微课在材料研究方法教学中的应用初探

汪园园 管航敏 王威 唐正霞 胡颖飞

金陵科技学院材料工程学院 江苏南京 211169

材料研究方法是材料科学与工程专业的专业核心课程之一，主要介绍用于材料研究的各种测试方法。无论是生产还是科研，都需要用到分析测试手段来确定产品结构、组分和性能等，因此本课程具有很强的实用性，为学生未来的科学研究和就业打下坚实的基础。该课程的课程目标是通过本课程的学习使学生理解光学显微分析(偏光显微镜和金相显微镜)、粉末X射线衍射分析、电子显微分析(扫描电子显微镜和透射电子显微镜)、热分析(热重分析、差热分析和查实扫描量热分析)、光谱分析(紫外可见吸收光谱、红外光谱和拉曼光谱)及核磁共振波谱分析等材料测试方法的基本原理，掌握上述材料研究方法的适用范围，能够根据材料的特点和研究的需要，正确选择合适的材料测试方法，对材料的组成、结构和形貌进行表征，从而为提高材料性能提供支撑。但是该课程所涉及的测试原理和方法较理论、较难、较枯燥，导致学生理解起来较困难。

微课即微型教学视频课，是围绕某一知识点或教学环节制作的简短教学视频，具有主题明确、结构清晰、内容充实、语言精练和效果震撼等特点[1-2]。微课以互联网为平台，学生可通过电脑或手机观看，打破了传统课堂的时空限制，操作方便，符合现代学生快节奏的学习和生活方式[3-4]。此外，以微课作为载体，学生课前可对理论和实践课进行预习，课后可进行知识巩固和进一步拓展。微课为学生的自主学习创造了条件，改变了传统教学模式单一的问题，提高了学生的学习积极性和学习效果[5-7]。

基于此，本文将初步探索微课在材料研究方法教学中的应用，通过专门的教学设计，围绕课程知识点，引入有趣科学的案例、直观的图片和动画等，制作微课，提高学生自主学习的积极性，提升教学质量。

1 材料研究方法教学存在的问题

1.1 学情分析

材料研究方法课程一般是在大三年级开设，包括理论教学和实践教学两个部分，我校材料科学与工程专业和功能材料专业学生均需要学习，涉及每届约200名同学。根据每年的考试结果分析，约10%的同学会挂科，需要补考或重修。通过和这部分同学的交流发现，他们认为该课程知识点较多、较琐碎、较理论、学不懂。对于布置的作业，存在部分同学不认真做作业应付老师的情况。另外，很多同学没有课前预习和课后复习的习惯。

1.2 教学存在的问题

(1)课程涉及多种材料研究与测试技术，涉及很多概念、原理和方法等，知识点多、琐碎、易混淆。对于理论课，很多同学依靠记忆知识点来学，而不是完全理解。部分学生对材料研究的测试方法原理的不理解导致不会正确选用合适的测试方法进行后续的研究。(2)现代科技发展迅猛，但教材更新不及时，做不到与时俱进。例如，课本大多在叙述不同测试技术的原理、方法，呈现的应用实例还是一些传统材料的结构、组分的数据图，缺乏工程应用实例，很难激发学生的学习兴趣。(3)该课程包括理论课程和实践课程，传统教学是先讲解理论课程，后进行实验课程。理论课抽象，学生较难理解仪器的工作原理。随着时间的延长，学生在实验课上早已忘了实验原理，只是机械地按照要求操作。理论和实践联系不够紧密，导致教学效果不佳。(4)随着时代的发展，学生要学的课程也在不断增多，该门课的学时也从64学时缩短至48学时，只有32学时的理论课时。教师在理论课上只能填鸭式地把大量的知识点先塞给学生，没有足够的时间和学生互动，对教学效果有很大影响。(5)很多同学做作业只是在机械地做题，应付老师，没有真正地理解知识的内涵。

2 微课在材料研究方法教学中的应用探索

2.1 微课形式的选择

微课有许多类型，例如讲授类微课、实验类微课、讨论类微课、问答类微课、演示类微课、练习类微课、自主探究类微课等[8]。目前讲授类微课占大多数，其次是实验类微课。不同类型的微课适用范围也不同，例如，讲授类微课适用于教师通过一定组织形式的语言向学生传授知识；实验类微课是指教师通过特定的仪器演示实验操作过程，使学生从观察中获取知识。一个微课作品可包含一种微课类型，也可包含两种以上微课类型。随着现代教育的发展和学生需求的变化，微课的类型也在不断地丰富，以便于更好地帮助学生理解课程。

根据材料研究方法课程的特点，将引入以下三大类微课类型：(1)启发型：以实际案例为主。(2)讲授演示型：对于材料测试方法的原理和知识点，以讲授为主，并配合动画演示。(3)实验演示型：对于测试仪器的操作，以实验演示为主。

2.2 微课在材料研究方法教学中的应用举例

2.2.1 链接应用实例，激发学生的学习动力

采用一些案例激发学生的学习兴趣和学习动力，比如学生意想不到的，小至生活小事、大至国家发展中发挥作用的材料测试技术案例，让学生意识到学习材料研究与测试技术对个人至国家发展都有极其重要的作用。例如，在学习扫描电镜章节之前，可以通过微课向学生展示一些有趣案例。如荷叶效应，即荷叶的疏水效应，展示扫描电镜拍摄的微观结构图，讲解荷叶效应来自于荷叶表面存在的微米级的凸起结构，再延伸至科学家根据荷叶效应创造的疏水材料。再如，蝴蝶的翅膀为什么是彩色的，展示蝴蝶翅膀鳞片纵向平行周期分布的脊脉结构。通过一系列扣人心弦的应用实例，启发学生的思考，也让学生知道材料研究与测试技术在科学和生活中的应用，对个人和国家发展的意义，激发学生的学习动力。

2.2.2 形象化讲解测试原理，为实践打基础

材料研究方法课程涉及光学显微分析、粉末X射线衍射分析、电子显微分析、热分析、光谱分析以及核磁共振波谱分析等多种测试技术。各种测试技术涉及的原理各不相同，是学习测试方法的首要和关键环节，但较理论、枯燥、易混淆。通过单纯的语言传授，学生理解起来较困难。为此，进行原理讲解时，若能配合动画演示，制作响应的微课，能够帮助学生直观地了解仪器各部位的作用和工作过程，更好地掌握材料研究方法的工作原理。这里所说的动画可以通过软件制作，也可以通过从网络获得一些资源进行整合。例如，在讲扫描电镜原理时，模拟入射电子束在聚集之后，以光栅状扫描方式照射到样品表面，进而产生各种电子信号，经探测器进行收集和处理，在荧光屏上呈现于样品形貌相关的电子信号。类似上述过程，单纯的语言讲授过于抽象，学生难以理解。通过动画配合讲解，学生能够直观地掌握上述原理。若将不同材料研究方法的原理根据其特点制作出动画，会达到意想不到的效果。课前让学生通过微课先了解该测试技术的原理，上课再通过深入的讲解加强学生对原理的理解，学生课后也可通过微课对所学知识点进行巩固加深。

2.2.3 辅助实验课程，提升实践能力

实验微课的录制有助于学生理解测试原理、测试仪器、测试方法和数据结构分析和讨论等环节。对材料研究方法的实验课程开展前期，录制操作仪器的全过程清楚记录每一步操作，配合解说，并在其中穿插启发式教学，为什么这么做？对于测试数据的处理，可利用材料研究与测试技术常用的一些数据处理软件的操作过程录制成微课视频，给学生示范数据处理全过程。避免了实验课堂中学生数量多，有些距离老师远的同学看不到操作细节的问题，也解决了学生看完一遍操作后有些实验环节不记得或不确定等问题，学生可反复查看微课视频熟练操作步骤。进一步结合课堂演示，双向共同作用，加强学生对实验课的理解，大幅度提升实验成功率。通过上述一系列环节形成为什么学习测试技术—测试原理—怎么测试—数据如何分析讨论的完整流程。

3 微课应用于材料研究方法教学的几点建议

微课的快速发展为教师和学生创造了很多便利，能够辅助线下教学获得更好的教学效果。微课的优点在教学中的体现是大家公认的，但不能夸大微课资源的效果[9-10]。微课在材料研究方法教学中的应用为提高该门课程的教学效果发挥至关重要的作用。但是目前微课在材料研究方法的实际教学过程中也存在一些问题，需要进一步改进，我们认为须从高校、教师和学生几个层面进行改进。

3.1 高校应加快微课和微课平台建设

首先，高校应意识到微课在教学中的重要性，应将微课建设放到教学的长期发展规划中，鼓励教师积极进行微课建设。高校可为教师提供高质量的微课培训和指导，让教师意识到微课建设的重要性，激发教师建设微课的积极性，使微课建设在高校形成规范化和常态化发展。其次，高校应当及时建立相应的微课平台，并丰富平台的基本功能。高校可安排相应的教务人员对微课平台进行管理，及时上传和更新相应的微课资源并做好分类工作，让学生们能够通过微课平台及时检索到相应的知识点。最后，高校可以优化微课平台的实用性，例如建立讨论区和交流区，学生可通过讨论区和交流区与微课主讲教师进行交流，充分发挥微课的优势，尽可能地让学生从微课中更好地掌握其中包含的知识。

3.2 教师需改进教学模式

微课资源在材料研究方法课程教学中的应用，不同于传统的线下教学，教师不仅仅是单纯的讲演者，还是编剧和导演，在微课制作的过程中扮演着多重角色，这对教师的要求是非常高的。我们认为教师需做到以下几点：一方面，讲授材料研究方法课程并进行微课建设的教师需要具备坚实的专业知识基础，吃透该课程的核心内容，能够精准划分课程知识点和模块。另一方面，教师需要多参加微课建设相关的培训，学习微课建设的专家和优秀教师的经验，掌握微课建设的基本和核心要素，学习微课设计和制作的技术，才能将材料研究方法知识点合理地应用于微课制作。在此基础上，教师围绕课程的教学目标，有目的性地将知识点自然地融入微课中，才能引导学生全面且深刻地理解课程知识点。其次，教师要能够灵活多变地设计、制作使用多种形式的微课应用于不同教学阶段。例如，可制作自主学习型微课放在课前让学生预习使用；对于问答型的微课可以在课堂上进行教学使用，这样可以增加教师和学生之间的讨论；对于习题性型微课可放在课后使用，以便巩固学生的学习效果。再次，教师应提高微课制作水平，使微课更好地呈现给学生，微课应布局合理、层次清晰、简洁明了、启发性强且有一定趣味性，激发学生的学习兴趣。此外，在微课教学过程中，教师一定要起到很好的引领作用，引导学生正确地使用微课，加强与学生的交流互动，及时了解学生对知识点的掌握情况，及时反思并优化微课的设计、制作和使用环境。最后，教师需要优化微课与线下混合教学的模式，使微课和线下教学相互融合，发挥各自的优势，相互促进，扬长避短，从而提升教学效果。

3.3 学生树立微课学习的正确观念

微课在材料研究方法课程教学中应用的前提不仅是高校建立相应的微课平台和教师教学模式的改进，另一个非常重要的因素在于自主学习的主体——学生。对于学生，要树立自主学习的理念，不单单要课堂上认真听讲，要学会使用微课资源，跟着老师的节奏，在不同的学习环境和时间，通过学习不同类型的微课，促进课前预习、课上听讲和课后的复习和巩固。另外，微课学习不是脱离课堂、脱离教师的学习，学生需要加强与老师的联系，及时沟通讨论学习中遇到的困惑，也可分享关于微课的建议，以便教师改进微课设计与制作，使教与学不分离，才能做到老师更好地利用微课教学，学生更好地利用微课进行高效的自主学习。

结语

综上所述，将微课和材料研究方法传统课堂有效结合，能够激发学生的学习兴趣，促进学生对概念、原理的理解，提升学生的实验能力，提高课程的教学效果。在拓展学生思维、学习理论知识的同时，做到理论联系实际，并激发学生将所学专业技术投身于国家建设的决心和自信。只有高校、教师和学生都树立与时俱进的理念，并且充分发挥各自作用，才能显著提升微课在材料研究方法教学中的应用。