基于智慧課堂的冶金工程專業選修課程的教學探索

陳卓 堵偉桐 邱家用

(江蘇科技大學張家港校區冶金與材料工程學院 江蘇張家港 215600)

隨著現代信息技術的發展以及互聯網和教育形式的深度融合，教育教學內容形式也隨之不斷地進行創新和發展[1-3]。以接受型為主的微課、MOOC 平臺可作為日常學習的補充，實現異地和假期學習[4]；SPOC、線上線下混合式等建議式的教學方式提升了課堂互動性和靈活性[5]。相比傳統教學模式，合理利用以上教學方式能夠使教學效果得到明顯提升，但難以把握學生的個體差異性和調動學生學習主動性。目前，多種智慧教學平臺，例如超星學習通、智慧樹、藍墨云班課等[6-8]逐漸融入專業的課程教學活動中，使教師教學和學生學習的時間和空間得以拓展，可實現“以學生為中心”的教育模式。冶金工程作為一門工程實踐性較強的學科，要求學生在掌握冶金原理和基礎理論知識的基礎上，提高與該專業領域相關的工程實踐分析與處理能力，采用智慧課堂平臺可給予學生更多的專業知識啟迪，培養每位學生的學習主動性和創新能動性。

1 教學現狀與討論

1.1 課程的設定

冶金工程的專業選修課程大多基于現階段國家時代需求和發展規劃設定，且授課對象普遍為大三、大四年級學生，課程具有較強的綜合性和應用性，一般以實際冶金過程為研究對象，緊密圍繞生產過程以解決實際工程問題為目的。以江蘇科技大學冶金工程專業的專業選修課為例，主要開設課程有《冶金工程新技術》《海洋工程鋼鐵材料》《特種冶金》《冶金耐火材料》《環境生態學》《非高爐煉鐵》等，課程綜合性和應用性強，如想充分學習這些課程內容，學生需具備完善的工科基礎知識（高等數學、工程化學、大學物理、物理化學等），以及專業理論基礎和實踐認知（冶金工程導論、冶金物理化學、冶金傳輸原理、鋼鐵冶金學、冶金實驗研究方法等），選修課程一般為1～2 學分，即16～32 個學時。當教師采用傳統授課方式時，學生的學習主動性往往難以調動，導致整個課程的系統性思想、學生的知識遷移能力和實際工程應用能力的發展受到限制，從而降低課程的教學質量，同時學生走上工作崗位之后需要重新適應、整合自己的知識體系。

1.2 理論知識與應用知識相剝離

采用傳統的“課件+板書+講授”的“傳授式”教學模式，教學方法和手段單一，教師與學生間的有效互動率較低，導致學生對課程的印象為知識枯燥乏味、理論性強、深奧抽象、難于理解，難以激發學生的主動性思考及發現實際冶金反應過程中問題的能力；同時，課程教材中部分內容陳舊，所講授的知識點多而散，與當前“大數據”信息技術和科技發展的前沿動態脫節，理論和實際剝離，因此，教學過程中需提前總結和發現各門先修課程知識的內在聯系，提煉各門課程相關知識點，結合目標課程理清知識脈絡，強調知識體系的連貫性，開拓學生思路，激發自主學習積極性，進一步利用網絡資源、仿真軟件等自主學習相關內容。因此，需結合相關課程背景和社會實際需求，開展具有社會時效的專業課程的改革研究和實踐，將理論與實踐教學相結合，激發學生的學習興趣，通過增設實踐環節促進學生對抽象理論知識的掌握，培養學生獨立思考，結合實際，解決問題的能力，推動思政育人專業育才改革，培養出合乎社會需求的應用型人才。

1.3 教學內容與學時難以平衡

冶金專業選修課程一般為16～32個學時，課時少，但專業知識點繁多，需充分掌握冶金相關理論和系統知識，但實際上學生個體接受新知識能力以及目前所具備的專業基礎知識差異明顯，教師無法在規定的課堂時間里將繁多且復雜的專業知識高質量地教授給學生；另外，專業選修課程與工程實際應用相關，所涉及的知識面廣，這也往往會造成學生的學習負擔重且效率低，花了大量的時間但是多數學生并沒有真正理解和掌握課程的核心內容。

1.4 課堂及課后反饋效果欠佳

當前課堂的交流互動形式一般為教師主動提問，學生被動回答，且因為學生個體差異和課時有限，教師很難掌握多數學生的課堂中的學習狀態。課后通過作業形式了解學生的學習情況，但作業的布置、提交、批改和講解的整個課后反饋流程具有時間周期長、時效性低、問題導入性差等明顯的缺點，導致學生整體的學習效率低下，并且教師無法充分掌握學生的學習情況。

2 基于智慧課堂的教學課程改革措施

2.1 智慧課堂的教學模式

智慧課堂的教學模式，即教學過程和教學結構與傳統課堂存在明顯差異。傳統的專業課程教學由教師課前備課、課內講授、課堂提問、發放課后作業這5 個環節和學生課前預習、聽課、回答問題、完成課后作業這4 個環節組成，即“5+4 模式”[5]。該模式在教學過程中存在許多弊端，而理想的智慧課堂采用能夠實現“8+8”模式，即教師的教學過程和學生的學習各分為8 個環節，可明顯地豐富傳統的教學方式以及教學內容的多樣性，教學過程能夠實現及時反饋和交流，比傳統教學流程更加立體[5]，使得“教”與“學”相互滲透融合。

冶金工程專業選修課智慧的授課模式為課前問題引導、課內知識內化和課后拓展鞏固三大階段，具體如圖1所示。教師在課前通過“超星學習通”等智慧平臺將學習資料發放給學生，例如：非高爐煉鐵課程提前發放學科前沿的文獻資料和國家“碳達峰、碳中和”的政策導向等，師生可通過線上平臺交流預習階段產生的問題，教師通過線上測試獲得預習結果反饋，并有針對性地進行二次教學設計，提升學生對課題內容的學習志趣。課內階段可實現師生探究式學習，學生可實現小組內成員面對面交流和不同小組之間采用線上平臺多種方式互相交流，提升學生的整體主動性，教師在課中重點是對教學重難點進行深入的啟發式講解，同時智慧課堂提供了“以學生為中心”的翻轉課堂平臺，保證不同層次的學生開展無障礙交流。課后階段可通過學習平臺給學生推送個性化作業，不僅可以實現客觀題的及時反饋，老師能夠及時掌握主觀題結果，而且學生可以隨時在平臺上分享學習感受，提出問題，與老師和同學共同交流。教師根據平臺提供的學習數據分析學生的知識掌握情況，從而實現直觀、全面地把握學生的學習情況。

圖1 基于智慧課堂的冶金專業選修課程教學改革內容

2.2 優化理論教學內容

冶金專業選修課程課時少，但是涵蓋內容廣、知識點繁多，使得內容銜接性差、邏輯性弱，教學過程中重點內容不突出，多數學生處于似懂非懂的狀態。所以，理論教學內容需重新建立專業選修課程與各門先修課程知識的內在聯系，提煉各門課程相關知識點，理清課程的知識脈絡，不去追求細枝末節，強調知識框架的完整性和連貫性。構建以能力為本位、以實際應用為主線的課程教學計劃，將專業理論知識與工藝相結合，授課中課程的專業知識以行業動態為問題導向，通過搜集最新的相關課程研究領域前沿知識和工業應用經典案例，提升了學生整合多門課程知識、自主查閱文獻資料能力，從而改變接受書本知識的唯一學習方式，通過“全方位+多角度+多空間”的探討，提高學生的問題導向性和知識融合的成效性，使不同層次的學生均能提高專業知識的系統性以及學科專業素養。

2.3 提供多方互動空間

根據課前學生預習測評結果和提前發放的學習資料或問題反饋的主要預習效果開展課堂內情景創設，以此導入新課程中，歸納出預習階段出現的普遍性疑問，課堂中重點精講或分組討論，最終能夠從老師和學生多方角度獲得解答；以強帶弱的分組討論環節可解決非普遍性問題，同步提升小組成員內部不同知識認知層次學生的學習情況，例如：冶金過程的工藝性環節，學生通過自行闡述流程工藝和改進舉措，主動思考不同工藝背后隱藏的基礎理論和實際應用等核心問題，將專業理論知識與實際工藝緊密結合，強化課堂上師生間以及學生間的互動與討論，創設生動、活潑與輕松、民主的教學氛圍，逐漸鍛煉出學生大膽質疑、發現問題、深入思考、科學想象等創新思維能力。

智慧課堂可提供個性化教學多方位的互動空間，老師可動態掌握每個學生分別在課前、課中的學習效果，實現授課過程的動態調整分組。課后通過信息技術平臺，學生完成作業和測試并能夠及時向各組推送測評結果。老師通過測評結果進行點評，組內成員可繼續對課程內容討論總結，老師基于測評結果進行總結提升。該教學過程能夠同時實現師生和生生間的雙重互動、線上線下互動等多方位的互動環節，保證了教學形式的多樣化、高效化和實時化。

2.4 優化課程過程考核

對比傳統課堂的過程考核，智慧課堂可依據每位學生課前和課中的學習情況推送個性化作業和復習資料，學生可通過在線平臺及時提交，并且專業選修課程的主觀討論題優勢明顯，學生完成作業后依然可通過在線交流分享學習觀點、與老師和同學進行實時交流探討，問題得到及時反饋，師生和學生間的互動、總結和反思，使學生進一步深入理解相關概念、原理及應用，尤其是融合理論專業知識和工藝背景、提高解決實際應用問題和綜合能力。最終，依據學習平臺提供的分析數據，教師能夠準確把握學生的知識掌握情況，為接下來的課程內容做好鋪墊和內容設計的依據。

2.5 智慧課堂在冶金專業0.55 選修課程中應用的優勢

冶金工程專業本身一門應用性學科，培養冶金工程領域科學研究與開發應用、工程設計與實施、技術攻關與技術改造、新技術推廣與應用、工程規劃與冶金企業管理等方面的專門人才。選修課程為拓展和激發學生系統的專業理論知識和良好的綜合性分析專業問題提供途徑，采用智慧課堂的教學模式，可建立“亦師亦友”課上和課下的師生溝通模式，學生學習過程中主動性明顯提高，學習目標明確。課程分組討論方便易行，學生通過強帶弱的分組討論過程，可使基礎好的學生知識進一步得到鞏固，同時帶動基礎弱的學生的學習積極性和知識學習能力，課堂時間利用率得到提升，彌補了專業課學時不足的問題；全體學生參與課內討論，思維活躍，問題導向性強，同時學生能夠獨立總結課程核心思想，以此教學改革為切入點，探索并建立“以學生為中心”的學生培養質量持續改進的教學模式，完善從學習目標—培養目標—培養方案—課程大綱—評價分析—課程品質報告—改進方案實施—學習目標的閉環質量持續改進方式，實現復合型人才的培養質量。

3 結語

智慧課堂為打破傳統教學模式中存在的學生學習主動性弱、參與度低等問題提供了好的平臺，尤其是專業選修課程，其能夠拓展學生知識視野，增強學生與學科前沿并行的創新意識，因此也需要教師充分利用大數據時代提供的網絡信息技術應用于理論教學和實踐教學改革中，激發學生學習的主動性和自主探索的創新精神。在今后的教學活動中，面向大數據需求的教學改革仍需不斷調整、優化和總結，提高課程與課程的銜接性，進一步提高專業知識的教學效果和學生的實際應用能力，實現創新應用型人才培養目標。