基于智慧课堂的冶金工程专业选修课程的教学探索
时间：2023-04-14 13:55:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
陈卓 堵伟桐 邱家用
(江苏科技大学张家港校区冶金与材料工程学院 江苏张家港 215600)
随着现代信息技术的发展以及互联网和教育形式的深度融合，教育教学内容形式也随之不断地进行创新和发展[1-3]。以接受型为主的微课、MOOC 平台可作为日常学习的补充，实现异地和假期学习[4]；
SPOC、线上线下混合式等建议式的教学方式提升了课堂互动性和灵活性[5]。相比传统教学模式，合理利用以上教学方式能够使教学效果得到明显提升，但难以把握学生的个体差异性和调动学生学习主动性。目前，多种智慧教学平台，例如超星学习通、智慧树、蓝墨云班课等[6-8]逐渐融入专业的课程教学活动中，使教师教学和学生学习的时间和空间得以拓展，可实现“以学生为中心”的教育模式。冶金工程作为一门工程实践性较强的学科，要求学生在掌握冶金原理和基础理论知识的基础上，提高与该专业领域相关的工程实践分析与处理能力，采用智慧课堂平台可给予学生更多的专业知识启迪，培养每位学生的学习主动性和创新能动性。
1.1 课程的设定
冶金工程的专业选修课程大多基于现阶段国家时代需求和发展规划设定，且授课对象普遍为大三、大四年级学生，课程具有较强的综合性和应用性，一般以实际冶金过程为研究对象，紧密围绕生产过程以解决实际工程问题为目的。以江苏科技大学冶金工程专业的专业选修课为例，主要开设课程有《冶金工程新技术》《海洋工程钢铁材料》《特种冶金》《冶金耐火材料》《环境生态学》《非高炉炼铁》等，课程综合性和应用性强，如想充分学习这些课程内容，学生需具备完善的工科基础知识（高等数学、工程化学、大学物理、物理化学等），以及专业理论基础和实践认知（冶金工程导论、冶金物理化学、冶金传输原理、钢铁冶金学、冶金实验研究方法等），选修课程一般为1～2 学分，即16～32 个学时。当教师采用传统授课方式时，学生的学习主动性往往难以调动，导致整个课程的系统性思想、学生的知识迁移能力和实际工程应用能力的发展受到限制，从而降低课程的教学质量，同时学生走上工作岗位之后需要重新适应、整合自己的知识体系。
1.2 理论知识与应用知识相剥离
采用传统的“课件+板书+讲授”的“传授式”教学模式，教学方法和手段单一，教师与学生间的有效互动率较低，导致学生对课程的印象为知识枯燥乏味、理论性强、深奥抽象、难于理解，难以激发学生的主动性思考及发现实际冶金反应过程中问题的能力；
同时，课程教材中部分内容陈旧，所讲授的知识点多而散，与当前“大数据”信息技术和科技发展的前沿动态脱节，理论和实际剥离，因此，教学过程中需提前总结和发现各门先修课程知识的内在联系，提炼各门课程相关知识点，结合目标课程理清知识脉络，强调知识体系的连贯性，开拓学生思路，激发自主学习积极性，进一步利用网络资源、仿真软件等自主学习相关内容。因此，需结合相关课程背景和社会实际需求，开展具有社会时效的专业课程的改革研究和实践，将理论与实践教学相结合，激发学生的学习兴趣，通过增设实践环节促进学生对抽象理论知识的掌握，培养学生独立思考，结合实际，解决问题的能力，推动思政育人专业育才改革，培养出合乎社会需求的应用型人才。
1.3 教学内容与学时难以平衡
冶金专业选修课程一般为16～32个学时，课时少，但专业知识点繁多，需充分掌握冶金相关理论和系统知识，但实际上学生个体接受新知识能力以及目前所具备的专业基础知识差异明显，教师无法在规定的课堂时间里将繁多且复杂的专业知识高质量地教授给学生；
另外，专业选修课程与工程实际应用相关，所涉及的知识面广，这也往往会造成学生的学习负担重且效率低，花了大量的时间但是多数学生并没有真正理解和掌握课程的核心内容。
1.4 课堂及课后反馈效果欠佳
当前课堂的交流互动形式一般为教师主动提问，学生被动回答，且因为学生个体差异和课时有限，教师很难掌握多数学生的课堂中的学习状态。课后通过作业形式了解学生的学习情况，但作业的布置、提交、批改和讲解的整个课后反馈流程具有时间周期长、时效性低、问题导入性差等明显的缺点，导致学生整体的学习效率低下，并且教师无法充分掌握学生的学习情况。
2.1 智慧课堂的教学模式
智慧课堂的教学模式，即教学过程和教学结构与传统课堂存在明显差异。传统的专业课程教学由教师课前备课、课内讲授、课堂提问、发放课后作业这5 个环节和学生课前预习、听课、回答问题、完成课后作业这4 个环节组成，即“5+4 模式”[5]。该模式在教学过程中存在许多弊端，而理想的智慧课堂采用能够实现“8+8”模式，即教师的教学过程和学生的学习各分为8 个环节，可明显地丰富传统的教学方式以及教学内容的多样性，教学过程能够实现及时反馈和交流，比传统教学流程更加立体[5]，使得“教”与“学”相互渗透融合。
冶金工程专业选修课智慧的授课模式为课前问题引导、课内知识内化和课后拓展巩固三大阶段，具体如图1所示。教师在课前通过“超星学习通”等智慧平台将学习资料发放给学生，例如：非高炉炼铁课程提前发放学科前沿的文献资料和国家“碳达峰、碳中和”的政策导向等，师生可通过线上平台交流预习阶段产生的问题，教师通过线上测试获得预习结果反馈，并有针对性地进行二次教学设计，提升学生对课题内容的学习志趣。课内阶段可实现师生探究式学习，学生可实现小组内成员面对面交流和不同小组之间采用线上平台多种方式互相交流，提升学生的整体主动性，教师在课中重点是对教学重难点进行深入的启发式讲解，同时智慧课堂提供了“以学生为中心”的翻转课堂平台，保证不同层次的学生开展无障碍交流。课后阶段可通过学习平台给学生推送个性化作业，不仅可以实现客观题的及时反馈，老师能够及时掌握主观题结果，而且学生可以随时在平台上分享学习感受，提出问题，与老师和同学共同交流。教师根据平台提供的学习数据分析学生的知识掌握情况，从而实现直观、全面地把握学生的学习情况。
图1 基于智慧课堂的冶金专业选修课程教学改革内容
2.2 优化理论教学内容
冶金专业选修课程课时少，但是涵盖内容广、知识点繁多，使得内容衔接性差、逻辑性弱，教学过程中重点内容不突出，多数学生处于似懂非懂的状态。所以，理论教学内容需重新建立专业选修课程与各门先修课程知识的内在联系，提炼各门课程相关知识点，理清课程的知识脉络，不去追求细枝末节，强调知识框架的完整性和连贯性。构建以能力为本位、以实际应用为主线的课程教学计划，将专业理论知识与工艺相结合，授课中课程的专业知识以行业动态为问题导向，通过搜集最新的相关课程研究领域前沿知识和工业应用经典案例，提升了学生整合多门课程知识、自主查阅文献资料能力，从而改变接受书本知识的唯一学习方式，通过“全方位+多角度+多空间”的探讨，提高学生的问题导向性和知识融合的成效性，使不同层次的学生均能提高专业知识的系统性以及学科专业素养。
2.3 提供多方互动空间
根据课前学生预习测评结果和提前发放的学习资料或问题反馈的主要预习效果开展课堂内情景创设，以此导入新课程中，归纳出预习阶段出现的普遍性疑问，课堂中重点精讲或分组讨论，最终能够从老师和学生多方角度获得解答；
以强带弱的分组讨论环节可解决非普遍性问题，同步提升小组成员内部不同知识认知层次学生的学习情况，例如：冶金过程的工艺性环节，学生通过自行阐述流程工艺和改进举措，主动思考不同工艺背后隐藏的基础理论和实际应用等核心问题，将专业理论知识与实际工艺紧密结合，强化课堂上师生间以及学生间的互动与讨论，创设生动、活泼与轻松、民主的教学氛围，逐渐锻炼出学生大胆质疑、发现问题、深入思考、科学想象等创新思维能力。
智慧课堂可提供个性化教学多方位的互动空间，老师可动态掌握每个学生分别在课前、课中的学习效果，实现授课过程的动态调整分组。课后通过信息技术平台，学生完成作业和测试并能够及时向各组推送测评结果。老师通过测评结果进行点评，组内成员可继续对课程内容讨论总结，老师基于测评结果进行总结提升。该教学过程能够同时实现师生和生生间的双重互动、线上线下互动等多方位的互动环节，保证了教学形式的多样化、高效化和实时化。
2.4 优化课程过程考核
对比传统课堂的过程考核，智慧课堂可依据每位学生课前和课中的学习情况推送个性化作业和复习资料，学生可通过在线平台及时提交，并且专业选修课程的主观讨论题优势明显，学生完成作业后依然可通过在线交流分享学习观点、与老师和同学进行实时交流探讨，问题得到及时反馈，师生和学生间的互动、总结和反思，使学生进一步深入理解相关概念、原理及应用，尤其是融合理论专业知识和工艺背景、提高解决实际应用问题和综合能力。最终，依据学习平台提供的分析数据，教师能够准确把握学生的知识掌握情况，为接下来的课程内容做好铺垫和内容设计的依据。
2.5 智慧课堂在冶金专业0.55 选修课程中应用的优势
冶金工程专业本身一门应用性学科，培养冶金工程领域科学研究与开发应用、工程设计与实施、技术攻关与技术改造、新技术推广与应用、工程规划与冶金企业管理等方面的专门人才。选修课程为拓展和激发学生系统的专业理论知识和良好的综合性分析专业问题提供途径，采用智慧课堂的教学模式，可建立“亦师亦友”课上和课下的师生沟通模式，学生学习过程中主动性明显提高，学习目标明确。课程分组讨论方便易行，学生通过强带弱的分组讨论过程，可使基础好的学生知识进一步得到巩固，同时带动基础弱的学生的学习积极性和知识学习能力，课堂时间利用率得到提升，弥补了专业课学时不足的问题；
全体学生参与课内讨论，思维活跃，问题导向性强，同时学生能够独立总结课程核心思想，以此教学改革为切入点，探索并建立“以学生为中心”的学生培养质量持续改进的教学模式，完善从学习目标—培养目标—培养方案—课程大纲—评价分析—课程品质报告—改进方案实施—学习目标的闭环质量持续改进方式，实现复合型人才的培养质量。
智慧课堂为打破传统教学模式中存在的学生学习主动性弱、参与度低等问题提供了好的平台，尤其是专业选修课程，其能够拓展学生知识视野，增强学生与学科前沿并行的创新意识，因此也需要教师充分利用大数据时代提供的网络信息技术应用于理论教学和实践教学改革中，激发学生学习的主动性和自主探索的创新精神。在今后的教学活动中，面向大数据需求的教学改革仍需不断调整、优化和总结，提高课程与课程的衔接性，进一步提高专业知识的教学效果和学生的实际应用能力，实现创新应用型人才培养目标。
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