《材料科学基础》混合式优秀教学设计（一等奖）.docx

材料科学基础混合式优秀教学设计（一等奖）一、课程教学整体思路（一）课程的建设开展历程材料科学基础是材料科学与工程学院金属材料工程、粉 体工程等专业基础课程，是研究材料成分、组织、结构与性能之 间相互关系的一门学科。本门课程是金属材料工程专业、粉体工 程专业的学科基础之所在，故本门课程的教学内容与教学质量的 好坏，直接影响着本科毕业生的业务水平与开展潜力。本课程分 别于2008年和2012年获批合肥工业大学精品课程和安徽省精品 课程，每年约有300名本科生学习该课程。（二）课程的基本信息：课程性质、课时安排、课程特色等根据最新修订的2019版教学大纲，材料科学基础1）授课 学时为64学时，共4学分，授课时间为大二下学期，是金属材料 工程和粉体工程专业的专业基础课程。通过本课程的学习，可以 使学生掌握材料科学与材料工程相关的基础知识，为后续专业课 程奠定坚实的基础，能够有效提升面向工程教育认证的学生培养 质量。本课程是一门承上启下的专业必修课。材料科学的快速开展 促进了新技术、新材料的广泛应用，在教学过程中，一方面强化 学生对于基础知识的积累，另一方面引导学生将基础知识与工程 应用相结合，因此与本课程的特色主要有以下三点：发现学生成绩的变化趋势，保证每个学生都能得到最充分的及时 关注，实现以学定教、因材施教。利用材料科学与工程学院虚拟 仿真教学平台进行典型零件及工模具用钢的热处理虚拟仿真实验, 强化学生对于复杂工程问题解决的能力，高等教育内涵式开展背 景下，实验教学主动适应新技术革命性变化，提升新时代大学生 的创新精神、实践能力和社会责任感，培养卓越拔尖人才的重要 举措，是金属材料工程专业人才培养推进“智能+教育”的积极探 索，是推动人才培养质量提升的新的生产力。在前期虚拟仿真教 学工作的基础上，该平台已获批2020年安徽省虚拟仿真实验教学 工程，同时申报了教育部国家级虚拟仿真实验教学一流课程，为材料科学基础的线上线下混合式教学奠定了良好基础。七、教学过程与实施方法下面以材料科学基础1第六章中的铁碳合金相图为例阐 述教学过程与实施方法。铁碳合金是使用最为广泛的金属基材料，是材料科学基础 1课程的重点内容之一。该局部教学内容对学生的能力目标要求 是：（1）熟练掌握Fe-Fe3c二元相图中的基本相、组织以及含碳量 对其组织组成物变化的影响规律；（2）可以利用Fe-Fe3c二元相 图进行材料选择，解决实际应用过程中材料失效的问题，培养和 锻炼学生的研究与实践能力。通过混合式教学，使该局部内容支 持课程目标2和课程目标3的达成。混合式教学解决的重点问题 是：让学生在有限的时间内实现对课程内容广度和深度认知与掌握，培养学生的综合素质与能力。在混合式课程教学之前，需要 对现有的教学资源进行重新整合、梳理和规划设计，铁碳合金相 图对应5个知识点，分别是铁碳合金相图的基本构成、合金中的 基本相、组织转变过程、杠杆定律的实际应用以及杂质元素对于 铁碳合金的影响。线上线下混合式教学的优势是可以将原来的课 堂教学活动进一步延伸搞课前和课后，提前做好教学计划和安排 是先决条件，教学过程主要包括课前自学、课堂导学和课后学习准备资源，以学定教前V提供平台优帖，引导学生思考I共同探讨，质疑问答课I中雨课堂发布讨论、随堂测试,实时反应点评I 随堂测试，实时点评I回顾总结，答疑解惑铁碳合金相w探讨合金的组织变化因素 V_二一,一卡二g多角度、深层次 L二公"E 3探讨影响铁碳合金因g-二二6 5讲解杠杆定律的具体应用少二？观看视频，论坛讨论，单元测试反思帖子内容现场或平台发表看法小组讨论，绘制、上传并解释 思维导图，完成随堂测试完成随堂测试现场或平台提问交流看内容 进阶内容平台发布练习，布拓展任务7 课后练习，巩固拓展提交个人练习，参与平台讨论图4铁碳合金相图混合式教学流程图1.课前自学教师提前发布本次课程讲授内容的教学计划，包括教学重点、 难点，网上学习资源以及参考资料，发布对应本次课程所讲授知 识点的逻辑关系图，发布讨论题目。学生在自主学习过程中遇到 问题，教师及时提供在线答疑，同时整理共性问题以备课堂讲解。 2.课堂导学课堂导学是线上线下混合式教学的核心环节，是将学生通过 微课和PPT课件自学知识点内化和疑难问题解决的重要途径。根 据教学过程的基本规律，本单元通过一个案例、一组数据、两个 视频、三个应用深入浅出讲解铁碳合金相图中的基本相、组织、 组织演变规律、杠杆定律的使用以及杂质元素对铁碳合金性能的 影响。具体教学流程分为以下几个步骤：【一次课100 min引入：通过“泰坦尼克号”漂浮事件，从 材料的角度剖析钢中杂质元素对材料性能的重要影响，从而引入 学习和研究铁碳合金相图的重要意义。【教师为主，2分钟】剖析：阐述铁碳合金相图产生的历史 背景，深度剖析相图构成及相图中存在的特殊相变类型，包含包 晶转变、共晶转变以及共析转变。【教师为主，20分钟】分组讨论：根据铁碳合金中碳含量将 相图分为七个局部，分别为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共 析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁，将学 生分成七组，分别讨论七种成分的铁碳合金在冷却过程中的相和 组织的转变过程，以及在转变的不同阶段相的相对含量变化。【学生为主，30分钟】探究：基于分组讨论的结果，探究不 同成分的合金在冷却过程中相及组织转变的异同点，获得铁碳合 金的相和组织随成分变化的规律。【师生互动，30分钟】评价：通过随堂测验完成对本课程学习效果的检验【学生为主,14分钟】总结与点评:【教师为主，2分钟】布置课后作业:【教师为主，2分钟】3.课后学习课后及时发布作业清单，包括雨课堂测试题，开放型作业撰 写等题目，由于本科次的内容具有工程应用背景，因此给学校安 排一次课后调查报告，要求将所学内容与本次课所学的铁碳合金 的开展以及应用相结合完成一篇调查报告，鼓励学生进行探索与 思考。在材料科学基础1课程混合式教学设计与实践过程中， 通过合适的、新颖的教学活动表达“两性一度”。八、学习评价与教学反应.过程性评价和综合评价相结合材料科学基础课程评估方式主要包括期中考试、期末考 试，课堂测试与作业撰写四个局部。期中，课程过程学习评价主 要由线上学习、课堂测试、作业撰写三局部组成。(1)线上学习线上学习主要是教师在课前通过SPOC推送即将学习的内容 给学习，利用微课、PPT展示、在线测试等方式考察学生对于基础 知识、基本原理的掌握情况。(2)课堂测试针对课程中的知识要点，通过雨课堂进行随堂测试，精心设计 题库，及时反应评分，帮助学生诊断学习情况，课堂测试主要以客观题为主。作业撰写通过雨课堂在课后推送开放型试题、调研性课题让学生进行 铁碳合金相关知识的调查，使其掌握书本知识外的知识，拓宽学 生知识面。1 .教学评价与反应评价是检验教学效果的有效方法，对教学过程有监控和控制 作用，而对教师和学生那么是一种促进与强化。传统的课堂教学评 价注重结果，而雨课堂、腾讯问卷提供的是群体参与的形成性评 价，学生的意见能在一个公开的可视化的平台上呈现。相对于传 统式教师主导的教学，线上线下混合式教学更透明，也更能有效 地敦促教师重视学生的感受。教师通过与学生交流及时了解教学 效果，及时调整教学方式。本课程评价采用过程性评价，分为教师对学生评价和学生对 教学评价两个方面。对学生评价分为对个人评价和对小组评价， 评价方式有课前测验、课堂测试、作业撰写、期中期末考试、随 机提问、调查问卷。对教学评价为每章讲完后通过腾讯问卷了解 学生对课堂教学的评价及建议，同时教师也会及时将评价结果反 馈给学生个体，催促学生进行改进。九、教学总结与反思材料科学基础课程团队是一支教学经验丰富、富有活力 的教师组成，经过十年左右的教学实践，尤其是近两年的混合式 教学实践，逐渐形成了一种行之有效、易于操作的混合式教学路 径，同时也对该课程的混合式教学进行了总结与反思。十、教学总结教学有理念：坚持立德树人为导向，以学生为中心，以任务 为驱动，促进学生综合素质的开展；教学有设计：线上线下相互 配合，明确线上学什么，怎么学，线下如何传达，如何内化；线 上有资源：依托中国大学MOOC平台，依托雨课堂交互平台；线下 有活动：课堂测试、开放型作业撰写，角色互换；过程有评估： 课堂表现、线上学习状态、虚拟仿真效果等方面进行过程考核； 评估有手段：通过雨课堂、QQ问卷等手段对过程评估进行考核。 十一、教学反思线上线下混合式教学是未来教学模式改革的大趋势，材料 科学基础在施行线上线下混合式教学改革过程中存在以下三个 难题：一是，学生对于混合式教学比拟陌生，且学习任务更加繁 重，前期参与的积极性不高，对教师的评价不够正面，在很大程 度上影响教师进行混合式教学改革的热情；二是，混合式教学中 混合学习评价处于探索阶段，其评价效果过度依赖于在线学习平 台的监测，能否真正反映学生的学习效果尚待进一步观察；三是， 根据OBE的教学理念，教师在实施混合式教学活动之前，需要对 混合式教学做出合理的设计，并与课程思政相结合，教师进行混 合式教学耗费的时间将会急剧增加，在一定程度上阻碍了教师进 行混合式教学改革的动力。(1)注重跟踪相关新技术的开展，并将其反映在教学内容中。 教学队伍中年轻教师均具有海外留学经历，学习能力强，与国际 接轨程度高；(2)注重教学研究与教学改革。任课教师承当多项教学改革 工程，研究中将先进的教学理念和教学方法应用到该课程之中， 在此基础上创立新的教学法，提出的“现象-问题-理论-方法-创 新意识”五环相扣的创新教学法实施效果良好；(3)注重学生实践能力、创新能力的培养。教学过程中利用 多媒体、虚拟仿真平台等多种手段，将理论知识与工程实践相结 合，提高学生的学习热情，培养学生科学的思维和创新的能力。 积极开展校企合作，通过开展专家讲堂、企业实践、认知实习等 方式，拓展学生的实践平台，培养学生的解决实际问题的能力。(三)混合式教学改革要解决的重点问题线上线下混合式教学，本质是解构知识体系、重构学习体系 的过程。混合式教学均须遵循“以学生为中心” “两性一度”的 基本原那么，但是在具体的设计与实施中，要充分结合课程的具体 实际，不能简单地用某一标准对同类课程的教学过程实行“一刀 切”。在进行混合式教学探索前需要明确课程改革要解决的核心 问题究竟是什么，然后有针对性地进行“靶向治疗”。因此在混 合式教学改革过程中需要重点解决以下问题：1 .厘清线上与线下学习的关系线上和线下学习是混合式教学密不可分的两个重要环节，共 同作用于学生的学习效果。线上学习是每阶段学习的起点，通过 自主学习，让学生基本掌握课程知识点，带着一定的知识基础及 问题走进教室；同时一，也是每阶段学习的小结，在线完成学习内 容的总结、检验与反思，从头和尾两个环节对课堂教学的质量进 行保障。线下学习是控制课程学习效果的关键环节，是实现课堂 高阶性、创新性和挑战度的最主要途径之一。教师以精心设计的 课堂教学活动为载体，完成学生线上学习成果的检验、帮助学生 完成知识的巩固和转化，引导学生实现高阶学习。线上与线下教 学环环相扣、循环往复，构成完整的教学周期，形成贯穿“课前 +课中+课后”的闭环学习。2 .明晰学习任务中心混合式教学构建了一种新型师生关系，传统课堂中教师是教 学任务的主要承当者，是整个教学活动的中心，掌握着知识传递 的绝对话语权。混合式教学那么强调学生是学习的主体，学生的学 习过程及能力的达成是教学活动的中心，将“以教师为中心”转 变为“以学生为中心”的教学模式，实现教学主体的改变，学生 对课堂教学活动的参与度直接影响教学的效果。3 .强化师生互动传统课堂的信息传输大多数时间都遵循着从“师”到“生” 的单向传输，即从教师所知到学生所知。随着互联网的普及，学 生学习的途径快速增加，混合式教学构建的正是这样一个师生、 生师、生生的多向互动关系。这种多向互动，需要教师通过设计 线上讨论、互动答疑、线下课堂小组作业等线上、线下的教学活 动来最终实现。4 .课程教学改革的理念坚持立德树人为导向、以学生为中心、面向产出的课程教学 改革理念。以立德树人为导向，重构课程教学体系，认知材料学 科核心素养，完善教学活动设计，构建虚实相辅教学平台，使学 生树立正确的“世界观”、“人生观”和“价值观”，坚持为党 育人、为国育才。调动学生学习的积极性和主动性，将“以教师 为中心”转变为“以学生为中心”，构建并形成面向产出的评价 方案，提升学生综合能力。5 .课程教学整体设计思路、教学模式等材料科学基础是金属材料工程和粉体工程专业的专业基 础课程，起到承上启下的作用，其重要性不言自明。针对传统教 学过程中存在的理论讲解难以深入、课堂面授枯燥乏味、没有结 合新材料的开展、与社会开展存在一定程度的脱节等问题，本课 程基于学术研究视角、学科竞赛视角、工程问题视角、课程结构 优化等四个方面进行教改设计，其整体设计思路如图1所示。(1)多视角导向，全方位育人材料科学基础是材料类专业的专业基础及必修课程，一 方面其对于后续专业主干课程的学习起到基础性支撑作用，从而 为经过专业课程训练之后解决复杂工程问题奠定基础，另一方面 其对于后期硕士、博士期间的深入学习也起到了理论指导作用。 因此，本课程需要从学术研究视角、学科竞赛视角、工程问题视 角等不同方面，构建全方位人才培养体系。一是学术研究视角， 在经典的材料理论知识基础上，引入前沿的理论成果和技术成果, 保障学生获取知识的深度，鼓励学生跨专业、跨学科开掘知识、 调研行业现状，以提升学生的理论素养。二是学科竞赛视角，鼓 励学生参加材料相关的学科竞赛(例如全国大学生金相大赛、全国 热处理创新创业大赛)以及其他与材料相关的学科竞赛，将理论知 识转变为学生的实际动手能力，理论联系实际，强化学生个人能 力的提升。三是工程问题视角，基础课程学习的目的是服务于专 业课程，用来解决复杂工程问题。在基础知识积累和个人能力提 升的基础上，进一步强化学生对于本专业所遇到的复杂工程问题 的发现能力、剖析能力和解决能力，实现人才的全方位培养。 重构知识体系，优化课程结构针对工科高校的学生，培养其实践动手能力是人才培养的重 要一环。本课程在学术研究视角、学科竞赛视角、工程问题视角 的考量下，利用认知模块、实践模块以及竞赛模块对知识体系进 行重构，已解决课程对于社会开展适应性的问题。通过认知模块 解决知识的传授及学生拓展问题；实践模块解决学生动手能力差, 无法胜任工科专业任务的问题；竞赛模块在于设计与学科竞赛对 接的课堂教学环节，模拟真实竞赛环节的流程、评审机制，提升 学生的学习代入感和真实感。二、学情分析材料科学基础要求学生达成知识、能力以及素养三个维 度的目标。（一）知识目标能够熟练掌握Fe-Fe3C相图的基本组成相以及在不同温度下 的相和组织；能够利用杠杆定律计算Fe-Fe3C相图中不同成分的 合金在不同成分时的相与组织的相对含量；能够了解杂质元素对 于钢的性能的影响。（二）能力目标能够利用Fe-Fe3C相图的分析过程拓展到其他复杂相图的分 析；能够根据钢的服役条件的不同选择合适的成分。（三）素养目标能够正确获取、判断、评价和使用信息的素养。根据布鲁姆 的教育目标分类法，如图2所示，在实现材料科学基础课程 教学目标过程中，学生需要经过从识记、理解、应用、分析、评 估和创造六个阶段，因此在教学过程中，需要对教学目标进行细 化和分层，并结合学生的学习能力确定各不同层级之间的教学阶 段。材料科学基础1课程面向对象是大学二年级学生，其对材料有了基本的了解，然而概念相比照拟模糊。随着互联网技术的 快速开展，学生善于通过互联网获取材料相关的知识，但是知识 存在零碎化的现象，知识体系不健全，学习方式相对单一。基于 上述情况，问题导向学习是一种非常奏效的方法，让学生带着关 于材料的疑问进行线上学习、去思考、去探究，激发学生自主学 习的兴趣，明确学习任务和目标，并在课堂教学过程中内化。知识构建过程教学方法教法阶段知规律皿目标层级拓应用目原同I自主探究评效果IE在线评价自主探究析本质小组合作懂应用U近识概念创造应用自主探究、 相互帮助评估课后课中课刖教学理念以学生为中心以产出为导向以任务为驱动图2布鲁姆目标分类图解对于概念和规律的掌握，利用MOOC结合新媒体教材，开展课 前自主探究学习，配合学习平台上的答疑讨论、社交化功能软件 实现互助学习；知识的应用将于课堂上通过小组合作的方式进行 知识点验证，分析知识应用的本质，最后结合线上评价对学生学 习效果进行评估；课后再以任务作为拓展让学生在课后进行自主 探究分析，完成课程相关知识的迁移。整个教学过程以问题为前 导，以案例分析为载体，以工程作为拓展联系专业，以任务驱动 开展“以学生为中心”的导向教学。三、教学内容介绍选取自材料科学基础章节名称：铁碳合金相图铁碳合金相图的剖析，可加深对相图知识的应用。作为应用 最广泛的合金相图，铁碳合金相图是钢铁材料研究与生产的基础, 相图的结构，各相区分界线的意义，各特征点的成分、温度、意 义以及铁碳合金组织中的基本相与基本组织；组织的形貌特征、 组成物的含量计算，组织与性能；铸锭宏观组织的形成机制，控 制晶粒组织的途径与方法。钢和铸铁是现代经济建设应用极其广 泛的重要基础材料，都是以铁为基，铁和碳组成的铁碳合金。了 解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和 使用钢铁材料。在学习过程中，需要掌握Fe-Fe3c二元相图中的 基本相、组织以及含碳量对其组织组成物变化的影响规律，从而 为复杂工程问题的解决奠定基础。四、教学目标材料科学基础课程教学的目标是使学习者深刻理解材料 的成分-结构-工艺-组织-性能诸方面的内在联系的根本原因、基 本知识和基本应用，为学习后续专业课程奠定坚实的基础理论知 识；为将来创造新理论、研制新材料、开发新工艺提供新思路和 理论指导，在教学过程中融入课程思政元素，培养学生的大国工 匠精神、爱国主义情操、社会主义责任感和无私奉献的精神，逐 步塑造学生吃苦耐劳、脚踏实地、团结奋进的作风。其具体教学 目标如下：课程目标1:掌握材料科学与工程中原子键合、晶体学、晶体缺陷、相图、金属塑性变形等相关基础知识、基本原理。课程目标2：能够利用科学与工程的基础知识、基本原理进行金属材料成分、结构的工艺设计，并对热处理、塑性变形等复 杂工程问题提出解决方案。课程目标3：能够运用基础知识进行固态扩散、材料凝固、塑性变形等工程问题的分析以及开展相关工程研究或者科学研究。六、智慧教学支持材料科学基础线上线下混合式教学主要采用三种智慧教学条件。一是中国慕课平台，二是雨课堂，三是虚拟仿真实验教学平台。本课程依托的在线资源是国家精品在线开放课程材料科学基础，中国慕课平台可以提供该课程的MOOC课程视频，让学生 提前学习材料科学的基础知识，从而让每个学生都带着较好的知 识基础和疑问走进教室，从而充分保障课堂教学的质量。在课堂 上我们的讲授局部仅仅针对重点、难点，或者同学们在线学习过 程中反应回来的共性问题。结合雨课堂智慧教学工具，对学生在 线上学习过程中遇到的重点、难点进行讲解、进行课堂互动，调 动学生学习的主动性，培养学生解决复杂工程问题的能力。通过 雨课堂，能够及时了解到学生每一次作业、每一次测验、每一次 课堂问答中存在的薄弱知识点，学生是否积极参与课堂活动，课 堂中所讲解知识点的掌握情况。从学生日常的学习情况中，提前