《材料物理》智慧課堂建設(shè)探索*

王守玲，章 敏，張金花，汪鵬飛，汪賢才

(池州學(xué)院材料與環(huán)境工程學(xué)院， 安徽 池州 247000)

在國(guó)際創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的國(guó)際大環(huán)境下，國(guó)家積極推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，大力發(fā)展新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)，以確保我國(guó)經(jīng)濟(jì)能順利實(shí)現(xiàn)由高速增長(zhǎng)階段向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)變[1]。新材料的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)高科技和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展及國(guó)防建設(shè)具有巨大的支撐作用，能為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施提供源源不竭的動(dòng)力[2]。目前，新材料的研究與開發(fā)速度日益加快，新理論、新工藝、新產(chǎn)品和新問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，新材料的可持續(xù)發(fā)展迫切需要系統(tǒng)的理論指導(dǎo)與技術(shù)保障[3]。《材料物理》是從物理學(xué)基本原理出發(fā)闡釋材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，為學(xué)生將來(lái)從事新材料的研究與開發(fā)奠定良好基礎(chǔ)[4]。本文對(duì)材料物理課程改革的方式進(jìn)行了探討，并對(duì)基于“雨課堂”技術(shù)的智慧課堂的建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了分析與總結(jié)。

1 新工科背景下材料物理教學(xué)模式改革的必要

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，教育部自2017年以來(lái)積極推進(jìn)新工科建設(shè)，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)、中國(guó)品牌[1]。新工科專業(yè)，主要是指以互聯(lián)網(wǎng)和人工智能為核心的相關(guān)新興專業(yè)，如大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能科學(xué)與技術(shù)等[9]。新產(chǎn)業(yè)對(duì)新材料、新技術(shù)和創(chuàng)新實(shí)踐型人才的需求凸顯了材料物理的重要地位，同時(shí)也對(duì)材料物理的教學(xué)提出了更高的要求。如何改革教育教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型材料學(xué)人才，是課程改革的重中之重?！恫牧衔锢怼肥遣牧蠈W(xué)相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生的開拓探索意識(shí)和創(chuàng)新思維能力。課程主要介紹電、磁、光、熱及核物理等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力[5]。

1.1 材料物理教學(xué)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題

材料物理是一門交叉課程，課程難度大，重基礎(chǔ)，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和邏輯思考的能力要求較高。筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)物理類的課程較為畏懼，先入為主地認(rèn)為課程枯燥且難度大。此外，由于大三年級(jí)學(xué)生尚未真正參與材料的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不能很好的做到理論聯(lián)系實(shí)際，導(dǎo)致學(xué)生普遍反映本課程過(guò)于空中樓閣，高不可攀。因此，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣成為課程改革的首要任務(wù)。

此外，課堂教學(xué)效果反饋不夠及時(shí)。現(xiàn)行教學(xué)反饋主要有兩種形式，一是課堂提問(wèn)，二是課后作業(yè)[6]。然而，課后作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象，不能有效體現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的整體掌握水平。課堂提問(wèn)-回答模式也只能反映少部分學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。通過(guò)對(duì)往屆學(xué)生考試結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在備考過(guò)程中，死記硬背的現(xiàn)象明顯，不能做到知識(shí)點(diǎn)的靈活運(yùn)用，反映了教學(xué)反饋的不足。因此，如何改進(jìn)教學(xué)反饋模式以提高教學(xué)質(zhì)量是課程改革的關(guān)鍵。

1.2 信息化時(shí)代學(xué)習(xí)方式的改變

高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變了人們認(rèn)知和學(xué)習(xí)的方式，傳統(tǒng)的課堂教育正受到網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)烈沖擊[7]。隨著QQ、微信、微博等社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)日常生活的不斷滲透，學(xué)生的時(shí)間和精力被這些碎片化信息所占用，有效學(xué)習(xí)時(shí)間顯著減少。與此同時(shí)，精品課程、慕課、公開課等在線教學(xué)平臺(tái)發(fā)展迅速，為學(xué)生提供了足不出戶即可跟隨國(guó)內(nèi)外教學(xué)名師的教學(xué)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)的條件。然而，在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)雖有助于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，但也會(huì)讓學(xué)生不再滿足于現(xiàn)有的課堂教學(xué)模式，降低課堂學(xué)習(xí)興趣[8]。由此可見，傳統(tǒng)的課堂教育正面臨前所未有的挑戰(zhàn)，課堂教學(xué)改革勢(shì)在必行。

2 教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革

2.1 理論與實(shí)踐的結(jié)合

實(shí)踐證明，理論知識(shí)與生活實(shí)踐的結(jié)合可以較好的吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。鑒于學(xué)生普遍反映本門課程像空中樓閣一樣飄渺，在教學(xué)過(guò)程中需要特別注意理論知識(shí)與生活實(shí)踐的結(jié)合。例如，電學(xué)部分可聯(lián)系超導(dǎo)電纜、用于太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料、基于電介質(zhì)理論的超級(jí)電容器等；磁學(xué)部分難度較大，可由生活中常見的磁帶、磁鐵、磁盤切入，向硬磁、軟磁、巨磁電阻、磁流體等其他應(yīng)用拓展；透明導(dǎo)電薄膜、紅外光譜儀/紫外光譜儀的窗口材料、閃閃發(fā)光的寶石為光學(xué)部分提供了很好的案例介紹；在熱學(xué)部分，以筆記本電腦內(nèi)部元器件著手，讓學(xué)生思考電子元器件應(yīng)具備怎樣的性能；核物理部分則通過(guò)核電站，普及核聚變及核裂變等核反應(yīng)知識(shí)，讓學(xué)生產(chǎn)生對(duì)物理學(xué)的興趣。

2.2 啟發(fā)式教學(xué)模式的引入

在課程導(dǎo)入時(shí)，以新科技、新材料作為切入點(diǎn)，吸引學(xué)生的注意力，為后續(xù)的理論學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。為了引導(dǎo)并督促學(xué)生課下主動(dòng)追蹤相關(guān)新聞報(bào)道及行業(yè)熱點(diǎn)，課上提出多個(gè)課題，如透明導(dǎo)電薄膜的制備、光與顏色、燈的發(fā)展史等，讓學(xué)生在課下分組進(jìn)行資料收集、制作演示PPT，讓學(xué)生主動(dòng)了解行業(yè)動(dòng)態(tài)及就業(yè)方向。

2.3 網(wǎng)絡(luò)資源的推送

高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)雖給學(xué)生提供了各種各樣的信息和獲取信息的渠道，卻也衍生了多種易讓人沉迷的休閑娛樂(lè)方式。例如，課間休息時(shí)絕大多數(shù)學(xué)生或是刷朋友圈，或是看在線視頻、讀電子小說(shuō)，很少有同學(xué)主動(dòng)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行深入思考。如若能引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)關(guān)注科技資訊、行業(yè)動(dòng)態(tài)，將自身興趣與所學(xué)專業(yè)進(jìn)行結(jié)合，提前對(duì)自己的職業(yè)生涯進(jìn)行規(guī)劃，則有利于人才的培養(yǎng)。

納米人、能源學(xué)人以及研之成理等科普公眾號(hào)的出現(xiàn)為學(xué)生了解科研動(dòng)向提供了平臺(tái)。這些公眾號(hào)的推薦，既補(bǔ)充了課堂理論教學(xué)的不足，又拓展了學(xué)生課下學(xué)習(xí)的渠道，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。平昌冬奧會(huì)的《北京8分鐘》、人造太陽(yáng)等網(wǎng)絡(luò)視頻片段的播放，則引發(fā)了學(xué)生對(duì)科技類視頻的關(guān)注。《開講啦》、《朗讀者》等人文情懷視頻的推送，則可借鑒大師們的親身經(jīng)歷和諄諄教誨，促使學(xué)生積極向上，百折不撓。

3 智慧課堂的實(shí)踐

教學(xué)內(nèi)容的精選與啟發(fā)式教學(xué)模式的引入，初步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然而，教學(xué)過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的參與度不高，教學(xué)反饋模式也有待改進(jìn)。依托“雨課堂”、“學(xué)習(xí)通”等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，為啟發(fā)式教學(xué)的開展提供良好的平臺(tái)。下文以“雨課堂”為例進(jìn)行探索與分析。

3.1 預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)資料的推送

理想的課堂是師生均有備而來(lái)，且課堂上能有充分的互動(dòng)，因此學(xué)生的預(yù)習(xí)顯得尤為重要。借助“雨課堂”授課教師可以有效推送預(yù)習(xí)材料，如quiz、視頻、語(yǔ)音或者拓展閱讀材料等，讓學(xué)生更全面地預(yù)習(xí)。課后還可以發(fā)送專項(xiàng)練習(xí)或試卷至班級(jí)，既督促了學(xué)生課后的自主復(fù)習(xí)，又提高了教師的作業(yè)批改效率。另外，這些交互平臺(tái)省去了課上點(diǎn)名的時(shí)間，提高了教學(xué)的有效時(shí)長(zhǎng)。

3.2 課堂教學(xué)效果的清晰呈現(xiàn)

智慧課堂的建設(shè)有助于教學(xué)效果的清晰呈現(xiàn)，這也是智慧課堂最大的優(yōu)勢(shì)。在授課PPT中插入練習(xí)題，設(shè)置答題時(shí)間，上課時(shí)發(fā)布至班級(jí)。學(xué)生提交后，即可生成課堂練習(xí)結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖。這一功能有助于有的放矢的對(duì)錯(cuò)答學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性輔導(dǎo)。另外，課程結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)推送優(yōu)秀學(xué)生及預(yù)警學(xué)生名單，這有助于授課教師對(duì)不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生給予不同的指導(dǎo)，便于因材施教。

3.3 課堂參與度的有效提高

以往提出開放型問(wèn)題時(shí)，只有少數(shù)學(xué)生能與任課教師互動(dòng)。大部分學(xué)生或是內(nèi)斂、或是怕出錯(cuò)，尚未走出“你教我學(xué)”這種傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式，很難看到這部分學(xué)生的亮眼表現(xiàn)。彈幕功能很好地解決了這一問(wèn)題。授課時(shí)開啟彈幕功能，學(xué)生可把自己的想法以彈幕的方式發(fā)送。彈幕的利用既方便了任課教師對(duì)學(xué)生思路加以引導(dǎo)，又有助于學(xué)生開啟頭腦風(fēng)暴。需要注意的是，在講授知識(shí)點(diǎn)時(shí)需關(guān)閉彈幕，以免分散學(xué)生的注意力。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)過(guò)程中引入“雨課堂”后，學(xué)生的課堂參與度、基礎(chǔ)知識(shí)的掌握水平、自主學(xué)習(xí)的能力以及創(chuàng)新性意識(shí)和綜合設(shè)計(jì)材料的能力均有所提高。

4 結(jié) 語(yǔ)

《材料物理》是材料專業(yè)的重要能力課程，旨在培養(yǎng)具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。作為一門基礎(chǔ)性理論課程，難度較大。在教育部對(duì)新工科建設(shè)和智慧教育的大力推廣之下，本文對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容和授課方式等方面的改革進(jìn)行了探討，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的自主性和積極性，為后續(xù)從事材料方面的相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)。