以應用型人才培養為導向的“材料科學基礎”混合式教學實踐

李 妍，鄭 麗

（天水師范學院機電與汽車工程學院 甘肅 天水 741000）

1 “材料科學基礎”課程現狀分析

“材料科學基礎”課程是材料及相關專業本科學生接觸的首門專業必修課，課程以金屬、陶瓷、高分子材料的共性理論為基礎，研究材料成分、組織結構、性能與制備工藝間的聯系，在專業課程體系中起著承上啟下的重要作用，一方面對后續專業主干課程的學習起到基礎性支撐作用，另一方面也對學生后期碩士、博士的深入學習起到理論指導作用。

教學內容主要包括晶體學基礎、擴散與相變、凝固與相平衡、形變與再結晶理論等，涉及材料、物理、化學、力學、數學等學科，課程中材料相關的重要概念對初次涉足該領域的學生而言較為生僻，知識點多、邏輯性不強，以往的課堂教學主要以教師教學為中心，內容抽象，學生不會思考，不容易理解，是學生反映學習難度較大的一門課程。

此外，隨著現代科技的高速發展，越來越多的材料制備新方法、新工藝出現并獲得改進發展，原有課本內容和實踐應用聯系不緊密，如何利用有限的課時提高教學質效，強化培養學生與地方社會經濟相對應的創新能力、應用能力和實際操作能力，是目前地方應用型本科院校人才培養中亟須解決的問題[1-2]。

針對以上問題，圍繞應用型人才培養目標，使學生掌握該課程內容共性知識的同時全面鍛煉和提高其實踐能力，就要保證課程建設的實效性。教學團隊從汲取前人的教學經驗，從教學對象自身的特點出發，依靠不斷完善的教學環境，在教學內容、教學方法和手段、實踐教學、考核方式等方面提出了一系列教學改革舉措。

2 基于“PAD+SPOC”的教學實踐

PAD 是將課堂一半時間分配給教師，另一半分配給學生的交互式學習[3-4]。SPOC 是指小規模限制性在線課程[5]。通過將“PAD+SPOC”兩種模式有機結合，實施翻轉課堂的混合式教學，增加師生交互，注重調動學生學習的主動性和積極性，提高創新思維能力，將學習者引向深度學習[6-7]。

教學團隊以天水師范學院19、20 級材料成型及控制工程專業的學生為對象，依托“中國大學MOOC”相關優質課程資源，采用“PAD+異步SPOC”的教學模式，借助大數據的統計分析，不斷完善教學方法，使學生實現高效學習。

2.1 教學模式改革

2020—2021、2021—2022 秋季學期教學團隊成員分別采用中國大學MOOC平臺上西北工業大學和中南大學“材料科學基礎”這兩門課的異步SPOC。將“一主題+兩線+三階”的教學理念貫穿整個教學過程，以學生成長曲線數據為支撐，針對不同學習能力的學生制訂不同的教學目標，圍繞上述教學設計思路，從重“理論”到“理論+實踐”兩手抓，以適應應用型本科人才培養需求。

①以“課程思政”這一主題為根本，融入專業教育、雙創教育，及時將學科動態、社會熱點引入課堂教學，提高學生學習興趣。教學過程以“潤物細無聲”的方式，建立學生作為“材料人”的自豪感和自信心、科學嚴謹的鉆研精神，實現立德樹人的目標。

②采用“兩線+三階”的教學模式。兩線指線上、線下混合式教學。線上教學采用中國大學異步SPOC 在線開放課程和慕課堂等手機APP 學習客戶端，按教學日歷發布教學視頻、問卷、討論等教學資源，實施翻轉課堂，要求學生完成課前預習、課堂互動和課后討論環節。線下教學是以學生為中心的參與式教學，教師收集學生的疑難問題，對重難點進行梳理和精講，注重理論知識與工程實踐相結合，以工程實例為導向設計、分析、解決問題，鍛煉學生的學習能力。根據學生“線上+線下”的日常學習情況，預判學習效果，保證每個學生都能得到及時關注，實現以學定教、因材施教。三階指分層分段實施教學：①“初級+中級+高級”分層教學，教師針對不同能力的學生采用分層教學，面對初級學習者，采用“MOOC 預習+知識講解+MOOC 測驗”，幫助學生構建知識點間的關聯性達到教學要求。針對中級學習者，采用“MOOC預習+案例研討+小組任務”的模式，提高學生的自主學習能力，對知識點達到熟練掌握的程度。對高級學習者，采用“MOOC 學習+同伴分享+科研項目”的模式，鼓勵其參與到教師的科研項目中，提高學生的創新能力以及分析、解決問題的能力。②“課前+課中+課后”分段教學：課前預習重在發現和提出問題；課堂教學重在精講、答疑解惑、參與互動；課后重在舉一反三對知識點的熟練鞏固，促進學生的拓展思考。③小組作業：為了提高團隊協作能力，學期末還增加了“生活中的材料科學基礎與我”小組作業，小組自由選題，制作PPT講述，學生在完成作業的同時，鍛煉了查找資料的能力和獨立思考的能力，將“課程思政”融于其中，學生不但深刻了解到我國材料發展的現狀，同時也增加了對本專業的熱愛，學生從被動、被迫學習，到自覺、主動學習［8］。④反思：教師通過教學反思使整個教學過程形成一個閉環反饋，根據學生課前預習情況、課堂聽講情況和課后作業完成情況來判定學生對知識點掌握的情況，及時調整教學進度，簡化與凝練教學內容，完成教學大綱要求，充分調動學生課外學習的自覺性，提高教學質量。

2.2 優化教學內容

在選擇教學內容時，以“兩性一度”為標準，堅持“理論聯系實際，以應用為導向”的原則。在教學過程中，突出案例導入，注重實際應用。重點內容詳細講解，一般內容簡單講解，比如原子的結構，對于材料專業的學生只需了解就可以；而對于位錯理論，不僅要細講精講，而且要與塑性變形關聯講，將微觀組織與宏觀性能聯系起來，使學生對知識點的掌握形成體系。

同時，采用模塊化教學，將課程分為理論教學環節與實踐教學環節。以課程的核心內容構建理論教學，包括微觀結構、相圖、塑性變形模塊；實踐教學包括演示性實驗模塊、綜合性實驗模塊。在構建課程知識譜系時注重系統性，在保證各模塊知識要點覆蓋完整的基礎上去繁就簡，突出模塊知識點之間的內在聯系。再者，教師應積極將材料科學發展前沿與個人科研成果融入課堂教學中，穿插適當的科研實例，使學生體會到學有所用、學有所獲。

2.3 完善實踐教學體系

在實踐教學環節，主動適應新技術發展，提升大學生的創新精神、實踐能力和社會責任感。如開設“金屬的塑性變形與再結晶”綜合實驗，通過實驗使學生理解塑性變形對材料組織性能的影響，了解熱處理工藝對材料性能的影響。在實驗過程中，教師按熱處理溫度對學生進行分組，每組實驗的變形量、熱處理溫度、熱處理時間都不盡相同，學生除了完成本組的實驗之外，還要與其他小組進行對比分析討論。此外，教師還可積極鼓勵并帶領學生參加各類學科競賽，如“大學生互聯網+創新創業大賽”等，以賽促學提升大學生的綜合素養。

2.4 完善教學評價體系

建立多元評價體系，注重知識技能、情感態度、價值觀與過程考核相結合，尊重學生的個性差異，全面、客觀地評價學生。評價方法注重多維度，定性和定量相結合。①加強過程考核，采用線上+線下考核，線上充分利用慕課堂和SPOC 學習平臺對學生在線學習的記錄，包括課堂簽到、隨機回答問題、觀看視頻個數和有效時長、參與討論個數、獲贊個數、完成作業測試和線上考試成績；線下主要由教師主導，包括課堂聽課情況、完成隨堂測驗和期末考試成績。②注重素質培養，在討論環節中，除了教師評價外，還可以生生互評，形成多元化考核體系。可以個人或小組為單位參與相互評價。學生作為評價者的同時，也作為被評價者，在角色互換中既鍛煉了自身的能力，也看到自己同其他人的差距，能激發起學生的內在競爭動力。以這樣的方式，督促學生學習，提高教學質量。

課程總分100 分，其中線上20 分、線下50 分、線上線下互動30 分。

①線上：4 次單元測驗（滿分A1=400 分）；線上學習記錄（滿分A2=100），本項評分S1=（A1÷400）×75%+A2×25%。

②線下：期末考試1次（滿分B=100分），本項評分S2=B。

③線上線下互動：線下表現（滿分C1=100）、“慕課堂”交互（滿分C2=100）、小組討論展示（滿分C3=100 分），本項評分S3=C1×20%+C2×40%+C3×40%。

課程總評分：S=S1×20%+S2×50%+S3×30%。

2.5 教學質量提升

教學團隊嘗試對材料成型及控制工程專業19 級、20級學生采用混合式教學，針對“SPOC+PAD”這種混合式教學設計了該課程的學生調查問卷，并對問卷進行統計分析，結果如下：①88.5%的學生完成了2/3 及以上的視頻學習任務；②70.3%的學生認為自己的自學能力有一定提高；③接近75.6%的學生認為，在課堂上主動思考的時間增多，參與性增強；④76.5%的學生認為在課堂教學中應“突出重點，精講難點，系統總結”；⑤對這種教學方式表示滿意或基本滿意的學生占73.8%，說明大部分學生對此種學習方式還是接納和認可的。學生還提出建議：①教學視頻時間最好控制在15 分鐘以內；②對于習題、討論，還是課堂教學效果更好。

另外，對近幾年期末考核的卷面成績進行對比分析，80 分以上的人數有所增加，不及格的人數有所減少，19 級學生的卷面及格率為64%，而20 級學生的卷面及格率達到71%。教學效果受到學校教學委員會的一致認可和好評，學生評教滿意度達94.5%。

3 結論

利用信息化技術，采用“PAD+SPOC”混合式教學，能多渠道多方式提高學生學習的主觀能動性、團隊協作性，是應用型本科教育教學改革的嘗試，也是“智能+教育”的一種積極探索。