《材料分析方法》線上線下混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)研究*

陳麗軍，葛武杰，馬先果，郭俊江，黃宏升，唐安江

(貴州理工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003)

《材料分析方法》是一門典型的“理論+實(shí)踐”的大學(xué)本科課程[1]。該課程主要講授現(xiàn)代分析測(cè)試儀器的原理、構(gòu)造及應(yīng)用，目的是通過學(xué)習(xí)使大學(xué)生掌握利用先進(jìn)儀器分析測(cè)試材料的成分、組織、結(jié)構(gòu)，探索其與材料性能的關(guān)系及影響的能力。該課程內(nèi)容涉及面廣、內(nèi)容抽象、基礎(chǔ)理論較復(fù)雜，加之實(shí)踐教學(xué)課時(shí)少，大多高校大型儀器設(shè)備數(shù)量有限等客觀原因，以教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使課程教學(xué)難度加大，教學(xué)效果不理想。為解決這些問題近些年來很多高校教師針對(duì)教學(xué)方式、方法、評(píng)價(jià)考核體系等進(jìn)行了系列研究、實(shí)踐和探索[2-4]。如依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證通用的畢業(yè)能力要求制定課程培養(yǎng)目標(biāo)[5]；將教師科研項(xiàng)目引入到教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力[6]。也有教學(xué)團(tuán)隊(duì)著力開發(fā)構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，用以輔助理論和實(shí)踐教學(xué)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)設(shè)備嚴(yán)重欠缺之不足[7]。另外，隨著在線教育的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)輔助課程，如微課、慕課(MOOC)等在線課程興起[8]，有些高校已經(jīng)上線了網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)課程(如天津大學(xué)杜希文老師的《材料分析方法》)，這些網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源被越來越多的高校重視和利用，使得線上線下混合教學(xué)模式具備了較強(qiáng)的可行性。

線上線下混合教學(xué)有其明顯的優(yōu)勢(shì)，如節(jié)約課堂時(shí)間，給學(xué)生更多在課堂上思考、互動(dòng)和討論的機(jī)會(huì)，學(xué)生的興趣、主動(dòng)性得到很好的調(diào)動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力有很大的幫助。但目前大部分課程線上和線下相結(jié)合的教學(xué)模式都還處在探索和建設(shè)階段。存在的主要問題總結(jié)主要有三個(gè)方面：首先是線上學(xué)習(xí)和線下課堂活動(dòng)融合度不高。二者相互獨(dú)立，無法將線上學(xué)習(xí)內(nèi)容延伸到線下課堂中，達(dá)不到預(yù)期學(xué)習(xí)效果。其次，線上線下混合教學(xué)中一個(gè)重要部分是學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生自學(xué)習(xí)慣、能力的培養(yǎng)對(duì)老師的教學(xué)能力提出了更高的要求。最后是線上資源不足。雖然2020年初，受新冠疫情的影響，線上教學(xué)經(jīng)歷了一個(gè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展階段，慕課/翻轉(zhuǎn)課堂迎來了飛速發(fā)展的時(shí)代，一大批優(yōu)秀的線上教學(xué)資源涌現(xiàn)，但在使用過程中很難通過單一的視頻學(xué)習(xí)完全滿足針對(duì)性的專業(yè)教學(xué)需要。結(jié)合《材料分析方法》課程特點(diǎn)，針對(duì)課時(shí)、設(shè)備、線上資源有限等問題，通過合理精心的教學(xué)設(shè)計(jì)，使教學(xué)過程實(shí)現(xiàn)線上到線下的遷移和融合是本文的主要研究工作。

為構(gòu)建行之有效的、適用于應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求的《材料分析方法》線上線下混合教學(xué)模式運(yùn)行方案，需將線下、線上和課后教學(xué)、學(xué)習(xí)通匯貫通。教學(xué)過程中線上、線下教學(xué)同時(shí)進(jìn)行，互為補(bǔ)充，使學(xué)生掌握專業(yè)培養(yǎng)需要的工程知識(shí)，同時(shí)著重引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，使其養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，具備不斷學(xué)習(xí)的能力。課后作業(yè)意在進(jìn)一步鞏固課程學(xué)習(xí)獲得的工程知識(shí)，提高相應(yīng)能力。筆者在教學(xué)實(shí)踐中嘗試將課后作業(yè)以動(dòng)畫、短視頻的形式提交，形式新穎有趣，能夠有效提高學(xué)生參與度、訓(xùn)練學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作和解決問題的能力。具體實(shí)施路徑見圖1。

圖1 《材料分析方法》線上線下混合教學(xué)實(shí)施路徑Fig.1 Implementation path of online and offline mixed teaching of Material Analysis Method

1 線上教學(xué)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代背景下，尤其是近兩年受新冠疫情影響，線上教學(xué)快速興起和發(fā)展，成為高等教育教學(xué)改革的有力推手。線上同步直播或異步教學(xué)克服了傳統(tǒng)線下教學(xué)方式的局限性，使得師生能夠不再受到時(shí)間和空間的限制，更加靈活快捷的開展教學(xué)活動(dòng)。但隨著線上教學(xué)工作越來越多的實(shí)施推進(jìn)，由于物理空間的隔離，與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比也逐漸顯現(xiàn)出了種種弊端。

為確保線上教學(xué)效果，結(jié)合《材料分析方法》課程性質(zhì)、教學(xué)對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)，對(duì)線上教學(xué)全過程進(jìn)行細(xì)致設(shè)計(jì)能夠?yàn)榻虒W(xué)活動(dòng)的有效開展保駕護(hù)航。具體可以通過互聯(lián)網(wǎng)搜集和免費(fèi)下載、或有償購買、或向其他高校授課老師和出版社電話郵箱咨詢索要等途徑，獲得大量《材料分析方法》課程視頻和文字資料。分類整理相關(guān)教學(xué)視頻、課件資料，根據(jù)專業(yè)教學(xué)需要細(xì)分教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，編制《材料分析方法》“預(yù)習(xí)/自學(xué)課件”。在課件中插入MOOC相應(yīng)視頻、及其他相關(guān)網(wǎng)絡(luò)視頻，設(shè)置指向性、開放性、綜合性題庫，并通過多媒體客戶端(雨課堂)上傳[9-10]，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、自主尋找解決方案，使學(xué)生通過預(yù)習(xí)熟悉當(dāng)次課的教學(xué)目標(biāo)和主要教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在線提出問題，教學(xué)助理協(xié)助完成問題搜集和整理，留待線下課堂教學(xué)中討論。其中難點(diǎn)在于如何將已有線上資源充分恰當(dāng)?shù)娜谌氲秸n程的線上學(xué)習(xí)課件中。相應(yīng)線上資源的完整性、難易程度及其與專業(yè)的結(jié)合度是資料篩選的重點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生自學(xué)熱情和引導(dǎo)學(xué)生形成持續(xù)性自學(xué)的習(xí)慣增加了資料篩選、融合的難度。課件制作按照分析儀器設(shè)備進(jìn)行大類劃分，從儀器設(shè)備發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域、工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、操作方法、樣品制備和數(shù)據(jù)分析七個(gè)方面著手進(jìn)行。課件內(nèi)容全面體現(xiàn)課程教學(xué)的主要內(nèi)容，但出于引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)需要，“預(yù)習(xí)/自學(xué)課件”內(nèi)容可以著重點(diǎn)放在發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域、樣品制備和分析結(jié)果展示上。課件形式上采用PPT格式，內(nèi)設(shè)知識(shí)點(diǎn)框架，穿插網(wǎng)絡(luò)資源鏈接。通過雨課堂進(jìn)行任務(wù)發(fā)布后，可實(shí)時(shí)觀測(cè)學(xué)生預(yù)習(xí)情況，獲得問題反饋。同時(shí)，通過投票的方式，獲得學(xué)生使用感受，在后續(xù)課程教學(xué)中及時(shí)作出調(diào)整，提高教學(xué)效果。

2 線下課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

線上教學(xué)是高校現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)，然而單一的在線教育也很難實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，將線上與線下教學(xué)有機(jī)結(jié)合，打造混合式教學(xué)模式，能夠更充分的運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段開發(fā)、整合與利用多樣化教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)的深度融合，更好地發(fā)揮線上和線下教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高教學(xué)效率與教學(xué)效果，達(dá)成教育教學(xué)目標(biāo)[11-12]。因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)中除了對(duì)線上教學(xué)過程的設(shè)計(jì)，還需要根據(jù)不同課程的教學(xué)資源和需求，對(duì)線下教學(xué)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，才能真正時(shí)間教學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，發(fā)揮混合教學(xué)的作用，保證線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)施效果。

當(dāng)前線下課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于如何快速有效的將學(xué)生線上自學(xué)收獲與線下課堂授課內(nèi)容順利銜接，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)和課程最終教學(xué)目的的達(dá)成。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果反饋，設(shè)計(jì)具有代表性的問題，引導(dǎo)學(xué)生“帶著疑問”進(jìn)入正式課堂學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。以預(yù)習(xí)中遇到的代表性問題為主線，借鑒啟發(fā)式、討論式教學(xué)和案例教學(xué)模式設(shè)計(jì)線下課堂教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生完成線上和線下學(xué)習(xí)的有機(jī)融合，完成課程大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)，達(dá)到教學(xué)要求。為保證教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)過程的流暢度，課中基于課前“預(yù)習(xí)/自學(xué)課件”準(zhǔn)備線下課程教學(xué)PPT課件，重點(diǎn)放在工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、操作方法與注意事項(xiàng)、分析結(jié)果數(shù)據(jù)處理與問題討論上，與線上課程形成呼應(yīng)、互為支撐。學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)討論，對(duì)預(yù)習(xí)中存在的和課堂上出現(xiàn)的相關(guān)問題進(jìn)行解答，教學(xué)中使學(xué)生作為主體參與整個(gè)教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生活學(xué)活用的能力，提高教學(xué)成效。課堂教學(xué)結(jié)束前設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容小結(jié)，主要是建立重點(diǎn)內(nèi)容的框架，有利于學(xué)生梳理知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生建立課程的知識(shí)體系。

針對(duì)《材料分析方法》實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分，因材料檢測(cè)分析用到的儀器設(shè)備大多昂貴，各高校購買臺(tái)套數(shù)有限，無法滿足人人能用。課程教學(xué)可以結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究課題、或?qū)W院教師的科學(xué)研究項(xiàng)目，開設(shè)設(shè)計(jì)性或綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，拉長實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制。通過篩選具有代表性的典型材料作為分析對(duì)象，有偏重的選擇材料分析中使用最多、最廣泛的檢測(cè)表征技術(shù)，如X射線衍射晶相分析、掃描電子顯微鏡形貌結(jié)構(gòu)分析、原子吸收光譜成分和電子結(jié)構(gòu)分析、以及紅外光譜分子結(jié)構(gòu)分析等分組開展實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、儀器操作培訓(xùn)和材料檢測(cè)實(shí)踐。整個(gè)教學(xué)期間，聯(lián)系學(xué)院實(shí)驗(yàn)室采取開放實(shí)驗(yàn)室的形式確保所有的同學(xué)都能有機(jī)會(huì)接觸分析設(shè)備、做好實(shí)驗(yàn)、得到鍛煉、實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際的有效融合。還可以通過學(xué)院聯(lián)系分析測(cè)試中心開展實(shí)驗(yàn)室開放日活動(dòng)，帶學(xué)生參觀培訓(xùn)，開拓視野。同時(shí)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，觀看相關(guān)實(shí)驗(yàn)、操作視頻，進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生對(duì)分析測(cè)試原理及設(shè)備操作使用方法的認(rèn)識(shí)和理解。

3 課后鞏固強(qiáng)化設(shè)計(jì)

學(xué)生課后復(fù)習(xí)鞏固能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深度理解，是課堂教學(xué)的有益延伸。傳統(tǒng)課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)主要通過課后作業(yè)、期末考試實(shí)現(xiàn)，教學(xué)成果鞏固形式單一，無法及時(shí)準(zhǔn)確反映出教學(xué)中存在的問題，教學(xué)成果輸出無效化過高，不利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等專業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。為改變這種現(xiàn)狀目前高校課程教學(xué)中普遍增加了平時(shí)考核評(píng)價(jià)，但實(shí)施起來效果仍然不盡如人意。調(diào)整教學(xué)改革思路，從根本上改變考核評(píng)價(jià)方式，達(dá)成教學(xué)目的是課程教學(xué)改革的重要方向。筆者結(jié)合《材料分析方法》課程特點(diǎn)，對(duì)《材料分析方法》線上線下混合教學(xué)效果的考核評(píng)價(jià)形式做出調(diào)整，不再僅僅針對(duì)知識(shí)點(diǎn)通過試題的形式考察教學(xué)效果，而是結(jié)合當(dāng)前流行的多媒體文化，讓學(xué)生以更具趣味性的短視頻、動(dòng)畫等形式完成課程主要內(nèi)容的自我學(xué)習(xí)、強(qiáng)化和鞏固。任課老師以課程作業(yè)的形式發(fā)布制作任務(wù)，設(shè)計(jì)任務(wù)書，提出制作要求，并指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)情況和個(gè)人興趣進(jìn)行分組。按儀器平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理動(dòng)畫制作和分析操作短視頻錄制分成不同的小組，選擇不同的材料分析儀器在老師的指導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)制作工作，并進(jìn)行作品展示講解、互評(píng)建議，修改完善后提交作品。學(xué)生參與意愿更強(qiáng)，學(xué)習(xí)成效達(dá)成度更高?，F(xiàn)代多媒體技術(shù)發(fā)展迅速，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)課程的學(xué)習(xí)具備一定的設(shè)計(jì)制圖、視頻錄制和剪輯能力，在專業(yè)教師的指導(dǎo)下能夠協(xié)作完成內(nèi)容制作。這也符合高等教學(xué)中對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力和利用現(xiàn)代工具解決實(shí)際工程問題能力的培養(yǎng)需要。

4 結(jié) 語

《材料分析方法》課程涉及到的分析原理復(fù)雜、分析方法和儀器設(shè)備眾多，且更新?lián)Q代迅速，在充分利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室資源的同時(shí)，教師和學(xué)生通過多種渠道搜集相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源，共同利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)手段完成課程教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)和鞏固強(qiáng)化，達(dá)成學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)，是教學(xué)改革的初衷。線上線下混合教學(xué)順應(yīng)當(dāng)代高等教育發(fā)展方向，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)其主觀能動(dòng)性，提升教學(xué)成效。教師充分融合線上和線下教學(xué)優(yōu)勢(shì)資源，以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，在加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解的同時(shí)，也有助于學(xué)生的自學(xué)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。