以学生为中心背景下“凝固原理”课程教学模式改革

收稿日期：2023-06-20                                                          修回日期：2023-07-11

作者简介：邹建新，男，教授，研究方向为先进材料；丁义超，男，教授，研究方向为先进功能材料；陈湘，男，教授，研究方向为电子材料。

基金项目：2021—2023年四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目“‘四元三导一对分’教学模式在应用型本科材料类课程中的创新与实践”（JG2021-120）；2021年度四川省教育科研课题（SCJG21A118）

摘    要：针对目前高校课堂存在的主要问题，基于以学生为中心的教育理念，文章提出了“四元三导一对分”的课堂教学改革新模式，其核心理念是讲授、独学、讨论、答疑4个步骤环环相扣，课堂精讲导学、导学案导学、题库导学3种主导方式融贯其中，课堂时间的一半交由学生掌控。通过“凝固原理”课程的改革实践，教学效果良好，学生满意度较高。

关键词：“四元三导一对分”；教学模式；“凝固原理”课程；学习心理

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2024）03-0090-04

一、引言

“凝固原理”课程是高校机械、材料、冶金类理工科的专业基础课，在整个知识体系中占有重要的地位。因此，新工科背景下相关理工科专业必须要把掌握凝固原理相关知识作为一项重要工作，为培养新时代应用型人才奠定基础。“凝固原理”所涉及的知识点较多，公式推导复杂，向来是理工科相关专业中“学生难学、教师难教”的一门代表性课程，卷面不及格率普遍偏高，已成为部分授课教师和学生共同的、亟待解决的难题。

高校理工科相关专业应坚持“以学生为中心”的基本理念，适应新时代教育教学发展要求，全方位、多角度探讨“凝固原理”课程改革，构建行之有效的教学模式。为此，许多教师尝试翻转课堂、中国大学MOOC（慕课）等方法，也试图从传统的讲授法中打开缺口，但由于不同高校的办学层次、生源质量的差异，以及学生学习主动性的强弱，多年来教学成效也是仁者见仁、智者见智。有的教师尝试通过训练讲课技巧，或通过增加课时等方法，但由于注重了“教”而忽视了“学”，最终效果也提升有限。其他倡导学生参与的BOPPPS（Bridge-in、 Objective、 Preassessment、

Participatory、 Learing、 Post-assessment、 Summary，导言、

学习目标、前测、参与式学习、后测和总结）、PBL（Problem

Based Learning，以问题为导向的教学法）、SPOC（Small

Private Online Course，小规模限制性在线课程）混合式教学、EPIP（Engineering Practice Innovation Project，工程实践创新项目）等教学模式[1-2]，虽各有特色，但也存在一定局限，只适用于不同的培养对象和目标。这些教学模式存在一个共性问题，即没有将讲授、独学、讨论、答疑4个环节全部融入教学过程，或是没有按照先后顺序实施，不能完全符合学生的学习心理规律，或是没有提供足够的、有价值的学习资源供学生独学。如何落实新工科背景下“以学生为中心”的新时代教学指导思想，如何贯彻基于目标导向的OBE（成果导向教育）理念[3]，解决“凝固原理”课程难的困境，已成为不少教师的急切诉求。为此，作者结合成都工业学院实际，针对性地提出了一种改良型的“四元三导一对分”教学模式，并在“凝固原理”课程中进行了实践，取得了良好的成效。

二、“四元三导一对分”教学模式的基本思想

后现代主义认为，“教师中心”弱化了学生学习的能

动性与创造性，“学生中心”则使教学失去了掌控，从而失去了有序性与导向性[4]。事实上，“以学生为中心”理念是在教师引导下的、总体设计与把控下的、学生具体学习过程开放式的一种教学模式。“四元三导一对分”教学模式（图1）充分贯彻了“总体设计”的思想，体现了“开放式学习”的原则。“四元”是指讲授、独学、讨论和答疑4个教学环节，是相互独立的、以时间为主线的不同教学过程。“三导”是指课堂精讲导学、导学案导学和题库导学3种指导方式，是形式上独立的、以学习材料为主线的不同学习媒介。“一对分”是指将课堂时间大致平分，前部分时间留给学生，后部分时间用于教师讲授，是以课堂时间掌控权力为主线的、知识吸收与知识输出相互独立的2个不同时段。

（一）“四元”教学法

现代教育制度起源于J. A.夸美纽斯（J. A. Comenius）的班级授课制。自班级授课制开创以来，“教师讲授”与“学生独学”成为最经典的教学模式之一，至今也仍是全世界普遍采用的一种教学方法，即“二元”教学法。国内部分教师采取的只讲课、很少布置作业、期末勾画重点即考试的方法，实质上是“一元”教学法。伴随着教学改革的推进，学生“讨论”逐渐引起重视，代表性的“翻转课堂”即是从西方引进的以“讨论”为主的教学方法。

在“二元”教学法基础上融入了讨论环节的教学方法，即为“三元”教学法。韩愈的“师者，所以传道授业解惑也”也是另一种有答疑无讨论的“三元”教学法。国内教师通常都采用“三元”教学法。在“三元”教学法基础上增加“答疑解惑”环节，即“四元”教学法。在私塾或精英教育中，“答疑”容易做到，但在大众化教育中，实施成本较高，如2020年获得国家教学特等奖的四川大学小班制教学改革，投入经费高达2亿元以上，且师资力量十分充足，非一般院校的人、财、物力所能承受。

对班级授课制而言，讲授、独学没有问题，教师不需要做个体辅导，做的是共性教学，但批改作业、答疑都需要教师做个体辅导，都需要因材施教，教师在时间、精力上难以承受。从逻辑上讲，班级授课制是教授全班，不是教授个体学生，所以，这些个体化的辅导，并不是教师能够完全做到的，包括孔夫子也没有完美地做到。他的因材施教，只是在私塾的教学方式中实现的，即一对一的方式。到了班级授课制，少有人能在大班情况下做到因材施教，小班也做不好。所以，“四元”教学必须依赖于“对分”教学法。

很多教师尤其是高校教师认为，教学就是讲课，讲得好，就教得好。疫情倒逼下的线上教学，暴露了这种认知背后的错误。教学成效的评判是以学生获得知识、能力、素质的提升达成度为基准的。因此，“四元”教学法满足了“以学生为中心”的诉求，保证了学生被动听讲获取知识与主动答疑获取知识的完整性。

（二）“三导”教学法

信息化时代获取知识的途径已完全不同于过去，“以学生为中心”理念倡导的是教师引导学习而非“满堂灌”授课，“导学”能力已成为教师的基本功。“三导”包括课堂精讲导学、导学案导学、题库导学3种，从而建立从“注重教”到“服务学”的保障体系。

课堂精讲要求教师在熟练掌握教学内容的基础上，只将基本概念、重点、难点，以及前后逻辑关系等内容在有限的45 min内传授给学生，克服“满堂灌”，做到精讲留白，以便学生课后自我探索。这也是符合知识可视化理论要求的，可以快速厘清知识点之间存在的逻辑关系，实现意义建构。同时，知识的无穷尽与讲授的有限性决定了教师传授知识的有限性。

导学案的作用在于指导学生课后独学，向学生提供一个自我内化的标准，让学生课后独学时知道哪些内容是重点、哪些内容应该掌握到何种程度，是大致了解还是深刻理解？是熟记还是认识即可？是会推导公式还是只记住后会计算即可？导学案既是学生学习内容的广度与深度的标准，也是期末考核的标准。

题库的作用是向学生提供一种独学的有效训练工具。仅靠课后阅读课本、PPT课件的独学效果通常不如再布置一定量的作业。题库是题量扩大了多倍的作业，且几乎涵盖了所有学习内容，以及不同深度的内容，便于学生在章节复习、期末复习时“刷题练兵”，也让学生明白期末考核的题型、范围和深度。高校的课程考核是“合格”性测试，而非“选拔”性测试，只要题库的题会做了，再配以过程性评价，即可说明学习合格了。

（三）“对分”教学法

“以学生为中心”的指导思想要求将学习主动权交还给学生，教师不能通过“满堂灌”方式来独霸课堂时间。“对分”的思路在于将约一半的时间留给学生，教师只讲授剩下的一半的时间，本质上是学生与教师在课堂时间掌控上的权力分割。每次课的前45 min由学生自己支配，学生自我深度内化，针对上次课教师讲授的内容，在课后作业的初步内化基础上，在课堂上再次深度内化学习。然后，针对问题开展同伴间相互讨论，再有不清楚的地方，请求教师答疑。课堂后45 min则由教师讲授新课，实现课堂时间上的对分[5]。“对分”教学法有利于使教师“独角戏”变成师生“交响乐”，使气氛更加和谐、愉悦。

三、“四元三导一对分”教学模式的流程与方式

构建

当前的教学流程是先学后教与先教后学2种方式共存。教学方式上，也是讲授式教学与讨论式教学并存。无论是哪种教学方式与教学流程，均各有优缺点。关于讲授、讨论还是互动的好坏，许多学者进行了研究[6]，发现针对不同的学生群体及不同的教学内容，其适宜方式均存在区别，不能一概而论。“四元三导一对分”教学模式抓住知识流、信息流的输出和内化吸收的本质，将先教后学与先学后教融于一体，形成了不同于传统模式的第三种教学新模式。

第一，正确选择互联网教学云平台。线上线下混合式教学模式必须依赖于某个云平台，如学堂在线、雨课堂、智慧树、对分易等。不同的云平台各有其特色和优缺点。“四元三导一对分”教学模式所用云平台至少需要具备考勤功能、24 h手机在线存储与屏读功能、一键微信发布与作业提交功能、24 h手机批阅作业功能，方便学生课后独学，方便教师批阅作业。

第二，进行课程内容载体的建设与精练。在教学大纲、教材、授课教案的基础上，需要精练PPT课件、编制导学案、建设题库3种课程内容载体。PPT课件一定是内容精练、重点突出、风格简洁，便于教师在45 min的有限时间内完成精讲任务。

导学案尽可能在学期备课时完成编制。导学案应针对每堂课的数个知识点，准确使用学生能够看得懂的“白话文”，提出详细要求，如“能用图示法描述界面稳定性与界面不稳定性的含义”“能记住边界层溶质浓度Cl将按指数规律从C0/k减小到C0，但不要求公式计算”“记住晶体（或称晶核）生长受控的3方面因素”“能完全弄懂成分过冷的含义，并知道造成成分过冷的原因——溶质富集”等。

题库建设必须在课前完成。题库完全有别于习题集，也有别于教材所附作业题。由于不同高校、不同专业的人才培养目标不同，依据的教学大纲不同，对所学内容的深度与范畴均有差异，所以题库一定要高校自己建设，题的深度与广度必须与教学大纲一致。此外，题量一定要大，还应附带参考答案，较大程度解决教师的有限精力疲于应付作业讲解的问题。

第三，重构教学流程与教学方式。传统教学模式通常只关注课堂中的教学环节，而高质量的教学模式应包含课前、课中、课后3阶段教学流程。重构后的教学流程与教学方式如图2所示。在教学第n周的周m的某节课，如周二的第3节课教师简短回顾上次课讲授内容后，随即要求学生分组，对上次课的内容进行深度内化、同伴讨论、请求教师答疑。由于学生是通过完成作业的形式来实现课后独学的，因此，多数学生是被迫学习的，从较大程度上来说其知识内化过程是初步的、肤浅的。所以，在第一个45 min课堂上需要学生再次深度内化，对相关知识反思，有问题时小组内自然就会相互探讨。在此过程中也培养了学生的批判性、创造性思维和沟通、合作能力。从心理学上分析，由于不同学生的内化速度、内化方式不同，学生必须通过调节自身节奏才能有效完成内化过程。教师督促少数自律性差的学生，并解答在小组讨论中解决不了的高层次问题。