线上线下混合模式教学在创新实验中的探索

张春媚，陈 婷，吴正颖，杨晓刚，郭春显

(苏州科技大学材料科学与工程学院，江苏 苏州 215009)

2020年“新冠”疫情的肆虐扰乱了高等院校正常的教学秩序，特别实验实践类课程的教学工作面临前所未有的挑战。为深入贯彻落实习近平总书记关于坚决打赢疫情防控的重要指示精神，教育部发布了《关于疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》，提出了“停课不停教、停课不停学”的要求，强调开展线上教学活动[1]。线上教学可以解决学生学习受地点限制的困扰，实现居家或隔离情况下自主学习的目的，而且给学生营造了开放、自由的学习环境，能够保证个体学习效果和效率。然而，单一的线上教学存在一些严重的缺陷与不足，例如，师生之间的互动效果较差，学生在线学习存在“挂机”现象，学习效果难以保证。此外，受节假日期间各地疫情反复的影响，准时进行线下教学存在困难，因此研究线上线下混合教学成为高校教学探究的主要教学模式。而材料制备或加工类实验课程作为一门实践课程，在实践中思考该如何开展线上线下混合模式教学，成为各高校开展实验课程的主要教学方式和研究任务[2-4]。

苏州科技大学材料科学与工程学院是在材料科学与工程学科和材料科学与器件研究院的基础上成立的研究教学型学院。材料类创新实验课程是我校功能材料、新能源材料与器件专业的必修课程。创新实验以综合性、高阶性课题研究为核心，利用科研仪器分析，具有较强的应用和实践性，目的是让学生掌握创新实验原理、操作、数据处理及应用，提高学生动手能力，调动学生的积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，在教书育人的同时，响应新工科和立德树人的教育氛围，全面提升学生的创新实验能力。

创新实验线下教学过程：学生课前预习一学生写好预习报告一教师讲解实验原理及注意事项—教师演示仪器操作一学生分组实验一学生课后上交实验报告。传统的实验教学主要以教师的讲授示范为主，其中存在几点不足：一是教师针对原理知识讲解及演示实验一般只讲解一遍，要留给实验充足的时间；二是学生短时间内接收知识有限，很难做到全面理解；三是师生之间缺乏互动，学生对创新实验理解有出入，实验数据处理不当。

近年来，“互联网”成为高校教学有效的辅助工具，能够把信息技术和手段运用到实验课教学中[5]。而线上线下混合式教学模式是把网上教学平台资源和传统课堂教学结合起来，利用先进的现代化教学手段、工具来辅助教学整合教学资源，优化实验教学效果[6]。该教学模式主要以学生为中心，为学生提供更多的视频学习内容，给与学生充分的理解和消化时间，关注学生学习过程，师生之间能够及时进行互动，提高学生的学习积极性。当前，在疫情反复的情况下，线上线下混合式教学是高校实验教学必经之路。疫情有效控制时，可以线下实验实践教学，同时为学生提供更多的学习交流QQ群以及实验学习视频，提高学习效果；疫情爆发时，线上教学主要以理论教学和实验视频为主，等疫情控制时，再返校进行创新实验操作。线上教学方式主要依托腾讯会议和QQ群的强大功能来辅助教学。学生点击教师分享的腾讯会议链接输入会议ID进入群组，学习实验理论知识，实现在线即时互动教与学。教师在QQ群中可以上传相关的理论知识及视频，帮助学生深入学习，学生也可通过QQ群与老师交流，实现一对一教学。我院借助腾讯会议和QQ群等学习平台，利用混合式教学模式，开展创新实验教学。本文以创新实验“P型金属氧化物Co3O4的丙酮气敏性能研究”为例，介绍传统课堂和线上线下混合模式开展的实验教学。

1 传统课堂开展创新实验教学——以“P型金属氧化物Co3O4的丙酮气敏性能研究”为例

1.1 实验原理

气敏传感器能够将丙酮与敏感材料相互作用的信号转化为对应的电信号，实现对丙酮气体分析，具有操作简单、响应快速、成本低、易于微型化和自动化等优点。P型半导体的载流子为空穴。Co3O4是一种带隙为1.6～2.2 eV的p型半导体。气敏检测机理如下：在空气中，氧分子会吸附在材料表面，获取材料附近电子，形成不同形式的吸附氧，随着材料表面附近电子的转移，材料表面会形成空穴堆积层，电阻会随着材料内部空穴浓度的增加而变小；在丙酮气氛中，材料接触丙酮，丙酮发生氧化还原反应，释放的电子会与空穴结合，减少材料价带的空穴浓度，使电阻变大。因此，气敏检测平台将丙酮信号转化为电阻信号。

1.2 实验步骤

1.2.1 开 机

先打开气敏测试仪器电源，打开加热台电源，打开循环水泵按钮，打开计算机。

1.2.2 器件安装

将P型金属氧化物器件安装在气敏测试平台上，用电极压紧，听到滴声后表示已连接好。

总之，作为一种创新型的学习方法，移动学习在我国大学里还没有得到广泛推广。如何将这一新方法融入并应用到具体的英语学习中，特别是如何将理论与学生的学习实践结合起来，还是一项非常重要的研究课题。要想实现移动学习模式，除了教师要转变教学方法、学生要积极自觉学习外，还需要学校、社会、国家等相关部门的政策、技术、资金等多方面的支持。

1.2.3 设置条件

双击打开测试软件界面，界面出现“Open the electrical measurement successfully”和“Openthe environment successfully”点击“OK”表示仪器成功开启；点击“R-t”模式，点击“SMU1”将电压设置为500 mV，勾选右侧“SMU1”设置测试时间36000 s，勾选Measure；设置加热台温度为100 ℃，老化时间半小时，点击“Run”。

1.2.4 丙酮气敏测试

将丙酮溶液或其它挥发性有机溶液加入石英蒸发皿中后，关闭气室并在气室中打开蒸发装置。气体可以使用微量注射器直接通过顶部气体端口注入腔室。在阻值达到另一个相对稳定的平台后，打开腔室并允许空气进入腔体。传感材料的响应强度由空气和分析气氛中的电阻来评估。即Rg/Ra，其中Rg和Ra分别是传感材料在目标气体和空气中的电阻值。

1.2.5 数据存储

测试完成后，点击停止按钮，保存图片和数据两种格式。

1.2.6 数据存储关机

测试完成后，将热台温度设置为25 ℃，当热台温度在100 ℃以下时，即可关闭测试系统，关闭软件以及水循环系统。

1.2.7 数据处理

将数据导入origin图。

(1)做出Rg/Ra响应强度与温度的关系图确定最佳工作温度

(2)在最佳工作温度下做出Rg/Ra响应强度与时间关系图确定响应和恢复时间。

2 线上线下混合模式创新实验教学——以“P型金属氧化物Co3O4的丙酮气敏性能研究”为例

线上线下混合模式教学主要分为3个部分：线上教学、课堂实验和课后分析。

2.1 线上教学(理论知识+创新实验视频)

在开始线上教学之前，教师提前一天将制作好的创新实验课件以及视频上传至网络空间如QQ群，要求学生进行课前预习，要求学生对P型金属氧化物气敏检测丙酮机理、实验的操作步骤、注意事项以及数据处理有一定的了解，并观看视频，完成打卡；线上教学，教师主要针对创新实验的气敏检测机理、实验设计思路、实验注意事项等做详细的讲解，指导学生提出问题并进行解答，学生完成预习报告。

2.2 线下创新实验教学(课堂实验)

首先，课堂实验之前检查学生线上学习效果，由学生阐述实验目的、实验原理及注意事项。其次，让学生陈述一遍实验操作，过程中讨论实验注意细节，针对学生未讲到的由教师补充；最后留给学生充足的时间，分组进行实验，并再次强调实验安全问题。

2.3 实验课后分析

每组学生整理实验数据，分析数据、总结实验、完成实验报告。过程中存在问题可随时通过QQ联系老师，获取进一步指导。

创新实验的综合成绩根据学生打卡、预习报告、课堂陈述与讨论、实验操作、实验报告、互动情况等过程进行评定。教师归纳总结实验中的问题和不足，分享到QQ群里，让学生进一步思考，提高学习效果。

3 线上线下混合模式教学的优点和教学效果

线上线下混合教学与传统课堂教学的对比图(图1)充分体现了线上线下混合模式教学的优势。通过线上线下混合教学的设计，打破了传统线下实验课的教学模式，该模式的教学优点主要有以下五个方面：一、该模式教学由以老师讲解为主，转换为以学生自学动手为主，提高了学生的自主能动性；二、线上课程以视觉化效果使学生提前熟悉实验流程，提高学生对实验的兴趣，避免了学生针对枯燥文字描述实验的厌烦；三、混合模式教学的线下课程省去了老师的讲解，为学生的实验操作争取了更多的时间，更有利于学生的实验；四、线上教学为创新实验丰富了实验地点和互动手段，有利于学生进一步了解实验，也有利于老师的答疑解惑；五、线上线下混合模式教学丰富了教学评估方法，不但可以通过预习报告、实验报告和实验操作，还可以通过学习打卡和课堂互动等评估学生成绩。

通过线上线下混合模式的教学能够达到以下几方面的教学效果：(1)学生在线上课程中与老师的互动，能够充分了解实验可能会出现的各种问题，避免了线下实验时的不知所措和慌张；(2)线上线下混合模式教学便于教师与学生之间的有效沟通，提高学习效率；(3)线上线下混合模式的教学大大提升了学生对未知实验的主动学习，有利于培养学生的自主能动性；(4)从实验数据处理整体情况来看，学生数据处理能力明显提升，说明通过线上线下混合模式教学，学生对创新实验的掌握程度有明显的提升。

图1 传统教学与线上线下混合教学对比

4 结 语

我校材料科学与工程学院结合线上和线下实验教学的优势，把实验课堂和互联网教学平台有机结合，构建的线上线下混合模式教学，给学生充足的预习、讨论空间和时间，实现了以学生为主体的教学形式，在教师的指导下，学生发挥了自我能动性，按时完成学习计划，积极参与互动，提高了实验课堂的实时性和共享交互性，有利于培养学生独立思考和创新的能力，并提升实践类课程人才培养效果。