材料科学基础课程线上线下混合式教学实践

摘  要：材料科学基础课程针对传统课堂存在内容多、授课时间少，讲授多、交流互动少，知识多、应用拓展少，统一多、分层教学少的问题，进行线上线下混合式教学实践。针对该课程提出“四位一体”混合式课程体系；构建“一心四阶”框架体系，突出学生系统能力和爱国情感的培养；依据BOPPPS模型设计混合式教学流程，融入线上线下混合式教学方法；紧贴科技前沿，以实践促教、促学，强化学生工程素养的锤炼，使学生树立材料科学创新强国的信心和决心，培养学生勇于担当的责任感和爱国主义精神。

关键词：材料科学基础；线上线下混合；教学实践；BOPPPS模型；多元化评价

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）24-0124-04

Abstract： In view of the problems of traditional teaching with more content， less teaching time， more teaching， less communication， more knowledge， less application， more unified teaching， and less hierarchical teaching， the online and offline mixed teaching mode of Fundamentals of Materials Science was practiced. A "four-in-one" blended curriculum system is proposed. The "one-centered four-level" framework system is constructed to cultivate students' abilities and patriotism. A blended teaching process is designed according to the BOPPPS model， and integrated into the online and offline blended teaching methods. Through following the forefront of science and technology， the course promotes teaching and learning through practice， and strengthens students' engineering ability. Teaching practice enables students to establish the confidence and determination of a powerful country in material science innovation and cultivates students to establish a sense of responsibility and patriotism spirit.

Keywords： Fundamentals of Materials Science; online and offline blending; teaching practice; BOPPPS model; multi-assessment

2021年12月2日，教育部高等教育司司长吴岩在第十二届新华网教育论坛上指出，混合式教学要成为高等教育教育教学新常态[1]。混合式教学就是把传统的课堂教学和互联网学习的优势结合起来，既可以发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又可以充分体现学生作为教学主体的主动性、积极性和创造性[2]。

教育部教师工作司副司长宋磊指出，在当前疫情防控常态化背景下，中国高等教育和高校教师要积极探索新时代教育教学方法，以高水平的教育信息化引领教育现代化发展。线上线下相结合的混合式教学模式正不断促进传统课堂教学向数字化教学转型，这种融合不是“1+1”的简单相加，而是要实现“1+∞”的全方位突破与创新[3]。

材料科学基础课程（以下简称“本课程”）于2012年开设，2019年在超星平台进行线上线下混合式教学，2020年获批校级一流课程建设立项。课程紧密结合许昌学院（以下简称“本校”）“地方性、应用型、服务性、国际化”的办学定位以及材料科学“系统化、前沿化、工程化”专业学科特征，以培养材料科学研究与工程技术人才为总体目标，不断进行教学改革，提升教学质量，积极进行线上线下混合式教学模式探索与实践。本课程混合式教学始终以学生为中心，以立德树人为根本任务，关注学生真正需要进行课堂创新设计，突破传统教学的瓶颈。混合式教学力求为学生搭好学习的梯子，帮助学生实现知识、能力和素质三位一体的目标。知识目标是使学生掌握材料学理论与研究方法，理解材料结构、宏观性能与应用的共性规律；能力目标是培养学生分析、设计并解决材料应用相关问题的能力，同时提高学生的创新和团队合作能力；素质目标是树立学生材料科学创新强国的信心和决心，培养学生求真务实、精益求精的科研精神，激发学生的责任感和使命感。

一  材料科学基础课程教学现状分析

材料科学基础是本校材料类专业重要的学科基础课程，是连接公共基础课与专业课的桥梁，着重研究材料组成与结构、制备工艺、性质及其与环境的关系，是整个材料领域最基本的理论支撑，属于专业核心主干课程，也是大多数学校考研的核心课程。材料科学基础课程内容丰富、体系完整，在培养学生科学研究能力、创新能力、工程实践能力等方面起着重要作用。该课程以介绍材料的基础理论为目的，既具有较强的理论性，又与实际应用紧密联系[4]。

材料科学基础作为一门多学科交叉、持续发展，并与日常生活和科技进步密切相关的课程。大到航天航空材料，小到我们的衣食住行，新材料的诞生都会带来人类生活模式的改变和科技的变革[5]。本课程涉及的专业知识面宽，具有理论性强、内容庞杂、有些概念和知识点抽象的特点，学生在短时间内理解和记忆相对困难，传统的教学方法已难以满足需要[6]。在有限的课堂中，很难让学生深入体会到材料科学的重要性，树立材料科学创新强国的信心和决心，激发学生的学习兴趣，增强专业适应性。传统课堂需解决以下重点问题。

1）本课程知识体系庞大，重点难点内容多，学生很难从整体层面掌握课程的知识内容。本课程作为专业核心主干课程，在大学二年级分两个学期讲授，每个学期五个章节，课程内容体系庞杂、概念极多、理论知识点多，各章节之间的关联在庞大的重点内容的冲击下，学生无法学以致用，普遍感到课程太难，不好理解，无法将碎片的知识按照“微观结构-宏观性能-工程应用”串成主线，影响学生的学习兴趣和积极性。

2）课堂以教师讲授为主，线上资源利用少，无法拓宽学生知识面，学习兴趣弱。课程讲授时间长，内容多，学生无法建立工程思维，学习了相关知识、概念仍然无法解决应用中出现的问题，导致学生在学习过程中的主动性和积极性受挫。同时材料科学快速发展，新型材料层出不穷，知识量显著增加[7]。材料科学前沿的研究成果正是材料人所应当了解并密切关注的，激发学生兴趣的同时，也是材料人的责任和使命。有限的课时与课程内容的不断扩展和更新矛盾日益加剧。

3）理论学习多而应用拓展少，无法培养解决实际问题的能力，缺乏工程素养。传统课堂注重理论的讲解，过多强调学生对基本理论的记忆，拓展应用案例较少，遇到知识应用的问题就无从下手，普遍缺乏工程实践经验，对材料的制备、使用环境没有感性认识，很难将理论知识与实际工程问题直接联系起来，缺乏独立思考问题和解决问题的能力，工程思维欠缺。

4）学生的人文主义素养常被忽略，教学过程中统一施教多、分层教学少。传统教学忽视了学生差异性，面对不同的学生，教学内容和教学方式相同。然而，学生水平参差不齐，学生对课程的期待不同，统一施教会影响学生的学习兴趣和积极性，使学生缺乏自主学习的动力。

二  材料科学基础课程线上线下混合式教学实践

（一）  线上线下混合式教学设计

根据本校专业特色，为解决存在问题，本课程提出了“混”合线上教学资源、“融”入有效教学方法、“拓”展知识前沿应用、“助”力知识强化提升的课程设计思路。整个教学以问题前导，以强基础、重应用展开，以思政案例贯穿，以多种教学方法开展以学生为中心的教与学。教师全时段、全方位服务整个教学过程。

依据课程设计思路，形成在线学习空间、课堂学习空间、教学资源拓展、能力强化指导的“四位一体”混合式课程体系。

（二）  课程线上资源建设与教学流程设计

1  课程体系重构，完善资源库建设，充分“混”合线上教学资源

1）课程体系重构，突出重点。结合专业培养目标以及研究方向的特点，将碎片化的教学内容进行重构，构建独具特色的以“相”为核心，相体、相界、相图及相变层层递进的“一心四阶”知识框架体系，确定以“微观结构-宏观性能-工程应用”为主线的“鱼骨状”课程知识点网络系统，提取关键知识点及案例，逐步做到课程教学重点、难点突出，兼容实验项目、科研实践及专业竞赛等实操训练，理论联系实际、渗透专业思想、反映学科前沿、强化创新能力、注重课程思政，融知识、能力、素质三位一体，实现以知识讲授为主向能力发展为中心的转变，充分体现学科的应用性特点。

2）重组线上丰富教学资源，完善资源库建设，与线下有机结合进行系统化探究。通过线上优秀课程资源重组和超星信息技术平台利用，课件演变成融入视频动画、动态图、模型演示、材料前沿发展和思政元素等兼具的知识性、趣味性立体化全方位展示；不断完善超星泛雅MOOC平台上的自建课程，积累了讲解微课视频库（179个），建设了完整的课件库、习题库（1 271题）和实践库（22个），鼓励学生自主学习中国大学MOOC优质资源，并推送百度网盘中的考研资料，实现个性化精细学习指导；积累了与课程相关的优质科普视频、科技新闻与热点、名人事迹、材料的应用实例和工程实用案例等知识点链接；建设了与知识点相关的思政案例资源库（31处），在课程的全时间、全空间融入思政元素。全面提高学生自主创新地利用基础理论解决工程实际问题的能力，进行爱国主义教育，强化社会责任感。

2  基于BOPPPS模型设计教学流程，“融”入线上线下混合式教学方法

教学活动的开展分配到线上、线下和课上、课下。 利用渐进式、多层级的教学活动加强学生深度学习。课前，基于超星平台的导入任务和学习目标，引导学生自学、自测，教师关注学生学习动态，督促和激励；利用前测激励课前自学，并为课堂教学提供依据；课堂，根据前测结果调整策略，聚焦问题，对重难点进行剖析，开展参与式学习，通过超星平台的随机提问、抢答、投票、主题讨论和随堂练习等方式增加与学生的互动交流，引发学生深度思考，有效加强学生的学习深度，最后几分钟，与学生进行双向交流和反思；课后，基于线上平台进行后测、布置在线作业、个性化答疑和总结反思，个人和小组拓展任务（拓展阅读、分组任务等）加强学生思辨和工程能力提升。

3  拓展科技前沿与思政元素资源，“助”力知识强化提升

课程拓展了相关的优质科普视频、科技新闻与热点、名人事迹、材料的应用实例及工程实案等知识点链接。课程思政元素挖掘中，为了避免出现“两张皮”的现象，紧密结合知识点，挖掘相关的工程案例、科技前沿、科学家的事迹、有趣的现象、古典文化和人生哲理等方面的思政元素建立了思政案例库，在课程的全时间、全空间融入思政元素。在全面提高学生利用基础理论解决工程实际问题的能力同时，进行爱国主义教育，强化社会责任感，使课程具备了聚焦学科前沿、强化创新能力、注重课程思政的特点，融知识、能力、素质三位一体，实现以知识讲授为主向能力发展为中心的转变，充分体现学科的应用性特点。