《材料物理》智慧课堂建设探索*

王守玲，章 敏，张金花，汪鹏飞，汪贤才

(池州学院材料与环境工程学院， 安徽 池州 247000)

在国际创新驱动竞争日益激烈的国际大环境下，国家积极推动创新驱动发展战略，大力发展新技术、新产业，以确保我国经济能顺利实现由高速增长阶段向高质量发展阶段转变[1]。新材料的开发和应用对高科技和现代工业的发展及国防建设具有巨大的支撑作用，能为创新驱动发展战略的实施提供源源不竭的动力[2]。目前，新材料的研究与开发速度日益加快，新理论、新工艺、新产品和新问题不断涌现，新材料的可持续发展迫切需要系统的理论指导与技术保障[3]。《材料物理》是从物理学基本原理出发阐释材料结构与性能之间的关系，为学生将来从事新材料的研究与开发奠定良好基础[4]。本文对材料物理课程改革的方式进行了探讨，并对基于“雨课堂”技术的智慧课堂的建设和教学实践进行了分析与总结。

1 新工科背景下材料物理教学模式改革的必要

为主动应对新一轮科技革命和产业变革，教育部自2017年以来积极推进新工科建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验、中国品牌[1]。新工科专业，主要是指以互联网和人工智能为核心的相关新兴专业，如大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等[9]。新产业对新材料、新技术和创新实践型人才的需求凸显了材料物理的重要地位，同时也对材料物理的教学提出了更高的要求。如何改革教育教学模式，培养创新能力强、实践能力强、具备国际竞争力的高素质复合型材料学人才，是课程改革的重中之重。《材料物理》是材料学相关专业的重要基础课程之一，旨在培养学生的开拓探索意识和创新思维能力。课程主要介绍电、磁、光、热及核物理等方面的基础知识，着重培养学生的创新意识和实践能力[5]。

1.1 材料物理教学现状和存在问题

材料物理是一门交叉课程，课程难度大，重基础，对基础知识和逻辑思考的能力要求较高。笔者在教学过程中发现，学生对物理类的课程较为畏惧，先入为主地认为课程枯燥且难度大。此外，由于大三年级学生尚未真正参与材料的设计实验，不能很好的做到理论联系实际，导致学生普遍反映本课程过于空中楼阁，高不可攀。因此，如何激发学生的学习兴趣成为课程改革的首要任务。

此外，课堂教学效果反馈不够及时。现行教学反馈主要有两种形式，一是课堂提问，二是课后作业[6]。然而，课后作业存在抄袭现象，不能有效体现学生对知识点的整体掌握水平。课堂提问-回答模式也只能反映少部分学生的学习状况。通过对往届学生考试结果的分析发现，学生在备考过程中，死记硬背的现象明显，不能做到知识点的灵活运用，反映了教学反馈的不足。因此，如何改进教学反馈模式以提高教学质量是课程改革的关键。

1.2 信息化时代学习方式的改变

高速发展的互联网技术改变了人们认知和学习的方式，传统的课堂教育正受到网络的强烈冲击[7]。随着QQ、微信、微博等社交网络平台对日常生活的不断渗透，学生的时间和精力被这些碎片化信息所占用，有效学习时间显著减少。与此同时，精品课程、慕课、公开课等在线教学平台发展迅速，为学生提供了足不出户即可跟随国内外教学名师的教学视频进行学习的条件。然而，在线网络教学平台虽有助于提高学生自主学习的积极性，但也会让学生不再满足于现有的课堂教学模式，降低课堂学习兴趣[8]。由此可见，传统的课堂教育正面临前所未有的挑战，课堂教学改革势在必行。

2 教学方法和教学手段的改革

2.1 理论与实践的结合

实践证明，理论知识与生活实践的结合可以较好的吸引学生的注意力，激发学习兴趣。鉴于学生普遍反映本门课程像空中楼阁一样飘渺，在教学过程中需要特别注意理论知识与生活实践的结合。例如，电学部分可联系超导电缆、用于太阳能电池的半导体材料、基于电介质理论的超级电容器等；磁学部分难度较大，可由生活中常见的磁带、磁铁、磁盘切入，向硬磁、软磁、巨磁电阻、磁流体等其他应用拓展；透明导电薄膜、红外光谱仪/紫外光谱仪的窗口材料、闪闪发光的宝石为光学部分提供了很好的案例介绍；在热学部分，以笔记本电脑内部元器件着手，让学生思考电子元器件应具备怎样的性能；核物理部分则通过核电站，普及核聚变及核裂变等核反应知识，让学生产生对物理学的兴趣。

2.2 启发式教学模式的引入

在课程导入时，以新科技、新材料作为切入点，吸引学生的注意力，为后续的理论学习打好基础。为了引导并督促学生课下主动追踪相关新闻报道及行业热点，课上提出多个课题，如透明导电薄膜的制备、光与颜色、灯的发展史等，让学生在课下分组进行资料收集、制作演示PPT，让学生主动了解行业动态及就业方向。

2.3 网络资源的推送

高速发展的互联网技术虽给学生提供了各种各样的信息和获取信息的渠道，却也衍生了多种易让人沉迷的休闲娱乐方式。例如，课间休息时绝大多数学生或是刷朋友圈，或是看在线视频、读电子小说，很少有同学主动对课程内容进行深入思考。如若能引导学生利用网络关注科技资讯、行业动态，将自身兴趣与所学专业进行结合，提前对自己的职业生涯进行规划，则有利于人才的培养。

纳米人、能源学人以及研之成理等科普公众号的出现为学生了解科研动向提供了平台。这些公众号的推荐，既补充了课堂理论教学的不足，又拓展了学生课下学习的渠道，提高了学生自主学习的能力。平昌冬奥会的《北京8分钟》、人造太阳等网络视频片段的播放，则引发了学生对科技类视频的关注。《开讲啦》、《朗读者》等人文情怀视频的推送，则可借鉴大师们的亲身经历和谆谆教诲，促使学生积极向上，百折不挠。

3 智慧课堂的实践

教学内容的精选与启发式教学模式的引入，初步提高了学生的学习兴趣。然而，教学过程中笔者发现，学生的参与度不高，教学反馈模式也有待改进。依托“雨课堂”、“学习通”等现代教学技术，为启发式教学的开展提供良好的平台。下文以“雨课堂”为例进行探索与分析。

3.1 预习和复习资料的推送

理想的课堂是师生均有备而来，且课堂上能有充分的互动，因此学生的预习显得尤为重要。借助“雨课堂”授课教师可以有效推送预习材料，如quiz、视频、语音或者拓展阅读材料等，让学生更全面地预习。课后还可以发送专项练习或试卷至班级，既督促了学生课后的自主复习，又提高了教师的作业批改效率。另外，这些交互平台省去了课上点名的时间，提高了教学的有效时长。

3.2 课堂教学效果的清晰呈现

智慧课堂的建设有助于教学效果的清晰呈现，这也是智慧课堂最大的优势。在授课PPT中插入练习题，设置答题时间，上课时发布至班级。学生提交后，即可生成课堂练习结果统计图。这一功能有助于有的放矢的对错答学生进行针对性辅导。另外，课程结束后系统会自动推送优秀学生及预警学生名单，这有助于授课教师对不同学习层次的学生给予不同的指导，便于因材施教。

3.3 课堂参与度的有效提高

以往提出开放型问题时，只有少数学生能与任课教师互动。大部分学生或是内敛、或是怕出错，尚未走出“你教我学”这种传统的学习模式，很难看到这部分学生的亮眼表现。弹幕功能很好地解决了这一问题。授课时开启弹幕功能，学生可把自己的想法以弹幕的方式发送。弹幕的利用既方便了任课教师对学生思路加以引导，又有助于学生开启头脑风暴。需要注意的是，在讲授知识点时需关闭弹幕，以免分散学生的注意力。

实践发现，在教学过程中引入“雨课堂”后，学生的课堂参与度、基础知识的掌握水平、自主学习的能力以及创新性意识和综合设计材料的能力均有所提高。

4 结 语

《材料物理》是材料专业的重要能力课程，旨在培养具有较强实践能力和创新能力的高素质复合型新工科人才。作为一门基础性理论课程，难度较大。在教育部对新工科建设和智慧教育的大力推广之下，本文对课程的教学内容和授课方式等方面的改革进行了探讨，旨在激发学生的学习兴趣，提高学习的自主性和积极性，为后续从事材料方面的相关工作打下良好的基础。