《材料科学基础》线上线下混合式教学探索

黄 啸，刘瑞平，韩 鹏，王 萌

［中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京 100083］

0 引言

随着传统互联网和移动互联网的高度普及，以MOOC、线上线下混合式课程、翻转课堂为代表的互联网新兴教育模式不断涌现，对传统的教学模式进行了有效的补充，同时也提出与传统教学模式截然不同的新的要求和挑战。其中线上线下混合式教学是新型教学模式的代表形式之一，混合教学模式既可以使用互联网的海量知识内容，又得以保留传统的课堂教学的师生面对面的高效沟通渠道，是一种让教师和学生充分互动，改变传统的独角戏式教学和突击备考的学习方式的重要教学改革途径。混合式教学通过传统互联网或移动互联网、课堂多媒体、虚拟现实等教学系统开展教学任务，在教师端可以充分利用数字化海量信息源，在学生端具有柔性学习时间和自主可控的学习状态，大大削减了刚性的课堂灌输式教学时间。这种学习方式改变了传统课堂教学中教学模式和师生互动方式，进而对教与学的构架产生了根本性的转变[1]。

混合式教学有着课堂教学和在线教学的双重优势，通过2 种教学形式的有机结合，使学习者既能够通过网络资源完成基本知识的储备，又能够通过线下的面对面增进知识的消化吸收和重难点的凝练拔高。经过数年的发展线上资源已经十分丰富，单就《材料科学基础》而言已有10 余所高校开通了在线课程，这就要求教师依据本校的专业和学科特色选取或者建设适合的网络课程并推送给学生。在网络课程中，大多数课程面对的是完全在线学习的学生，此类课程的知识点数分钟的片段推送，便于学生学习。但混合式课程具有显著区别，可以在线上更全面的知识点，在线下再次进行知识点的总结和归纳。

中国矿业大学（北京）对材料科学与工程专业《材料科学基础》课程开展了线上线下混合式教学改革以及核心课程教学质量全面提升教学改革。《材料科学基础》课程是高等学校材料科学与工程专业的基础理论课程，其基本理论来源于凝聚态物理、物理化学与合成化学，具体包括晶体学基础、相图、固体扩散、晶体缺陷、固体材料结构、变形与再结晶凝固、固态相变等知识内容。《材料科学基础》课程是学习后续专业课程和从事材料理论研究、新材料研发的基础，但由于课程知识体系庞大，知识理论抽象不易理解，学习难度较高，开展教学改革提升《材料科学基础》教学质量迫在眉睫。

1 混合式教学建设思路

混合学习的核心是要根据教学内容和对象不同而柔性选取适用的教学模式，合理使用互联网载体和课堂资源，从而获得最优的教学效果。混合教学既可以发挥学生的主观能动性，又能体现教师的教学引导功能[2]。混合式教学完整的教学环节应当包括课程导入、学习支持和教学评价。“课程导入”需要从课程性质、学习目标、知识体系、课程进度、考核方式等角度给予学生最直观的课程概述。对于混合式教学，适宜采用线上资源在课程开始将上述信息予以公布，引导学生主动思考相关问题，要求学生了解教学大纲、明确课程要求、规划时间安排、课程教学活动安排等基础问题。因此在混合式教学的同时，从学生角度要形成“混合式学习模式”。

“学习支持”环节是混合式教学的核心内容，首先是要提供网络教学资源呈现出原本需要课堂教学的内容以便学生预习、学习、拓展。教学资源既可以自主建设也可以依托网络教学资源。同时“学习支持”环节中应当搭建在线交流平台，学生可以在线实时与老师及其他同学交流学习中的疑问，老师也可以就学习中的重难点进行提问和复习拓展。“学习支持”环节还可以设置研讨环节，搭建师生、生生在学习平台的讨论区或聊天室平等的就某些问题展开讨论，由此可以激发学习积极性和深化对问题的认识，建构新型的师生关系[3]。除此之外，线上也可以组织分组学习，小组成员分工收集资料后实现线上随时交流共享，培养资料搜集能力和团队合作能力[4]。“学习支持”也离不开线下的教学环节，在线下课堂上教师可以采用传统上课模式，对重点的知识点进行进一步讲解。对于混合式教学而言，线上应当更加注重知识点的传递、习题的布置，而线下侧重知识点的应用和习题的讲解、重难点的深入讲解等。“教学评价”环节既可以利用传统的线下方式进行课堂考试，也可以利用线上习题库进行测验，并且线上可以记录学生浏览资料的情况，提问和讨论的次数和内容，资料阅读及贡献情况，学习心得等均可作为教学评价依据[5]。

2 教学实施案例

中国矿业大学（北京）《材料科学基础》课程教学团队搭建了线上学习平台，录制课程1200 分钟，建立试题库300 余道，平台课程已上线运行两个学期，学生反馈良好，图1 为课程首页界面。课程包括9 章内容，每一章分为数个小节，在每一章课程学习完成后会有固定的讨论区主题以及习题库供练习，同时课程还单独设立了讨论区供无固定主题的提问和讨论，下面就典型的混合式教学案例进行展示和讨论。

图1 线上教学平台

案例1：晶面与晶向密勒指数的教学。晶面与晶向密勒指数是晶体学基础的重要内容，在传统线下教学需要讲授基础理论、举例、例题及解答、习题等多个环节，所需课堂教学时长在3 个学时左右。引入线上线下混合授课之后，晶面指数、晶向指数的基础理论在线上完成，简单立方与密排六方的密勒指数确定方法、绘制方法亦可在线上完成，并且线上布置习题。学生在线上完成基础理论的学习并根据自身理解力使用一定的时间，让学生掌握学习的主动权。学生先行完成线上学习后，教师对学生学习花费时间、习题完成情况进行查看以确保线上教学质量，同时在课堂上对习题进行进一步讲解，并着重讲解密排六方的四轴晶向指数、晶面指数的表达方法，这一部分内容是该小结的重难点，仅依靠线上教学难以解释清晰。引入线上线下混合教学后，仅需要占用课堂1 学时左右的时间即可教学任务，并且重难点突出，学生掌握学习主动权而教师对整体教学进度和效果进行把控。

案例2：实际晶体中的位错。实际晶体中的位错是晶体缺陷中的重难点知识，在往年的线下教学中同学们反映难度较大。采用混合式教学模式在线上讲解难度较小的层错、单位位错和位错反应部分知识点，并完成相应的习题；在线下讲解以肖克莱、弗兰克不全位错为代表的重难点。通过上述线上和线下讲解的融合将该小节内容分成5 个知识片段，并把难度较大知识放到课堂学习，不占用线上的学习时间；难度较低的知识在课堂上不再重复，从而有效的发挥了线上线下的互补作用。

案例3：晶体的对称性。晶体的对称性知识具有较强的理论性，并且是固体物理课程的预备知识。由于该部分知识内容具有一定的独立性，并且知识点以理解和记忆为主，对知识点的应用要求不高。在往年的线下教学需要占用2 学时的时间去做理论讲解，学生的学习积极性不高。在混合教学课程中我们将该部分内容全部设置为线上教学，在自主录制课程的同时引入固体物理课程的链接，让学有余力的同学能够进一步深入学习，为后续其他课程做准备。

3 结语

随着互联网的不断普及和信息技术的发展，线上资源逐步成为线下课堂的重要补充。相比于单一的线下或线上课程而言，混合式教学将两种教学方式有机整合，保留了二者的优势，但同时也带来了教学设计的复杂性。针对《材料科学基础》课程，中国矿业大学（北京）开展了混合式教学试点工作，录制了线上课程并针对每一个知识点设计了线上和线下教学要点，教学方式得到了学生的充分认可，所取得教学成果顺利通过教改项目结题，并申报国家级一流线上线下混合课程名录。