南 輝，薛彩紅，王 剛，林 紅，陳慧媛，韋浩民

（1.青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，西寧 810016；2.青海民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，西寧 810007；3.清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系新型陶瓷與精細(xì)工藝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

0 引言

2018 年，教育部明確提出，要加緊建設(shè)高水準(zhǔn)的高等學(xué)校教育和培養(yǎng)人才的本領(lǐng)［1］，加速推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)的深層次融合，將互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)深度應(yīng)用到教學(xué)過程中［2］。

為了使我校學(xué)生符合新時(shí)代的需求，練就過硬本領(lǐng)，將基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)融匯貫通，應(yīng)用到實(shí)踐生產(chǎn)領(lǐng)域，完成這一過渡的最好橋梁就是綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)［3-4］。本文以我校材料專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，分析了目前該專業(yè)的現(xiàn)狀與存在的問題，以融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的云平臺(tái)探索材料類專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)解決方案，進(jìn)而重塑老師與學(xué)生的關(guān)系，激發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活力。

1 材料類綜合實(shí)驗(yàn)存在的問題

傳統(tǒng)的綜合性實(shí)踐教學(xué)只注重理論的基本驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)操作技能總是停留在：“做”和“學(xué)”層面上，而往往忽略了最重要的“思”。使得其僅僅體現(xiàn)了“開放性”與“實(shí)踐性”，而對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新性”與知識(shí)的“交叉性”并沒有很好的體現(xiàn)。這些問題主要表現(xiàn)在：

（1）實(shí)驗(yàn)與理論聯(lián)系不足。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于學(xué)生較多、學(xué)時(shí)有限，在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器的介紹以及演示實(shí)驗(yàn)方面，老師的實(shí)踐教學(xué)只能停留在表面，學(xué)生沒有充分領(lǐng)悟?qū)嵺`的精髓造成僅僅只完成實(shí)驗(yàn)操作，導(dǎo)致了教學(xué)效果不能得到保證。

（2）實(shí)驗(yàn)資源不充足。由于儀器數(shù)量及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地都有限，通常采用數(shù)人1 組的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣就導(dǎo)致了不能保證每一位學(xué)生都能充分接觸、了解儀器原理和操作，直接影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)考核方面，也無法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)每一個(gè)學(xué)生的動(dòng)手能力強(qiáng)弱。

（3）綜合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性不夠。由于目前綜合性實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，創(chuàng)新性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由于教學(xué)時(shí)間及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等因素很難體現(xiàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)中，導(dǎo)致無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，更談不上提高本科生的創(chuàng)新能力。

（4）綜合實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代信息技術(shù)聯(lián)系不足。目前，在綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍使用多媒體授課。但是存在與實(shí)驗(yàn)空間的結(jié)合性差，實(shí)驗(yàn)動(dòng)漫與視頻等平面教學(xué)要素難以表達(dá)等問題。例如在材料制備的課程上，雖有可以借鑒的制備步驟和流程，但無法呈現(xiàn)給學(xué)生，只能依靠老師的引導(dǎo)和示范來培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。

鑒于材料專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的諸多不足，改變?cè)械木C合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式勢(shì)在必行，為此，提出了“云平臺(tái)+激勵(lì)”教育理念，并重塑“老師與學(xué)生”的模式，進(jìn)而構(gòu)建應(yīng)用型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

2 基于云平臺(tái)的材料類綜合實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建

2.1 綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重塑

綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重塑的過程中，應(yīng)注意以下3 方面的需要：①需要喚醒學(xué)生好奇心，激發(fā)其自主學(xué)習(xí)的原動(dòng)力；②需要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力；③需要充分發(fā)揮學(xué)生善于挑戰(zhàn)和勇于創(chuàng)新的潛能，利用高校與企業(yè)的平臺(tái)，使學(xué)生充當(dāng)主體，最終培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，增加了與實(shí)際有緊密聯(lián)系的、綜合性或設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為培養(yǎng)材料類專業(yè)學(xué)生應(yīng)用型人才的一個(gè)重要平臺(tái)，同時(shí)也使綜合性實(shí)驗(yàn)成為“趣味”課程。表1 所示為重塑前后綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的對(duì)比。

表1 重塑前后的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及教學(xué)方式對(duì)比

從表1 可見，已對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了一些調(diào)整，既保留了能夠練習(xí)操作能力的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，又增加了與實(shí)際有緊密聯(lián)系的、綜合性或設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些新的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅能調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究熱情，而且能很好地鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也能培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

2.2 云平臺(tái)的建立

為了使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容生動(dòng)地傳遞給學(xué)生，建立了云平臺(tái)，以期通過實(shí)驗(yàn)動(dòng)漫與視頻的形式使學(xué)生更能深刻地掌握實(shí)驗(yàn)制備過程與操作流程［5-6］。

（1）材料類專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的建立。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)主要來源于企業(yè)和老師的科研，從而使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更容易“接地氣”。通過把各種素材和視頻資料的整合，從而使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中直觀、自主的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容。該模式有助于大學(xué)生對(duì)材料類專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握，能起到事半功倍的教學(xué)效果。

（2）云平臺(tái)的建立。為了老師與學(xué)生使用方便，建立了能夠滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求和課堂理論教學(xué)需求的云平臺(tái)［7-9］。該平臺(tái)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)漫、視頻等教學(xué)資源上傳到云端，借助云處理實(shí)現(xiàn)云端渲染，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)的建立（見圖1）。

圖1 建立的云平臺(tái)體系界面實(shí)例

該平臺(tái)由視頻教學(xué)資源、云服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和管理平臺(tái)等要素組成，可以實(shí)現(xiàn)師生實(shí)時(shí)討論、實(shí)驗(yàn)成績(jī)數(shù)據(jù)傳送等工作內(nèi)容。其管理平臺(tái)包括登錄系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、成績(jī)系統(tǒng)、討論系統(tǒng)等（見圖2）。

圖2 云平臺(tái)的管理平臺(tái)內(nèi)容

該平臺(tái)的建立，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生、師生之間的互動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)；同時(shí)可以最大限度地使每個(gè)學(xué)生能參與到實(shí)驗(yàn)中，通過相互討論與考核引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)。

3 基于云平臺(tái)材料類綜合實(shí)驗(yàn)體系的應(yīng)用

該平臺(tái)的應(yīng)用主要目的在于解決了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中看不見、實(shí)驗(yàn)資源不能高效利用以及解決實(shí)驗(yàn)時(shí)空局限性等問題。使得老師從PPT 的文字教學(xué)轉(zhuǎn)化到視頻動(dòng)漫，從一維空間到三維（空間、時(shí)間、視覺）的轉(zhuǎn)化。從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有真實(shí)性、可視化等特點(diǎn)，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.1 應(yīng)用云平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

首先，傳統(tǒng)的教學(xué)只限于多媒體教學(xué)，教學(xué)方式和內(nèi)容單一乏味，而且由于設(shè)備有限，不能滿足每個(gè)學(xué)生的需求。造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降。而云平臺(tái)的應(yīng)用，一方面，教學(xué)不只限于多媒體，可以使用手機(jī)、電腦或者iPad，使教學(xué)突破了時(shí)空限制；另一方面，云平臺(tái)中的視頻動(dòng)漫，皆取材于老師的科研或者地方企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐（如亞洲硅業(yè)、鹽湖集團(tuán)等），使學(xué)生不僅在動(dòng)漫沉浸式教學(xué)環(huán)境下完成互動(dòng)式、探究式學(xué)習(xí)，而且能夠使學(xué)生提前接觸生產(chǎn)實(shí)踐，熟悉不同領(lǐng)域的技術(shù)前沿，為今后走上工作崗位打下基礎(chǔ)，達(dá)到理論結(jié)合實(shí)際的目的。

3.2 云平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四步法”

以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)立了“云平臺(tái)為主，微信和QQ為輔助”的實(shí)驗(yàn)四步法：

（1）云預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生通過手機(jī)、電腦、iPad，在線閱讀和預(yù)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，并上傳預(yù)習(xí)心得及遇到的問題。

（2）云講解。教師借助“線上視頻動(dòng)漫+線下講解”等方式講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（3）云指導(dǎo)。根據(jù)以前學(xué)生在實(shí)際操作中遇到的問題，老師錄制視屏和動(dòng)漫，學(xué)生可利用“線上平臺(tái)（手機(jī)、電腦或者iPad）+線下討論”方式，解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題并完成綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（4）云展示。老師借助云平臺(tái)對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的作品進(jìn)行展示，并對(duì)好的作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，鼓勵(lì)其參加各類創(chuàng)新競(jìng)賽。

3.3 云平臺(tái)考核實(shí)驗(yàn)成績(jī)

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者作品圖片。實(shí)驗(yàn)成績(jī)由指導(dǎo)老師、評(píng)閱人（不同組的學(xué)生）共同完成。同時(shí)，為了最大限度發(fā)揮實(shí)驗(yàn)資源和激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，允許學(xué)生多次完成實(shí)驗(yàn)，記錄最好成績(jī)。其目的是改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中部分學(xué)生渾水摸魚，使得期末考核方式也無法準(zhǔn)確體現(xiàn)每一個(gè)學(xué)生的動(dòng)手能力強(qiáng)弱。

4 云平臺(tái)材料類綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絻?yōu)勢(shì)與成效

（1）重塑老師與學(xué)生關(guān)系。學(xué)生與老師隨時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)就能參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重塑老師與學(xué)生的關(guān)系，形成以教師為基點(diǎn)，輔以云平臺(tái)的手段、圍繞學(xué)生這一核心的云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，有助于突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中瓶頸，同時(shí)由于引入老師科研與企業(yè)生產(chǎn)等“接地氣”的視頻動(dòng)漫，將生產(chǎn)實(shí)踐中內(nèi)容進(jìn)行有效傳遞，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

（2）創(chuàng)新“云平臺(tái)+激勵(lì)”教學(xué)理念。一方面，通過對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重塑，增加了與實(shí)際有緊密聯(lián)系的綜合性或設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅使綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為培養(yǎng)材料類專業(yè)學(xué)生應(yīng)用型人才的一個(gè)重要平臺(tái)［10］，同時(shí)也使綜合實(shí)驗(yàn)成為“趣味”課程，讓學(xué)生提前接觸不同的生產(chǎn)實(shí)踐，熟悉材料應(yīng)用在不同領(lǐng)域的技術(shù)前沿，為今后走上工作崗位打下基礎(chǔ)［11-12］；另一方面，通過云平臺(tái)的綜合考評(píng)，選擇最佳作品，讓學(xué)生組隊(duì)參加各類創(chuàng)新性競(jìng)賽，激勵(lì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與創(chuàng)新意識(shí)，從而達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的目的。

（3）創(chuàng)新考核方式。一方面，為改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告定分?jǐn)?shù)的格局，引入實(shí)驗(yàn)作品展示，并配以講解的環(huán)節(jié)，通過上傳云平臺(tái)進(jìn)行線上考核，同時(shí)將優(yōu)秀作品進(jìn)行線下展示與答辯；另一方面，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的公平性，引入不同組之間的互評(píng)方式，以提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。經(jīng)上述兩方面的考評(píng)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的公平性和真實(shí)性。

基于云平臺(tái)材料類綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系在我校應(yīng)用后，其效果主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）通過云平臺(tái)的實(shí)踐與應(yīng)用，一方面，我校材料類專業(yè)考取研究生的學(xué)生數(shù)量有了較大提高（2020 年的保研率為25%）。另一方面，我校材料類學(xué)生獲得各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽的項(xiàng)目也顯著增長(zhǎng)，另外還在2020年獲得第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽中獲得了全國(guó)決賽銅獎(jiǎng)。

（2）新體系中，云平臺(tái)中的視頻動(dòng)漫，皆取材于老師的科研或者地方企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中更貼近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，熟悉不同領(lǐng)域的技術(shù)前沿，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生今后就業(yè)的“無縫銜接”。

5 結(jié)語

以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了基于云平臺(tái)材料類綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與平臺(tái)。使綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)完成了從一維（空間）到三維（空間、時(shí)間、視覺）的轉(zhuǎn)化，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)空的限制，達(dá)到師生隨時(shí)隨地地學(xué)習(xí)與討論，實(shí)驗(yàn)資源最大化利用的目的。該平臺(tái)的構(gòu)建重塑了老師與學(xué)生關(guān)系，更重要的是創(chuàng)新了綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和考核方式，既培養(yǎng)了學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)又賦予了學(xué)生較大的實(shí)踐創(chuàng)新能力提高的空間，必將有利于打造一流“綜合實(shí)驗(yàn)課程”和服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)。