“纳米磁电材料”混合式课程教学初探

［摘 要］ 混合式教学模式是一种将网络技术与课堂教学相结合，建立以学生学习为主导的学习模式。传统的以知识传授为主的课堂教学已难以担负培养世界一流人才的重任，依托“互联网+”与移动通信技术的信息化教学理念为高校教学改革实践提供了新的机遇。针对“纳米磁电材料”课程涉及知识面广和概念抽象等特点，将“日新学堂-超星学习通”混合式教学法引入教学实践，并利用全过程评价方法，深入分析和研究了其在激发学习兴趣、改善学习效果等方面的积极作用。

［关键词］ 混合式教学；超星学习通；教学改革

［基金项目］ 2022年度北京工业大学教育教学研究课题“‘金课’导向下基于‘超星学习通+日新学堂’的‘纳米磁电材料’课程混合式教学研究”（ER2022KCB02）

［作者简介］ 张 铭（1972—），男，陕西西安人，工学博士，北京工业大学材料科学与工程学院教授，主要从事纳米磁电材料研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）18-0117-04 ［收稿日期］ 2023-02-15

随着“互联网+”与移动通信等信息技术的飞速发展，在线与移动式的多元化教育环境正在逐步形成，为促进教学创新活动提供了必要的条件。课堂教学是学校育人的主阵地，是整个本科教学改革的“关键一公里”。传统的课堂教学以教师讲授为主、师生互动较少，课堂教学效果欠佳。随着信息网络、大数据与“互联网+”等先进技术的快速发展，知识获得和传播方式日益便捷，课堂教学模式和学生学习的行为方式正在发生革命性变革［1-3］。

一、“纳米磁电材料”课程的教学现状

纳米磁电是纳米科学和磁电技术的一门新兴的学科技术领域，其在能源转换、传感、汽车电子与信息存储等领域的应用广泛，地位日渐重要。“纳米磁电材料”是纳米材料与技术专业的必修课程，涉及知识面较广，理论性与实践性都较强。学生通过本课程学习，能够掌握自旋电子学与多铁性材料的基本概念、原理和方法，了解现有纳米磁电器件的工作原理及其应用，为后续专业课学习和科研打下良好的基础。

“纳米磁电材料”课程的理论、技术和方法涉及多个学科，在教学过程中遇到的问题主要集中在以下两个方面：一方面，课程中包含了大量的磁学、铁电学与半导体等物理原理，概念繁杂、抽象且枯燥，学生不易理解和掌握；另一方面，学生往往在掌握材料成分、结构与性能等各层次之间联系和构建整个专业知识框架方面存在困难。由于课时少、教学内容多，如采用“灌输式”的传统教学方法，学生没有足够时间理解和消化知识点，教师也无法及时了解学生的学习情况，导致学生的学习效果不理想。

二、基于“日新学堂-超星学习通”平台的混合式教学实践的优势

伴随网络技术的快速发展，起源于美国的混合式学习策略和学习理念日益受到关注。混合式学习是一种利用网络视频材料与课堂教学相互结合，建立以学生学习为主导，课堂为辅助的学习模式［4］，可根据教学内容、学生和教师自身条件，混合使用“面对面课堂教学”“在线网络学习”等教学手段，具有不限场地、不限时间等显著特点。而且，混合式教学过程更加关注教与学之间的动态交互，发挥教学相长的作用，也有利于激发教学双方的主动性和探索性。

混合式教学有利于贯彻“以学生为主体，以学习者为中心”的新时代教育理念，即以学生的认知思维过程为主体，重视学生的学习体验与认知能力培养，充分发挥学生的主体能动性，将学生的被动学习转化为主动学习。将混合教学模式应用于“纳米磁电材料”课程，从学生的兴趣出发，对教学过程进行有针对性的设计，并利用网络技术提高学习的趣味性与多样化。例如，在介绍巨磁电阻材料时，教师除了在课上完成巨磁电阻基本概念、物理效应与机理等传统教学内容外，还可在日新学堂上传相关的诺贝尔奖介绍与知名科学家的科普报告（“漫谈磁与磁性材料”——南京大学都有为院士）等视频资料，在拓展教学内容的同时增加趣味性。利用混合式教学也有利于将课程的教学内容和网络资源进行有机整合，使抽象、艰涩的理论知识更加生动。例如，由于材料类本科生一般不开设“量子力学”与“原子物理”等课程，导致学生对于基础磁学中原子与电子磁矩的理解是固有难点。实施混合式教学后，我们在课程站点上链接了《原子的磁矩》《神秘的自旋》等视频，学生可以利用课余碎片时间观看，在补充基本背景知识的同时，使抽象的教学内容可视化，让学生理解起来更容易。此外，在传统课堂上经常出现无人提问或教师提问无人回答的情况，为改变这种情况，我们把答疑和主题研讨转移到“日新学堂+超星学习通”的讨论区中进行，可有效避免学生被提问落答的尴尬，使学生更有勇气提问，也更愿意参与讨论。采用线上讨论以来，学生参与讨论的积极性大幅提高。

混合式教学可实现对学生学习的全过程、全方位跟踪，既有利于及时了解学生的学习效果，又有利于对教学内容实时调整，优化教学过程，提高教学效果。学生可通过“日新学堂+超星学习通”平台对线上作业进行自评与互评；教师可及时跟踪学生的线上自学、作业、测试等学习情况，并对薄弱环节进行重点讲解。传统教学中，教师只有在完成作业批阅后才能对学生的学习情况有所了解，教学效率较低。显然，与“日新学堂+超星学习通”平台相比，传统的作业和考核制度存在周期长、针对性不足、反馈不及时等弊端。

此外，混合式教学还可充分利用课程主页或App学习平台的优势，根据学生的能力与水平，进行更有针对性的教学环节设计。例如，为使学生在掌握基础知识的同时，还能对纳米磁电材料领域的研究前沿有所了解，我们以基于“自旋转移力矩”效应的磁性存储器为主题，通过学生的文献调研、教师的讲解，以及与学生的专题研讨，激发学生的学习热情。学生通过小组研讨、头脑风暴等多维思辨式混合教学活动，对所学知识的深度与广度有所拓展与巩固，同时，也有利于学生的思辨与逻辑思维能力、总结归纳与语言表达能力的培养。

三、“日新学堂+超星学习通”在混合式教学中的具体应用

在目前的“互联网+”教学平台中，超星学习通是超星公司在“互联网+”教育背景下，根据社会需求推出的一款智慧教学工具，主要由手机端、电脑端以及远程服务器三个部分组成［5］。而“日新学堂+超星学习通”则是超星公司根据一线教学需求，为北京工业大学量身定制的一款融合在线课程网站日新学堂与移动App学习端超星学习通的混合式教学设计平台。教师可以根据需要建立课程网站、上传教学资料，并可实时了解学生的学习情况。学生则可以不受时间和空间限制，通过使用手机、平板电脑或计算机等电子设备，在线观看教学视频、图片与PPT等教学资料，使学生的自主学习与课堂教学间建立有效的沟通桥梁，科学而全面地覆盖课前—课上—课后的每一个教学环节，让课堂实现永不下线。同时，平台可以为师生提供完整立体的数据支持，自动产生个性化报表、自动实现任务提醒，让教与学都更加简单、清晰、明了。因此，“日新学堂+超星学习通”的使用有利于实现现代教学形式的多样性、教学资源的丰富性和教学过程的数字化，是基于“三全育人”背景下，北京工业大学进行混合式教学实践的主要教学平台。

1.课前预习。教师在上课前两周依据课程大纲确定本阶段教学目标，并在日新学堂在线发布学习任务点，上传电子教材、预习PPT、视频资料、预习测试题等教学资源。教师可根据预习自测题的答题情况，及时在线关注学生的预习情况，对于预习情况不佳的学生可重点提醒，将预习作业打回重做。教师还可将共性问题放在讨论区讨论，并将学生普遍反映的重点、难点抽取出来，在课堂教学时重点讲解。学生根据任务清单明确学习任务，在课前利用碎片化时间进行自主学习。其学习任务一般包括预习相关教材、浏览PPT教案、完成预习作业与测试、开展作业自评与互评。学生应及时反馈预习效果，并就不懂的问题在讨论区开展讨论或找教师答疑，为课堂教学做好准备。

北京工业大学的“日新学堂-超星学习通”混合教学平台可对学生的课前学习时间、存在问题与讨论情况等学情进行统计并形成报表，为教师实时掌握学生的课前预习学情提供了极大便利，使教师能够在课堂教学时做到有的放矢，关注重点。

2.课堂教学。首先，教师在课前5分钟利用“学习通”App发布签到任务，实时统计学生出勤率。其次，每节课利用5～10分钟，借助学习通App发布课前测试，以便教师准确把握学生课前的预习情况。教师可结合当堂教学内容，将相关联的科学典故、研究趣闻等引入教学内容，激发学生好奇心与学习兴趣。课堂教学应对学生课前预习反映的重点与难点进行重点讲解。教学中可适时穿插对典型研究案例的讲解。例如，我国仅用20年时间就完成了巨磁电阻从实验发现到商业化成功应用，借此案例既可以使学生对材料研发的全过程有所了解，又有助于激发学生投身材料研究的热情。此外，教师还可根据教学内容设计课堂问题，适时穿插投票、抢答、讨论等互动环节，活跃课堂教学气氛。

3.课后管理。教师及时发布在线作业，通过设置提交条件，使分值不合格学生可以重做作业；通过教师评阅、学生互评、在线讨论等方式，强化学生对所学知识的理解与掌握；通过自动统计功能及时了解学生的学习情况。在此过程中，利用“日新学堂-超星学习通”平台，教师可实现在线作业评阅，对未完成的学生，询问其原因或催交作业，总结和展示优秀作业、表扬先进与鼓励后进，并可对个别学生进行单独辅导等，为课后教学管理提供了极大便利。

4.学习效果评价。以前，“纳米磁电材料”课程主要利用课后作业与期末测试进行评估。然而，由于课后作业与考试的滞后性，教师一直苦恼于无法实时掌握学生的学习情况，导致教学过程中很难做到对学习情况不同学生的兼顾；同时，学生也对评价结果的主观性与随意性颇有微词。通过问卷调查与访谈，师生普遍认为应更多地在教学评估中引入过程性评价，才能更客观全面地反映学生的学习情况。“日新学堂-超星学习通”平台能对学生签到、学习时长、学习进度、教学互动情况、测验、作业等教学过程中各阶段及各环节的学习表现进行自动统计与实时显示，为“纳米磁电材料”课程实施过程性评价提供了坚实的技术保障。

我们借助“日新学堂-超星学习通”平台可实现实时评估学生学情的技术优势，对“纳米磁电材料”课程考核模式改革进行一定探索与实践。在“作业+期末测试”的传统考核模式的基础上，大幅增加了过程性考核在整个课程评估中的占比。其中，过程性考核主要包括：作业与课堂小测（10%）、课堂互动（5%）、到课率（5%）、在线学习与讨论（10%），调研报告（10%），共占总成绩的40%。由于该考核模式大幅增加了对学生在线学习与平时表现的考核，显著提高了学生课外在线自学的积极性和主动性。而且，在线与移动式学习方式的引入，使学生碎片化的时间得到了充分利用，突破了传统教学模式对教学时间和空间的限制。同时，该模式也有利于教师根据学生学情的实时反馈灵活调整教学进度与教学内容，并根据不同学生学习效果的差异性进行个别辅导、因材施教。这样既能保证尖子生“吃得饱”，又能保证成绩欠佳的学生不掉队，有利于“三全育人”背景下教师更加客观、真实地评价学生的表现。

5.课程改革效果。为评估“纳米磁电材料”课程利用“日新学堂-超星学习通”平台开展混合式教学改革的效果，我们以2021—2022年度课程教学为例，经“日新学堂-超星学习通”学情统计显示，24名学生共进行在线学习816次，人均34次；其他36个任务点（视频教程、主题报告视频、文献与书籍资料等）学习率达到100%，反映出学生较高的在线学习热情；课堂签到率达到100%；作业完成率97%，平均成绩达到91分；讨论区比较活跃，共进行答疑与主题讨论30余次，学生的讨论参与率明显优于传统课堂。学生期末卷面平均成绩为86.5分，最高分99分，最低分59分，优良率超过85%。与以往的传统课堂教学相比，在试卷难度基本不变的情况下，优良率明显提高，及格与不及格人数显著减少。