基于智慧課堂的冶金工程專業(yè)選修課程的教學(xué)探索

陳卓 堵偉桐 邱家用

(江蘇科技大學(xué)張家港校區(qū)冶金與材料工程學(xué)院 江蘇張家港 215600)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)和教育形式的深度融合，教育教學(xué)內(nèi)容形式也隨之不斷地進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展[1-3]。以接受型為主的微課、MOOC 平臺(tái)可作為日常學(xué)習(xí)的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)異地和假期學(xué)習(xí)[4]；SPOC、線上線下混合式等建議式的教學(xué)方式提升了課堂互動(dòng)性和靈活性[5]。相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，合理利用以上教學(xué)方式能夠使教學(xué)效果得到明顯提升，但難以把握學(xué)生的個(gè)體差異性和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。目前，多種智慧教學(xué)平臺(tái)，例如超星學(xué)習(xí)通、智慧樹、藍(lán)墨云班課等[6-8]逐漸融入專業(yè)的課程教學(xué)活動(dòng)中，使教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間得以拓展，可實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育模式。冶金工程作為一門工程實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，要求學(xué)生在掌握冶金原理和基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，提高與該專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的工程實(shí)踐分析與處理能力，采用智慧課堂平臺(tái)可給予學(xué)生更多的專業(yè)知識(shí)啟迪，培養(yǎng)每位學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新能動(dòng)性。

1 教學(xué)現(xiàn)狀與討論

1.1 課程的設(shè)定

冶金工程的專業(yè)選修課程大多基于現(xiàn)階段國家時(shí)代需求和發(fā)展規(guī)劃設(shè)定，且授課對象普遍為大三、大四年級(jí)學(xué)生，課程具有較強(qiáng)的綜合性和應(yīng)用性，一般以實(shí)際冶金過程為研究對象，緊密圍繞生產(chǎn)過程以解決實(shí)際工程問題為目的。以江蘇科技大學(xué)冶金工程專業(yè)的專業(yè)選修課為例，主要開設(shè)課程有《冶金工程新技術(shù)》《海洋工程鋼鐵材料》《特種冶金》《冶金耐火材料》《環(huán)境生態(tài)學(xué)》《非高爐煉鐵》等，課程綜合性和應(yīng)用性強(qiáng)，如想充分學(xué)習(xí)這些課程內(nèi)容，學(xué)生需具備完善的工科基礎(chǔ)知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程化學(xué)、大學(xué)物理、物理化學(xué)等），以及專業(yè)理論基礎(chǔ)和實(shí)踐認(rèn)知（冶金工程導(dǎo)論、冶金物理化學(xué)、冶金傳輸原理、鋼鐵冶金學(xué)、冶金實(shí)驗(yàn)研究方法等），選修課程一般為1～2 學(xué)分，即16～32 個(gè)學(xué)時(shí)。當(dāng)教師采用傳統(tǒng)授課方式時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性往往難以調(diào)動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)課程的系統(tǒng)性思想、學(xué)生的知識(shí)遷移能力和實(shí)際工程應(yīng)用能力的發(fā)展受到限制，從而降低課程的教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)學(xué)生走上工作崗位之后需要重新適應(yīng)、整合自己的知識(shí)體系。

1.2 理論知識(shí)與應(yīng)用知識(shí)相剝離

采用傳統(tǒng)的“課件+板書+講授”的“傳授式”教學(xué)模式，教學(xué)方法和手段單一，教師與學(xué)生間的有效互動(dòng)率較低，導(dǎo)致學(xué)生對課程的印象為知識(shí)枯燥乏味、理論性強(qiáng)、深?yuàn)W抽象、難于理解，難以激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性思考及發(fā)現(xiàn)實(shí)際冶金反應(yīng)過程中問題的能力；同時(shí)，課程教材中部分內(nèi)容陳舊，所講授的知識(shí)點(diǎn)多而散，與當(dāng)前“大數(shù)據(jù)”信息技術(shù)和科技發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)脫節(jié)，理論和實(shí)際剝離，因此，教學(xué)過程中需提前總結(jié)和發(fā)現(xiàn)各門先修課程知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，提煉各門課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合目標(biāo)課程理清知識(shí)脈絡(luò)，強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的連貫性，開拓學(xué)生思路，激發(fā)自主學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)一步利用網(wǎng)絡(luò)資源、仿真軟件等自主學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。因此，需結(jié)合相關(guān)課程背景和社會(huì)實(shí)際需求，開展具有社會(huì)時(shí)效的專業(yè)課程的改革研究和實(shí)踐，將理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過增設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)促進(jìn)學(xué)生對抽象理論知識(shí)的掌握，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，結(jié)合實(shí)際，解決問題的能力，推動(dòng)思政育人專業(yè)育才改革，培養(yǎng)出合乎社會(huì)需求的應(yīng)用型人才。

1.3 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)難以平衡

冶金專業(yè)選修課程一般為16～32個(gè)學(xué)時(shí)，課時(shí)少，但專業(yè)知識(shí)點(diǎn)繁多，需充分掌握冶金相關(guān)理論和系統(tǒng)知識(shí)，但實(shí)際上學(xué)生個(gè)體接受新知識(shí)能力以及目前所具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)差異明顯，教師無法在規(guī)定的課堂時(shí)間里將繁多且復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)高質(zhì)量地教授給學(xué)生；另外，專業(yè)選修課程與工程實(shí)際應(yīng)用相關(guān)，所涉及的知識(shí)面廣，這也往往會(huì)造成學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)重且效率低，花了大量的時(shí)間但是多數(shù)學(xué)生并沒有真正理解和掌握課程的核心內(nèi)容。

1.4 課堂及課后反饋效果欠佳

當(dāng)前課堂的交流互動(dòng)形式一般為教師主動(dòng)提問，學(xué)生被動(dòng)回答，且因?yàn)閷W(xué)生個(gè)體差異和課時(shí)有限，教師很難掌握多數(shù)學(xué)生的課堂中的學(xué)習(xí)狀態(tài)。課后通過作業(yè)形式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，但作業(yè)的布置、提交、批改和講解的整個(gè)課后反饋流程具有時(shí)間周期長、時(shí)效性低、問題導(dǎo)入性差等明顯的缺點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生整體的學(xué)習(xí)效率低下，并且教師無法充分掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

2 基于智慧課堂的教學(xué)課程改革措施

2.1 智慧課堂的教學(xué)模式

智慧課堂的教學(xué)模式，即教學(xué)過程和教學(xué)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)課堂存在明顯差異。傳統(tǒng)的專業(yè)課程教學(xué)由教師課前備課、課內(nèi)講授、課堂提問、發(fā)放課后作業(yè)這5 個(gè)環(huán)節(jié)和學(xué)生課前預(yù)習(xí)、聽課、回答問題、完成課后作業(yè)這4 個(gè)環(huán)節(jié)組成，即“5+4 模式”[5]。該模式在教學(xué)過程中存在許多弊端，而理想的智慧課堂采用能夠?qū)崿F(xiàn)“8+8”模式，即教師的教學(xué)過程和學(xué)生的學(xué)習(xí)各分為8 個(gè)環(huán)節(jié)，可明顯地豐富傳統(tǒng)的教學(xué)方式以及教學(xué)內(nèi)容的多樣性，教學(xué)過程能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)反饋和交流，比傳統(tǒng)教學(xué)流程更加立體[5]，使得“教”與“學(xué)”相互滲透融合。

冶金工程專業(yè)選修課智慧的授課模式為課前問題引導(dǎo)、課內(nèi)知識(shí)內(nèi)化和課后拓展鞏固三大階段，具體如圖1所示。教師在課前通過“超星學(xué)習(xí)通”等智慧平臺(tái)將學(xué)習(xí)資料發(fā)放給學(xué)生，例如：非高爐煉鐵課程提前發(fā)放學(xué)科前沿的文獻(xiàn)資料和國家“碳達(dá)峰、碳中和”的政策導(dǎo)向等，師生可通過線上平臺(tái)交流預(yù)習(xí)階段產(chǎn)生的問題，教師通過線上測試獲得預(yù)習(xí)結(jié)果反饋，并有針對性地進(jìn)行二次教學(xué)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生對課題內(nèi)容的學(xué)習(xí)志趣。課內(nèi)階段可實(shí)現(xiàn)師生探究式學(xué)習(xí)，學(xué)生可實(shí)現(xiàn)小組內(nèi)成員面對面交流和不同小組之間采用線上平臺(tái)多種方式互相交流，提升學(xué)生的整體主動(dòng)性，教師在課中重點(diǎn)是對教學(xué)重難點(diǎn)進(jìn)行深入的啟發(fā)式講解，同時(shí)智慧課堂提供了“以學(xué)生為中心”的翻轉(zhuǎn)課堂平臺(tái)，保證不同層次的學(xué)生開展無障礙交流。課后階段可通過學(xué)習(xí)平臺(tái)給學(xué)生推送個(gè)性化作業(yè)，不僅可以實(shí)現(xiàn)客觀題的及時(shí)反饋，老師能夠及時(shí)掌握主觀題結(jié)果，而且學(xué)生可以隨時(shí)在平臺(tái)上分享學(xué)習(xí)感受，提出問題，與老師和同學(xué)共同交流。教師根據(jù)平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析學(xué)生的知識(shí)掌握情況，從而實(shí)現(xiàn)直觀、全面地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

圖1 基于智慧課堂的冶金專業(yè)選修課程教學(xué)改革內(nèi)容

2.2 優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容

冶金專業(yè)選修課程課時(shí)少，但是涵蓋內(nèi)容廣、知識(shí)點(diǎn)繁多，使得內(nèi)容銜接性差、邏輯性弱，教學(xué)過程中重點(diǎn)內(nèi)容不突出，多數(shù)學(xué)生處于似懂非懂的狀態(tài)。所以，理論教學(xué)內(nèi)容需重新建立專業(yè)選修課程與各門先修課程知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，提煉各門課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，理清課程的知識(shí)脈絡(luò)，不去追求細(xì)枝末節(jié)，強(qiáng)調(diào)知識(shí)框架的完整性和連貫性。構(gòu)建以能力為本位、以實(shí)際應(yīng)用為主線的課程教學(xué)計(jì)劃，將專業(yè)理論知識(shí)與工藝相結(jié)合，授課中課程的專業(yè)知識(shí)以行業(yè)動(dòng)態(tài)為問題導(dǎo)向，通過搜集最新的相關(guān)課程研究領(lǐng)域前沿知識(shí)和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)典案例，提升了學(xué)生整合多門課程知識(shí)、自主查閱文獻(xiàn)資料能力，從而改變接受書本知識(shí)的唯一學(xué)習(xí)方式，通過“全方位+多角度+多空間”的探討，提高學(xué)生的問題導(dǎo)向性和知識(shí)融合的成效性，使不同層次的學(xué)生均能提高專業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)性以及學(xué)科專業(yè)素養(yǎng)。

2.3 提供多方互動(dòng)空間

根據(jù)課前學(xué)生預(yù)習(xí)測評結(jié)果和提前發(fā)放的學(xué)習(xí)資料或問題反饋的主要預(yù)習(xí)效果開展課堂內(nèi)情景創(chuàng)設(shè)，以此導(dǎo)入新課程中，歸納出預(yù)習(xí)階段出現(xiàn)的普遍性疑問，課堂中重點(diǎn)精講或分組討論，最終能夠從老師和學(xué)生多方角度獲得解答；以強(qiáng)帶弱的分組討論環(huán)節(jié)可解決非普遍性問題，同步提升小組成員內(nèi)部不同知識(shí)認(rèn)知層次學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，例如：冶金過程的工藝性環(huán)節(jié)，學(xué)生通過自行闡述流程工藝和改進(jìn)舉措，主動(dòng)思考不同工藝背后隱藏的基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用等核心問題，將專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)際工藝緊密結(jié)合，強(qiáng)化課堂上師生間以及學(xué)生間的互動(dòng)與討論，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)、活潑與輕松、民主的教學(xué)氛圍，逐漸鍛煉出學(xué)生大膽質(zhì)疑、發(fā)現(xiàn)問題、深入思考、科學(xué)想象等創(chuàng)新思維能力。

智慧課堂可提供個(gè)性化教學(xué)多方位的互動(dòng)空間，老師可動(dòng)態(tài)掌握每個(gè)學(xué)生分別在課前、課中的學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)授課過程的動(dòng)態(tài)調(diào)整分組。課后通過信息技術(shù)平臺(tái)，學(xué)生完成作業(yè)和測試并能夠及時(shí)向各組推送測評結(jié)果。老師通過測評結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評，組內(nèi)成員可繼續(xù)對課程內(nèi)容討論總結(jié)，老師基于測評結(jié)果進(jìn)行總結(jié)提升。該教學(xué)過程能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)師生和生生間的雙重互動(dòng)、線上線下互動(dòng)等多方位的互動(dòng)環(huán)節(jié)，保證了教學(xué)形式的多樣化、高效化和實(shí)時(shí)化。

2.4 優(yōu)化課程過程考核

對比傳統(tǒng)課堂的過程考核，智慧課堂可依據(jù)每位學(xué)生課前和課中的學(xué)習(xí)情況推送個(gè)性化作業(yè)和復(fù)習(xí)資料，學(xué)生可通過在線平臺(tái)及時(shí)提交，并且專業(yè)選修課程的主觀討論題優(yōu)勢明顯，學(xué)生完成作業(yè)后依然可通過在線交流分享學(xué)習(xí)觀點(diǎn)、與老師和同學(xué)進(jìn)行實(shí)時(shí)交流探討，問題得到及時(shí)反饋，師生和學(xué)生間的互動(dòng)、總結(jié)和反思，使學(xué)生進(jìn)一步深入理解相關(guān)概念、原理及應(yīng)用，尤其是融合理論專業(yè)知識(shí)和工藝背景、提高解決實(shí)際應(yīng)用問題和綜合能力。最終，依據(jù)學(xué)習(xí)平臺(tái)提供的分析數(shù)據(jù)，教師能夠準(zhǔn)確把握學(xué)生的知識(shí)掌握情況，為接下來的課程內(nèi)容做好鋪墊和內(nèi)容設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2.5 智慧課堂在冶金專業(yè)0.55 選修課程中應(yīng)用的優(yōu)勢

冶金工程專業(yè)本身一門應(yīng)用性學(xué)科，培養(yǎng)冶金工程領(lǐng)域科學(xué)研究與開發(fā)應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)與實(shí)施、技術(shù)攻關(guān)與技術(shù)改造、新技術(shù)推廣與應(yīng)用、工程規(guī)劃與冶金企業(yè)管理等方面的專門人才。選修課程為拓展和激發(fā)學(xué)生系統(tǒng)的專業(yè)理論知識(shí)和良好的綜合性分析專業(yè)問題提供途徑，采用智慧課堂的教學(xué)模式，可建立“亦師亦友”課上和課下的師生溝通模式，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)性明顯提高，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確。課程分組討論方便易行，學(xué)生通過強(qiáng)帶弱的分組討論過程，可使基礎(chǔ)好的學(xué)生知識(shí)進(jìn)一步得到鞏固，同時(shí)帶動(dòng)基礎(chǔ)弱的學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和知識(shí)學(xué)習(xí)能力，課堂時(shí)間利用率得到提升，彌補(bǔ)了專業(yè)課學(xué)時(shí)不足的問題；全體學(xué)生參與課內(nèi)討論，思維活躍，問題導(dǎo)向性強(qiáng)，同時(shí)學(xué)生能夠獨(dú)立總結(jié)課程核心思想，以此教學(xué)改革為切入點(diǎn)，探索并建立“以學(xué)生為中心”的學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)模式，完善從學(xué)習(xí)目標(biāo)—培養(yǎng)目標(biāo)—培養(yǎng)方案—課程大綱—評價(jià)分析—課程品質(zhì)報(bào)告—改進(jìn)方案實(shí)施—學(xué)習(xí)目標(biāo)的閉環(huán)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)方式，實(shí)現(xiàn)復(fù)合型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

3 結(jié)語

智慧課堂為打破傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性弱、參與度低等問題提供了好的平臺(tái)，尤其是專業(yè)選修課程，其能夠拓展學(xué)生知識(shí)視野，增強(qiáng)學(xué)生與學(xué)科前沿并行的創(chuàng)新意識(shí)，因此也需要教師充分利用大數(shù)據(jù)時(shí)代提供的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用于理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)改革中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自主探索的創(chuàng)新精神。在今后的教學(xué)活動(dòng)中，面向大數(shù)據(jù)需求的教學(xué)改革仍需不斷調(diào)整、優(yōu)化和總結(jié)，提高課程與課程的銜接性，進(jìn)一步提高專業(yè)知識(shí)的教學(xué)效果和學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。