“高分子材料性能測試實驗”線上線下混合教學改革的探索與實踐

羅飛，李克文，朱凌，許軍娜

（湖南人文科技學院材料與環(huán)境工程學院，湖南 婁底 417000）

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式已經不能滿足社會需求，未來新興產業(yè)和新經濟呈現出工程實踐突出的特征[1],湖南人文科技學院高分子材料與工程專業(yè)也針對工程實踐能力培養(yǎng)的應用型人才培養(yǎng)模式開展了系列改革與探索[2]?；ヂ?lián)網技術和智能終端的飛速發(fā)展，打破了學生學習的時空限制，作為大學教師更應當認真思考，更新觀念，充分利用信息技術，不斷創(chuàng)新，將網絡資源與傳統(tǒng)教學方法相結合，打造適用于新工科下應用型人才培養(yǎng)的實踐教學模式。歐陽建明等[3]采用線上線下混合式實驗教學將以MOOC、虛擬仿真實驗為代表的線上資源與線下實體實驗教學相結合，形成以實為主、以虛為輔的教學模式。孔令琴等[4]在“光電儀器電子學實驗”教學中，實施了線上線下雙反饋一體化的混合式實驗教學模式，形成一個發(fā)現問題、及時反饋、調整實驗教學方案、跟蹤評價并持續(xù)改進的閉環(huán)教育過程。李婧等在“藥物化學實驗”教學中開展了線上線下混合式教學的研究，發(fā)現線上線下混合式教學模式能豐富實驗教學資源,增加學生自主學習環(huán)節(jié),提高學生實踐動手能力,教學效果顯著提升。

1 課程介紹

“高分子材料性能測試實驗”是實踐課程，涵蓋了“高分子材料研究方法”中紅外光譜、紫外吸收、DSC、TG等常見的分析方法，同時也包括了維卡軟化點測試、熔融指數測試、紫外老化測試、鹽霧測試、水平/垂直燃燒測試、氧指數測試、流變性能測定、粘結劑剝離強度測試等企業(yè)常規(guī)測試項目，是培養(yǎng)高分子材料與工程專業(yè)應用人才的一門必修課程。

2 傳統(tǒng)實踐教學存在的問題

在常規(guī)教學中實踐課程要求學生按照實踐課程項目順序，提前預習實驗指導書相關內容并完成實驗報告中實驗原理、實驗步驟的填寫，在實踐課堂老師講解實驗原理、操作步驟及關鍵點后，再由同學們操作儀器完成相關實驗任務，記錄實驗結果，并在課后進行實驗數據的計算和分析，最后得出實驗結論，完成實踐訓練項目。這種實踐課程的傳統(tǒng)教學方法在很多基礎實踐課程中都很常見，適用性很好。但由于“高分子材料性能測試實驗”課程實驗項目涉及的相關設備比較貴重，每個實驗項目大多只有一臺儀器設備，課堂上進行實驗原理和儀器操作的講解后，所剩時間不足，而且學生對儀器設備原理、結構不了解，操作不熟練，不可能讓每位學生輪流操作儀器。因此每個項目的實踐教學只能由部分代表操作儀器，完成實驗任務，剩下的同學“被動”甚至有不少同學“主動”地放棄實驗，實驗數據也只有幾組代表性的結果。這種情況下“高分子材料性能測試實驗”課程教學幾乎不能完成教學任務達成教學目標，而缺少課程實操檢驗環(huán)節(jié)的課程預習和課后作業(yè)等環(huán)節(jié)的教學效果也難以進行有效監(jiān)督。因此“高分子材料性能測試實驗”的傳統(tǒng)教學中，存在教學效果差，課堂學習氛圍懶散拖沓，實驗報告抄襲嚴重，部分學生放棄課程學習等諸多問題，導致不少學生在大四進行畢業(yè)論文操作相關設備時手忙腳亂，不知所措，本是培養(yǎng)應用型人才的關鍵環(huán)節(jié)，結果變成了師生共棄的水課、爛課。雖然其直接原因是實踐條件有限，但根本原因還是教學上沒有“因地制宜”，沒有采用適合于“高分子材料性能測試實驗”實踐條件的教學方法。

3 線上線下混合教學設計思路

“高分子材料性能測試實驗”課程從2018年開始依托“學習通”平臺嘗試建立線上資源，進行線上線下混合式教學模式的改革與探索，把原來實驗項目的教學目標、內容和任務分解為線上和線下兩部分，再根據線上線下對應的目標、任務，對課程內容進行重構，構建線上線下的教學模式。線上以知識學習為主，儀器操作訓練為輔。在實驗項目進行前，學生首先需要登錄“學習通”網站，完成實驗項目課件和儀器操作規(guī)程、儀器實操視頻的實驗理論和儀器操作的知識學習任務，在進行“學習通”平臺項目知識測驗后，拿到合格以上分數才能進入實驗室進行儀器實操。通過了線上測驗也即具備了實驗項目的基本知識，所以線下課堂主要以儀器的實操訓練為主，理論知識補充學習和檢查為輔。線下課堂根據教學內容和目的分三個階段進行：第一階段為理論知識查漏補缺。首先對同學們測驗過程中出現較多錯誤的理論知識進行補充講解，對易混淆或是難理解的知識進行提問并討論，回答同學問題，檢測同學們的學習情況，避免部分同學線上測驗蒙混過關。第二階段為儀器實操階段。首先就本次實驗項目內容、實驗步驟作簡單介紹，重點強調儀器的安全操作規(guī)范，并進行儀器操作的演示。然后按每組4～5 人，分小組輪換進行儀器操作訓練，保證每個小組都能夠動手操作儀器，但不一定完成整個測試過程。第三階段為數據分析討論。把課堂實驗測試結果或已有的測試數據隨機分發(fā)給各個小組，由各小組討論分析，處理數據，得到實驗結果，并進行課堂匯報。

4 線上線下混合教學實踐

以熱重實驗項目教學為例，教學大綱要求的實驗目的有了解熱重分析的基本原理和儀器結構，掌握熱重分析儀的操作方法和掌握熱重曲線的分析方法。線上資源根據實驗目的建設相關資源，如熱重分析項目指導書、熱重分析儀操作規(guī)程、熱重分析儀實操視頻、熱重分析習題集等。學生在線下上課前首先要在“學習通”上完成熱重分析項目指導書、熱重分析儀器操作規(guī)程、熱重分析實操視頻的學習任務，獲得“學習通”平臺課程學習的相應積分，并通過平臺在習題集中隨機生成20 道測驗題目，獲得合格分數后，才能進行線下課堂學習。也即學生在線上學習必須完成一定的學習任務，達到了解熱重分析的基本原理和儀器結構，掌握熱重曲線分析方法的線上目標后，才能進行實驗室儀器實操，同時通過對熱重分析項目指導書實驗步驟、熱重分析儀操作規(guī)程、熱重分析儀實操視頻的學習，讓學生對熱重分析儀的操作方法有基本了解，增加儀器操作的熟練度。進入實驗室環(huán)節(jié)后，第一階段，對熱重分析的基本原理進行提問，并針對同學們的回答補充講解，然后就穩(wěn)壓電源、熱重分析儀、氣泵、主機的開機順序、熱重分析測試樣品質量、測試參數設置、儀器操作要點等注意事項進行重點強調。第二階段，按每組4人，分工合作樣品稱量、儀器開機、儀器裝樣、程序設置，完成整個熱重分析的幾個關鍵步驟操作。由于熱重測試時間較長，實驗項目僅進行這幾個關鍵步驟操作，然后輪換其他小組進行操作訓練，最后可根據課程時間完成一個樣品的測試過程演示。第三階段，給每個小組分發(fā)指定樣品測定熱重曲線結構，由小組討論、分析說明樣品的起始失重溫度、最大失重速度溫度、灰分含量等關鍵數據，并根據樣品結構和TG曲線，分析加熱過程中樣品可能發(fā)生的反應，并由每組代表進行課堂匯報。

5 線上線下混合教學評價

“高分子材料性能測試實驗”課程學習可以利用“學習通”平臺方便進行過程性監(jiān)督和考核，以保證學生在整個學習期間的學習效果，并將所學理論用于實踐。在加強線上過程學習監(jiān)督和考核的理念下，提高課程線上過程性學習評價在總成績的比例，引導同學們重視線上學習環(huán)節(jié)，設定課程最終成績由線上過程學習、線下課堂表現和期末測驗成績三部分組成，其中線上過程學習成績占比50%，線下課堂表現成績占比20%，期末測驗成績占比30%。“學習通”線上平臺可以監(jiān)測學生對每個實驗項目實驗指導書、儀器操作規(guī)程、儀器實操視頻、習題集等線上學習資源的學習時長、學習次數等學習情況，并給出對應學習積分，也能根據實驗項目的線上測驗結果給出考核分數，設置過程學習積分和項目考核分數比例，就可以在學習任務完成后給出反映線上過程性學習評價的線上學習成績。線下課堂成績依據同學們在實驗室的儀器熟練程度，分組討論、匯報以及實驗報告等情況，由老師做出評價并給出相應成績。期末測驗依據課程教學目標，突出實踐能力的考核評價，由學生現場隨機抽取考核實驗項目，以儀器實操形式進行考核，并根據同學們儀器操作的安全要求、注意事項以及操作規(guī)范性和熟練程度進行打分。這種線上線下混合的考核方法，有利于引導和敦促學生認真完成課程設計的每一環(huán)節(jié)，使考核評價嚴格貫穿于“高分子材料性能測試實驗”課程線上學習、線下實踐的全過程，有利于同學們鞏固基礎知識，提高實踐技能，讓線上線下混合教學模式在應用型人才培養(yǎng)的實踐課程教學中真正發(fā)揮作用。

6 結束語

針對“高分子材料性能測試實驗”實踐教學條件以及傳統(tǒng)教學方法中存在的不足，我們積極進行教學改革探索，以“學習通”為線上教學平臺，豐富教學資源，分解線上線下教學目標和任務，推進線上線下混合式教學改革，提高了學生在實踐課程中線上動腦、線下動手的效率和效果，突出了應用型人才工程實踐能力的培養(yǎng)。在以后的實踐教學中，我們將進一步完善實踐教學條件，推動虛擬仿真實驗平臺的建設，將虛擬仿真與工程應用場景集成、融合，構建理論與實踐結合、虛實結合的線上平臺，增強專業(yè)實驗教學效果，提高以工程實踐能力培養(yǎng)為核心的應用型人才培養(yǎng)質量。