材料科學(xué)基礎(chǔ)課程混合式教學(xué)模式探討*

賈利曉 閆紅彥 李豪

洛陽(yáng)理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南洛陽(yáng) 471023

0 引言

混合式教學(xué)是將線上教學(xué)和線下教學(xué)相結(jié)合的一種教學(xué)模式，通過(guò)線上、線下兩種教學(xué)組織形式的有機(jī)結(jié)合，可以把學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)引向深度學(xué)習(xí)[1]。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式不同，混合式教學(xué)是以學(xué)生為中心，依托中國(guó)大學(xué)慕課、超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，采用MOOC、SPOC、微課等，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂模式，使學(xué)生通過(guò)課前、課中和課后的不同途徑學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果、提高學(xué)習(xí)效率的一種新型教學(xué)模式。這種教學(xué)模式能夠有效擴(kuò)展學(xué)習(xí)空間、創(chuàng)新教學(xué)手段、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[2-3]。在混合式教學(xué)模式中，教師由傳統(tǒng)的施教者角色轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引領(lǐng)者和指導(dǎo)者，主要為學(xué)生設(shè)立有效的學(xué)習(xí)任務(wù)、引導(dǎo)學(xué)生深入理解課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；在課堂上重點(diǎn)解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的困難，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、角色扮演、項(xiàng)目訓(xùn)練和與學(xué)生互動(dòng)等方式檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[4]。學(xué)生不用始終跟著教師的統(tǒng)一步調(diào)前進(jìn)，因而可以有針對(duì)性地選擇自己的學(xué)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)、方式和內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效果。

材料科學(xué)基礎(chǔ)是洛陽(yáng)理工學(xué)院材料成型及控制工程和焊接技術(shù)與工程兩個(gè)專業(yè)的重要核心課程，在專業(yè)培養(yǎng)中居于承上啟下的地位，不僅為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，而且在畢業(yè)設(shè)計(jì)以及將來(lái)的工作過(guò)程中都有著舉足輕重的作用[5-6]。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和資源眾多，學(xué)生獲得知識(shí)的途徑日漸豐富，單純采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法對(duì)于一些學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、渴求前沿知識(shí)和技術(shù)的學(xué)生來(lái)說(shuō)無(wú)法滿足要求，而那些學(xué)習(xí)能力稍弱、總是慢半拍的學(xué)生，會(huì)因跟不上教學(xué)整體進(jìn)度而掉隊(duì)。因此，采用必要的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的模式進(jìn)行混合式教學(xué)就顯得尤為必要。接受能力強(qiáng)的學(xué)生在完成規(guī)定學(xué)習(xí)任務(wù)后，可以結(jié)合自己的興趣學(xué)習(xí)一些拓展知識(shí)，為以后的升學(xué)深造和工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；接受能力稍差的學(xué)生可以反復(fù)學(xué)習(xí)課程知識(shí)點(diǎn)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

筆者根據(jù)多年的課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，借助超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行材料科學(xué)基礎(chǔ)課程混合式教學(xué)模式改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果。

1 教學(xué)資源庫(kù)的建立

混合式教學(xué)包括課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)、課中學(xué)習(xí)效果檢測(cè)、重難點(diǎn)解析和課后拓展訓(xùn)練。為了方便學(xué)生進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)，需要有一個(gè)內(nèi)容豐富的資源庫(kù)，包括知識(shí)點(diǎn)講解視頻、單元測(cè)驗(yàn)、習(xí)題庫(kù)、試卷庫(kù)等。課程組教師認(rèn)真分析材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的知識(shí)體系后，首先將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化分割，然后再將各個(gè)教學(xué)模塊細(xì)分成若干個(gè)獨(dú)立的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，由主講教師錄制各個(gè)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻，并將錄制好的教學(xué)視頻上傳至學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)。除知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻外，本課程還在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻中插入兩個(gè)小問(wèn)題，一方面可以方便學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行自檢，另一方面也可以增加學(xué)習(xí)的趣味性。在知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)完成以后，還設(shè)置有單元檢測(cè)，主要涉及知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。并且在每一知識(shí)模塊后設(shè)置章節(jié)測(cè)試，方便學(xué)生檢測(cè)整個(gè)知識(shí)模塊內(nèi)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)問(wèn)題。除教學(xué)視頻和單元測(cè)試之外，本課程資源庫(kù)還建立了習(xí)題庫(kù)和試卷庫(kù)，以方便學(xué)生檢測(cè)整個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度，便于期末考試復(fù)習(xí)。為了拓展學(xué)生的視野，資源庫(kù)中還設(shè)有材料研究領(lǐng)域前沿的科研成果和新技術(shù)、新工藝等相關(guān)視頻和文字資料，以便學(xué)生及時(shí)了解專業(yè)相關(guān)的研究進(jìn)展，既可拓寬學(xué)生的視野，又能幫助學(xué)生了解專業(yè)動(dòng)態(tài)。

2 課前線上自主學(xué)習(xí)

教學(xué)視頻是學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，但單靠教學(xué)視頻并不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也難以充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性。在課前學(xué)習(xí)的時(shí)候，學(xué)生需要帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)有更強(qiáng)的目的性。因此，教師在課前需要布置與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)，既包括容易完成的簡(jiǎn)單問(wèn)題，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心，又包括有挑戰(zhàn)性的難度較大的問(wèn)題，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。較簡(jiǎn)單的問(wèn)題可以通過(guò)單元檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，難度較大的問(wèn)題需要學(xué)生自己查閱資料，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)教學(xué)視頻的學(xué)習(xí)來(lái)完成，這種帶有任務(wù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)會(huì)收到更好的學(xué)習(xí)效果。比如在學(xué)習(xí)“金屬的三種典型晶體結(jié)構(gòu)”這部分內(nèi)容時(shí)，在課前給學(xué)生預(yù)留任務(wù)：

1）金剛石和石墨的成分和性能有什么異同點(diǎn)？為什么金剛石和石墨會(huì)具有不同的性能？

2）金屬的三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)是什么？它們的原子半徑、晶胞內(nèi)原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？

3）為什么面心立方晶格和密排六方晶格具有不同的原子排列方式，卻有著相同的致密度和配位數(shù)？

第一個(gè)問(wèn)題需要學(xué)生查閱資料，第二個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)知識(shí)點(diǎn)視頻獲得答案，第三個(gè)問(wèn)題難度較大，需要學(xué)生充分理解兩種晶體結(jié)構(gòu)的原子排列特征。學(xué)生帶著這三個(gè)問(wèn)題去學(xué)習(xí)，如果把三個(gè)問(wèn)題都解決了，就表明學(xué)生掌握了三種典型晶體結(jié)構(gòu)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的基本內(nèi)容。教師在課前可以通過(guò)超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)查看學(xué)生的單元檢測(cè)和對(duì)三個(gè)問(wèn)題的回答來(lái)掌握學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)效果。

3 課中線下檢測(cè)自學(xué)效果

無(wú)論采用何種教學(xué)方式，課堂永遠(yuǎn)都是主戰(zhàn)場(chǎng)。采用混合式教學(xué)，課堂教學(xué)不再單純靠教師講解來(lái)完成，其主要任務(wù)是教師檢查學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)的效果以及對(duì)學(xué)生覺(jué)得難懂、學(xué)不會(huì)的內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解，而這種檢測(cè)和講解可以采用與學(xué)生互動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行，互動(dòng)可以采取提問(wèn)、啟發(fā)、探究、小組討論加教師點(diǎn)評(píng)等多種形式。以金屬的三種典型晶體結(jié)構(gòu)為例，在課堂上，先點(diǎn)評(píng)學(xué)生在課前學(xué)習(xí)時(shí)的單元檢測(cè)，對(duì)于共性問(wèn)題重點(diǎn)講解。然后通過(guò)選人、搶答、學(xué)生講解、分組討論等形式與學(xué)生互動(dòng)，檢查學(xué)生課前項(xiàng)目的完成情況。對(duì)于課前提出的第一個(gè)問(wèn)題，大家通過(guò)查閱資料，基本上都能夠回答出金剛石和石墨兩種材料的成分相同，但性能不同，金剛石很硬而石墨很軟。但對(duì)于兩種材料存在性能差異的原因，學(xué)生的認(rèn)識(shí)比較膚淺。針對(duì)這種情況，教師重點(diǎn)講解晶體結(jié)構(gòu)形式對(duì)材料性能的影響。第二個(gè)問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)教學(xué)視頻，基本上都能夠掌握。為了培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和勇于擔(dān)當(dāng)?shù)臍馄牵暨x幾個(gè)學(xué)生到講臺(tái)上講給其他學(xué)生聽(tīng)。通過(guò)學(xué)生講解，發(fā)現(xiàn)在三種典型晶體結(jié)構(gòu)中對(duì)于面心立方晶格的配位數(shù)，學(xué)生理解不夠充分，難以表達(dá)清楚。針對(duì)這種情況，教師重點(diǎn)講解面心立方晶格的配位數(shù)由哪些原子組成，如何畫(huà)出這些原子在晶胞中的位置。第三個(gè)問(wèn)題難度較大，重點(diǎn)由教師講解。在學(xué)生分組討論之后，教師首先介紹三種典型晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的具體原子排列情況，然后分析三種原子排列方式的特征和不同之處，最后通過(guò)原子排列演示說(shuō)明面心立方晶格和密排六方晶格的排列方式雖然不同，但排列緊密程度是一樣的，所以具有相同的配位數(shù)和致密度。

4 課后拓展訓(xùn)練

鞏固和拓展訓(xùn)練是教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)此環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生進(jìn)一步理解上次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而牢固掌握相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，也可以使學(xué)生了解一些與所學(xué)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的學(xué)科前沿知識(shí)和技術(shù)，還可以作為后面的教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)儲(chǔ)備，提高后期知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)效果。對(duì)于三種典型的晶體結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容，在課后可以讓學(xué)生自己動(dòng)手，使用現(xiàn)有的材料嘗試堆垛出三種晶體結(jié)構(gòu)的原子排列模型，從而深入理解三種晶體結(jié)構(gòu)的原子排列差異以及不同排列方式的晶體結(jié)構(gòu)的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)、致密度等參數(shù)存在差異的原因。通過(guò)觀察堆垛模型，學(xué)生還可以理解晶體間隙的概念以及三種晶體結(jié)構(gòu)間隙數(shù)量和大小的差異，為下次課的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。還可以鼓勵(lì)學(xué)生在課后自主查閱相關(guān)資料，結(jié)合堆垛模型，理解晶面和晶向的概念以及不同晶面和晶向上的原子排列特點(diǎn)。結(jié)合日常生活中的實(shí)例，給學(xué)生布置思考問(wèn)題，比如：鐵、銅、鋁的性能有何異同點(diǎn)？為什么？讓學(xué)生進(jìn)一步了解晶體結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的影響，通過(guò)思考和查閱文獻(xiàn)資料對(duì)材料結(jié)構(gòu)決定性能的理解有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

5 完善考核機(jī)制

一套完善的考核機(jī)制是檢驗(yàn)教師教和學(xué)生學(xué)最終成效的有效措施。傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常采用期末考試“一卷定輸贏”的考核方法。對(duì)于混合式教學(xué)，這種考核機(jī)制顯然已經(jīng)不再適用。混合式教學(xué)過(guò)程包括課前、課中和課后三個(gè)階段，因此，考核機(jī)制除了最終的期末考試以外，應(yīng)該把學(xué)習(xí)過(guò)程中的檢測(cè)考慮進(jìn)去。為了充分考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)效果，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的考核采用過(guò)程考核與結(jié)果考核相結(jié)合的模式。

過(guò)程考核包括學(xué)生視頻的學(xué)習(xí)情況、單元檢測(cè)的完成情況及正確度、預(yù)留任務(wù)的完成情況等課前自主學(xué)習(xí)效果，以及到課率、與教師的互動(dòng)積極性和問(wèn)題回答正確性、小組討論的參與度等課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)，還有課后拓展訓(xùn)練的完成情況和作業(yè)完成情況。為增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，本課程還設(shè)置線上期中考試，教師提前發(fā)布考試任務(wù)，學(xué)生可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（一般為兩周）的任意時(shí)間段完成，考試時(shí)間一般設(shè)置為兩小時(shí)，到時(shí)自動(dòng)提交試卷。這種線上考試可以使學(xué)生在充分復(fù)習(xí)以后再開(kāi)始考試，但考試一旦開(kāi)始就要在兩小時(shí)內(nèi)完成，能夠規(guī)避學(xué)生應(yīng)付考試的情況。在學(xué)期結(jié)束前，還會(huì)組織線下期末考試，以檢測(cè)學(xué)生的最終學(xué)習(xí)效果。任何時(shí)候，考試都不是目的，目的是讓學(xué)生真正掌握所學(xué)知識(shí)。為了方便學(xué)生自查自檢，課程資源庫(kù)中有題庫(kù)和試卷庫(kù)供學(xué)生考前復(fù)習(xí)。在課程考核體系中，平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程成績(jī)占40%，期中考試成績(jī)占20%，期末考試成績(jī)占40%，采用這種考核機(jī)制可以綜合考查學(xué)生的整體學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。

6 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式，在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中嘗試了線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。該教學(xué)模式主要包括供學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)的線上資源庫(kù)的建立，課前學(xué)生對(duì)課程教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的自主學(xué)習(xí)，課堂上教師對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)效果的檢測(cè)，重點(diǎn)、難點(diǎn)的講解，以及課后為鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行的拓展訓(xùn)練。為了綜合考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，建立過(guò)程考核和結(jié)果考核相結(jié)合的課程考核機(jī)制。實(shí)踐證明，混合式教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的課堂參與度和主觀能動(dòng)性，取得了良好的教學(xué)效果。