“材料科学基础”混合式教学模式改革与建设

张强 刘丹 肖海英

[摘 要] 线上、线下深度融合的混合式教学为专业课程教学改革提供了新的思路。本文针对材料科学与工程专业的核心课程“材料科学基础”，分析了其课程特点及目前教学中存在的问题，阐述了混合式教学模式改革的内涵，并提出了“材料科学基础”混合式教学设计的具体建设方案，以充分发挥混合式教学的优势，改善“材料科学基础”课程教学质量。

[关键词] 混合式教学;材料科学基础;教学模式;教学设计

[中图分类号]G642   [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2021） 07-0093-03

社会主义现代化强国建设需要大批有理想、有本领、有担当的高素质专门人才。本科生是高素质专门人才培养的最大群体，课程是本科生培养的核心要素，课程质量直接决定高素质人才培养质量。传统的本科生教学理念和方法以线下实体课堂教学为主，课程考核内容和方式缺乏科学设计，导致课堂教学质量较低，学生缺乏自我管理、主动学习和自主学习的积极性，也影响了其学习效率和本科生培养质量。2019年，《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》指出：“全面开展一流本科课程建设，树立课程建设新理念，推进课程改革创新”;“课程内容强调广度和深度，突破习惯性认知模式，培养学生深度分析、大胆质疑、勇于创新的精神和能力”;“教学方法体现先进性与互动性，大力推进现代信息技术与教学深度融合，积极引导学生进行探究式与个性化学习。”这为新时期高等学校的本科教学工作指明了方向。

随着信息技术的发展，将线上网络课堂教学与线下实体课堂教学深度融合的混合式教学模式逐步得到应用。该教学模式结合了在线教学和传统课堂教学的优势，体现了教学方法的先进性，有助于激发学生的学习兴趣和潜能，优化学生的学习效果，对于提升大学专业课程教学质量作用明显。本文以“材料科学基础”课程为例，探索了线上与线下混合式教学在“材料科学基础”课程改革中的具体应用，从而充分发挥混合式教学模式在高素质本科人才培养中的重要作用。

一、“材料科学基础”课程特点及教学中存在的问题

“材料科学基础”是材料科学与工程专业的重要基础理论课程，综合利用数学、物理、化学等基础知识来分析实际的材料问题。课程的主要内容包括材料内部的微观结构、原子或分子在固态中的运动、材料在受力变形时组织结构的变化和恢复过程、材料组织结构的转变规律等。通过课程的学习，让学生掌握材料科学方面的基础知识和基础理论，掌握材料的成分、组织结构、制备工艺与性能之间的相互关系，具备选用适宜的理论来分析与解决实际材料问题的能力。“材料科学基础”课程在培养学生创造性思维、综合研究能力和材料科学与工程实践能力方面占有重要的地位。

但是，目前的“材料科学基础”教学中存在一些问题：

第一，“材料科学基础”课程的知识点多、概念多、理论性强、知识面广。在课程的总学时数有限的情况下，既要在教学中做到主次分明、重点突出，又要充分调动学生的主观能动性。如果仅仅依靠教师的线下教学，在有限的课时内讲完、讲透所有知识点是非常困难的，学生学习也会有较大的难度，因此需要学生发挥其主动学习、自主学习的积极性。

第二，目前的教学中，教师主要借助多媒体，辅以黑板板书的方法。这种情况下，学生处于被动接受知识状态，缺乏独立思考，难以深入理解和掌握“材料科学基础”课程的重难点内容;同时，教师易在在教学过程中过多依赖多媒体课件，忽略了学生主动思考的过程。

第三，教学中师生的互动交流不充分。“材料科学基础”课程的目的是让学生在掌握材料科学基础理論的基础上，培养学生认识问题、分析问题、解决问题的能力，因而需要在教学中采用启发式教学、互动式讨论的方式。但是由于线下课堂教学时间有限、大班授课人数较多，课程教学中长期存在重理论讲授、轻互动实践的问题，缺乏与学生的讨论和交流，单纯的注入式教学会严重阻碍培养学生的创造性思维。

二、“材料科学基础”线上、线下融合教学模式改革

（一）混合式教学模式的内涵

混合式教学将线上、线下教学深度融合，是网络在线教学与实体课堂教学相结合的一种教学模式，已成为当前高等教育发展的一个趋势。国内外的混合式教学经历了技术应用、技术整合以及“互联网+”三个阶段。在技术应用和技术整合阶段，重点在于技术视角和教师视角;随着“互联网+”时代的到来，混合式教学逐步过渡到基于移动通信设备、网络学习环境与课堂讨论相结合，其内涵落到了学生视角，开始关注混合式学习带给学生的改变、对学生学习的支持上。

因此，在“材料科学基础”课程中进行线上、线下深度融合的混合式教学模式改革，不仅仅是面对面教学与在线教学的混合，更是在“以学生为中心”的学习环境下教学与辅导方式的混合。整个教学过程不仅关注如何教，更关注如何学以及学习的效果，由“教师为中心”转向“以学生为中心”，关注学生发展、学生学习和学习成效。另一方面，在教学中将移动终端、互联网等信息技术有机地整合到“材料科学基础”学习活动和课程中，创建“以学生为中心”的学习环境，给学生学习提供了更大的学习自主性;同时实现了学生线上的交互式练习、作业互评以及在学习社区中的交流，增强了学生与学生、学生与学习平台或者外部资源、学生与教师之间的互动交流，弥补了传统线下教学的不足。

（二）“材料科学基础”混合式教学模式的特征

基于以上分析，“材料科学基础”采用了以MOOC+SPOC课程为基础的线上、线下深度融合的混合式教学模式。在开设基于MOOC的SPOC基础上，根据“材料科学基础”课程大纲、教师教学和学生学习的需求，为学生提供个性化的、有针对性的学习环境。线上教学要求学生按照课程大纲自行学习指定的线上课程模块，并完成相应的在线练习和评测;线下教学采取“大班讲授+小班翻转”相结合的教学模式。大班讲授包括线上学习效果检查、线上教学内容回顾、课程内容重难点剖析、典型例题讲解等几个部分;小班翻转主要为小组研讨式课堂教学，线上、线下具体教学内容不重复。

在混合式教学过程中，通过对课程教学内容进行模块化组织和结构优化调整，采用线上自主学习、线下大班讲授、线下小班讨论等多种方式，强化学生对课程的理解广度与深度。在学时分配比例上，“线上/线下”的比例为0.7，“线上/线下大班讲授”的比例为0.9，这样充分保证了线下教学环节的时长，并考虑了小班研讨的必要性。

（三）“材料科学基础”混合式教学活动设计

“材料科学基础”混合式教学的教学活动如图1所示，主要包括教学准备（教学内容及资源发布）、网站学习（教师引导下的自主学习）和课后知识巩固、大班教学集中讲授和小班研讨课堂翻转等几个部分。其中，网站学习和课后知识巩固两部分主要通过SPOC学习平台进行，为线上;大班教学集中讲授和小班研讨课堂翻转，与学生互动讨论、交流采用面对面授课的方式进行，为线下。

1.教学准备

教学准备主要是指正式上课前期的“材料科学基础”教学内容及资源发布。在课程开始前，课程负责人根据材料科学与工程专业的培养方案规划教学内容、制定教学计划和教学方案。同时，按照“材料科学基础”课程大纲指定线上的课程学习模块，准备参考教材、文献资料、视频资料等教学资源，发布到课程学习网站供学生自主学习。

2.线上教学

“材料科学基础”线上教学是整个混合式教学的必备环节和重要过程。在“材料科学基础”课程负责人的指导下，学生在线学习指定的课程模块，自主学习、独立思考，并记录课程重难点问题。同时，学生根据课程负责人布置的任务，完成线上测试并进行线上作业互评，加深对课程内容的理解和掌握，巩固所学知识。在整个过程中，课程负责人会随时跟进学生的学习进度，关注学生的学习成效，并在学习社区定期发布讨论话题，以引导师生、生生互动讨论与学习。

3.线下教学

“材料科学基础”课程的线下教学采取“大班讲授+小班翻转”相结合的方式。

一方面，大班讲授包括线上学习效果检查、线上教学内容回顾、课程内容重难点剖析、典型例题讲解等几个部分，以检查学生的线上学习效果，并有效加强绝大部分学生的学习深度。

另一方面，小班翻转主要为小组研讨式课堂教学，利用分组教学、分组研讨的方式，化传统课堂的被动讲解、被动接受为混合式教学中的主动获取。例如，在学习“典型的位错交割”部分时，分为多个小组分别研讨“伯氏矢量相互垂直/平行的刃型位错的交割”“伯氏矢量相互垂直的刃型位错和螺型位错的交割”“伯氏矢量相互垂直的螺型位错的交割”等内容，分组讨论，并进行小组展示和组间互评，在自主讨论、相互质疑、讲师讲解中加深理解，激发了学生学习的主动性。同时在具体执行时，每个小组人数定为3～5人，避免了小组规模较大时容易出现的纪律差、态度松懈等问题，也不会出现小组人数太少时的共有知识少、合作力量有限等不足。

（四）“材料科学基础”混合式教学学习效果评价

基于上述的混合式教学活动，“材料科学基础”最终的学习效果评价采用累加式的考核方法，其成绩构成如表1所示。总成绩包括了“平台学习考核”“课堂考核”和“期末考试”3个组成部分，权重分别为30%、10%和60%。“平台学习考核”为线上考核，包括在线观看教学视频、线上测试、线上访问/讨论活跃度等3个部分;“课堂考核”为线下考核，包括出勤情况、课堂测试、课后作业等3个部分;“期末考试”为线下考核，采用闭卷笔试的方法对学生进行终结性考核评价。这种累加式的考核方法，涵盖了学生线上、线下学习的各个环节，能够通过考核引导学生主动学习，激发学生自主学习的积极性。

促进“材料科学基础”等专业课程改革和进行线上、线下深度融合的混合式教学，是目前材料科学与工程专业一个趋势。以“材料科学基础”课程作为对象，以学生为中心，将网络在线教学与实体课堂教学的混合贯穿课程教学的全过程，不断推进教学方法改革，才能真正实现课程教学质量的提高和本科生培养质量的提升。

参考文献：

[1]教育部.关于一流本科课程建设的实施意见（教高〔2019〕8号）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s70

56/201910/t20191031_406269.html.2019年10月30日.

[2]凌意瀚，楊洋，牛继南，等.新工科背景下的材料科学基础课程案例教学模式思考[J].教育教学论坛，2020（24）：253-254.

[3]吴诗婷，元勇军，白王峰，等.《材料科学基础》课程的教学现状与改革实践探索[J].教育现代化，2020（13）：67-68.

[4]王红洁，徐彤，席生岐，等.“材料科学基础”课程研究型教学改革与实践[J].高等教育研究学报，2015（4）：117-120.

[5]冯晓英，王瑞雪，等.国内外混合式教学研究现状述评—基于混合式教学的分析框架[J].远程教育杂志，2018（3）：13-24.

[6]郑静.国内高校混合式教学现状调查与分析[J].黑龙江高教研究，2018（12）：44-48.

[7]苏小红，赵玲玲，叶麟，等.基于MOOC+SPO的混合式教学的探索与实践[J].中国大学教学，2015（7）：60-65.

（责任编辑：张宏玉）