“材料现代研究方法”实验课程线上线下混合教学改革探索

摘要：针对“现代材料研究方法”实验课程传统教学中存在的不足，进行了线上线下混合式教学模式改革。在线下实验教学的基础上，充分利用线上丰富多样的教学资源与活动，从教学内容、教学方式以及教学评价三个方面提出来了改革方案。特别是通过建立线上引入案例-线下实验解答的翻转课堂模式以及细化完善的教学评价体系，更加突出了以学生为中心的教学理念，提高了学生自主学习和解决实际问题的能力，有利于教学目标的完成与课程的持续改进。

关键词：线上线下；混合教学；现代材料研究方法；教学改革

随着信息技术与互联网技术的飞速发展，云班课、雨课堂、慕课、微课等网络教育平台越来越多地应用于高校课程的教学过程中1-3，形成了由线上网络教育与线下课堂教学相结合的新型混合式教学模式。线上线下混合式教学既具有线上教学资源丰富、形式多样、时间与空间可灵活掌握的优点，又具有线下课堂教学可面对面指导的优势。开展线上线下混合式教学有利于更好地进行翻转教学，激发学生的学习兴趣，促进“教师的教”与“学生的学”之间的转换，实现“以学生为中心”的教学理念。4-5

实验课程是一类以重点培养学生动手能力、创新能力和解决实际问题能力为目标的实践课程。这些能力的培养往往需要对大量的实际案例、实验项目或课题进行积累，而实际情况是实验课程的学时数有限。如何在有限的时间内尽可能多地拓展实验内容，以更好地完成教学目标？将线上线下混合式教学模式引入实验课程的教学中，利用信息化技术通过多维度提供丰富的教学资源与教学活动6，可有效弥补传统线下实验教学时间和空间不足等问题，这对于实验课程的改革创新具有重要意义。

一、“现代材料研究方法”实验课程介绍

“现代材料研究方法”实验课程是材料科学与工程专业的一门应用性很强的实践类课程，涵盖了材料研究方法中的X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜、红外光谱、紫外光谱等常见分析方法。实验内容包括了实验基本原理、仪器操作方法、数据结果分析以及实际应用几个方面。通过实验课程的学习，使学生能够对材料研究领域的复杂工程问题进行合理分析，提出实验方案、选择实验方法并正确分析实验数据，提高学生分析和解决实际问题的能力。

二、“现代材料研究方法”实验课程的主要问题

目前，现代材料研究方法的实验内容大多是以理论课教学内容为基础展开的，这样安排对学生理论知识的夯实以及理论与实践相结合能力的培养具有一定的作用；但是，不利于对学生创新能力以及解决材料领域中实际问题能力的培养。目前，单纯线下实验教学存在的主要问题如下：

一是实验内容相对传统与单一，不利于学生创新能力的培养。为了让学生更好地理解每种材料研究方法的原理与操作、打好实验基础，目前该课程实验的设置主要与理论课教学内容相一致。这导致大部分实验内容为认识设备、仪器操作以及固定案例和数据的分析，但是具有创造性的实际问题情境相对较少，材料研究方法在新兴领域中应用的介绍也较少，不利于学生独立思考能力和创新能力的提高。

二是实验课程的教学方法相对单一。目前，大部分实验都是采取布置预习作业、开展实验、处理数据、撰写报告等几个传统环节来开展的。这导致在教学过程中师生的交流环节相对较少，教学效果反馈较差；同时，教学活动相对单一、枯燥，也不利于对学生实验、实践兴趣的培养。

三是学生对实验课程的自主学习意识与学习能力有所欠缺。“以学生为中心”的教学理念要求在教学过程中应以“学生的学”为主，“教师的教”为辅，即学生更多地通过自主学习获取知识，而不是被动的接收知识。但是，目前的实验课程教学中，多以教师在实验课上的教学讲授为主，学生对于实验课程的自主学习的意思与能力欠缺，学生主动参与到学习中的积极性也不够高。

四是教学效果受实验课时、实验室条件等的影响较大。由于现代材料研究方法课程的实验数目较多，但课时相对有限，导致课堂上留给学生思考和实际动手的时间不够多。此外，由于实验室有些设备价格昂贵、数量较少，如透射电子显微镜、扫描电子显微镜等，学生只能以小组形式开展实验，导致有些学生只是看别人操作，并没有亲自实践。这些都会影响实验课程的教学效果。

五是课程的考核-评价方式相对单一。教学评价是教学过程的一个重要环节，能够在一定程度上反馈学生的学习情况与教学效果。目前，该实验课程的考核方式主要是针对预习报告、实验过程、实验报告三个环节。虽然每部分都有相应的评分标准，但是由于实验采取小组形式进行，每组同学的实验过程、实验数据等都很相似，导致所评判的最终成绩区分度不高，不能完全真实地反映出学生个人的学习效果。

三、开展线上线下混合式教学的意义

针对上述“现代材料研究方法”实验课程教学中存在的问题，探索将线上-线下混合式教学引入到实验课程中改善现有实验教学的不足，这对于进一步提高实验教学效果具有重要意义。首先，开展线上-线下混合式教学可以更好地体现以“学生为中心”的教学理念：线上-线下混合式教学最大的优势是通过线上教学形式提供更多的课前、课后学习内容与资源以及师生线上互动交流的平台，这些内容的学习都是需要学生自主安排进行的，这无形中提高了学生的自主学习能力和学习主动性；其次，开展线上-线下混合式教学有利于对学生进行个性化的教学指导:线上-线下混合式教学过程中，特别是线上教学环节，每一个学生都可以单独在线上完成或者单独与老师进行课前或课后的沟通交流，学生对于学习效果以及学习中遇到的问题不再拘泥于线下面对面反馈，也是采用线上交流的方式，这也便于老师更清晰地了解每个同学的学习情况和学习效果，从而针对个别同学存在的问题和困难进行针对性的、个性化的教学指导；再次，开展线上-线下混合式教学有利于缓解实验课程空间与时间不足的问题：一个完整的、高质量的实验预习-操作-实验报告环节是需要时间支撑的，线上-线下混合式教学可以有效提高实验预习与课后答疑的效率，无形中给课堂实验教学提供了更多的时间，同时，线上教学中丰富的视频、模拟等资源给学生提供了单独学习的机会和平台，弥补了实验课程空间不足的问题，有利于提升实验课程的教学效果。

四、线上线下混合式教学改革的具体举措

针对“现代材料研究方法”实验课程进行的线上-线下混合式教学具体改革措施如下：

1. 不断提升教师综合素养，以保证线上-线下混合式教学质量

线上-线下混合式教学设计及其开展对教师的综合素养和能力提出了更高的要求。为了更好地完成线上-线下混合式教学，需要教师提前对线上-线下教学过程做好规划：这一方面需要教师针对不同的教学内容合理选择教学方式，如哪些内容适合线下实验讲解、哪些内容适合学生线上学习、哪些内容适合线上和线下配合教学等；另一方面，线上-线下混合式教学的开展需要教师具备较强的网络资源获取以及计算机、软件操作等方面的能力。教师的综合素质，可通过自主学习、参加技术培训等方式提升，只有教师综合能力得到提升并提前做足准备，才能保证线上-线下混合式教学的顺利开展。

2.通过线上引入案例-线下实验解答的模式，提高学生解决问题的能力

学生解决实际问题与复杂问题能力的培养离不开对大量实际案例的分析与积累。仅仅依靠实验教学时讲解的一两个案例无法满足学生的实际需求。因此，在实验教学之前，通过一定的线上教学平台给学生提供更多的相关案例，让学生带着问题进行预习，并通过线下的实验操作，引导学生运用实验方法去解决问题，而不是为了操作仪器去进行实验。这些教学案例既可以选一些分析前沿材料的文献以拓展学生的学科视野，也可以选本科生科研训练的课题以解决身边的实际科研问题。

以实验“扫描电子显微镜观察材料的微观形貌”为例：首先，在实验课程开展前一周，通过线上云班课的头脑风暴等活动形式，先给学生布置课前问题，比如，依据学生的本科生科研训练课题提出问题“请思考如何运用扫描电子显微镜表征磁控溅射法制备的PbSe薄膜厚度？”，熟悉的材料、熟悉的课题会让学生的代入感更强，学生结合自己的科研经历以及查阅资料来进行线上回答和讨论；同时，在云班课中上传扫描电子显微镜的制样和仪器介绍等方面的视频或图片资料，让学生在真正动手实验前先通过自主学习对实验的目的、内容、仪器操作等有一个更直观、更充分的准备和认识；其次，在实验课程开展的过程中，通过学生的亲身实验经历，采用翻转式的教学方式进行问题的线下讨论、解答与答疑。这种线上创设问题情境-线下实验解答的实验教学模式，不仅可以在一定程度上缓解实验课时紧张的问题，还有利于培养学生解决实际问题的能力，避免出现理论与应用脱节的现象。

3.利用线上丰富的教学资源与平台，实现实验课程教学内容与教学方式的多样化

首先，丰富多样的教学内容可以拓宽学生的专业视野，提高学生的学习兴趣。纯线下教学无论在内容上还是形式上都较单一，而线上教学则拥有丰富的网络资源，比如：大量的文献案例可以供学生分析学习；具体的仪器操作视频可以更详细地展示实验过程，有利于学生在预习阶段就有直观认识；还有一些实验模拟软件能让学生提前进行模拟操作等等。将这些形式丰富的图片、视频、软件等教学资源进行合理选择，并通过线上平台引入到学生的预习环节，可为学生的自主学习提供更多资源与途径，有利于提高学生的预习与实验效果。以实验“X射线衍射仪的使用与材料晶格参数的确定”为例，本实验除了涉及到X射线衍射仪的使用外，还需要运用Jade软件对实验数据进行分析，如果只是传统线下教学的话，软件的使用过程教学环节很短且为教师进行演示实验，不利于学生对于软件的掌握，而在线上-线下教学过程中，教师在课前把软件使用方法的视频放到线上平台，学生可以更直观地在实验之前对软件进行了解和学习，大大提高了学习效果。

其次，在目前常用的云班课、雨课堂、腾讯课堂等线上教学平台中可开展形式多样的教学活动。比如：对于课前布置的实际案例，可以采取小组讨论的方式增加学生之间以及师生之间的互动交流，提高学生主动思考与交流讨论的意识；利用线上分析学习-线下实验解答的方式，有效实现翻转课堂式教学，既可以实现时间上的有效利用，又有利于变“教师的教”为“学生的学”，培养学生的自主学习能力；通过线上平台针对学生实验操作或案例分析过程中可能出现的问题进行课后答疑，既可以及时反馈学生的学习效果，又便于对学生进行个性化指导。

4.进一步完善与细化考核方式，实现线上-线下混合式教学评价

传统的考核方式主要是对预习报告、实验过程、实验报告三个部分进行打分，这对于反馈学生学习效果的区分度不高，不能满足线上-线下混合式教学的需求。同时，实验课程的考核除了基础知识外，应更注重应用能力的考查，由终结性考核向过程性考核倾斜。因此，考核方式可做如下调整：一、对考核项目进行细化，将线上的资料学习、案例分析、课后思考问答等环节纳入考核范围，一方面有利于对学生进行全方位的考核，考核区分度更高，另一方面线上的教学活动通常在学习之后能立即反馈成绩，有利于学生及时掌握个人学习情况，从而进行适当的学习调整；二、合理分配各部分考核分值，适当增加线上教学环节所占的比重，以此引导学生提高对线上学习环节的重视。三、增加线上的教学质量评估问卷环节，通过课程结束后的线上问卷形式，及时了解学生对教学效果的认可程度，并通过评估、统计和分析反馈教学过程中存在的不足。总之，线上-线下混合式考核更加多元化和全方位化，有利于教师多方面掌握学生的学习情况，从而更客观、准确地进行教学反馈和持续改进。

四、结语

针对目前“现代材料研究方法”实验课程中存在的不足和问题，本文探索了将线上-线下混合式教学引入到实验课程的教学过程中，以线上教学平台为基础，充分利用线上形式多样的教学资源，采用线上引入案例-线下实验解答的翻转课堂等形式开展丰富的教学活动，并进一步完善和建立线上-线下混合式教学评价体系。通过混合式教学改革，充分汲取线上、线下教学方式的优点，不仅有效改善了实验教学时间和空间不足等问题，还提高了学生自主学习和解决实际问题的能力，有利于教学目标的完成与课程的持续改进。

参考文献：

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