以學生為中心背景下“凝固原理”課程教學模式改革

收稿日期：2023-06-20" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 修回日期：2023-07-11

作者簡介：鄒建新，男，教授，研究方向為先進材料；丁義超，男，教授，研究方向為先進功能材料；陳湘，男，教授，研究方向為電子材料。

基金項目：2021—2023年四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目“‘四元三導一對分’教學模式在應用型本科材料類課程中的創新與實踐”（JG2021-120）；2021年度四川省教育科研課題（SCJG21A118）

摘" " 要：針對目前高校課堂存在的主要問題，基于以學生為中心的教育理念，文章提出了“四元三導一對分”的課堂教學改革新模式，其核心理念是講授、獨學、討論、答疑4個步驟環環相扣，課堂精講導學、導學案導學、題庫導學3種主導方式融貫其中，課堂時間的一半交由學生掌控。通過“凝固原理”課程的改革實踐，教學效果良好，學生滿意度較高。

關鍵詞：“四元三導一對分”；教學模式；“凝固原理”課程；學習心理

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-4107（2024）03-0090-04

一、引言

“凝固原理”課程是高校機械、材料、冶金類理工科的專業基礎課，在整個知識體系中占有重要的地位。因此，新工科背景下相關理工科專業必須要把掌握凝固原理相關知識作為一項重要工作，為培養新時代應用型人才奠定基礎。“凝固原理”所涉及的知識點較多，公式推導復雜，向來是理工科相關專業中“學生難學、教師難教”的一門代表性課程，卷面不及格率普遍偏高，已成為部分授課教師和學生共同的、亟待解決的難題。

高校理工科相關專業應堅持“以學生為中心”的基本理念，適應新時代教育教學發展要求，全方位、多角度探討“凝固原理”課程改革，構建行之有效的教學模式。為此，許多教師嘗試翻轉課堂、中國大學MOOC（慕課）等方法，也試圖從傳統的講授法中打開缺口，但由于不同高校的辦學層次、生源質量的差異，以及學生學習主動性的強弱，多年來教學成效也是仁者見仁、智者見智。有的教師嘗試通過訓練講課技巧，或通過增加課時等方法，但由于注重了“教”而忽視了“學”，最終效果也提升有限。其他倡導學生參與的BOPPPS（Bridge-in、 Objective、 Preassessment、

Participatory、 Learing、 Post-assessment、 Summary，導言、

學習目標、前測、參與式學習、后測和總結）、PBL（Problem

Based Learning，以問題為導向的教學法）、SPOC（Small

Private Online Course，小規模限制性在線課程）混合式教學、EPIP（Engineering Practice Innovation Project，工程實踐創新項目）等教學模式[1-2]，雖各有特色，但也存在一定局限，只適用于不同的培養對象和目標。這些教學模式存在一個共性問題，即沒有將講授、獨學、討論、答疑4個環節全部融入教學過程，或是沒有按照先后順序實施，不能完全符合學生的學習心理規律，或是沒有提供足夠的、有價值的學習資源供學生獨學。如何落實新工科背景下“以學生為中心”的新時代教學指導思想，如何貫徹基于目標導向的OBE（成果導向教育）理念[3]，解決“凝固原理”課程難的困境，已成為不少教師的急切訴求。為此，作者結合成都工業學院實際，針對性地提出了一種改良型的“四元三導一對分”教學模式，并在“凝固原理”課程中進行了實踐，取得了良好的成效。

二、“四元三導一對分”教學模式的基本思想

后現代主義認為，“教師中心”弱化了學生學習的能

動性與創造性，“學生中心”則使教學失去了掌控，從而失去了有序性與導向性[4]。事實上，“以學生為中心”理念是在教師引導下的、總體設計與把控下的、學生具體學習過程開放式的一種教學模式。“四元三導一對分”教學模式（圖1）充分貫徹了“總體設計”的思想，體現了“開放式學習”的原則。“四元”是指講授、獨學、討論和答疑4個教學環節，是相互獨立的、以時間為主線的不同教學過程。“三導”是指課堂精講導學、導學案導學和題庫導學3種指導方式，是形式上獨立的、以學習材料為主線的不同學習媒介。“一對分”是指將課堂時間大致平分，前部分時間留給學生，后部分時間用于教師講授，是以課堂時間掌控權力為主線的、知識吸收與知識輸出相互獨立的2個不同時段。

（一）“四元”教學法

現代教育制度起源于J. A.夸美紐斯（J. A. Comenius）的班級授課制。自班級授課制開創以來，“教師講授”與“學生獨學”成為最經典的教學模式之一，至今也仍是全世界普遍采用的一種教學方法，即“二元”教學法。國內部分教師采取的只講課、很少布置作業、期末勾畫重點即考試的方法，實質上是“一元”教學法。伴隨著教學改革的推進，學生“討論”逐漸引起重視，代表性的“翻轉課堂”即是從西方引進的以“討論”為主的教學方法。

在“二元”教學法基礎上融入了討論環節的教學方法，即為“三元”教學法。韓愈的“師者，所以傳道授業解惑也”也是另一種有答疑無討論的“三元”教學法。國內教師通常都采用“三元”教學法。在“三元”教學法基礎上增加“答疑解惑”環節，即“四元”教學法。在私塾或精英教育中，“答疑”容易做到，但在大眾化教育中，實施成本較高，如2020年獲得國家教學特等獎的四川大學小班制教學改革，投入經費高達2億元以上，且師資力量十分充足，非一般院校的人、財、物力所能承受。

對班級授課制而言，講授、獨學沒有問題，教師不需要做個體輔導，做的是共性教學，但批改作業、答疑都需要教師做個體輔導，都需要因材施教，教師在時間、精力上難以承受。從邏輯上講，班級授課制是教授全班，不是教授個體學生，所以，這些個體化的輔導，并不是教師能夠完全做到的，包括孔夫子也沒有完美地做到。他的因材施教，只是在私塾的教學方式中實現的，即一對一的方式。到了班級授課制，少有人能在大班情況下做到因材施教，小班也做不好。所以，“四元”教學必須依賴于“對分”教學法。

很多教師尤其是高校教師認為，教學就是講課，講得好，就教得好。疫情倒逼下的線上教學，暴露了這種認知背后的錯誤。教學成效的評判是以學生獲得知識、能力、素質的提升達成度為基準的。因此，“四元”教學法滿足了“以學生為中心”的訴求，保證了學生被動聽講獲取知識與主動答疑獲取知識的完整性。

（二）“三導”教學法

信息化時代獲取知識的途徑已完全不同于過去，“以學生為中心”理念倡導的是教師引導學習而非“滿堂灌”授課，“導學”能力已成為教師的基本功。“三導”包括課堂精講導學、導學案導學、題庫導學3種，從而建立從“注重教”到“服務學”的保障體系。

課堂精講要求教師在熟練掌握教學內容的基礎上，只將基本概念、重點、難點，以及前后邏輯關系等內容在有限的45 min內傳授給學生，克服“滿堂灌”，做到精講留白，以便學生課后自我探索。這也是符合知識可視化理論要求的，可以快速厘清知識點之間存在的邏輯關系，實現意義建構。同時，知識的無窮盡與講授的有限性決定了教師傳授知識的有限性。

導學案的作用在于指導學生課后獨學，向學生提供一個自我內化的標準，讓學生課后獨學時知道哪些內容是重點、哪些內容應該掌握到何種程度，是大致了解還是深刻理解？是熟記還是認識即可？是會推導公式還是只記住后會計算即可？導學案既是學生學習內容的廣度與深度的標準，也是期末考核的標準。

題庫的作用是向學生提供一種獨學的有效訓練工具。僅靠課后閱讀課本、PPT課件的獨學效果通常不如再布置一定量的作業。題庫是題量擴大了多倍的作業，且幾乎涵蓋了所有學習內容，以及不同深度的內容，便于學生在章節復習、期末復習時“刷題練兵”，也讓學生明白期末考核的題型、范圍和深度。高校的課程考核是“合格”性測試，而非“選拔”性測試，只要題庫的題會做了，再配以過程性評價，即可說明學習合格了。

（三）“對分”教學法

“以學生為中心”的指導思想要求將學習主動權交還給學生，教師不能通過“滿堂灌”方式來獨霸課堂時間。“對分”的思路在于將約一半的時間留給學生，教師只講授剩下的一半的時間，本質上是學生與教師在課堂時間掌控上的權力分割。每次課的前45 min由學生自己支配，學生自我深度內化，針對上次課教師講授的內容，在課后作業的初步內化基礎上，在課堂上再次深度內化學習。然后，針對問題開展同伴間相互討論，再有不清楚的地方，請求教師答疑。課堂后45 min則由教師講授新課，實現課堂時間上的對分[5]。“對分”教學法有利于使教師“獨角戲”變成師生“交響樂”，使氣氛更加和諧、愉悅。

三、“四元三導一對分”教學模式的流程與方式

構建

當前的教學流程是先學后教與先教后學2種方式共存。教學方式上，也是講授式教學與討論式教學并存。無論是哪種教學方式與教學流程，均各有優缺點。關于講授、討論還是互動的好壞，許多學者進行了研究[6]，發現針對不同的學生群體及不同的教學內容，其適宜方式均存在區別，不能一概而論。“四元三導一對分”教學模式抓住知識流、信息流的輸出和內化吸收的本質，將先教后學與先學后教融于一體，形成了不同于傳統模式的第三種教學新模式。

第一，正確選擇互聯網教學云平臺。線上線下混合式教學模式必須依賴于某個云平臺，如學堂在線、雨課堂、智慧樹、對分易等。不同的云平臺各有其特色和優缺點。“四元三導一對分”教學模式所用云平臺至少需要具備考勤功能、24 h手機在線存儲與屏讀功能、一鍵微信發布與作業提交功能、24 h手機批閱作業功能，方便學生課后獨學，方便教師批閱作業。

第二，進行課程內容載體的建設與精練。在教學大綱、教材、授課教案的基礎上，需要精練PPT課件、編制導學案、建設題庫3種課程內容載體。PPT課件一定是內容精練、重點突出、風格簡潔，便于教師在45 min的有限時間內完成精講任務。

導學案盡可能在學期備課時完成編制。導學案應針對每堂課的數個知識點，準確使用學生能夠看得懂的“白話文”，提出詳細要求，如“能用圖示法描述界面穩定性與界面不穩定性的含義”“能記住邊界層溶質濃度Cl將按指數規律從C0/k減小到C0，但不要求公式計算”“記住晶體（或稱晶核）生長受控的3方面因素”“能完全弄懂成分過冷的含義，并知道造成成分過冷的原因——溶質富集”等。

題庫建設必須在課前完成。題庫完全有別于習題集，也有別于教材所附作業題。由于不同高校、不同專業的人才培養目標不同，依據的教學大綱不同，對所學內容的深度與范疇均有差異，所以題庫一定要高校自己建設，題的深度與廣度必須與教學大綱一致。此外，題量一定要大，還應附帶參考答案，較大程度解決教師的有限精力疲于應付作業講解的問題。

第三，重構教學流程與教學方式。傳統教學模式通常只關注課堂中的教學環節，而高質量的教學模式應包含課前、課中、課后3階段教學流程。重構后的教學流程與教學方式如圖2所示。在教學第n周的周m的某節課，如周二的第3節課教師簡短回顧上次課講授內容后，隨即要求學生分組，對上次課的內容進行深度內化、同伴討論、請求教師答疑。由于學生是通過完成作業的形式來實現課后獨學的，因此，多數學生是被迫學習的，從較大程度上來說其知識內化過程是初步的、膚淺的。所以，在第一個45 min課堂上需要學生再次深度內化，對相關知識反思，有問題時小組內自然就會相互探討。在此過程中也培養了學生的批判性、創造性思維和溝通、合作能力。從心理學上分析，由于不同學生的內化速度、內化方式不同，學生必須通過調節自身節奏才能有效完成內化過程。教師督促少數自律性差的學生，并解答在小組討論中解決不了的高層次問題。

在第4節的45 min課堂上，教師全部用來講授新課。要求學生專心聽講，不提問，但可以在手機云平臺上進行短時的PPT異步屏讀，以解決講授與吸收的不同步問題。下課后，教師隨即一鍵微信發布作業，包括歸納總結和題庫2種類型，要求學生手寫后于下堂課上課之前手機拍照上傳網絡云平臺，過時不再接收作業，迫使學生獨學。

在第n+1周的周二的第3節課前，教師應利用零散時間批閱作業，主要進行宏觀批閱，看一眼即給分，可下評語，采用5分制，少數特別出彩的給5分，一般的給4分，特別差的給3分，作為平時過程性評價成績之一。

“四元”教學法的講授、獨學、討論和答疑等的順序是不能改變的，教師必須要先講，講完之后學生才能學，學了之后才能反思，反思之后才能帶著結果進行小組交流，交流之后才可以提煉共性問題，提交給教師，進行統一或個別的答疑解惑。這個流程實際上是將先教后學與先學后教融合在一起，也將討論式教學與講授式教學進行了有機整合，符合學生學習的心理學規律。

四、“四元三導一對分”教學模式在“凝固原理”課程中的實踐

“凝固原理”課程教學內容主要包括固液界面的原子遷移、固液界面的形態不穩定性、凝固的微觀組織、溶質再分配、快速凝固、定向凝固等，特點是公式推導多、內容多、原理深奧。按照重構后的教學流程與教學方式，作者采用“四元三導一對分”教學模式，并選用對分易云平臺，在2017級、2018級、2019級3屆材料科學與工程專業開設的“凝固原理”課程中進行了實踐。除了平時過程性考核評價外，定量的期末教學成效評判采用卷面（閉卷）考試形式，對比樣本選用傳統講授模式下的同專業的面向2015級、2016級學生開設的“凝固原理”課程。在試題科學、合理、規范的條件下，期末閉卷考試是教學成效評判最重要、最真實的手段。定性的教學成效測評采用了學生滿意度調查法。

（一）期末卷面成績評價

采用傳統講授模式的2015級、2016級2屆學生的“凝固原理”課程期末卷面（閉卷）考試成績與采用“四元三導一對分”教學模式的2017級、2018級、2019級3屆

學生的“凝固原理”課程期末卷面（閉卷）考試成績對比情況如表1所示。5屆學生選用教材均相同，試題難度、試題范圍、考核題型等均大體相當。

通過教學模式改革前后成績分析比較可以看出，2015級、2016級采用傳統講授模式的學生卷面成績不及格率位于29%～33%區間，平均分位于63～66分區間。2017級、2018級、2019級采用“四元三導一對分”教學模式的學生卷面成績不及格率位于0%～9%區間，平均分位于82～93分區間。卷面成績不及格率由32.46%降低至8.49%，平均分也大致由65分提升到82分。以上成績表明，“四元三導一對分”教學模式在“凝固原理”課程改革中取得了良好的教學效果。

（二）學生滿意度評價

針對2018級“凝固原理”課程學生滿意度調查顯示（單選），喜歡傳統講授模式的學生占比為13.43%，更喜歡“四元三導一對分”教學模式的學生占比為58.21%，認為2種教學模式差不多的學生占比為28.36%。2019級“凝固原理”課程學生滿意度調查顯示（多選），喜歡傳統講授模式的學生占比為38.82%，喜歡“四元三導一對分”教學模式的學生占比為75.29%，喜歡其他教學模式的占比為3.53%。以上情況表明，與傳統講授模式相比，絕大多數學生更喜歡“四元三導一對分”教學模式。

五、結束語

“四元三導一對分”教學模式的講授、獨學、討論和答疑4個環節遵從了學生學習的心理學規律，課堂精講導學、導學案導學和題庫導學滿足了學生獲得學習援助的訴求，課堂“對分”將課堂部分歸還學生，符合“以學生為中心”的理念，歸納類作業與深層內化等環節叩擊了學生的學習弱點，引導了學生自主學習。學生通過課內課后的深度內化，可以極大地培養創新原動力。

盡管如此，“四元三導一對分”教學模式的實踐，仍存在一些亟待解決或完善的問題。一是過程性評價有待優化。目前只對作業、討論答疑進行了考核評價，今后可以增加章節測試、課堂思辨評價等。二是課程思政較少。由于只有45 min的講授時間，導致課程思政案例講解不多，今后可以在答疑中融入思政案例，可以精講思政案例。三是教師學期備課時間較長。今后可以通過組建課程團隊的方式共享題庫、共享導學案以解決備課時間長的問題。

參考文獻：

[1]" 董桂偉，趙國群，管延錦，等.基于雨課堂和BOPPPS

模型的有效教學模式探索：以“材料物理化學”課程

為例[J].高等工程教育研究，2020（5）：176.

[2]" 曲曉東，陳盼佳，李振銘.基于東軟TOPCARES人才

培養模式的“證券投資”課程教學改革研究[J].黑龍

江教育（理論與實踐），2023，77（6）：43.

[3]" 張男星，張煉，王新鳳，等.理解OBE：起源、核心與

實踐邊界：兼議專業教育的范式轉變[J].高等工程

教育研究，2020（3）：109．

[4]" 張世英.“后現代主義”對“現代性”的批判與超越[J].

北京大學學報（哲學社會科學版），2007，44（1）：43.

[5]" 陳其暉，陸維康，楊勁松，等.對分課堂教學模式的認

知資源管理探析[J].當代教育科學，2021（3）：65.

[6]" 馮沁雪，馬莉萍.講授、討論還是互動：教學方式對初

中生學業成績的異質性影響[J].湖南師范大學教育

科學學報，2022，21（5）：90.

■ 編輯∕丁俊玲