新工科和金课建设背景下大容量班级混合式教学设计探究
赵挥 赵利民
摘 要 新工科和金课建设对高等工科教育提出了新的改革方向，要以高阶性创新性和挑战度为目标，以产出导向为理念，进行人才培养体系建设。因此，结合课程特点与现状，实施合理的教学设计尤为迫切。本文从制定教学内容，改革课堂教学模式以及考核评价体系等方面，探讨“电极材料及应用”课程大容量班级线上线下混合式教学设计方法，以期实现以学生为中心的教与学，真正提升教学内涵与层次，为创新人才培养提供有力的支撑。
关键词 新工科 金课 大容量班级 混合式教学
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.12.004
Abstract The construction of new engineering and golden courses has put forward a new reform direction for higher engineering education. We should take high-level innovation and challenge as the goal， take output orientation as the idea， and carry out the construction of talent training system. Therefore， combined with the characteristics and current situation of the curriculum， the implementation of reasonable teaching design is particularly urgent. This paper discusses online and offline hybrid teaching design method of the high-capacity class of "electrode materials and applications" course from the development of teaching content， the reform of classroom teaching mode and evaluation system and other aspects， in order to achieve student-centered teaching and learning， truly enhance the teaching connotation and level， and provide strong support for the cultivation of innovative talents.
Keywords new engineering; golden course; high-capacity class; blended teaching
0 引言
自2017年2月以来，教育部提出要积极推进新工科建设，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、[1]《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，[2]明确提出，综合性高校要对催生新技术和孕育新产业发挥引领作用。聊城大学作为山东省属综合性大学，首批山东省应用型人才培养特色名校，发展新工科势在必行。新能源科学与工程专业作为新工科专业，相对于传统工科专业而言，需要的是创新和实践能力强，具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。[3]为此，针对一线教学实际，创新工程教育方式与手段，培养一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，是当务之急也是长远之策。
课程是人才培养的核心要素，学生从大学里受益的最直接、最核心、最显效的是课程。教育部在2018年提出“金课”这个概念，“淘汰水课、打造金课”正式写入教育部的文件。[4]那么，如何建设一门金课呢？首先，众所周知，美国教育学家布卢姆提出了著名的“教育认知目标分类学”，把认知目标由低到高分为六个层次，依次是：记忆、理解、应用、分析、综合、评价。[5]我们所期望的学生可以达到的层次应是高阶的，可以将知识、能力、素质有机融合，培养其解决问题的综合能力和高级思维，而不是仅仅停留在记忆和理解的层次。其次，课程内容要紧密结合前沿研究，改革传统满堂灌的教学形式，体现与学生的交互性;第三，因材施教，鼓励学生充分发挥个性;给予具有一定挑战度的课程内容，鼓励进行深入探究并自由表达自己“大开脑洞”的科研想法。
“电极材料及应用”是新能源材料与器件专业的一门专业提高课，在我院首次开设于2018年-2019年大三下學期，该课程介绍了先进能源储存和转换设备如锂离子电池、燃料电池、超级电容器、空气电池的各类电极材料，学习和掌握这些电极材料的设计合成、结构与性能的构效关系，对于以后从事基础研究或实际研发工作，解决新能源材料与器件实际问题意义重大。相较于其他基础或传统课程，该课程具有如下三个特点，其一，综合性。该课程是在理论系统的学习“物理化学”“材料科学基础”“电化学基础”等课程的基础上开设的，综合性极强;其二，应用性。该课程与实际新能源应用紧密相连，具有极高的应用性;其三，前沿性。该课程所讲授内容为先进的能源转换和储存器件的电极材料，新能源技术的发展日新月异，这就要求课程内容要紧跟前沿，扩展最新的科研知识。综上，该课程自身具备的特点与新工科要求不谋而合，与金课建设要求具有相当高的契合度。因此，本文基于新工科和金课建设的背景，探索“电极材料及应用”的新型教学模式即大容量班级线上线下混合式教学，以期快速提高课程质量，实现创新人才培养目标。
1 电极材料及应用课程现状分析
本课程是新能源材料与器件专业的重要选修课之一，较全面论述了电化学的发展历史和进程以及电化学的一些基本概念、现象、过程及其规律，并以一些电化学设备例如锂离子电池、燃料电池、超级电容器电极材料为主要分析研究对象，介绍电极材料应用基础。学习和掌握这些电极材料的设计合成、结构与性能的构效关系，为将来电极材料相关的学习和工作打下坚实的理论基础。
通过本课程的学习，了解和掌握电极材料的性质、功能和制备方法以及电极材料的测试分析手段，掌握各类电极材料的性质以及与电极材料应用关系等方面的知识，使从事电极材料和应用的研究和制造工作的材料专业学生对电极材料有一个很细致的了解，让学生全面了解电化学基本原理在材料科学特别是化学电源领域的应用。本课程理论联系实际，可以培养学生创新能力和分析解决问题的能力。
目前，这门课面向材料科学与工程学院新能源材料与器件专业大三下学期学生开设，学生数量一般大于80人，当前存在以下问题亟待解决：（1）创新人才培养的一个基本要求是以学生为中心，然而受教师和教室等客观条件的限制，不可能实行小班制教学模式，而大班制模式最大的问题在于难以实现教师、学生与教学内容之间的交互性，这就要求教师在授课过程中要掌握好“加法”和“减法”的辩证关系，其关键在于“减什么”以及“如何减”;（2）一般来讲，大四上学期就要开始备考硕士研究生，大三下学期的学生往往已经开始备考前的准备工作，比如收集资料，开始学习高数、英语等课程，这个阶段的学生心理往往比较焦虑和困惑，对于专业选修课的学习可能积极性不高，所以如何提高课程质量，吸引学生投入到课程中是一个很大的挑战。
2 电极材料及应用大容量班级混合式教学设计
混合式教学主要包括课前准备工作，线上课程内容学习与讨论，线下讲授与交流，课后的测试与预习。为了更好的提高大容量班级的教学效果，解决交互性差的痛点，建设金课，培养创新型人才，我们做了如下教学设计改革。相较传统的“填鸭式”和完全“网络化”的教学方式，这种教学方式更有利于对当代大学生的学习促进和价值塑造。
2.1 制定教学内容，做好“加减法”
要基于线上线下混合式教学实现“翻转课堂”，首先要针对其特点重新梳理制定教学内容，改变原本的单元和章节的教学内容设计，按照工程认证“OBE”标准将教学内容总结为具体知识点和技能点，构建“超星学习通+课程微信群+线下见面课”的混合式教学模式。
具体实施过程包括：（1）将“电极材料及应用”所授知识分为原理型知识、概念型知识及应用型知识，然后在超星学习通上创建“电极材料及应用”课程，课前安排学生进行线上自主学习，对于原理型知识和概念型知识，以学生在线上学习为主，通过超星学习通的讨论平台或微信群可以随时进行答疑辅导，对于应用型知识，在平台上发起相关讨论话题，引导学生参与讨论分析;（2）其余时间与线下面授结合开展混合式教学，线上面授前要反复修改所授内容的ppt，例如增加几道练习或讨论题目，随机抽取学生对原理型知识和概念型知识进行讲解并结合讲解情况进行补充说明。同时引导学生利用所学知识理解应用型知识，对在平台上发起的讨论问题进行互动交流，通过组织学生讨论、课堂交流等方式帮助学生消化掌握知识，在这个过程中教师要做好引导者和把控者的工作，以学生提问题为主，鼓励别的同学回答，给予充分时间讨论，鼓励创新;（3）同时对一些扩展性或非关键性知识点的内容进行删减，删减内容可以在课前/后以推送方式展示给大家，做好教学内容的“加减法”。（4）课后通过微信群等线上指导总结探究所学知识，使学生在课前、课中、课后能完成对知识的理解、应用及分析，从而培养其解决问题的能力，激发创新思维。
2.2 改革课堂教学模式，实现实时交互
对大容量班级而言，交互性差是一个关键的痛点。为此，我们做了如下教学模式改革。由于“电极材料及应用”综合性、应用性和前沿性的课程特点，拟采用课堂上模拟学术报告的形式。首先是学生分组，每4-5名同学为一小组;从第五个教学周开始，每组要对事先在学習平台上发布的一篇与本节课相关的英文文献进行分析讨论，形成学术PPT并在课堂上进行报告，小组内部要分工明确，文献每一部分都要有相关负责人，最后选出一名作为代表做报告，其他成员负责答疑。
课前：在超星学习通平台上发布文献，要求每一个学生都要认真研读。给每一个学生制作带有其名字的桌签，要求大家上课时带到教室放在桌子的右前方，桌签的使用目的是：其一，由于大容量班级的限制可能导致教师对学生名字不熟悉，桌签就可以使得教师可以随时了解某某学生的情况;其二，模拟学术报告的形式，激发学生的兴趣;其三，便于教师对学生情况的掌控，对参与讨论交流学生的情况进行统计。
课中：首先启用超星学习通，让学生签到，确保出勤率。其次，随机抽取几名学生，以提问题的方式考查其线上学习的效果，对学生回答过程中出现的共性问题加以纠错解释。对线上重点难点内容进行进一步的讲解强调，并调出事先准备好的小测验，让学生在手机端完成测验，再次检验学习效果，根据上述情况及时调整教学策略。然后，报告小组进行文献报告（10分钟左右），教师针对文献涉及的知识提出几个问题让其他组同学展开讨论，并对报告小组提出问题或质疑。需要注意的是，在这个过程中，教师要把握好讨论的方向，控制好时间，提高课堂效率，并进行总结凝练，真正调动学生的积极性，激发创新思维，提升课堂的内涵与层次，最后布置下一节课内容的预习并做预习指导。
课后：对于教师而言，首先是做好教学反思，回顾课堂情况反思教学目标设置是否合适，教学内容难易程度是否安排得当，课堂讨论交流情况是否良好等等。对于学生而言，做思维导图总结反思本节内容，对课程内容非常感兴趣或者有较好的科研想法的话可以与教师进一步讨论以及在相关老师指导下开展科学研究。总的来说，课后的学习是以线上指导讨论为主，利用平台讨论区或微信群加强教学互动。同时引导学生对扩展性内容进行学习，布置适当的作业通过作业质量来检验课后学习成效。
2.3 改革考核评价体系，确保准确公正
良好的考核评价体系是保证线上线下混合式教學质量的关键，传统单一的评价方式并不重视过程考核，显然已经不能全面准确地反映学习效果，为此，我们建立了一个多样化考核评价体系，采用过程性和总结性评价结合的方式评价学习效果。
对于大规模实时交互式在线教学而言，其考核评价指标一般分为以下几个方面：到课率，学生互动指数和教师互动指数。“电极材料及应用”课程的最终成绩由线下和线下两部分构成，各占70%和30%的比例。线下部分主要是期末考试成绩，课堂互动表现和笔头作业等，期末考试的命题依据新工科人才培养的“OBE”模式，以能力为导向，适当提高应用型题目的比例。线上部分主要包括线上学习视频情况、平台讨论交流区发表评论或帖子情况、线上测验情况、平台“弹幕”和“投稿”功能参与讨论情况等。这种考核方式能够反映学生真实的学习状况，确保考核准确公正。根据课程与毕业要求对应矩阵表，填写课程目标达成情况评价报告，根据考核结果对课程加以改进完善。
3 结论
新工科和金课建设是我国工科院校或专业改革的新方向，对“电极材料及应用专业”等专业课程也提出了新的要求。本文围绕新工科和金课建设并结合自身课程特点及实践研究，对大容量班级混合式教学设计进行探索，包括教学内容的制定，课堂教学模式的改革以及考核评价体系的改革，以期为线上线下混合式教学改革提供一定的经验借鉴，为创新和实践能力强，具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才提供支撑。
项目支持：山东省自然科学基金（ZR2019PB013）;聊城大学校级教改项目，《物理化学》课程基于微信公众平台线上线下混合教学模式实践研究（311161808）;聊城大学校级金课课程建设项目
参考文献
[1] 教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知，教高司函（2017）6号[EB/OL]， http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/ 201702/t20170223_297158.html.
[2] 教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知，教高厅函（2017）33号[EB/OL]， http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/ 201707/t20170703_308464.html.
[3] 钟登华.新工科的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）.
[4] 教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知，教高函（2018）8号[EB/OL]， http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201809/t20180903_347079.html.
[5] 林兆星.基于认知目标分类学的科学教学问题研究[J].天津师范大学学报（基础教育版），2021（22）.
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