“高分子材料性能测试实验”线上线下混合教学改革的探索与实践

罗飞，李克文，朱凌，许军娜

（湖南人文科技学院材料与环境工程学院，湖南 娄底 417000）

随着社会经济的不断发展，传统工科专业人才培养模式已经不能满足社会需求，未来新兴产业和新经济呈现出工程实践突出的特征[1],湖南人文科技学院高分子材料与工程专业也针对工程实践能力培养的应用型人才培养模式开展了系列改革与探索[2]。互联网技术和智能终端的飞速发展，打破了学生学习的时空限制，作为大学教师更应当认真思考，更新观念，充分利用信息技术，不断创新，将网络资源与传统教学方法相结合，打造适用于新工科下应用型人才培养的实践教学模式。欧阳建明等[3]采用线上线下混合式实验教学将以MOOC、虚拟仿真实验为代表的线上资源与线下实体实验教学相结合，形成以实为主、以虚为辅的教学模式。孔令琴等[4]在“光电仪器电子学实验”教学中，实施了线上线下双反馈一体化的混合式实验教学模式，形成一个发现问题、及时反馈、调整实验教学方案、跟踪评价并持续改进的闭环教育过程。李婧等在“药物化学实验”教学中开展了线上线下混合式教学的研究，发现线上线下混合式教学模式能丰富实验教学资源,增加学生自主学习环节,提高学生实践动手能力,教学效果显著提升。

1 课程介绍

“高分子材料性能测试实验”是实践课程，涵盖了“高分子材料研究方法”中红外光谱、紫外吸收、DSC、TG等常见的分析方法，同时也包括了维卡软化点测试、熔融指数测试、紫外老化测试、盐雾测试、水平/垂直燃烧测试、氧指数测试、流变性能测定、粘结剂剥离强度测试等企业常规测试项目，是培养高分子材料与工程专业应用人才的一门必修课程。

2 传统实践教学存在的问题

在常规教学中实践课程要求学生按照实践课程项目顺序，提前预习实验指导书相关内容并完成实验报告中实验原理、实验步骤的填写，在实践课堂老师讲解实验原理、操作步骤及关键点后，再由同学们操作仪器完成相关实验任务，记录实验结果，并在课后进行实验数据的计算和分析，最后得出实验结论，完成实践训练项目。这种实践课程的传统教学方法在很多基础实践课程中都很常见，适用性很好。但由于“高分子材料性能测试实验”课程实验项目涉及的相关设备比较贵重，每个实验项目大多只有一台仪器设备，课堂上进行实验原理和仪器操作的讲解后，所剩时间不足，而且学生对仪器设备原理、结构不了解，操作不熟练，不可能让每位学生轮流操作仪器。因此每个项目的实践教学只能由部分代表操作仪器，完成实验任务，剩下的同学“被动”甚至有不少同学“主动”地放弃实验，实验数据也只有几组代表性的结果。这种情况下“高分子材料性能测试实验”课程教学几乎不能完成教学任务达成教学目标，而缺少课程实操检验环节的课程预习和课后作业等环节的教学效果也难以进行有效监督。因此“高分子材料性能测试实验”的传统教学中，存在教学效果差，课堂学习氛围懒散拖沓，实验报告抄袭严重，部分学生放弃课程学习等诸多问题，导致不少学生在大四进行毕业论文操作相关设备时手忙脚乱，不知所措，本是培养应用型人才的关键环节，结果变成了师生共弃的水课、烂课。虽然其直接原因是实践条件有限，但根本原因还是教学上没有“因地制宜”，没有采用适合于“高分子材料性能测试实验”实践条件的教学方法。

3 线上线下混合教学设计思路

“高分子材料性能测试实验”课程从2018年开始依托“学习通”平台尝试建立线上资源，进行线上线下混合式教学模式的改革与探索，把原来实验项目的教学目标、内容和任务分解为线上和线下两部分，再根据线上线下对应的目标、任务，对课程内容进行重构，构建线上线下的教学模式。线上以知识学习为主，仪器操作训练为辅。在实验项目进行前，学生首先需要登录“学习通”网站，完成实验项目课件和仪器操作规程、仪器实操视频的实验理论和仪器操作的知识学习任务，在进行“学习通”平台项目知识测验后，拿到合格以上分数才能进入实验室进行仪器实操。通过了线上测验也即具备了实验项目的基本知识，所以线下课堂主要以仪器的实操训练为主，理论知识补充学习和检查为辅。线下课堂根据教学内容和目的分三个阶段进行：第一阶段为理论知识查漏补缺。首先对同学们测验过程中出现较多错误的理论知识进行补充讲解，对易混淆或是难理解的知识进行提问并讨论，回答同学问题，检测同学们的学习情况，避免部分同学线上测验蒙混过关。第二阶段为仪器实操阶段。首先就本次实验项目内容、实验步骤作简单介绍，重点强调仪器的安全操作规范，并进行仪器操作的演示。然后按每组4～5 人，分小组轮换进行仪器操作训练，保证每个小组都能够动手操作仪器，但不一定完成整个测试过程。第三阶段为数据分析讨论。把课堂实验测试结果或已有的测试数据随机分发给各个小组，由各小组讨论分析，处理数据，得到实验结果，并进行课堂汇报。

4 线上线下混合教学实践

以热重实验项目教学为例，教学大纲要求的实验目的有了解热重分析的基本原理和仪器结构，掌握热重分析仪的操作方法和掌握热重曲线的分析方法。线上资源根据实验目的建设相关资源，如热重分析项目指导书、热重分析仪操作规程、热重分析仪实操视频、热重分析习题集等。学生在线下上课前首先要在“学习通”上完成热重分析项目指导书、热重分析仪器操作规程、热重分析实操视频的学习任务，获得“学习通”平台课程学习的相应积分，并通过平台在习题集中随机生成20 道测验题目，获得合格分数后，才能进行线下课堂学习。也即学生在线上学习必须完成一定的学习任务，达到了解热重分析的基本原理和仪器结构，掌握热重曲线分析方法的线上目标后，才能进行实验室仪器实操，同时通过对热重分析项目指导书实验步骤、热重分析仪操作规程、热重分析仪实操视频的学习，让学生对热重分析仪的操作方法有基本了解，增加仪器操作的熟练度。进入实验室环节后，第一阶段，对热重分析的基本原理进行提问，并针对同学们的回答补充讲解，然后就稳压电源、热重分析仪、气泵、主机的开机顺序、热重分析测试样品质量、测试参数设置、仪器操作要点等注意事项进行重点强调。第二阶段，按每组4人，分工合作样品称量、仪器开机、仪器装样、程序设置，完成整个热重分析的几个关键步骤操作。由于热重测试时间较长，实验项目仅进行这几个关键步骤操作，然后轮换其他小组进行操作训练，最后可根据课程时间完成一个样品的测试过程演示。第三阶段，给每个小组分发指定样品测定热重曲线结构，由小组讨论、分析说明样品的起始失重温度、最大失重速度温度、灰分含量等关键数据，并根据样品结构和TG曲线，分析加热过程中样品可能发生的反应，并由每组代表进行课堂汇报。

5 线上线下混合教学评价

“高分子材料性能测试实验”课程学习可以利用“学习通”平台方便进行过程性监督和考核，以保证学生在整个学习期间的学习效果，并将所学理论用于实践。在加强线上过程学习监督和考核的理念下，提高课程线上过程性学习评价在总成绩的比例，引导同学们重视线上学习环节，设定课程最终成绩由线上过程学习、线下课堂表现和期末测验成绩三部分组成，其中线上过程学习成绩占比50%，线下课堂表现成绩占比20%，期末测验成绩占比30%。“学习通”线上平台可以监测学生对每个实验项目实验指导书、仪器操作规程、仪器实操视频、习题集等线上学习资源的学习时长、学习次数等学习情况，并给出对应学习积分，也能根据实验项目的线上测验结果给出考核分数，设置过程学习积分和项目考核分数比例，就可以在学习任务完成后给出反映线上过程性学习评价的线上学习成绩。线下课堂成绩依据同学们在实验室的仪器熟练程度，分组讨论、汇报以及实验报告等情况，由老师做出评价并给出相应成绩。期末测验依据课程教学目标，突出实践能力的考核评价，由学生现场随机抽取考核实验项目，以仪器实操形式进行考核，并根据同学们仪器操作的安全要求、注意事项以及操作规范性和熟练程度进行打分。这种线上线下混合的考核方法，有利于引导和敦促学生认真完成课程设计的每一环节，使考核评价严格贯穿于“高分子材料性能测试实验”课程线上学习、线下实践的全过程，有利于同学们巩固基础知识，提高实践技能，让线上线下混合教学模式在应用型人才培养的实践课程教学中真正发挥作用。

6 结束语

针对“高分子材料性能测试实验”实践教学条件以及传统教学方法中存在的不足，我们积极进行教学改革探索，以“学习通”为线上教学平台，丰富教学资源，分解线上线下教学目标和任务，推进线上线下混合式教学改革，提高了学生在实践课程中线上动脑、线下动手的效率和效果，突出了应用型人才工程实践能力的培养。在以后的实践教学中，我们将进一步完善实践教学条件，推动虚拟仿真实验平台的建设，将虚拟仿真与工程应用场景集成、融合，构建理论与实践结合、虚实结合的线上平台，增强专业实验教学效果，提高以工程实践能力培养为核心的应用型人才培养质量。