材料科学线上教学多元化设计研究

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摘要：受疫情影响，2020春季学期材料科学基础课程采取全程线上教学。为保证教学质量，坚持“以学生为中心”，在教学过程中设计运用了多元立体式学习、小组协作学习、互动式教学、及时评价与反馈几种教学策略，在实践中取得了良好效果。

关键词：材料科学基础；多元化教学；设计与实践

材料科学基础是材料科学与工程专业学生必修的核心专业基础课，也是许多高校的考研课。该课程的教学目标是使学生扎实掌握材料科学基础理论知识，为后续专业课程的学习打下基础，同时注重培养学生综合分析问题、解决问题的能力，为其今后从事材料的设计、研究和开发创新做好准备。近年来，为提升教学质量，山东大学材料科学基础课程教学团队不断进行教学改革创新。教学团队坚持“以学生为中心”、以学生学习为中心，积极建设材料科学基础在线开放课程，创设了多元化、互动式课堂教学模式。受新型冠状病毒肺炎疫情(简称疫情)影响，2020春季学期学生未能返校。在此背景下，教学团队将以面授为主的课堂教学转变为全程的线上教学。为了帮助学生适应新的教学模式，实现教学目标，教学团队在教学过程中设计运用了多元立体式学习、小组协作学习、互动式教学、及时评价与反馈等多种教学策略，取得了良好的效果。

1多元立体式学习

材料科学基础课程的理论抽象，概念多且复杂，历来是让学生颇为头疼的课程。对于这门课而言，常规的课堂讲授法具有教师讲解细致、现场答疑及时等优势。而2020春季学期受疫情影响无法面授，为保证教学效果，从学生学习的角度出发，教学团队设计并实施了课前、课上与课后三位一体紧密配合的多元立体式学习策略。

1.1课前自学

在全程线上教学的情况下，如何恰当地引导学生自主学习对保证教学效果尤为重要。为此，教师在课前恰当时间通过雨课堂平台发布预习课件。预习课件的内容包括相关知识点的微视频，或相应内容的小测试。例如，第一章工程材料中的原子排列的第一节是原子键合，由于该内容属于中学化学的内容，故而教师制作了“结合健小测试”并在课前发送，让学生通过自测复习和回顾这部分的主要知识点，以测代学，课上就不再讲授。另外，除了教师推荐的参考教材和学习平台外，还特别鼓励学生自行寻找其他相关的学习材料进行自学。学生通过自学和小测可以了解自己存在的问题；教师则通过课前任务的完成情况一方面可以掌握学生的学习动态(学情)，另一方面可以整理学生存在的共性问题，有针对性地进行课堂教学设计。

1.2开展多元化的课堂教学活动

课堂学习是学生掌握教学内容、完成知识内化最关键的环节。对于每一次线上课堂教学活动，教师都要针对教学内容和学生课前的自学情况进行精心的组织和设计，保证教学活动形式丰富多样。教学活动包括重点难点精讲、小测验、小组PPT汇报、讨论、竞赛等，通过教学活动促使学生回顾、应用与拓展课前自学的内容，让学习由表层的问题回答和知识分享深入知识应用与解决层面。例如，在铁碳合金相图教学单元，开展了小组竞赛式课堂讨论活动，分为必答和抢答两个环节。在必答环节，每组先由一名学生作答，在限定时间内允许其他学生补充纠正，教师酌情打分。必答题主要考查学生对铁碳合金相图基本知识的掌握程度，相对容易，因此必答部分结束时往往各组得分相差不大。在抢答环节，打破按组答题的限制，所有学生均可抢答，一旦答错还可由其他学生重新抢答。该环节考查学生对铁碳合金相图基本知识进行分析与综合运用的能力，属于高阶教学目标，不容易一次答对，学生都跃跃欲试，小组竞争异常激烈，各组成绩随之拉开差距，课堂气氛十分热烈，使小组竞赛式课堂讨论达到高潮。竞赛结束后，教师当堂宣布小组及个人积分和名次，不但要对优胜个人和小组予以表扬和奖励，还要将结果计入课程总成绩[1]。教师对整个课堂讨论过程和教学内容进行总结、反思和提升，把学生的注意力引向最重要、深层次的铁碳合金结构特征，帮助学生形成完整的知识体系。

1.3课后巩固与提升

为了帮助学生复习和巩固所学内容，教师在每个教学单元结束后会布置适量的作业。此外，还通过雨课堂补充若干MOOC视频，便于学生进一步拓展知识。如第一章的晶体缺陷部分，内容抽象难懂，教学团队在雨课堂内置的MOOC视频中选择了大连理工大学叶飞教授的相关授课视频，并将其作为课后补充资料及时推送给学生。学生观看其他学校的MOOC视频不仅可以复习所学知识，而且可以拓宽知识面。

2小组协作学习

开课之初，教师要将全班学生分组，因为后续教学中许多活动都要以小组形式开展。小组协作学习借鉴了笔者学习英语的经历。当时每堂课外教都要求学生分组讨论，小组讨论时，气氛轻松活跃，学生积极思考，自由表达，学生之间相互启发，思维极度活跃，类似头脑风暴会，因此学生大大提升了英语学习的兴趣与效果，与单纯被动地听讲完全不同。后来笔者参加北京大学汪琼教授的MOOC“翻转课堂”学习，接触到小组协作学习理论，它的理论依据是建构主义学习理论，强调“以学生为中心”，学生对知识的掌握一方面通过自身的认知活动进行主观建构，另一方面依靠与同伴和教师一起进行有意义的学习来共同建构，在相互启发中不断调整思维，从而在更高层次上建构知识[2]。小组协作学习强调小组内的每个成员都要参与进来，共同协商和分享是其核心。小组协作学习强调学习产生在知识协作建构过程中，是一种相互依存的助长关系，是人与人之间的互动所带来的知识、经验的丰富和能力的共同提高[3]。2020春季学期线上教学期间，学生分散在家，比起以往的教室面授缺少了共同学习的氛围。因此，采取小组协作学习的方式可以增加学生之间的互动联系，创造更多交流合作的机会。具体而言，小组协作学习的形式有以下几种。

2.1小组课堂练习

材料科学基础课程的教学内容繁多，其中有不少难点，教学过程中必须通过及时的课堂练习加以强化巩固。在2020春季学期的教学中，针对篇幅较大、知识点较多的教学单元，课上练习时采取小组答题方式。例如，第四章相图的篇幅最大、内容最多且包含三元相图等多个教学难点，教材上附有大量习题和复习思考题以供学生练习。对此，教师除了布置课后作业外，还组织小组课堂练习，即要求从第一题起按小组顺序轮流作答，循环几轮，综合小组答题情况记入平时成绩。结果表明，小组课堂练习效果较好，一方面小组轮流答题模式促使学生在直播教学过程中保持精神高度集中；另一方面由于引入了组间竞争，小组成员的学习积极性大为提高，绝大多数学生能够主动思考，积极答题，学习效率提高。

2.2小组作业及互评

如前所述，课后作业是学生复习巩固所学知识和提升应用能力的重要环节。2020春季学期的课后作业采用了两种方式，一是常规的个人完成、教师评判的方式；二是某些章节以小组作业取代个人作业，即要求小组成员共同完成，提交之后进行小组互评、教师点评，小组作业成绩计入组内每名学生的平时成绩。对于小组任务，小组成员必须合作完成，因而创造了许多共同学习讨论的机会，在这个过程中学生可以互相学习借鉴，总结问题；同时小组互评有助于学生以更积极的态度完成作业，增强集体荣誉感。

2.3小组展示

材料科学基础课程理论抽象且知识点繁多，而与知识点相关的名人故事也很丰富。2020春季学期的小组活动之一就是要求学生搜集与教学知识点相关的名人故事，并选取一则进行小组展示。在查找相关文献资料的过程中，学生可以了解某个知识点的来龙去脉，深入理解其概念及演变，并且能够在研究名人故事的过程中获得启发，大大提升学习兴趣和效果。

3互动式教学

在常规的课堂教学中，教师是主角，学生是被动的听众，严重降低了学生学习的积极性和主动性，这种满堂灌的教学模式已不适应现在的大学课堂。近年来，笔者在教学实践中采取了多种形式的互动式教学，特别是线上课堂，互动式教学有助于增强学生的注意力，培养学生的创新思维能力，获得了良好效果。

3.1课堂提问式互动

教师在讲课过程中随时提问并点名回答。材料科学基础是一门逻辑性较强的课程，前几章的内容主要讲授基本概念与理论，如晶体学基础、晶体缺陷理论、凝固理论等，这个阶段的课堂提问偏重于考查学生对基础知识的理解和记忆，对于学生存在的问题教师应及时纠正。逐渐进入后几章时，教学内容转变为对材料科学基础基本理论的综合运用，相应的课堂提问则要考查学生综合运用基本理论知识分析、评价、解决相关问题的能力；在此阶段，教师不应只关注问题回答的正确与否，更应注重对学生的启发与引导，培养学生进行开放性思考与思维思辨的能力。

3.2雨课堂练习式互动

雨课堂是一款功能强大的教学辅助软件，近几年山东大学线下教室普遍安装了该软件。疫情防控期间，雨课堂平台强大的辅助教学功能使得线上教学更加便利。教师可以利用雨课堂在教学PPT中插入各种练习题，如填空、选择、判断等，课上随时发布，让学生随时练习。如第一章中的晶体学基础、晶体缺陷理论等内容抽象难懂，对此教学团队已经利用雨课堂制作了十余道相关的课堂练习题并在课上使用。雨课堂对互动式教学的促进作用在于，该软件不仅能够对练习中的客观题进行即时批改评分，还能为教师提供学生答题情况统计，方便教师根据错题和出错学生的情况在课堂上进行针对性讲解和个性化辅导。

4及时评价与反馈

常规的课程考核往往以最终的试卷考核为主，缺乏对学生综合能力与学习过程的测评，难以真实全面地反映学生的学习成果。对此，2020春季学期一方面增加了平时成绩在总成绩中的比例，由30%提高到40%，另一方面更加注重在学习过程中对学生进行及时评价与反馈。如每次课后作业，教师都会及时批改并返回给学生，同时还要在课上进行点评，坚持一段时间后学生作业中的抄袭现象明显减少，作业完成质量明显提高。课程平时成绩包含多项数据，有课前任务完成情况、课上出勤情况、课后作业质量、小组任务完成情况等，能够较为全面地反映学生的学习情况。

5结语

本文详细阐述了我校材料科学基础课程教学团队为保证疫情防控期间线上教学的顺利开展和教学质量而采用的多元立体式学习、小组协作学习、互动式教学、及时评价与反馈等教学策略的具体措施，这些措施在实践中取得了良好效果。

参考文献

[1]边洁,肖桂勇,刘东明,等.开展多元化课堂讨论翻转传统课堂[J].中国现代教育装备,2015(23):104-106.

[2]邱艳萍.大学生小组学习绩效的影响因素探究[J].高等教育,2018(3):121-122.

[3]李小娟,郭亚丹,梁中锋.大学生小组协作学习成效的调查研究[J].河南科技学院学报,2016(8):66-69.

作者：边洁 庄光山 张刚 肖桂勇 单位：山东大学