《材料科學與工程基礎》MOOC建設與教學實踐

冉起超，凌 紅，丁春梅，李 曹，劉曉玲，趙長生

(四川大學高分子科學與工程學院，四川 成都 610065)

材料在人類的生產生活中是必不可少的物質基礎，是人類社會發(fā)展的巨大推動力。材料的使用和發(fā)展與生產力和科學技術的水平密切相關，人類的歷史發(fā)展按照使用材料的變化分為石器時代、陶器時代、銅器時代和鐵器時代，目前，新材料已成為科技發(fā)展的重要標志之一。材料科學是以材料為研究對象的科學，在于認識材料的本質，而材料工程是材料科學知識的綜合及運用。材料科學與工程基礎是20世紀60年代初期創(chuàng)立的研究材料共性規(guī)律的一門學科，其研究內容涉及金屬、無機非金屬、有機高分子及復合材料的成分、結構、加工同材料性能及材料應用之間的相互關系[1]。在此背景下，為了培養(yǎng)材料學相關的專業(yè)人才，《材料科學與工程基礎》課程應運而生。目前，該課程已經成為工科類高等院校中材料類專業(yè)學生的公共基礎課程，通過該課程的學習使學生具備對“大材料”的基本認知，從而能夠更加從容地進入專業(yè)課程的學習[2-4]。

MOOC(慕課)是Massive Open Online Course的縮寫，直譯為“大規(guī)模在線開放課程”，是互聯(lián)網與教育成功結合的產物。MOOC是一種在線教育模式，于2008年由加拿大愛德華王子島大學網絡傳播與創(chuàng)新主任Dave Cormier與國家人文教育技術應用研究院高級研究員Bryan Alexander聯(lián)合提出來[5]。2011年秋，斯坦福大學開出了《人工智能導論》在線課程，之后MOOC得到迅速發(fā)展。MOOC最大的特點和優(yōu)勢在于任何人都能夠免費注冊使用，且具有在線學習、參與討論、完成作業(yè)、在線考試等一套系統(tǒng)的課程授課和課程學習的模式，使愿意學習的人足不出戶就能夠獲得全國乃至全世界優(yōu)質課程的學習機會[5]。我國的MOOC建設起于2013年，先后有眾多高校參與其中，經過幾年的發(fā)展，上線慕課數量已達5000門，學習人數超過7000萬人次，足以說明MOOC的受歡迎程度和繼續(xù)發(fā)展MOOC的必要性。

本文介紹了四川大學的《材料科學與工程基礎》課程的發(fā)展概況，重點敘述了該課程在MOOC建設中的探索過程，以及該MOOC在愛課程“中國MOOC”平臺上的實踐情況，最后，對該MOOC的進一步發(fā)展提出了幾點認識。

1 《材料科學與工程基礎》課程的發(fā)展

四川大學的《材料科學與工程基礎》課程源于1989年開設的本科生專業(yè)核心課程《高分子材料導論》中的部分內容，于1996年正式開設此課程。經過不斷的打磨和鍛造，四川大學的《材料科學與工程基礎》課程于2004年被評為國家級精品課程。該課程從材料科學與工程的“四要素”出發(fā)，采用“集成化”的模式，詳細講授了金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料等四大類材料的共性規(guī)律及個性特征。該課程主要面向高分子科學與工程學院的本科二年級學生，通過該課程的學習使學生建立材料的組成/結構-制備加工-性能-應用關系的一級學科整體概念，從原理上認識金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復合材料等各種材料的基本屬性，為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定良好的基礎。

該課程分為五章，分別為緒論、材料結構基礎、材料組成與結構、材料的性能和材料的制備與成型加工。整個課程分為16講，每講3個學時，共48學時，安排在大二下學期進行授課。課程采用的教材為本課程負責人趙長生教授和顧宜教授主編的《材料科學與工程基礎》，該書第一版由化學工業(yè)出版社于2002年出版，2006年列入普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，累計發(fā)行超過1.5萬冊；第二版于2011年出版，同年被評為國家級精品教材，2013年獲得中國石油和化學工業(yè)出版物獎(教材獎)一等獎，2014年列入“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材，累計重印11次，共發(fā)行4萬余冊；第三版于2020年2月首次印刷，已經有眾多高校將其定為材料專業(yè)教材。此外，作為雙語課程，該課程還選用了William D. Callister, Jr主編的《Fundamentals of Materials Science and Engineering(第五版)》作為英文教材，在教學過程中采用了中英文結合的講義、課件、作業(yè)題和試卷。

課程網站是課程教學的重要組成部分。本課程早在2009年就建立了課程網站，并擁有本課程的全程授課錄像。2012年，本課程依托四川大學課程中心，建立并完善了新的課程網站，采用新技術重新進行了課程全程錄像，并增加了自測評模塊，幫助學生在課后穩(wěn)固所學的知識點。目前，該課程網站的瀏覽量已經超過35萬人次。在此基礎上，經過精心準備，該課程于2014年在“愛課程”平臺上線成為國家級精品資源共享課程，影響力進一步擴大。

2 《材料科學與工程基礎》MOOC建設

MOOC作為大規(guī)模開放在線課程，具有打破時空限制、開放程度高、可重復學習、良好的互動體驗等特點。MOOC的建設首先要求教師設計好課程中準備講授的重要知識點及相關內容，之后由專業(yè)的視頻制作技術團隊協(xié)助教師制作成5～20分鐘的微視頻，配以相應的PPT課件，作為MOOC的核心資源。隨后，再配合隨堂測驗、課后討論以及最后的課程考試。

四川大學的《材料科學與工程基礎》MOOC于2017年開始籌備建設，2018年進行微視頻的錄制，2019年9月在愛課程平臺上線。課程團隊共錄制微視頻54個，每個微視頻均配合一個PPT課件，包括：第1章“緒論”(1個)；第2章“材料結構基礎”(12個)；第3章“材料組成與結構”(5個)；第4章“材料的性能”(34個)；第5章“材料的制備與成型加工”(2個)。該MOOC包含88個知識點，遍布各個章節(jié)。課程設計為17周，每周3學時，其中：第1～5周學習第1～2章，第6～9周學習第3章，第10～16周學習第4章，第17周學習第5章。學習周次的分配主要基于學習單元中教學內容的數量、難易程度和知識點的重要性，使學生有充足的時間學習和理解新的知識。

本課程的考核成績分為3部分：(1)單元測驗，占40%；(2)課程討論，占10%；(3)期末考試，占50%。這就要求學生注重平時的學習，循序漸進積累課程知識，僅通過考前的突擊復習無法獲得好的成績。其中，在完成每周一個課程單元的學習后，有一個包含約20道題的單元測驗，要求學生在規(guī)定時間內完成作答。此外，在每個學習單元后，會有1～2道基于本單元知識點的討論題在討論區(qū)發(fā)布，由學生跟帖回復，同時，學生也可發(fā)帖公開自己的問題，老師和其他學生均可對帖子上的問題進行釋疑。最后，在完成所有課程單元的學習后，有一套圍繞課程知識點的期末試卷，要求學生在約定的時間點進行線上答題，在規(guī)定的時間內完成答卷。針對單元測驗和期末考試，系統(tǒng)能夠進行自動評判并給出相應的得分，省時高效。考核成績達到60分及以上可申請合格證書，85分及以上可申請優(yōu)秀證書。

該課程的參考資料主要有：(1)《材料科學與工程基礎(第三版)》，趙長生，顧宜 主編，化學工業(yè)出版社；(2)《Fundamentals of Materials Science and Engineering(材料科學與工程基礎)》，William D. Callister Jr.主編，化學工業(yè)出版社。結合中英文參考資料，可以增加學生的專業(yè)英語詞匯量，提升專業(yè)英語的理解和應用能力。

四川大學的《材料科學與工程基礎》MOOC的建設立足于課程團隊在該課程多年的教學實踐經驗，教學目的明確，教學內容豐富，教學思路清晰，教學安排合理，借助平臺創(chuàng)新了教學模式，將學生作為課程的主體，由老師“認真教”向學生“主動學”轉變，鼓勵學生多向老師問問題，培養(yǎng)學生的自學能力、提出問題和分析問題的能力。該MOOC可以作為材料類專業(yè)本科生學習“材料”相關課程的課外輔導以及SPOC的源課程，也可供其他材料類工程技術人員在業(yè)余時間補充相關基礎知識，提升專業(yè)理論素養(yǎng)。

3 《材料科學與工程基礎》MOOC教學實踐

四川大學的《材料科學與工程基礎》課程第一期MOOC于2019年9月10日-2020年1月20日進行，選課人數為1700人。在第一期結束后，課程團隊組織對課程設計及部分內容進行了優(yōu)化，對部分測試題進行了修訂以使其更好地考核學生對相關知識點的掌握程度。

第二期MOOC于2020年2月24日開課，同時作為四川大學高分子科學與工程學院大二學生學習的《材料科學與工程基礎》課程的SPOC源課程。在7月6日結課前，選課人數達到3100人，相比第一期增加了80%。其中，觀看微視頻達到4萬余次，完成單元測試近7千人次，討論區(qū)回帖數超過7千。期末考試平均分達到91，有240人成績?yōu)閮?yōu)秀，占考核人數的25%。教師與學生在課程平臺上積極討論、廣泛交流，實現(xiàn)了教學互長，參課學生對該課程給予了較高的評價。

值得說明的是，第二期《材料科學與工程基礎》MOOC的運行正遇到疫情爆發(fā)，絕大部分的大學生無法返校，老師和學生都只能在家中借助各種網絡平臺倉促進行臨時教學活動，這在較大程度上影響了教學效果。此時，前期精心準備和完善的MOOC在此特殊時期發(fā)揮了巨大的作用，學生可以隨時隨地打開MOOC進行學習，與老師進行互動，老師也可以通過MOOC平臺對學生進行測驗，及時跟進和掌握學生在各個階段的學習效果。

在后續(xù)的課程實踐中，課程團隊將進一步豐富教學資料，填充試題庫，優(yōu)化教學方案，完善課程體系；同時，借助多種渠道對該課程進行推廣，廣泛聽取各方的意見和建議，扎實推進課程建設與改革，不斷提高課程的“含金量”。

4 結 語

MOOC是近年來發(fā)展起來的一種新型教學方式，其豐富的課程資源、靈活的上課形式、多樣的參與方式以及完善的評價體系吸引了大量的學習者，為全民學習提供了很好的平臺，對于提高人們的整體文化素質具有重要的意義。同時，我們也應該看到，在MOOC的實施過程中，仍存在一些問題，例如，許多選課的學生往往半途而廢，沒有能夠堅持完成全課程的學習；課程證書的影響力不大、社會認可度不高；與SPOC結合還不夠成熟，如何結合線上、線下共同教學以提高學習效率、改善學習效果還需要進一步的探索。面對這些問題，需要教育管理部門、學校、教師以及線上平臺共同努力，積極開展相關研究，勇于探索，創(chuàng)新發(fā)展模式，發(fā)揮MOOC更大的作用。