線上線下混合模式教學在創新實驗中的探索

張春媚，陳 婷，吳正穎，楊曉剛，郭春顯

(蘇州科技大學材料科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009)

2020年“新冠”疫情的肆虐擾亂了高等院校正常的教學秩序，特別實驗實踐類課程的教學工作面臨前所未有的挑戰。為深入貫徹落實習近平總書記關于堅決打贏疫情防控的重要指示精神，教育部發布了《關于疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》，提出了“停課不停教、停課不停學”的要求，強調開展線上教學活動[1]。線上教學可以解決學生學習受地點限制的困擾，實現居家或隔離情況下自主學習的目的，而且給學生營造了開放、自由的學習環境，能夠保證個體學習效果和效率。然而，單一的線上教學存在一些嚴重的缺陷與不足，例如，師生之間的互動效果較差，學生在線學習存在“掛機”現象，學習效果難以保證。此外，受節假日期間各地疫情反復的影響，準時進行線下教學存在困難，因此研究線上線下混合教學成為高校教學探究的主要教學模式。而材料制備或加工類實驗課程作為一門實踐課程，在實踐中思考該如何開展線上線下混合模式教學，成為各高校開展實驗課程的主要教學方式和研究任務[2-4]。

蘇州科技大學材料科學與工程學院是在材料科學與工程學科和材料科學與器件研究院的基礎上成立的研究教學型學院。材料類創新實驗課程是我校功能材料、新能源材料與器件專業的必修課程。創新實驗以綜合性、高階性課題研究為核心，利用科研儀器分析，具有較強的應用和實踐性，目的是讓學生掌握創新實驗原理、操作、數據處理及應用，提高學生動手能力，調動學生的積極性和創造性，激發學生的創新思維和創新意識，在教書育人的同時，響應新工科和立德樹人的教育氛圍，全面提升學生的創新實驗能力。

創新實驗線下教學過程：學生課前預習一學生寫好預習報告一教師講解實驗原理及注意事項—教師演示儀器操作一學生分組實驗一學生課后上交實驗報告。傳統的實驗教學主要以教師的講授示范為主，其中存在幾點不足：一是教師針對原理知識講解及演示實驗一般只講解一遍，要留給實驗充足的時間；二是學生短時間內接收知識有限，很難做到全面理解；三是師生之間缺乏互動，學生對創新實驗理解有出入，實驗數據處理不當。

近年來，“互聯網”成為高校教學有效的輔助工具，能夠把信息技術和手段運用到實驗課教學中[5]。而線上線下混合式教學模式是把網上教學平臺資源和傳統課堂教學結合起來，利用先進的現代化教學手段、工具來輔助教學整合教學資源，優化實驗教學效果[6]。該教學模式主要以學生為中心，為學生提供更多的視頻學習內容，給與學生充分的理解和消化時間，關注學生學習過程，師生之間能夠及時進行互動，提高學生的學習積極性。當前，在疫情反復的情況下，線上線下混合式教學是高校實驗教學必經之路。疫情有效控制時，可以線下實驗實踐教學，同時為學生提供更多的學習交流QQ群以及實驗學習視頻，提高學習效果；疫情爆發時，線上教學主要以理論教學和實驗視頻為主，等疫情控制時，再返校進行創新實驗操作。線上教學方式主要依托騰訊會議和QQ群的強大功能來輔助教學。學生點擊教師分享的騰訊會議鏈接輸入會議ID進入群組，學習實驗理論知識，實現在線即時互動教與學。教師在QQ群中可以上傳相關的理論知識及視頻，幫助學生深入學習，學生也可通過QQ群與老師交流，實現一對一教學。我院借助騰訊會議和QQ群等學習平臺，利用混合式教學模式，開展創新實驗教學。本文以創新實驗“P型金屬氧化物Co3O4的丙酮氣敏性能研究”為例，介紹傳統課堂和線上線下混合模式開展的實驗教學。

1 傳統課堂開展創新實驗教學——以“P型金屬氧化物Co3O4的丙酮氣敏性能研究”為例

1.1 實驗原理

氣敏傳感器能夠將丙酮與敏感材料相互作用的信號轉化為對應的電信號，實現對丙酮氣體分析，具有操作簡單、響應快速、成本低、易于微型化和自動化等優點。P型半導體的載流子為空穴。Co3O4是一種帶隙為1.6～2.2 eV的p型半導體。氣敏檢測機理如下：在空氣中，氧分子會吸附在材料表面，獲取材料附近電子，形成不同形式的吸附氧，隨著材料表面附近電子的轉移，材料表面會形成空穴堆積層，電阻會隨著材料內部空穴濃度的增加而變??；在丙酮氣氛中，材料接觸丙酮，丙酮發生氧化還原反應，釋放的電子會與空穴結合，減少材料價帶的空穴濃度，使電阻變大。因此，氣敏檢測平臺將丙酮信號轉化為電阻信號。

1.2 實驗步驟

1.2.1 開 機

先打開氣敏測試儀器電源，打開加熱臺電源，打開循環水泵按鈕，打開計算機。

1.2.2 器件安裝

將P型金屬氧化物器件安裝在氣敏測試平臺上，用電極壓緊，聽到滴聲后表示已連接好。

總之，作為一種創新型的學習方法，移動學習在我國大學里還沒有得到廣泛推廣。如何將這一新方法融入并應用到具體的英語學習中，特別是如何將理論與學生的學習實踐結合起來，還是一項非常重要的研究課題。要想實現移動學習模式，除了教師要轉變教學方法、學生要積極自覺學習外，還需要學校、社會、國家等相關部門的政策、技術、資金等多方面的支持。

1.2.3 設置條件

雙擊打開測試軟件界面，界面出現“Open the electrical measurement successfully”和“Openthe environment successfully”點擊“OK”表示儀器成功開啟；點擊“R-t”模式，點擊“SMU1”將電壓設置為500 mV，勾選右側“SMU1”設置測試時間36000 s，勾選Measure；設置加熱臺溫度為100 ℃，老化時間半小時，點擊“Run”。

1.2.4 丙酮氣敏測試

將丙酮溶液或其它揮發性有機溶液加入石英蒸發皿中后，關閉氣室并在氣室中打開蒸發裝置。氣體可以使用微量注射器直接通過頂部氣體端口注入腔室。在阻值達到另一個相對穩定的平臺后，打開腔室并允許空氣進入腔體。傳感材料的響應強度由空氣和分析氣氛中的電阻來評估。即Rg/Ra，其中Rg和Ra分別是傳感材料在目標氣體和空氣中的電阻值。

1.2.5 數據存儲

測試完成后，點擊停止按鈕，保存圖片和數據兩種格式。

1.2.6 數據存儲關機

測試完成后，將熱臺溫度設置為25 ℃，當熱臺溫度在100 ℃以下時，即可關閉測試系統，關閉軟件以及水循環系統。

1.2.7 數據處理

將數據導入origin圖。

(1)做出Rg/Ra響應強度與溫度的關系圖確定最佳工作溫度

(2)在最佳工作溫度下做出Rg/Ra響應強度與時間關系圖確定響應和恢復時間。

2 線上線下混合模式創新實驗教學——以“P型金屬氧化物Co3O4的丙酮氣敏性能研究”為例

線上線下混合模式教學主要分為3個部分：線上教學、課堂實驗和課后分析。

2.1 線上教學(理論知識+創新實驗視頻)

在開始線上教學之前，教師提前一天將制作好的創新實驗課件以及視頻上傳至網絡空間如QQ群，要求學生進行課前預習，要求學生對P型金屬氧化物氣敏檢測丙酮機理、實驗的操作步驟、注意事項以及數據處理有一定的了解，并觀看視頻，完成打卡；線上教學，教師主要針對創新實驗的氣敏檢測機理、實驗設計思路、實驗注意事項等做詳細的講解，指導學生提出問題并進行解答，學生完成預習報告。

2.2 線下創新實驗教學(課堂實驗)

首先，課堂實驗之前檢查學生線上學習效果，由學生闡述實驗目的、實驗原理及注意事項。其次，讓學生陳述一遍實驗操作，過程中討論實驗注意細節，針對學生未講到的由教師補充；最后留給學生充足的時間，分組進行實驗，并再次強調實驗安全問題。

2.3 實驗課后分析

每組學生整理實驗數據，分析數據、總結實驗、完成實驗報告。過程中存在問題可隨時通過QQ聯系老師，獲取進一步指導。

創新實驗的綜合成績根據學生打卡、預習報告、課堂陳述與討論、實驗操作、實驗報告、互動情況等過程進行評定。教師歸納總結實驗中的問題和不足，分享到QQ群里，讓學生進一步思考，提高學習效果。

3 線上線下混合模式教學的優點和教學效果

線上線下混合教學與傳統課堂教學的對比圖(圖1)充分體現了線上線下混合模式教學的優勢。通過線上線下混合教學的設計，打破了傳統線下實驗課的教學模式，該模式的教學優點主要有以下五個方面：一、該模式教學由以老師講解為主，轉換為以學生自學動手為主，提高了學生的自主能動性；二、線上課程以視覺化效果使學生提前熟悉實驗流程，提高學生對實驗的興趣，避免了學生針對枯燥文字描述實驗的厭煩；三、混合模式教學的線下課程省去了老師的講解，為學生的實驗操作爭取了更多的時間，更有利于學生的實驗；四、線上教學為創新實驗豐富了實驗地點和互動手段，有利于學生進一步了解實驗，也有利于老師的答疑解惑；五、線上線下混合模式教學豐富了教學評估方法，不但可以通過預習報告、實驗報告和實驗操作，還可以通過學習打卡和課堂互動等評估學生成績。

通過線上線下混合模式的教學能夠達到以下幾方面的教學效果：(1)學生在線上課程中與老師的互動，能夠充分了解實驗可能會出現的各種問題，避免了線下實驗時的不知所措和慌張；(2)線上線下混合模式教學便于教師與學生之間的有效溝通，提高學習效率；(3)線上線下混合模式的教學大大提升了學生對未知實驗的主動學習，有利于培養學生的自主能動性；(4)從實驗數據處理整體情況來看，學生數據處理能力明顯提升，說明通過線上線下混合模式教學，學生對創新實驗的掌握程度有明顯的提升。

圖1 傳統教學與線上線下混合教學對比

4 結 語

我校材料科學與工程學院結合線上和線下實驗教學的優勢，把實驗課堂和互聯網教學平臺有機結合，構建的線上線下混合模式教學，給學生充足的預習、討論空間和時間，實現了以學生為主體的教學形式，在教師的指導下，學生發揮了自我能動性，按時完成學習計劃，積極參與互動，提高了實驗課堂的實時性和共享交互性，有利于培養學生獨立思考和創新的能力，并提升實踐類課程人才培養效果。