為問答題和計算題，所能包含的知識點少，且教師在批改作業時需要時間，導致學生的課后作業都得不到及時的反饋，教師也無法及時了解學生對知識點的掌握情況。通過課程平臺的“作業”功能，教師可以將需要掌握的知識點以多種形式來布置作業，如以選擇題、填空題和判斷題的形式發布作業，并輔以線下的問答題和計算題，全面考查學生對知識點的掌握情況，及時了解學生的學習情況，對后面的授課進度進行相應的調整。

例如，在學習完馬氏體轉變這一章節后，通過課程平臺的“作業”功能發布作業。通過將關鍵詞設置成填空項幫助學生掌握馬氏體、熱彈性馬氏體、形狀記憶合金等概念，設置判斷題幫助學生理解馬氏體轉變的特點，設置選擇題幫助學生了解馬氏體轉變的動力學和熱力學。通過完成這些練習，有利于學生將課堂上所學的知識點進行消化和鞏固。學生在課程平臺上提交的作業能得到及時的反饋，對一些理解有誤的知識點進行更正，對一些沒掌握的知識點進行重點復習，這樣有利于加強學生對課堂重點知識點的理解和掌握，并提高學生的自主學習能力。

在課程教學過程中，以學生為主體、教師為主導，鼓勵學生積極參與互動。學生可以通過課程平臺的“主題討論”將課堂學習過程中和課后作業中遇到的疑難問題給教師留言，其他同學都能看到這些問題，也能參與討論。教師可鼓勵學生互相解答，也可進行指導解答，在思想碰撞中擦出智慧的火花。

例如，在學習材料的力學性能時，有學生就針對低碳鋼的應力—應變曲線提出了自己的疑問。低碳鋼為什么沒有在拉伸應力達到最大值時發生斷裂，應力達到最大值后為什么會隨應變的增加而減小？這似乎與實際情況不相符。針對這個問題，可以引導學生進行思考和討論。筆者提示在低碳鋼的應力—應變曲線中，其應力為名義應力而非真實應力后，同學們進行了充分討論，最后得出結論。利用課程平臺的“主題討論”功能，使教師和學生之間以及學生與學生之間的交流成為共享資源，這樣可使一些共同問題得到探討和解決，減少教師對一些問題的重復回答，同時也提高了學生的學習熱情。

3.4 線上主題討論，升華學習內容

主題討論是學習知識的綜合、總結、升華和學以致用，要很好地開展主題討論，需要學生去查閱大量的資料，做全面的準備，這需要大量的時間，而《材料物理》課程本來就內容多，課時少，所以在課堂上進行主題討論不太方便，教師可以將主題討論在平臺上進行，不受時間和地域的影響。學生可以利用課后時間和網絡資源，查閱大量的文獻資料，進行充分的主題討論，這也避免了部分學生由于害羞而不敢面對面發言的尷尬。

比如學習完半導體的導電性這節內容后，讓學生在課程平臺上觀看芯片的制造過程，然后在課程平臺的“討論”區進行討論。討論制造芯片為什么要用半導體？基本原理是什么？制造芯片的關鍵技術是什么？我國芯片制造業的現狀怎么樣？讓學生將課堂理論知識與實際應用結合起來，培養學生學以致用的能力和創新思維能力，并讓學生了解我國科技技術水平的發展情況，激發學生的科學探索精神和愛國情懷，進而增加學生學習的責任感與使命感，引導學生對科學技術研究與國家的發展進行思考和討論，達到科技強國的課程思政元素教育。因此，利用線上課程平臺可以很好地將課程思政潤物無聲地融入整個課程教學過程中。

3.5 建立資源庫，擴展知識面

網絡教學的優勢是資源豐富，但資源分布很零散，參差不齊，甚至有些資源還存在錯誤，要學生去網絡上收集與課程相關的資料并進行甄別是很困難的。筆者收集和整理了很多與課程相關的資源，而將這些資源在課堂上一一展示給學生看也是不可能的。筆者將這些教學資源建立相應的資源庫，如圖片與視頻庫、課件庫、試題庫、名詞術語庫、知識擴展庫等，放在課程平臺的資源庫里，豐富學生的學習資料來源，然后根據教學進展把相應的資源推送給學生，讓學生在課外能非常方便地拓展知識面。學生在預習、做作業和復習課程知識過程中，遇到疑難問題時也可以通過查看資源庫來解決問題，加強學生對課程知識的理解和應用能力，培養學生的自主學習能力和分析問題與解決問題的能力。

3.6 平時成績考核形式多樣化

隨著教育體系的改革，現在的教學更加注重學生的平時學習表現，不再以考試成績作為唯一的考核標準。《材料物理》課程的平時成績占期末成績的40%，對期末成績的評定影響很大。在傳統課程教學過程中，平時成績由平時作業和課堂問答組成，但學生對問題回答不太積極，造成平時成績組成單一，不能很好地體現學生平時的學習狀態，同時也導致學生平時學習不認真，考前突擊現象嚴重，不能真正地掌握課程內容，不利于學生學習能力和創新能力的培養[10]。

借助線上課程平臺，對學生的課前預習、出勤、課堂練習、課后作業、主題討論和課后學習都有詳細的記錄，堅持“學生的平時成績=20%作業+10%課堂互動+10%簽到+20%課程音視頻+10%討論+30%線下”的方案，這讓平時成績考核形式多樣化，能更好地反映學生的學習狀態，同時也給平時成績的評定提供了依據，讓平時成績更加有據可查，更加公平和公正。此外，平時成績的評定也可督促學生進入課程平臺更好地完成相應的學習任務。

3.7 教學總結更全面

課程教學結束后，在進行教學總結和分析時，借助“學習通”的統計功能，通過查看學生對每個章節的任務點的學習情況、作業的完成情況、討論的參與情況等，可以較全面地了解學生在整個課程學習過程中遇到的一些疑難問題和存在的一些共性問題，在下一學年開展課程教學時可以有的放矢，進行有針對性的問題解決，從而有利于課程教學的持續改進。

例如，在學習材料的力學性能時，利用線上平臺開展用位錯理論解釋固溶體合金比其溶劑金屬具有更高強度的原因的討論，有些學生由于對固溶強化原理理解不夠透徹，不能很好地用理論知識來分析具體情況。在下一學年的教學過程中將通過理論聯系實際，可通過分析鋼比純鐵具有更高的強度的原因，對此知識點進行強化講解，以加深學生對此知識點的理解和掌握。

4 結語

筆者借助“學習通”建立線上課程平臺助力線下《材料物理》課程的教學，取得了良好的教學效果。與傳統課堂教學模式相比，該教學模式較好地解決了《材料物理》課程理論性強、概念抽象、內容多、課時少的問題，明顯提高了學生的學習熱情和學習積極性，培養了學生的自主學習能力和創新思維能力，班級成績相對以往班級也得到明顯提高。學生對該教學模式給予了很好的評價，他們反饋通過結合線上平臺的學習，對概念的理解更加清晰，使原理的學習更加生動，學習過程中遇到疑難問題時也能得到較好的解決，學習起來更加輕松有趣。

借助線上課程平臺，教師可以更好地監管教學過程，根據學生的學習掌握情況實時地調整授課節奏，并對個別學習情況不佳的學生進行課外輔導和知識點梳理;在教學過程中加強與學生的交流互動，建立良好的師生關系，不斷進行教學總結和分析，有利于教學的高效開展和教學效果的持續改進。

參考文獻

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