現代材料研究方法在線課程建設的設計與實踐

劉成龍+黃偉九+柴林江+周志明

摘要：本文介紹了現代材料研究方法在線課程建設的新思路，重點闡述了課程體系結構、課程教學內容、課程授課方式的設計與實踐。

關鍵詞：新材料；研究方法；在線課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）39-0194-02

在國務院學位委員會學科評議組制定和頒布的《材料科學與工程一級學科博士、碩士學位基本要求》中特別提出“材料科學與工程專業(yè)學生需學習與掌握材料的制備、組成、組織結構與性能之間關系的基本規(guī)律?！睘閷崿F材料科學與工程專業(yè)研究生的培養(yǎng)目標，中國現有140余所擁有材料科學與工程一級或二級學科的高校均設置了材料分析方法類課程。現代材料研究方法作為構建材料制備、組成、組織結構與性能之間關系的關鍵，是學生必須理解并掌握的專業(yè)基礎課程，是一門綜合性、實踐性非常強且知識前沿性的學位必修課程。通過本門課程的學習，可以為研究生的科研工作奠定堅實的專業(yè)基礎，對其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到至關重要的作用。目前，本門課程的授課方式較為傳統(tǒng)，基本以教師講授為主，學生參與教學的程度較低，教學效果不甚理想。針對課程特點，課程組利用在線課程，改進了教學方法與思路，擺脫了單純教師講授的上課模式。專業(yè)性在線課程要贏得高校師生的認可，必須有效解決這門課程傳統(tǒng)課堂教學的普遍性問題[1]。針對研究生群體的特色，在課程教學中以“培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力”為宗旨，由注重確定性知識的傳授向注重不確定性知識的傳授轉變；在不確定性知識傳授過程中注重培養(yǎng)研究生的實踐能力、反省能力，從而達到研究生課程教學由傳統(tǒng)的注重知識的傳授向注重科研能力的培養(yǎng)的轉變[2]。

一、在線課程的策劃

《現代材料研究方法》在線課程的建設以“問題解決”為主要策略[3]，主要從課程體系結構、課程教學內容、課程授課方式三方面進行課程策劃與制作。

1.重構課程教學內容。圍繞“知識—能力—素質—創(chuàng)新”這一主線，重點針對研究生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，在課程教學內容設計上突顯學術學位研究生培養(yǎng)中的科教結合，以及專業(yè)學位研究生培養(yǎng)中的職業(yè)發(fā)展能力形成。由“以儀器為中心”轉化到“以分析為中心”，由“技術培訓”轉化到“綜合能力培養(yǎng)”本課程過去的授課體系主要是對分析手段的介紹，改革中提出儀器要為科學研究服務，將授課思路設定在“深化基礎理論，聯(lián)系材料性質，剖析綜和案例，培養(yǎng)創(chuàng)新能力”，以材料性質研究為中心，弱化儀器操作，強化測試方法的實際應用。

2.優(yōu)化課程教學方式。本課程將教學內容進一步優(yōu)化，針對講授知識的差異，進行不同的授課方式設計：（1）原理的虛擬化教學。將本門課程中的測試技術原理與設備原理虛擬化，通過動畫方式進行原理分析，由學生自主學習。（2）重要知識點的微課化。對于每個重要知識點，利用微課程進行講授，同樣由學生自主學習，每個知識點根據四大知識模塊進行設計，各自獨立又相互串聯(lián)形成系統(tǒng)的知識網絡。每個微視頻設計時間容量為10分鐘左右，每個知識點包括5分鐘左右的問題回答環(huán)節(jié)，檢驗學生學習效果。（3）困難知識點的訪談化。對于課程中的困難知識點，以訪談式錄制微視頻。比如在講授電子衍射時，課程組設計了20余個問題，倒易點陣的重構、衍射斑點的解讀等。（4）學術資料的輔助化。針對每個知識點，為學生提供5篇左右的中英文學術閱讀資料，以便于學生更好地理解與掌握新知識。（5）授課課時的完整化。在保持授課學時不變的情況下，將課堂學時分為線上與線下兩種模式，線上課堂學習由學生自主學習與協(xié)作學習構成，共16個學時；線下課堂由教師與學生通過翻轉課堂實現，共16個學時。

3.改革課堂授課方法。改革前，課堂教學主要是授課教師唱主角，片面強調了“以教師為中心”，完全壓抑了學生的自覺性、積極性和創(chuàng)造性。改革后，課堂教學轉變?yōu)榉D課堂。通過在線課程的自主學習或協(xié)作學習，課堂上，主要以“問題解決”為導向，實現師生良好互動，充分調動學生課堂學習的自覺性與積極性。主要通過三種方式進行：（1）問題解答。在線上課堂中，學生線上提出學習過程中產生的疑問，教師通過匯總學生問題，提出代表性的問題，在線下課堂上組織同學們開展討論并做好答疑解惑。（2）案例分析。在線上課堂作業(yè)中，預先布置相關案例學習任務，在課堂上針對重點案例組織同學討論，完成重點與困難知識點的強化。（3）實驗模擬。通過課下作業(yè)方式，由學生分組自主完成技術路線與實驗方案的設計，并提交課堂進行講解與討論。

二、在線課程的制作

1.在線課程授課團隊的組織與分工。針對《現代材料研究方法》課程的教學要求與授課特點，課程組的設置主要包括授課與制作團隊。課程組負責人主要負責總體協(xié)調作用，把控課程的整體制作進度與經費使用。授課教師由4位教師組成，分別針對本門課程的四個教學模塊：結構分析、形貌觀察、成分測定、性能分析，分別設計教學大綱，梳理課程的知識點結構，擔當課程的主講。本門課程配備了4位助教，主要協(xié)助4位教師完成課程設計，設計課程習題和作業(yè)，管理在線答疑板塊。此外，還從學生干部中選拔課程志愿者，協(xié)助授課教師與助教做好學生問題收集、在線課程管理、訪談式教學組織。課程制作人，主要由學校信息中心的教師組成，負責視頻拍攝及后期制作。

2.在線課程教學內容設計。在線課程的課程大綱以知識樹的形式建立。課程單元清單按知識點講授順序建立，包括授課視頻、習題、討論、訪談錄像、補充材料、測試題目等。對于本門課程，課程組一共設置了60個知識點，其中，基礎理論與基本概念講授共20個知識點，X射線衍射部分共12個知識點，微觀形貌與結構部分為12個知識點，組織成分部分共8個知識點，其他性能分析共8個知識點。為了保證課程的授課質量、確保學生的學習效果，本門在線課程每周設置4個學時，共12周。

3.在線課程資源的制作。為了能夠更好地實現用鏡頭語言呈現授課內容的目的，本門課程的線上授課主要通過短視頻呈現，每個短視頻控制在7—10分鐘，給學生營造一種“一對一”授課的感覺。而對于視頻的呈現形式，主要通過以下方式實現：（1）出鏡講解，在該部分視頻制作中，本門課程授課教師重點針對難點進行講解。比如，在講授光譜項知識點時，由于光譜項較為復雜，難于理解。授課教師通過板書，同時結合幻燈片進行展示性講解。（2）手寫講解，相比于出鏡講解，手寫講解更適合那些涉及推導過程的授課內容。比如在X射線衍射方向與衍射強度的知識點講授部分，通過教師在黑板逐項進行推導，然后通過錄屏的形式保存下推導的每個過程。（3）實景講解，對《現代材料測試技術》課程而言，需要培養(yǎng)學生分析問題的能力，必須通過實踐操作，讓學生親自進行實驗，然后分析實驗結果，才能夠深刻理解所學知識。例如，在講授原子吸收光譜部分時，單憑課上講解和動畫模擬，學生很難理解為什么燃燒就可以獲得物質成分。在授課時，教師直接在實驗室進行，邊實驗，邊授課。這樣學生理解了原子吸收光譜的產生原理，了解了測試過程，清楚了數據分析方法，發(fā)揮了在線課程的優(yōu)勢，達到了更好的授課效果。（4）動畫演示，動畫演示可以作為授課視頻中的有益補充，尤其是分析測試的原理講解。此外，對于所有測試方法的操作過程及信號產生過程，課程組都通過動畫展示出來。（5）專題短片，為了提高授課內容的完整性與關聯(lián)性，課程通過專題短片的形式進行案例教學。比如在講授完X射線物相分析、EDS成分檢測后，課程設置了鈦合金氧化膜的成分與物相分析案例。將兩種測試技術在科研工作中的實際應用進行了強化，增強了學生利用所學知識分析實際問題的能力。（6）訪談式教學，訪談式教學以訪談的形式，循序漸進地將知識寓于對話之中，讓授課內容富有故事性，讓學習者有機會接觸到更多人的真知灼見。主要采用兩種方式，一是針對困難知識點的講解；二是工程實例，通過邀請相關領域專家、企業(yè)工程師，與學生面對面進行訪談交流，然后錄制視頻，植入在線課程。比如，課程組邀請了刀具表面硬化處理的工程師，通過講解刀具表面的氮化物制作與檢測，對課程授課內容起到非常好的補充作用。

三、總結

通過在線課程的建設與實踐，在《現代材料研究方法》授課過程中，學生的學習積極性得到調動，課堂氛圍與授課效果得到明顯提升。但也存在些許問題需進一步改進，如每位學生的學習投入程度的監(jiān)測、學生的課程學習效果評價、微視頻拍攝的專業(yè)化等問題。

四、致謝

本文是重慶市研究生教育優(yōu)質課程建設項目、重慶市研究生教育教學改革研究項目（yjg141003，yjgl133089）及重慶市高等學校教學改革研究項目（132039）的研究成果。

參考文獻：

[1]李欣午，牛東來.線上與線下雙重互動的翻轉課堂設計及實踐-以信息時代大講堂為例[J].現代教育技術，2015，25（12）：72-77.

[2]章麗萍，趙張耀，徐敏娜，等.研究生課程體系的重塑與優(yōu)化[J].學位與研究生教育，2013，（6）：38-41.

[3]張丙香，畢華林.問題解決學習機器教學策略研究[J].教育探索，2014，（11）：12-13.endprint