微課在材料研究方法教學(xué)中的應(yīng)用初探

汪園園 管航敏 王威 唐正霞 胡穎飛

金陵科技學(xué)院材料工程學(xué)院 江蘇南京 211169

材料研究方法是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)核心課程之一，主要介紹用于材料研究的各種測(cè)試方法。無論是生產(chǎn)還是科研，都需要用到分析測(cè)試手段來確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、組分和性能等，因此本課程具有很強(qiáng)的實(shí)用性，為學(xué)生未來的科學(xué)研究和就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程的課程目標(biāo)是通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生理解光學(xué)顯微分析(偏光顯微鏡和金相顯微鏡)、粉末X射線衍射分析、電子顯微分析(掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡)、熱分析(熱重分析、差熱分析和查實(shí)掃描量熱分析)、光譜分析(紫外可見吸收光譜、紅外光譜和拉曼光譜)及核磁共振波譜分析等材料測(cè)試方法的基本原理，掌握上述材料研究方法的適用范圍，能夠根據(jù)材料的特點(diǎn)和研究的需要，正確選擇合適的材料測(cè)試方法，對(duì)材料的組成、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，從而為提高材料性能提供支撐。但是該課程所涉及的測(cè)試原理和方法較理論、較難、較枯燥，導(dǎo)致學(xué)生理解起來較困難。

微課即微型教學(xué)視頻課，是圍繞某一知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)制作的簡(jiǎn)短教學(xué)視頻，具有主題明確、結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容充實(shí)、語言精練和效果震撼等特點(diǎn)[1-2]。微課以互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)，學(xué)生可通過電腦或手機(jī)觀看，打破了傳統(tǒng)課堂的時(shí)空限制，操作方便，符合現(xiàn)代學(xué)生快節(jié)奏的學(xué)習(xí)和生活方式[3-4]。此外，以微課作為載體，學(xué)生課前可對(duì)理論和實(shí)踐課進(jìn)行預(yù)習(xí)，課后可進(jìn)行知識(shí)鞏固和進(jìn)一步拓展。微課為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件，改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式單一的問題，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果[5-7]。

基于此，本文將初步探索微課在材料研究方法教學(xué)中的應(yīng)用，通過專門的教學(xué)設(shè)計(jì)，圍繞課程知識(shí)點(diǎn)，引入有趣科學(xué)的案例、直觀的圖片和動(dòng)畫等，制作微課，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提升教學(xué)質(zhì)量。

1 材料研究方法教學(xué)存在的問題

1.1 學(xué)情分析

材料研究方法課程一般是在大三年級(jí)開設(shè)，包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)部分，我校材料科學(xué)與工程專業(yè)和功能材料專業(yè)學(xué)生均需要學(xué)習(xí)，涉及每屆約200名同學(xué)。根據(jù)每年的考試結(jié)果分析，約10%的同學(xué)會(huì)掛科，需要補(bǔ)考或重修。通過和這部分同學(xué)的交流發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)為該課程知識(shí)點(diǎn)較多、較瑣碎、較理論、學(xué)不懂。對(duì)于布置的作業(yè)，存在部分同學(xué)不認(rèn)真做作業(yè)應(yīng)付老師的情況。另外，很多同學(xué)沒有課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的習(xí)慣。

1.2 教學(xué)存在的問題

(1)課程涉及多種材料研究與測(cè)試技術(shù)，涉及很多概念、原理和方法等，知識(shí)點(diǎn)多、瑣碎、易混淆。對(duì)于理論課，很多同學(xué)依靠記憶知識(shí)點(diǎn)來學(xué)，而不是完全理解。部分學(xué)生對(duì)材料研究的測(cè)試方法原理的不理解導(dǎo)致不會(huì)正確選用合適的測(cè)試方法進(jìn)行后續(xù)的研究。(2)現(xiàn)代科技發(fā)展迅猛，但教材更新不及時(shí)，做不到與時(shí)俱進(jìn)。例如，課本大多在敘述不同測(cè)試技術(shù)的原理、方法，呈現(xiàn)的應(yīng)用實(shí)例還是一些傳統(tǒng)材料的結(jié)構(gòu)、組分的數(shù)據(jù)圖，缺乏工程應(yīng)用實(shí)例，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。(3)該課程包括理論課程和實(shí)踐課程，傳統(tǒng)教學(xué)是先講解理論課程，后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程。理論課抽象，學(xué)生較難理解儀器的工作原理。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上早已忘了實(shí)驗(yàn)原理，只是機(jī)械地按照要求操作。理論和實(shí)踐聯(lián)系不夠緊密，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。(4)隨著時(shí)代的發(fā)展，學(xué)生要學(xué)的課程也在不斷增多，該門課的學(xué)時(shí)也從64學(xué)時(shí)縮短至48學(xué)時(shí)，只有32學(xué)時(shí)的理論課時(shí)。教師在理論課上只能填鴨式地把大量的知識(shí)點(diǎn)先塞給學(xué)生，沒有足夠的時(shí)間和學(xué)生互動(dòng)，對(duì)教學(xué)效果有很大影響。(5)很多同學(xué)做作業(yè)只是在機(jī)械地做題，應(yīng)付老師，沒有真正地理解知識(shí)的內(nèi)涵。

2 微課在材料研究方法教學(xué)中的應(yīng)用探索

2.1 微課形式的選擇

微課有許多類型，例如講授類微課、實(shí)驗(yàn)類微課、討論類微課、問答類微課、演示類微課、練習(xí)類微課、自主探究類微課等[8]。目前講授類微課占大多數(shù)，其次是實(shí)驗(yàn)類微課。不同類型的微課適用范圍也不同，例如，講授類微課適用于教師通過一定組織形式的語言向?qū)W生傳授知識(shí)；實(shí)驗(yàn)類微課是指教師通過特定的儀器演示實(shí)驗(yàn)操作過程，使學(xué)生從觀察中獲取知識(shí)。一個(gè)微課作品可包含一種微課類型，也可包含兩種以上微課類型。隨著現(xiàn)代教育的發(fā)展和學(xué)生需求的變化，微課的類型也在不斷地豐富，以便于更好地幫助學(xué)生理解課程。

根據(jù)材料研究方法課程的特點(diǎn)，將引入以下三大類微課類型：(1)啟發(fā)型：以實(shí)際案例為主。(2)講授演示型：對(duì)于材料測(cè)試方法的原理和知識(shí)點(diǎn)，以講授為主，并配合動(dòng)畫演示。(3)實(shí)驗(yàn)演示型：對(duì)于測(cè)試儀器的操作，以實(shí)驗(yàn)演示為主。

2.2 微課在材料研究方法教學(xué)中的應(yīng)用舉例

2.2.1 鏈接應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力

采用一些案例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，比如學(xué)生意想不到的，小至生活小事、大至國(guó)家發(fā)展中發(fā)揮作用的材料測(cè)試技術(shù)案例，讓學(xué)生意識(shí)到學(xué)習(xí)材料研究與測(cè)試技術(shù)對(duì)個(gè)人至國(guó)家發(fā)展都有極其重要的作用。例如，在學(xué)習(xí)掃描電鏡章節(jié)之前，可以通過微課向?qū)W生展示一些有趣案例。如荷葉效應(yīng)，即荷葉的疏水效應(yīng)，展示掃描電鏡拍攝的微觀結(jié)構(gòu)圖，講解荷葉效應(yīng)來自于荷葉表面存在的微米級(jí)的凸起結(jié)構(gòu)，再延伸至科學(xué)家根據(jù)荷葉效應(yīng)創(chuàng)造的疏水材料。再如，蝴蝶的翅膀?yàn)槭裁词遣噬?，展示蝴蝶翅膀鱗片縱向平行周期分布的脊脈結(jié)構(gòu)。通過一系列扣人心弦的應(yīng)用實(shí)例，啟發(fā)學(xué)生的思考，也讓學(xué)生知道材料研究與測(cè)試技術(shù)在科學(xué)和生活中的應(yīng)用，對(duì)個(gè)人和國(guó)家發(fā)展的意義，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2.2.2 形象化講解測(cè)試原理，為實(shí)踐打基礎(chǔ)

材料研究方法課程涉及光學(xué)顯微分析、粉末X射線衍射分析、電子顯微分析、熱分析、光譜分析以及核磁共振波譜分析等多種測(cè)試技術(shù)。各種測(cè)試技術(shù)涉及的原理各不相同，是學(xué)習(xí)測(cè)試方法的首要和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但較理論、枯燥、易混淆。通過單純的語言傳授，學(xué)生理解起來較困難。為此，進(jìn)行原理講解時(shí)，若能配合動(dòng)畫演示，制作響應(yīng)的微課，能夠幫助學(xué)生直觀地了解儀器各部位的作用和工作過程，更好地掌握材料研究方法的工作原理。這里所說的動(dòng)畫可以通過軟件制作，也可以通過從網(wǎng)絡(luò)獲得一些資源進(jìn)行整合。例如，在講掃描電鏡原理時(shí)，模擬入射電子束在聚集之后，以光柵狀掃描方式照射到樣品表面，進(jìn)而產(chǎn)生各種電子信號(hào)，經(jīng)探測(cè)器進(jìn)行收集和處理，在熒光屏上呈現(xiàn)于樣品形貌相關(guān)的電子信號(hào)。類似上述過程，單純的語言講授過于抽象，學(xué)生難以理解。通過動(dòng)畫配合講解，學(xué)生能夠直觀地掌握上述原理。若將不同材料研究方法的原理根據(jù)其特點(diǎn)制作出動(dòng)畫，會(huì)達(dá)到意想不到的效果。課前讓學(xué)生通過微課先了解該測(cè)試技術(shù)的原理，上課再通過深入的講解加強(qiáng)學(xué)生對(duì)原理的理解，學(xué)生課后也可通過微課對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固加深。

2.2.3 輔助實(shí)驗(yàn)課程，提升實(shí)踐能力

實(shí)驗(yàn)微課的錄制有助于學(xué)生理解測(cè)試原理、測(cè)試儀器、測(cè)試方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析和討論等環(huán)節(jié)。對(duì)材料研究方法的實(shí)驗(yàn)課程開展前期，錄制操作儀器的全過程清楚記錄每一步操作，配合解說，并在其中穿插啟發(fā)式教學(xué)，為什么這么做？對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的處理，可利用材料研究與測(cè)試技術(shù)常用的一些數(shù)據(jù)處理軟件的操作過程錄制成微課視頻，給學(xué)生示范數(shù)據(jù)處理全過程。避免了實(shí)驗(yàn)課堂中學(xué)生數(shù)量多，有些距離老師遠(yuǎn)的同學(xué)看不到操作細(xì)節(jié)的問題，也解決了學(xué)生看完一遍操作后有些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不記得或不確定等問題，學(xué)生可反復(fù)查看微課視頻熟練操作步驟。進(jìn)一步結(jié)合課堂演示，雙向共同作用，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的理解，大幅度提升實(shí)驗(yàn)成功率。通過上述一系列環(huán)節(jié)形成為什么學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)—測(cè)試原理—怎么測(cè)試—數(shù)據(jù)如何分析討論的完整流程。

3 微課應(yīng)用于材料研究方法教學(xué)的幾點(diǎn)建議

微課的快速發(fā)展為教師和學(xué)生創(chuàng)造了很多便利，能夠輔助線下教學(xué)獲得更好的教學(xué)效果。微課的優(yōu)點(diǎn)在教學(xué)中的體現(xiàn)是大家公認(rèn)的，但不能夸大微課資源的效果[9-10]。微課在材料研究方法教學(xué)中的應(yīng)用為提高該門課程的教學(xué)效果發(fā)揮至關(guān)重要的作用。但是目前微課在材料研究方法的實(shí)際教學(xué)過程中也存在一些問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)，我們認(rèn)為須從高校、教師和學(xué)生幾個(gè)層面進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 高校應(yīng)加快微課和微課平臺(tái)建設(shè)

首先，高校應(yīng)意識(shí)到微課在教學(xué)中的重要性，應(yīng)將微課建設(shè)放到教學(xué)的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中，鼓勵(lì)教師積極進(jìn)行微課建設(shè)。高?？蔀榻處熖峁└哔|(zhì)量的微課培訓(xùn)和指導(dǎo)，讓教師意識(shí)到微課建設(shè)的重要性，激發(fā)教師建設(shè)微課的積極性，使微課建設(shè)在高校形成規(guī)范化和常態(tài)化發(fā)展。其次，高校應(yīng)當(dāng)及時(shí)建立相應(yīng)的微課平臺(tái)，并豐富平臺(tái)的基本功能。高校可安排相應(yīng)的教務(wù)人員對(duì)微課平臺(tái)進(jìn)行管理，及時(shí)上傳和更新相應(yīng)的微課資源并做好分類工作，讓學(xué)生們能夠通過微課平臺(tái)及時(shí)檢索到相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。最后，高?？梢詢?yōu)化微課平臺(tái)的實(shí)用性，例如建立討論區(qū)和交流區(qū)，學(xué)生可通過討論區(qū)和交流區(qū)與微課主講教師進(jìn)行交流，充分發(fā)揮微課的優(yōu)勢(shì)，盡可能地讓學(xué)生從微課中更好地掌握其中包含的知識(shí)。

3.2 教師需改進(jìn)教學(xué)模式

微課資源在材料研究方法課程教學(xué)中的應(yīng)用，不同于傳統(tǒng)的線下教學(xué)，教師不僅僅是單純的講演者，還是編劇和導(dǎo)演，在微課制作的過程中扮演著多重角色，這對(duì)教師的要求是非常高的。我們認(rèn)為教師需做到以下幾點(diǎn)：一方面，講授材料研究方法課程并進(jìn)行微課建設(shè)的教師需要具備堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，吃透該課程的核心內(nèi)容，能夠精準(zhǔn)劃分課程知識(shí)點(diǎn)和模塊。另一方面，教師需要多參加微課建設(shè)相關(guān)的培訓(xùn)，學(xué)習(xí)微課建設(shè)的專家和優(yōu)秀教師的經(jīng)驗(yàn)，掌握微課建設(shè)的基本和核心要素，學(xué)習(xí)微課設(shè)計(jì)和制作的技術(shù)，才能將材料研究方法知識(shí)點(diǎn)合理地應(yīng)用于微課制作。在此基礎(chǔ)上，教師圍繞課程的教學(xué)目標(biāo)，有目的性地將知識(shí)點(diǎn)自然地融入微課中，才能引導(dǎo)學(xué)生全面且深刻地理解課程知識(shí)點(diǎn)。其次，教師要能夠靈活多變地設(shè)計(jì)、制作使用多種形式的微課應(yīng)用于不同教學(xué)階段。例如，可制作自主學(xué)習(xí)型微課放在課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)使用；對(duì)于問答型的微課可以在課堂上進(jìn)行教學(xué)使用，這樣可以增加教師和學(xué)生之間的討論；對(duì)于習(xí)題性型微課可放在課后使用，以便鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。再次，教師應(yīng)提高微課制作水平，使微課更好地呈現(xiàn)給學(xué)生，微課應(yīng)布局合理、層次清晰、簡(jiǎn)潔明了、啟發(fā)性強(qiáng)且有一定趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，在微課教學(xué)過程中，教師一定要起到很好的引領(lǐng)作用，引導(dǎo)學(xué)生正確地使用微課，加強(qiáng)與學(xué)生的交流互動(dòng)，及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，及時(shí)反思并優(yōu)化微課的設(shè)計(jì)、制作和使用環(huán)境。最后，教師需要優(yōu)化微課與線下混合教學(xué)的模式，使微課和線下教學(xué)相互融合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，相互促進(jìn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，從而提升教學(xué)效果。

3.3 學(xué)生樹立微課學(xué)習(xí)的正確觀念

微課在材料研究方法課程教學(xué)中應(yīng)用的前提不僅是高校建立相應(yīng)的微課平臺(tái)和教師教學(xué)模式的改進(jìn)，另一個(gè)非常重要的因素在于自主學(xué)習(xí)的主體——學(xué)生。對(duì)于學(xué)生，要樹立自主學(xué)習(xí)的理念，不單單要課堂上認(rèn)真聽講，要學(xué)會(huì)使用微課資源，跟著老師的節(jié)奏，在不同的學(xué)習(xí)環(huán)境和時(shí)間，通過學(xué)習(xí)不同類型的微課，促進(jìn)課前預(yù)習(xí)、課上聽講和課后的復(fù)習(xí)和鞏固。另外，微課學(xué)習(xí)不是脫離課堂、脫離教師的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要加強(qiáng)與老師的聯(lián)系，及時(shí)溝通討論學(xué)習(xí)中遇到的困惑，也可分享關(guān)于微課的建議，以便教師改進(jìn)微課設(shè)計(jì)與制作，使教與學(xué)不分離，才能做到老師更好地利用微課教學(xué)，學(xué)生更好地利用微課進(jìn)行高效的自主學(xué)習(xí)。

結(jié)語

綜上所述，將微課和材料研究方法傳統(tǒng)課堂有效結(jié)合，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念、原理的理解，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高課程的教學(xué)效果。在拓展學(xué)生思維、學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，做到理論聯(lián)系實(shí)際，并激發(fā)學(xué)生將所學(xué)專業(yè)技術(shù)投身于國(guó)家建設(shè)的決心和自信。只有高校、教師和學(xué)生都樹立與時(shí)俱進(jìn)的理念，并且充分發(fā)揮各自作用，才能顯著提升微課在材料研究方法教學(xué)中的應(yīng)用。