线上平台助力《材料物理》课程教学改革探索

秦牡兰 刘万民

摘要：《材料物理》作为我校材料化学专业的一门学科基础课程，为学生学习后续专业课程和从事材料的设计、生产和应用提供必要的基础知识。针对当前《材料物理》课程理论性强、信息量多、課时量少等问题，借助“学习通”建立线上课程平台，通过线上课程平台开展课前预习、课堂练习、课后作业、主题讨论和建立课程资源库等来助力《材料物理》课程教学的开展，培养学生的自主学习能力和创新思维能力，取得了良好的教学效果。

关键词：材料物理  课程教学线上教学  线上平台  教学改革

[中图分类号] G4              [文献标识码]B

由于“互联网+”技术的发展，各种网络教学平台如雨后春笋般涌现，如超星泛雅、爱课堂、超星学习通等。与传统的线下教学相比，线上教学具有教学资源丰富、教学形式多样、不受时间和地域限制等优点而受到教育者的广泛关注[1]。2020年在新冠肺炎疫情影响下，各大高校响应教育部提出的“停课不停教、停课不停学”的号召，在一段时间内用线上教学取代了线下教学。但线上教学也显示出一些不足之处，如教师与学生之间缺乏面对面的情感交流，教师缺乏对学生的有效掌控，学生长时间面对屏幕也会感觉枯燥无味，线上学习氛围差等，实际的学习效果并不理想[2]。特别是对于学习能力比较弱、自控力不强的学生来说，线上教学的教学效果不尽人意。怎样结合线上教学和线下教学的优势，取长补短，优化资源配置，提高教学效果，是教育工作者们必须思考的问题。

1 课程地位

《材料物理》课程是我校材料化学专业的一门学科基础课，是学生在学习了《大学数学》《大学物理》《物理化学》《材料科学基础》等课程的基础上进行学习的。通过本课程的学习，学生将掌握材料物理的基本概念、基本原理、基本思维方法，能从微观的成分、结构，以及电子、原子（离子）运动出发，认知、探讨和研究材料的宏观物理性质及其背后的原理。本课程为学生学习《功能材料》《新能源材料》《无机非金属材料》等后续专业课程，以及今后从事新材料特别是功能材料的设计、生产和应用提供必要的材料物理基础知识;并对学生思维方式和能力素质进行训练，为学生日后在各领域发展奠定深厚的理论基础[3，4]。因此，持续改进《材料物理》课程教学效果具有非常重大的意义。

2 课程教学中存在的一些问题

《材料物理》课程内容总体分为理论基础知识和材料物理性能两部分。第一部分讲述材料的晶态结构、晶体缺陷、固态相变、固态扩散和电子理论，具有理论性强、概念多等特点;第二部分讲述材料的电学、磁学、热学、力学和光学等物理性能，具有模型较复杂、公式推导较多等特点。因此在传统的课堂教学中，学生难免会觉得课程枯燥无味、晦涩难懂，提不起学习兴趣，难以获得好的学习效果[5]。此外，随着教学改革的进行，课时量被压缩至48课时，而《材料物理》课程内容多，导致没有足够的时间来讲透相关材料物理性能背后的原理，以致学生囫囵吞枣，对知识的理解不够透彻，学习压力和教学压力都非常大。因此，对《材料物理》课程进行教学改革势在必行。

“互联网+”时代的到来，给《材料物理》课程教学中带来了一些新的教学模式，如“翻转式教学”“线上线下混合式教学”“以问题为基础的学习”等教学模式[6，7]等。结合线上教学的优势，这些教学模式有效地克服了传统线下教学过程存在的一些问题。笔者根据本专业学生自主学习能力不强、基础知识较弱的学习情况，借助“学习通”建立线上课程平台，助力《材料物理》课堂教学的开展，取得了良好的教学效果。

3线上平台助力课程教学的开展

3.1 线上课前预习，助力高效课堂学习

预习是一种良好的学习习惯，有利于培养和提高学生的自学能力，充分调动学生的学习积极性，提高学习效率。在《材料物理》课程教学中，由于课程理论性强、概念抽象，部分学生对高中物理和大学物理知识掌握不牢固，导致部分学生在学习时只能死记硬背一些重要的结论，不能理解材料物理性能背后的原理，学习主动性差，学习效果不佳[8]。因而课前预习对学生的课程学习显得尤为重要。

通过将理论学习与实际生活相结合来实现理论知识的具体化、形象化，并将现代应用在高、尖、精端领域的科研成果转化为教学资源来激发学生的学习兴趣，让学生了解材料的物理性能涉及的领域、在实际生活和科技发展中有哪些应用及如何联系实际进行理论知识的学习，并将这部分内容的学习以课前预习的形式在线上平台上进行，以培养学生的自主学习能力和创新性思维。

如在学习晶体学基础这一章节时，为帮助学生更好地理解晶体、点阵、晶胞等概念，结合学生已有的知识结构，将介绍晶体结构与晶体性能的视频以任务点的形式进行发布，并要求学生在课前进行预习，帮助学生将抽象的概念可视化。如联系生活实际，学生已有的知识结构是一些物质具有规则的外形和固定的熔点，但对其背后的原理知之甚少。将讲解晶体结构中原子的规则排列导致晶体具有规则的外形、固定的熔点等性能的视频来介绍晶体的概念、结构、点阵结构和晶胞的概念等，并帮助学生理清《材料物理》课程的主线—结构决定性能。由于视频是建立在学生已有的知识结构和生活常识上，因此学生在进行课前预习时，能自然地融入教学课程，缓减学生的畏难情绪。

在学习半导体的导电性这一章节时，借助“学习通”平台，笔者将介绍生活中半导体材料及其器件如晶体二极管、集成电路、芯片等的相关材料方面知识的短视频、动画等，以任务点的形式发布并配以相应的知识点题目，如什么是半导体、半导体分为哪几类、生活中常见的半导体材料和器件有哪些等，可帮助学生了解半导体的概念、分类和应用等，同时拓展学生的知识面，引导学生进行思考。将理论知识的学习与实际应用结合起来，让学生感受到材料物理知识就在身边、在生活的各个角落，拉近了学生与理论知识的距离，提高学生的学习积极性和主动性。

落实课前预习的关键是要学生愿意去学习，所以课前预习的视频画面要清晰，时间不能太长（少于10min），设置的问题或主题讨论不能太难且与课程内容紧密联系。教师根据“学习通”平台的记录，可以了解学生的预习情况及预习效果，上课时能更有针对性地对一些知识点进行讲解。进行了课前预习后，学生在课堂上能更好地进入学习状态，比较轻松地跟上教师的授课节奏。

3.2 借助课程平台，开展高效课堂教学

当今大学生的生活都离不开手机，即使不玩手机，上课的时候也会情不自禁地去摸摸手机，与其三番五令禁止学生玩手机，不如让手机走进课堂，成为学生学习的工具[9]。在传统课堂教学中，教师点名费时费力，笔者利用“学习通”平台的签到功能，可在1min内完成学生签到，学生操作简便，教师查看方便，且学生对通过“学习通”进行签到感觉特别新颖，提高了学生的学习兴趣。出勤率与平时成绩挂钩，且缺勤3次的学生不能参与期末考试，所以利用签到功能顺利地提高了学生的出勤率。

在传统课堂中，教师提问或进行课堂练习时，有些学生害羞，不参与到答题过程中来，有些同学根本不懂知识点，但也不好意思表达出来，导致教师和学生互动不顺畅，课堂气氛不活跃，教师也无法掌握学生真正的学习状态。通过课程平台的“随堂练习”发布问题，学生直接使用手机通过平台对问题进行解答，平台实时统计作答情况，教师可及时了解所有学生的真实学习情况和对知识点的掌握情况，并相应地进行课堂授课的调整。

如在学习密勒指数这一小节时，课前将标定晶向指数和晶面指数的练习题发布在“随堂练习”上，课堂上讲解完密勒指数的标定方法后，要求学生进行随堂练习，通过练习加深学生对密勒指数知识点的理解和应用。此外，学生做题后也能得到及时反馈，了解自己对知识点的掌握情况，有针对性地调整学习状况。在整个过程中，学生既进行了学习，又“玩了手机”，还活跃了课堂气氛，何乐而不为。

3.3 课后作业线上线下相结合

《材料物理》是一门学科基础课，课后作业对于学生对基本概念、基本原理和基本方法的理解和掌握非常重要。传统的课后作业大多为问答题和计算题，所能包含的知识点少，且教师在批改作业时需要时间，导致学生的课后作业都得不到及时的反馈，教师也无法及时了解学生对知识点的掌握情况。通过课程平台的“作业”功能，教师可以将需要掌握的知识点以多种形式来布置作业，如以选择题、填空题和判断题的形式发布作业，并辅以线下的问答题和计算题，全面考查学生对知识点的掌握情况，及时了解学生的学习情况，对后面的授课进度进行相应的调整。

例如，在学习完马氏体转变这一章节后，通过课程平台的“作业”功能发布作业。通过将关键词设置成填空项帮助学生掌握马氏体、热弹性马氏体、形状记忆合金等概念，设置判断题帮助学生理解马氏体转变的特点，设置选择题帮助学生了解马氏体转变的动力学和热力学。通过完成这些练习，有利于学生将课堂上所学的知识点进行消化和巩固。学生在课程平台上提交的作业能得到及时的反馈，对一些理解有误的知识点进行更正，对一些没掌握的知识点进行重点复习，这样有利于加强学生对课堂重点知识点的理解和掌握，并提高学生的自主学习能力。

在课程教学过程中，以学生为主体、教师为主导，鼓励学生积极参与互动。学生可以通过课程平台的“主题讨论”将课堂学习过程中和课后作业中遇到的疑难问题给教师留言，其他同学都能看到这些问题，也能参与讨论。教师可鼓励学生互相解答，也可进行指导解答，在思想碰撞中擦出智慧的火花。

例如，在学习材料的力学性能时，有学生就针对低碳钢的应力—应变曲线提出了自己的疑问。低碳钢为什么没有在拉伸应力达到最大值时发生断裂，应力达到最大值后为什么会随应变的增加而减小？这似乎与实际情况不相符。针对这个问题，可以引导学生进行思考和讨论。笔者提示在低碳钢的应力—应变曲线中，其应力为名义应力而非真实应力后，同学们进行了充分讨论，最后得出结论。利用课程平台的“主题讨论”功能，使教师和学生之间以及学生与学生之间的交流成为共享资源，这样可使一些共同问题得到探讨和解决，减少教师对一些问题的重复回答，同时也提高了学生的学习热情。

3.4 线上主题讨论，升华学习内容

主题讨论是学习知识的综合、总结、升华和学以致用，要很好地开展主题讨论，需要学生去查阅大量的资料，做全面的准备，这需要大量的时间，而《材料物理》课程本来就内容多，课时少，所以在课堂上进行主题讨论不太方便，教师可以将主题讨论在平台上进行，不受时间和地域的影响。学生可以利用课后时间和网络资源，查阅大量的文献资料，进行充分的主题讨论，这也避免了部分学生由于害羞而不敢面对面发言的尴尬。

比如学习完半导体的导电性这节内容后，让学生在课程平台上观看芯片的制造过程，然后在课程平台的“讨论”区进行讨论。讨论制造芯片为什么要用半导体？基本原理是什么？制造芯片的关键技术是什么？我国芯片制造业的现状怎么样？让学生将课堂理论知识与实际应用结合起来，培养学生学以致用的能力和创新思维能力，并让学生了解我国科技技术水平的发展情况，激发学生的科学探索精神和爱国情怀，进而增加学生学习的责任感与使命感，引导学生对科学技术研究与国家的发展进行思考和讨论，达到科技强国的课程思政元素教育。因此，利用线上课程平台可以很好地将课程思政润物无声地融入整个课程教学过程中。

3.5 建立資源库，扩展知识面

网络教学的优势是资源丰富，但资源分布很零散，参差不齐，甚至有些资源还存在错误，要学生去网络上收集与课程相关的资料并进行甄别是很困难的。笔者收集和整理了很多与课程相关的资源，而将这些资源在课堂上一一展示给学生看也是不可能的。笔者将这些教学资源建立相应的资源库，如图片与视频库、课件库、试题库、名词术语库、知识扩展库等，放在课程平台的资源库里，丰富学生的学习资料来源，然后根据教学进展把相应的资源推送给学生，让学生在课外能非常方便地拓展知识面。学生在预习、做作业和复习课程知识过程中，遇到疑难问题时也可以通过查看资源库来解决问题，加强学生对课程知识的理解和应用能力，培养学生的自主学习能力和分析问题与解决问题的能力。

3.6 平时成绩考核形式多样化

随着教育体系的改革，现在的教学更加注重学生的平时学习表现，不再以考试成绩作为唯一的考核标准。《材料物理》课程的平时成绩占期末成绩的40%，对期末成绩的评定影响很大。在传统课程教学过程中，平时成绩由平时作业和课堂问答组成，但学生对问题回答不太积极，造成平时成绩组成单一，不能很好地体现学生平时的学习状态，同时也导致学生平时学习不认真，考前突击现象严重，不能真正地掌握课程内容，不利于学生学习能力和创新能力的培养[10]。

借助线上课程平台，对学生的课前预习、出勤、课堂练习、课后作业、主题讨论和课后学习都有详细的记录，坚持“学生的平时成绩=20%作业+10%课堂互动+10%签到+20%课程音视频+10%讨论+30%线下”的方案，这让平时成绩考核形式多样化，能更好地反映学生的学习状态，同时也给平时成绩的评定提供了依据，让平时成绩更加有据可查，更加公平和公正。此外，平时成绩的评定也可督促学生进入课程平台更好地完成相应的学习任务。

3.7 教学总结更全面

课程教学结束后，在进行教学总结和分析时，借助“学习通”的统计功能，通过查看学生对每个章节的任务点的学习情况、作业的完成情况、讨论的参与情况等，可以较全面地了解学生在整个课程学习过程中遇到的一些疑难问题和存在的一些共性问题，在下一学年开展课程教学时可以有的放矢，进行有针对性的问题解决，从而有利于课程教学的持续改进。

例如，在学习材料的力学性能时，利用线上平台开展用位错理论解释固溶体合金比其溶剂金属具有更高强度的原因的讨论，有些学生由于对固溶强化原理理解不够透彻，不能很好地用理论知识来分析具体情况。在下一学年的教学过程中将通过理论联系实际，可通过分析钢比纯铁具有更高的强度的原因，对此知识点进行强化讲解，以加深学生对此知识点的理解和掌握。

4 结语

笔者借助“学习通”建立线上课程平台助力线下《材料物理》课程的教学，取得了良好的教学效果。与传统课堂教学模式相比，该教学模式较好地解决了《材料物理》课程理论性强、概念抽象、内容多、课时少的问题，明显提高了学生的学习热情和学习积极性，培养了学生的自主学习能力和创新思维能力，班级成绩相对以往班级也得到明显提高。学生对该教学模式给予了很好的评价，他们反馈通过结合线上平台的学习，对概念的理解更加清晰，使原理的学习更加生动，学习过程中遇到疑难问题时也能得到较好的解决，学习起来更加轻松有趣。

借助线上课程平台，教师可以更好地监管教学过程，根据学生的学习掌握情况实时地调整授课节奏，并对个别学习情况不佳的学生进行课外辅导和知识点梳理;在教学过程中加强与学生的交流互动，建立良好的师生关系，不断进行教学总结和分析，有利于教学的高效开展和教学效果的持续改进。

参考文献

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[10] 付芳.以“材料物理”课程为例构建“全程多元化”考核方式[J].科教文汇，2017（375）：58-60.