線上線下混合模式教學(xué)在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的探索

張春媚，陳 婷，吳正穎，楊曉剛，郭春顯

(蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009)

2020年“新冠”疫情的肆虐擾亂了高等院校正常的教學(xué)秩序，特別實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程的教學(xué)工作面臨前所未有的挑戰(zhàn)。為深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于堅(jiān)決打贏疫情防控的重要指示精神，教育部發(fā)布了《關(guān)于疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》，提出了“停課不停教、停課不停學(xué)”的要求，強(qiáng)調(diào)開展線上教學(xué)活動(dòng)[1]。線上教學(xué)可以解決學(xué)生學(xué)習(xí)受地點(diǎn)限制的困擾，實(shí)現(xiàn)居家或隔離情況下自主學(xué)習(xí)的目的，而且給學(xué)生營(yíng)造了開放、自由的學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠保證個(gè)體學(xué)習(xí)效果和效率。然而，單一的線上教學(xué)存在一些嚴(yán)重的缺陷與不足，例如，師生之間的互動(dòng)效果較差，學(xué)生在線學(xué)習(xí)存在“掛機(jī)”現(xiàn)象，學(xué)習(xí)效果難以保證。此外，受節(jié)假日期間各地疫情反復(fù)的影響，準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行線下教學(xué)存在困難，因此研究線上線下混合教學(xué)成為高校教學(xué)探究的主要教學(xué)模式。而材料制備或加工類實(shí)驗(yàn)課程作為一門實(shí)踐課程，在實(shí)踐中思考該如何開展線上線下混合模式教學(xué)，成為各高校開展實(shí)驗(yàn)課程的主要教學(xué)方式和研究任務(wù)[2-4]。

蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院是在材料科學(xué)與工程學(xué)科和材料科學(xué)與器件研究院的基礎(chǔ)上成立的研究教學(xué)型學(xué)院。材料類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程是我校功能材料、新能源材料與器件專業(yè)的必修課程。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以綜合性、高階性課題研究為核心，利用科研儀器分析，具有較強(qiáng)的應(yīng)用和實(shí)踐性，目的是讓學(xué)生掌握創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)原理、操作、數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用，提高學(xué)生動(dòng)手能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，在教書育人的同時(shí)，響應(yīng)新工科和立德樹人的教育氛圍，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)線下教學(xué)過程：學(xué)生課前預(yù)習(xí)一學(xué)生寫好預(yù)習(xí)報(bào)告一教師講解實(shí)驗(yàn)原理及注意事項(xiàng)—教師演示儀器操作一學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)一學(xué)生課后上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以教師的講授示范為主，其中存在幾點(diǎn)不足：一是教師針對(duì)原理知識(shí)講解及演示實(shí)驗(yàn)一般只講解一遍，要留給實(shí)驗(yàn)充足的時(shí)間；二是學(xué)生短時(shí)間內(nèi)接收知識(shí)有限，很難做到全面理解；三是師生之間缺乏互動(dòng)，學(xué)生對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)理解有出入，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理不當(dāng)。

近年來，“互聯(lián)網(wǎng)”成為高校教學(xué)有效的輔助工具，能夠把信息技術(shù)和手段運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中[5]。而線上線下混合式教學(xué)模式是把網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)資源和傳統(tǒng)課堂教學(xué)結(jié)合起來，利用先進(jìn)的現(xiàn)代化教學(xué)手段、工具來輔助教學(xué)整合教學(xué)資源，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[6]。該教學(xué)模式主要以學(xué)生為中心，為學(xué)生提供更多的視頻學(xué)習(xí)內(nèi)容，給與學(xué)生充分的理解和消化時(shí)間，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程，師生之間能夠及時(shí)進(jìn)行互動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。當(dāng)前，在疫情反復(fù)的情況下，線上線下混合式教學(xué)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)必經(jīng)之路。疫情有效控制時(shí)，可以線下實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)交流QQ群以及實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)視頻，提高學(xué)習(xí)效果；疫情爆發(fā)時(shí)，線上教學(xué)主要以理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)視頻為主，等疫情控制時(shí)，再返校進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)操作。線上教學(xué)方式主要依托騰訊會(huì)議和QQ群的強(qiáng)大功能來輔助教學(xué)。學(xué)生點(diǎn)擊教師分享的騰訊會(huì)議鏈接輸入會(huì)議ID進(jìn)入群組，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)在線即時(shí)互動(dòng)教與學(xué)。教師在QQ群中可以上傳相關(guān)的理論知識(shí)及視頻，幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)，學(xué)生也可通過QQ群與老師交流，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一教學(xué)。我院借助騰訊會(huì)議和QQ群等學(xué)習(xí)平臺(tái)，利用混合式教學(xué)模式，開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“P型金屬氧化物Co3O4的丙酮?dú)饷粜阅苎芯俊睘槔榻B傳統(tǒng)課堂和線上線下混合模式開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1 傳統(tǒng)課堂開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)——以“P型金屬氧化物Co3O4的丙酮?dú)饷粜阅苎芯俊睘槔?/h3>

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

氣敏傳感器能夠?qū)⒈c敏感材料相互作用的信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)丙酮?dú)怏w分析，具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)快速、成本低、易于微型化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。P型半導(dǎo)體的載流子為空穴。Co3O4是一種帶隙為1.6～2.2 eV的p型半導(dǎo)體。氣敏檢測(cè)機(jī)理如下：在空氣中，氧分子會(huì)吸附在材料表面，獲取材料附近電子，形成不同形式的吸附氧，隨著材料表面附近電子的轉(zhuǎn)移，材料表面會(huì)形成空穴堆積層，電阻會(huì)隨著材料內(nèi)部空穴濃度的增加而變??；在丙酮?dú)夥罩校牧辖佑|丙酮，丙酮發(fā)生氧化還原反應(yīng)，釋放的電子會(huì)與空穴結(jié)合，減少材料價(jià)帶的空穴濃度，使電阻變大。因此，氣敏檢測(cè)平臺(tái)將丙酮信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻信號(hào)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 開 機(jī)

先打開氣敏測(cè)試儀器電源，打開加熱臺(tái)電源，打開循環(huán)水泵按鈕，打開計(jì)算機(jī)。

1.2.2 器件安裝

將P型金屬氧化物器件安裝在氣敏測(cè)試平臺(tái)上，用電極壓緊，聽到滴聲后表示已連接好。

總之，作為一種創(chuàng)新型的學(xué)習(xí)方法，移動(dòng)學(xué)習(xí)在我國(guó)大學(xué)里還沒有得到廣泛推廣。如何將這一新方法融入并應(yīng)用到具體的英語學(xué)習(xí)中，特別是如何將理論與學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐結(jié)合起來，還是一項(xiàng)非常重要的研究課題。要想實(shí)現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)模式，除了教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)方法、學(xué)生要積極自覺學(xué)習(xí)外，還需要學(xué)校、社會(huì)、國(guó)家等相關(guān)部門的政策、技術(shù)、資金等多方面的支持。

1.2.3 設(shè)置條件

雙擊打開測(cè)試軟件界面，界面出現(xiàn)“Open the electrical measurement successfully”和“Openthe environment successfully”點(diǎn)擊“OK”表示儀器成功開啟；點(diǎn)擊“R-t”模式，點(diǎn)擊“SMU1”將電壓設(shè)置為500 mV，勾選右側(cè)“SMU1”設(shè)置測(cè)試時(shí)間36000 s，勾選Measure；設(shè)置加熱臺(tái)溫度為100 ℃，老化時(shí)間半小時(shí)，點(diǎn)擊“Run”。

1.2.4 丙酮?dú)饷魷y(cè)試

將丙酮溶液或其它揮發(fā)性有機(jī)溶液加入石英蒸發(fā)皿中后，關(guān)閉氣室并在氣室中打開蒸發(fā)裝置。氣體可以使用微量注射器直接通過頂部氣體端口注入腔室。在阻值達(dá)到另一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的平臺(tái)后，打開腔室并允許空氣進(jìn)入腔體。傳感材料的響應(yīng)強(qiáng)度由空氣和分析氣氛中的電阻來評(píng)估。即Rg/Ra，其中Rg和Ra分別是傳感材料在目標(biāo)氣體和空氣中的電阻值。

1.2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

測(cè)試完成后，點(diǎn)擊停止按鈕，保存圖片和數(shù)據(jù)兩種格式。

1.2.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)關(guān)機(jī)

測(cè)試完成后，將熱臺(tái)溫度設(shè)置為25 ℃，當(dāng)熱臺(tái)溫度在100 ℃以下時(shí)，即可關(guān)閉測(cè)試系統(tǒng)，關(guān)閉軟件以及水循環(huán)系統(tǒng)。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入origin圖。

(1)做出Rg/Ra響應(yīng)強(qiáng)度與溫度的關(guān)系圖確定最佳工作溫度

(2)在最佳工作溫度下做出Rg/Ra響應(yīng)強(qiáng)度與時(shí)間關(guān)系圖確定響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間。

2 線上線下混合模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)——以“P型金屬氧化物Co3O4的丙酮?dú)饷粜阅苎芯俊睘槔?/h3>

線上線下混合模式教學(xué)主要分為3個(gè)部分：線上教學(xué)、課堂實(shí)驗(yàn)和課后分析。

2.1 線上教學(xué)(理論知識(shí)+創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)視頻)

在開始線上教學(xué)之前，教師提前一天將制作好的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課件以及視頻上傳至網(wǎng)絡(luò)空間如QQ群，要求學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，要求學(xué)生對(duì)P型金屬氧化物氣敏檢測(cè)丙酮機(jī)理、實(shí)驗(yàn)的操作步驟、注意事項(xiàng)以及數(shù)據(jù)處理有一定的了解，并觀看視頻，完成打卡；線上教學(xué)，教師主要針對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的氣敏檢測(cè)機(jī)理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等做詳細(xì)的講解，指導(dǎo)學(xué)生提出問題并進(jìn)行解答，學(xué)生完成預(yù)習(xí)報(bào)告。

2.2 線下創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)(課堂實(shí)驗(yàn))

首先，課堂實(shí)驗(yàn)之前檢查學(xué)生線上學(xué)習(xí)效果，由學(xué)生闡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理及注意事項(xiàng)。其次，讓學(xué)生陳述一遍實(shí)驗(yàn)操作，過程中討論實(shí)驗(yàn)注意細(xì)節(jié)，針對(duì)學(xué)生未講到的由教師補(bǔ)充；最后留給學(xué)生充足的時(shí)間，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并再次強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全問題。

2.3 實(shí)驗(yàn)課后分析

每組學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。過程中存在問題可隨時(shí)通過QQ聯(lián)系老師，獲取進(jìn)一步指導(dǎo)。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的綜合成績(jī)根據(jù)學(xué)生打卡、預(yù)習(xí)報(bào)告、課堂陳述與討論、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、互動(dòng)情況等過程進(jìn)行評(píng)定。教師歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)中的問題和不足，分享到QQ群里，讓學(xué)生進(jìn)一步思考，提高學(xué)習(xí)效果。

3 線上線下混合模式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和教學(xué)效果

線上線下混合教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)的對(duì)比圖(圖1)充分體現(xiàn)了線上線下混合模式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。通過線上線下混合教學(xué)的設(shè)計(jì)，打破了傳統(tǒng)線下實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式，該模式的教學(xué)優(yōu)點(diǎn)主要有以下五個(gè)方面：一、該模式教學(xué)由以老師講解為主，轉(zhuǎn)換為以學(xué)生自學(xué)動(dòng)手為主，提高了學(xué)生的自主能動(dòng)性；二、線上課程以視覺化效果使學(xué)生提前熟悉實(shí)驗(yàn)流程，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，避免了學(xué)生針對(duì)枯燥文字描述實(shí)驗(yàn)的厭煩；三、混合模式教學(xué)的線下課程省去了老師的講解，為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作爭(zhēng)取了更多的時(shí)間，更有利于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)；四、線上教學(xué)為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)豐富了實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和互動(dòng)手段，有利于學(xué)生進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)，也有利于老師的答疑解惑；五、線上線下混合模式教學(xué)豐富了教學(xué)評(píng)估方法，不但可以通過預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)操作，還可以通過學(xué)習(xí)打卡和課堂互動(dòng)等評(píng)估學(xué)生成績(jī)。

通過線上線下混合模式的教學(xué)能夠達(dá)到以下幾方面的教學(xué)效果：(1)學(xué)生在線上課程中與老師的互動(dòng)，能夠充分了解實(shí)驗(yàn)可能會(huì)出現(xiàn)的各種問題，避免了線下實(shí)驗(yàn)時(shí)的不知所措和慌張；(2)線上線下混合模式教學(xué)便于教師與學(xué)生之間的有效溝通，提高學(xué)習(xí)效率；(3)線上線下混合模式的教學(xué)大大提升了學(xué)生對(duì)未知實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主能動(dòng)性；(4)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理整體情況來看，學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力明顯提升，說明通過線上線下混合模式教學(xué)，學(xué)生對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的掌握程度有明顯的提升。

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)與線上線下混合教學(xué)對(duì)比

4 結(jié) 語

我校材料科學(xué)與工程學(xué)院結(jié)合線上和線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，把實(shí)驗(yàn)課堂和互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建的線上線下混合模式教學(xué)，給學(xué)生充足的預(yù)習(xí)、討論空間和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)形式，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生發(fā)揮了自我能動(dòng)性，按時(shí)完成學(xué)習(xí)計(jì)劃，積極參與互動(dòng)，提高了實(shí)驗(yàn)課堂的實(shí)時(shí)性和共享交互性，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力，并提升實(shí)踐類課程人才培養(yǎng)效果。