基于SPOC的材料科学基础线上线下混合式教学模式的改革与实践

刘瑞平 许晨阳 黄啸 韩鹏 王琪

摘  要：在教育部提出的五大金课目标中，线上线下混合式金课凸显了信息时代教学过程的特点。文章首先概述了线上线下混合式教学的意义，结合我校材料科学基础课的改革实践与探索，从构建优质线上资源、设计课堂教学内容、引入在线虚拟实验及优化考核评估体系等四个方面，提出了材料科学基础线上线下混合教学模式的实施措施，期望能提高学生的学习兴趣和学习效果。

关键词：材料科学基础;线上线下混合;教学改革

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）12-0145-04

Abstract： Among the five golden course objectives proposed by the Ministry of education， the online and offline hybrid golden course highlights the characteristics of the teaching process in the information age. This paper first summarizes the significance of online and offline hybrid teaching， combined with the reform practice and exploration of the basic course of material science in our school， puts forward the implementation measures of online and offline hybrid teaching mode of material science foundation from four aspects： constructing high-quality online resources， designing classroom teaching content， introducing online virtual experiment and optimizing assessment system， hoping to improve students' learning interest and learning effect.

Keywords： fundamentals of materials science; online and offline mixing; teaching reform

在“互聯网+”时代，学校传统的面对面单向传输式现场学习模式已不能满足学生需求，融合传统课堂现场学习与网络在线学习优势的混合式教学，将成为未来学校教学的主要方式。混合式教学就是把传统的课堂教学和互联网学习的优势结合起来，既可以发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又可以充分体现学生作为教学主体的主动性、积极性和创造性。混合式教学改革一定会重构传统课堂教学，因为这种教学把传统教学的时间和空间都进行了扩展，“教”和“学”不一定都要在同一时间，同一地点发生，在线教学平台的核心价值就是拓展了教和学的时间和空间[1-2]。

材料科学基础课程主要阐述了材料的组成与结构、加工工艺、性质、使用性能和环境效应等要素之间的相互关系及其制约规律。它是材料科学与工程一级学科下设本科专业的一门专业主干课程，也是该方向研究生入学考试的“重头戏”。材料科学基础课程因涉及的专业知识面较宽，具有内容庞杂、需理解和记忆的知识点多、理论性强且微观抽象又不乏较强的实践性等特点，给教师的教学和学生的学习带来了一定的挑战。采用线上线下混合式教学，线上的资源是开展混合式教学的前提，因为作者倡导的混合式教学就是希望把传统的课堂讲授通过微视频上线的形式进行前移，给予学生充分的学习时间，尽可能让每个学生都带着较好的知识基础走进教室，从而充分保障课堂教学的质量。在课堂上教师的讲授部分仅仅针对重点、难点，或者同学们在线学习过程中反馈回来的共性问题。因此，开展线上线下混合式教学模式改革迫在眉睫。

一、实施策略

以材料科学基础的课程教学目标、学生的特征及需求分析为基础，构建了材料科学基础课程的线上线下混合式教学模式和方案（图1），实现了不受空间、时间的限制，线上线下相结合的教学模式，为传统教学提供了合理的补充。线上主要是以学生为主体，学习相关教学视频，完成教学测试，并反馈疑问;线下主要是以教师为主体，以线上平台所提出的问题为出发点，设计讨论案例，对所学知识进行扩展;最后学生和教师共同作为主体，通过课后作业及课程考核，共同完成这一门课程的考核与评价。

（一）录制课程内容知识点视频，构建线上教学模式

线上教学资源的建立是线上线下混合式教学的基础。要促使学生积极主动地、高质量地完成线上学习内容，必须完善线上资源的建设，具体包括需要对以前的课件进行一些修改，进行课程知识点的分解，录制和编辑微视频，以及给知识点设定学习目标并开发一些配套的练习题目等等[2-4]。作者前期组织材料科学基础教学团队的老师进行了知识点的归纳整理，同时申请学校的教学项目录制了视频，实现了高质量线上资源的建设，为线上线下教学模式的实施奠定了基础（图2）。具体实施过程为，首先明确课程前导内容、本节课学习内容、对学生的预习要求等，引导学生进行有目的的课前预习和在线学习。同时，在相关平台发布课程资源，如教学课件、教学视频、知识点考核、参考书目等等，满足学生一站式预习和学习的需求。并通过SPOC跟进学生课前预习和在线学习的情况，建立监督、激励、答疑解惑机制，从而激发学生的学习兴趣，提高自学效率。

（二）设计课堂教学内容，提高课堂教学效果

线上线下混合式教学模式由于加入了线上教学的部分，传统的课堂讲授部分内容变成了学生线上的自主学习，因此，作者需要重新设计课堂教学内容，以线上平台所提出的问题为出发点，增加课堂讨论、翻转课堂等环节，引入启发式、案例式教学方法和手段，引发学生思考与讨论，加深学生对相关知识点的理解，从而提高课堂教学效果[5]。针对材料科学基础这样一门专业基础课程，公式推导多、理论性强，线上教学主要可以解决基本知识点的学习，对于学习的重点和难点，可以在课堂教学中设计讨论环节，提高学生的学习兴趣和学习效果。如在讲解液态金属相关内容时，以“苹果（iphone）离液态金属还有多远？”让学生在课外阅读文献资料，组织学生在课堂上进行探讨、研究，以学生发言为主，各抒己见，让学生直接参与教学。在探究中让学生对材料科学中有关液态金属的结构、性能及制备工艺，晶体与非晶体等基础理论有深入的认识。在介绍Fe-C相图和金属材料中的高锰钢时，结合近期出现的关于高锰钢烧水壶会析出锰，让人变傻、变痴呆、致癌的说法疯传朋友圈，甚至掀起了一波“换水壶”潮。以“高锰钢电水壶你还敢用吗？”为案例，讲解研究钢铁材料的重要工具Fe-Fe3C相图，锰对钢中奥氏体相区的影响，锰在钢中的固溶与析出等。表1列出了材料科学基础课程中幾个知识点的线上线下教学过程设计情况。

（三）在线虚拟仿真实验与现场实验相结合

通过调研与盘点实验室现有资源，经反复讨论磋商，结合各个实验内容的自身特点，首先，开展在线虚拟仿真实验，材料实验教学分中心在前期的实践条件建设中，从北京科技大学引入了部分虚拟仿真实验项目（共可开设11个实验，其中结合我校专业特点，要求学生至少完成其中6个）。其次，积极沟通，利用兄弟院校教学资源开展在线实践教学，与西安理工大学联系，获得对方授权，利用该校的云课堂资源完成“金相显微试样制备”部分实验内容的教学（图3）。再次，录制实验教学视频，对于没有在线资源的实验项目，由分中心老师讲解、操作并录制教学视频发给学生进行学习，结合在线答疑完成该部分教学内容。最后，对于设计性等操作要求不高的实验，开展在线直播教学。对于操作要求高，不适合在线完成教学的实验项目，进行现场实验及讨论。

（四）优化线上线下教学过程评估体系

改变传统的考核方式，探索“全过程评价+非标准答案”的考核方法。有别于传统的课堂教学模式，采用线上线下混合教学模式后，需要重新设计合理的教学过程评估体系。不仅需要评估课堂教学过程中的学生参与讨论情况，而且需要对其线上学习过程进行合理的评估。通过设计合理的线上教学过程评估体系来检验学生的学习情况。在实践过程中，作者在每个知识点中设计了选择、判断等多种不定的考核题，以检验学生的学习效果。在最后的课程评估中，结合学生的线上学习、课堂讨论和最后课程考试的综合情况给出最终结果[6]，形成多元化、全过程的考核评价机制[7]。

二、结束语

线上线下混合式教学模式是在传统教学方法上的改进与创新，是信息革命的必然产物。线上与线下教学的结合不仅可以弥补传统教学方式中的短板，而且可以进一步延伸课堂，使得学生的学习兴趣得到大幅提升。在实际教学过程中，教师可以通过QQ群、微信群等将线上教学与线下教学进行有机结合。材料科学基础作为材料类专业最为重要的一门专业基础课，通过采用线上线下混合教学模式，学生可以在课堂教学外完成相关知识点的学习，同时可以通过查阅文献资料，解决线上学习过程中存在的疑问，教师通过合理设计课堂教学活动，加强相关知识点的讨论，使得学生对知识点的掌握程度得到大幅度提高，从而提高了教学质量。

参考文献：

[1]杨宇翔，黄继业，吴占雄.线上线下混合教学模式实施方案设计[J].课程教育研究，2015（5）：3-4.

[2]曹侃.线上线下混合式教学模式的探索与实践——以《无机及分析化学》课程为例[J].攀枝花学院学报（综合版），2017，34（2）：106-109.

[3]赵晓莉，徐德福，管益东.固体废物处理与处置线上线下混合教学模式的探索[J].教育教学论坛，2018，352（10）：138-140.

[4]胡江伟.“项目贯穿引领，任务驱动下的线上线下混合式”教学模式的设计与实施[J].环球市场信息导报，2017（36）：123-124.

[5]段珊珊.基于翻转课堂理念线上线下混合式教学实践探索[J].高教学刊，2017（9）：124-125.

[6]徐晓丹，刘华文，段正杰.线上线下混合式教学中学习评价机制研究[J].中国信息技术教育，2018（8）：95-97.

[7]杜湘瑜，李德鑫，陈长林.基于BOPPPS模型的模拟电子技术基础线上线下混合教学研究与实践[J].高教学刊，2020（13）：8-12.