微課在材料研究方法教學中的應用初探

汪園園 管航敏 王威 唐正霞 胡穎飛

金陵科技學院材料工程學院 江蘇南京 211169

材料研究方法是材料科學與工程專業的專業核心課程之一，主要介紹用于材料研究的各種測試方法。無論是生產還是科研，都需要用到分析測試手段來確定產品結構、組分和性能等，因此本課程具有很強的實用性，為學生未來的科學研究和就業打下堅實的基礎。該課程的課程目標是通過本課程的學習使學生理解光學顯微分析(偏光顯微鏡和金相顯微鏡)、粉末X射線衍射分析、電子顯微分析(掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡)、熱分析(熱重分析、差熱分析和查實掃描量熱分析)、光譜分析(紫外可見吸收光譜、紅外光譜和拉曼光譜)及核磁共振波譜分析等材料測試方法的基本原理，掌握上述材料研究方法的適用范圍，能夠根據材料的特點和研究的需要，正確選擇合適的材料測試方法，對材料的組成、結構和形貌進行表征，從而為提高材料性能提供支撐。但是該課程所涉及的測試原理和方法較理論、較難、較枯燥，導致學生理解起來較困難。

微課即微型教學視頻課，是圍繞某一知識點或教學環節制作的簡短教學視頻，具有主題明確、結構清晰、內容充實、語言精練和效果震撼等特點[1-2]。微課以互聯網為平臺，學生可通過電腦或手機觀看，打破了傳統課堂的時空限制，操作方便，符合現代學生快節奏的學習和生活方式[3-4]。此外，以微課作為載體，學生課前可對理論和實踐課進行預習，課后可進行知識鞏固和進一步拓展。微課為學生的自主學習創造了條件，改變了傳統教學模式單一的問題，提高了學生的學習積極性和學習效果[5-7]。

基于此，本文將初步探索微課在材料研究方法教學中的應用，通過專門的教學設計，圍繞課程知識點，引入有趣科學的案例、直觀的圖片和動畫等，制作微課，提高學生自主學習的積極性，提升教學質量。

1 材料研究方法教學存在的問題

1.1 學情分析

材料研究方法課程一般是在大三年級開設，包括理論教學和實踐教學兩個部分，我校材料科學與工程專業和功能材料專業學生均需要學習，涉及每屆約200名同學。根據每年的考試結果分析，約10%的同學會掛科，需要補考或重修。通過和這部分同學的交流發現，他們認為該課程知識點較多、較瑣碎、較理論、學不懂。對于布置的作業，存在部分同學不認真做作業應付老師的情況。另外，很多同學沒有課前預習和課后復習的習慣。

1.2 教學存在的問題

(1)課程涉及多種材料研究與測試技術，涉及很多概念、原理和方法等，知識點多、瑣碎、易混淆。對于理論課，很多同學依靠記憶知識點來學，而不是完全理解。部分學生對材料研究的測試方法原理的不理解導致不會正確選用合適的測試方法進行后續的研究。(2)現代科技發展迅猛，但教材更新不及時，做不到與時俱進。例如，課本大多在敘述不同測試技術的原理、方法，呈現的應用實例還是一些傳統材料的結構、組分的數據圖，缺乏工程應用實例，很難激發學生的學習興趣。(3)該課程包括理論課程和實踐課程，傳統教學是先講解理論課程，后進行實驗課程。理論課抽象，學生較難理解儀器的工作原理。隨著時間的延長，學生在實驗課上早已忘了實驗原理，只是機械地按照要求操作。理論和實踐聯系不夠緊密，導致教學效果不佳。(4)隨著時代的發展，學生要學的課程也在不斷增多，該門課的學時也從64學時縮短至48學時，只有32學時的理論課時。教師在理論課上只能填鴨式地把大量的知識點先塞給學生，沒有足夠的時間和學生互動，對教學效果有很大影響。(5)很多同學做作業只是在機械地做題，應付老師，沒有真正地理解知識的內涵。

2 微課在材料研究方法教學中的應用探索

2.1 微課形式的選擇

微課有許多類型，例如講授類微課、實驗類微課、討論類微課、問答類微課、演示類微課、練習類微課、自主探究類微課等[8]。目前講授類微課占大多數，其次是實驗類微課。不同類型的微課適用范圍也不同，例如，講授類微課適用于教師通過一定組織形式的語言向學生傳授知識；實驗類微課是指教師通過特定的儀器演示實驗操作過程，使學生從觀察中獲取知識。一個微課作品可包含一種微課類型，也可包含兩種以上微課類型。隨著現代教育的發展和學生需求的變化，微課的類型也在不斷地豐富，以便于更好地幫助學生理解課程。

根據材料研究方法課程的特點，將引入以下三大類微課類型：(1)啟發型：以實際案例為主。(2)講授演示型：對于材料測試方法的原理和知識點，以講授為主，并配合動畫演示。(3)實驗演示型：對于測試儀器的操作，以實驗演示為主。

2.2 微課在材料研究方法教學中的應用舉例

2.2.1 鏈接應用實例，激發學生的學習動力

采用一些案例激發學生的學習興趣和學習動力，比如學生意想不到的，小至生活小事、大至國家發展中發揮作用的材料測試技術案例，讓學生意識到學習材料研究與測試技術對個人至國家發展都有極其重要的作用。例如，在學習掃描電鏡章節之前，可以通過微課向學生展示一些有趣案例。如荷葉效應，即荷葉的疏水效應，展示掃描電鏡拍攝的微觀結構圖，講解荷葉效應來自于荷葉表面存在的微米級的凸起結構，再延伸至科學家根據荷葉效應創造的疏水材料。再如，蝴蝶的翅膀為什么是彩色的，展示蝴蝶翅膀鱗片縱向平行周期分布的脊脈結構。通過一系列扣人心弦的應用實例，啟發學生的思考，也讓學生知道材料研究與測試技術在科學和生活中的應用，對個人和國家發展的意義，激發學生的學習動力。

2.2.2 形象化講解測試原理，為實踐打基礎

材料研究方法課程涉及光學顯微分析、粉末X射線衍射分析、電子顯微分析、熱分析、光譜分析以及核磁共振波譜分析等多種測試技術。各種測試技術涉及的原理各不相同，是學習測試方法的首要和關鍵環節，但較理論、枯燥、易混淆。通過單純的語言傳授，學生理解起來較困難。為此，進行原理講解時，若能配合動畫演示，制作響應的微課，能夠幫助學生直觀地了解儀器各部位的作用和工作過程，更好地掌握材料研究方法的工作原理。這里所說的動畫可以通過軟件制作，也可以通過從網絡獲得一些資源進行整合。例如，在講掃描電鏡原理時，模擬入射電子束在聚集之后，以光柵狀掃描方式照射到樣品表面，進而產生各種電子信號，經探測器進行收集和處理，在熒光屏上呈現于樣品形貌相關的電子信號。類似上述過程，單純的語言講授過于抽象，學生難以理解。通過動畫配合講解，學生能夠直觀地掌握上述原理。若將不同材料研究方法的原理根據其特點制作出動畫，會達到意想不到的效果。課前讓學生通過微課先了解該測試技術的原理，上課再通過深入的講解加強學生對原理的理解，學生課后也可通過微課對所學知識點進行鞏固加深。

2.2.3 輔助實驗課程，提升實踐能力

實驗微課的錄制有助于學生理解測試原理、測試儀器、測試方法和數據結構分析和討論等環節。對材料研究方法的實驗課程開展前期，錄制操作儀器的全過程清楚記錄每一步操作，配合解說，并在其中穿插啟發式教學，為什么這么做？對于測試數據的處理，可利用材料研究與測試技術常用的一些數據處理軟件的操作過程錄制成微課視頻，給學生示范數據處理全過程。避免了實驗課堂中學生數量多，有些距離老師遠的同學看不到操作細節的問題，也解決了學生看完一遍操作后有些實驗環節不記得或不確定等問題，學生可反復查看微課視頻熟練操作步驟。進一步結合課堂演示，雙向共同作用，加強學生對實驗課的理解，大幅度提升實驗成功率。通過上述一系列環節形成為什么學習測試技術—測試原理—怎么測試—數據如何分析討論的完整流程。

3 微課應用于材料研究方法教學的幾點建議

微課的快速發展為教師和學生創造了很多便利，能夠輔助線下教學獲得更好的教學效果。微課的優點在教學中的體現是大家公認的，但不能夸大微課資源的效果[9-10]。微課在材料研究方法教學中的應用為提高該門課程的教學效果發揮至關重要的作用。但是目前微課在材料研究方法的實際教學過程中也存在一些問題，需要進一步改進，我們認為須從高校、教師和學生幾個層面進行改進。

3.1 高校應加快微課和微課平臺建設

首先，高校應意識到微課在教學中的重要性，應將微課建設放到教學的長期發展規劃中，鼓勵教師積極進行微課建設。高校可為教師提供高質量的微課培訓和指導，讓教師意識到微課建設的重要性，激發教師建設微課的積極性，使微課建設在高校形成規范化和常態化發展。其次，高校應當及時建立相應的微課平臺，并豐富平臺的基本功能。高校可安排相應的教務人員對微課平臺進行管理，及時上傳和更新相應的微課資源并做好分類工作，讓學生們能夠通過微課平臺及時檢索到相應的知識點。最后，高校可以優化微課平臺的實用性，例如建立討論區和交流區，學生可通過討論區和交流區與微課主講教師進行交流，充分發揮微課的優勢，盡可能地讓學生從微課中更好地掌握其中包含的知識。

3.2 教師需改進教學模式

微課資源在材料研究方法課程教學中的應用，不同于傳統的線下教學，教師不僅僅是單純的講演者，還是編劇和導演，在微課制作的過程中扮演著多重角色，這對教師的要求是非常高的。我們認為教師需做到以下幾點：一方面，講授材料研究方法課程并進行微課建設的教師需要具備堅實的專業知識基礎，吃透該課程的核心內容，能夠精準劃分課程知識點和模塊。另一方面，教師需要多參加微課建設相關的培訓，學習微課建設的專家和優秀教師的經驗，掌握微課建設的基本和核心要素，學習微課設計和制作的技術，才能將材料研究方法知識點合理地應用于微課制作。在此基礎上，教師圍繞課程的教學目標，有目的性地將知識點自然地融入微課中，才能引導學生全面且深刻地理解課程知識點。其次，教師要能夠靈活多變地設計、制作使用多種形式的微課應用于不同教學階段。例如，可制作自主學習型微課放在課前讓學生預習使用；對于問答型的微課可以在課堂上進行教學使用，這樣可以增加教師和學生之間的討論；對于習題性型微課可放在課后使用，以便鞏固學生的學習效果。再次，教師應提高微課制作水平，使微課更好地呈現給學生，微課應布局合理、層次清晰、簡潔明了、啟發性強且有一定趣味性，激發學生的學習興趣。此外，在微課教學過程中，教師一定要起到很好的引領作用，引導學生正確地使用微課，加強與學生的交流互動，及時了解學生對知識點的掌握情況，及時反思并優化微課的設計、制作和使用環境。最后，教師需要優化微課與線下混合教學的模式，使微課和線下教學相互融合，發揮各自的優勢，相互促進，揚長避短，從而提升教學效果。

3.3 學生樹立微課學習的正確觀念

微課在材料研究方法課程教學中應用的前提不僅是高校建立相應的微課平臺和教師教學模式的改進，另一個非常重要的因素在于自主學習的主體——學生。對于學生，要樹立自主學習的理念，不單單要課堂上認真聽講，要學會使用微課資源，跟著老師的節奏，在不同的學習環境和時間，通過學習不同類型的微課，促進課前預習、課上聽講和課后的復習和鞏固。另外，微課學習不是脫離課堂、脫離教師的學習，學生需要加強與老師的聯系，及時溝通討論學習中遇到的困惑，也可分享關于微課的建議，以便教師改進微課設計與制作，使教與學不分離，才能做到老師更好地利用微課教學，學生更好地利用微課進行高效的自主學習。

結語

綜上所述，將微課和材料研究方法傳統課堂有效結合，能夠激發學生的學習興趣，促進學生對概念、原理的理解，提升學生的實驗能力，提高課程的教學效果。在拓展學生思維、學習理論知識的同時，做到理論聯系實際，并激發學生將所學專業技術投身于國家建設的決心和自信。只有高校、教師和學生都樹立與時俱進的理念，并且充分發揮各自作用，才能顯著提升微課在材料研究方法教學中的應用。