文艷偉　　李浩博　　單斌　　杜純

［摘 要］含有編程類知識(shí)的理工科課程的教學(xué)往往會(huì)遇到程序環(huán)境配置繁、代碼調(diào)試難、知識(shí)點(diǎn)與代碼脫節(jié)、師生交互性差等問題。針對(duì)計(jì)算材料學(xué)課程項(xiàng)目研究式教學(xué)存在的難點(diǎn)，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)借助CoCalc云平臺(tái)，并結(jié)合線下教學(xué)的模式，解決了實(shí)踐環(huán)境配置、代碼調(diào)試、師生互動(dòng)等教學(xué)環(huán)節(jié)問題，激發(fā)了學(xué)生利用便捷的云平臺(tái)展開探究性學(xué)習(xí)的興趣，完成了互融式教學(xué)設(shè)計(jì)，變晦澀、抽象和枯燥的學(xué)習(xí)為直觀、形象和有趣的學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感和獲得感，為理工科實(shí)踐類課程的教學(xué)提供了新思路、新模式。

［關(guān)鍵詞］CoCalc云平臺(tái)；計(jì)算材料學(xué)；興趣；效率；互動(dòng)

［中圖分類號(hào)］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）16-0037-05

計(jì)算材料學(xué)是以計(jì)算機(jī)為工具，應(yīng)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，對(duì)材料科學(xué)問題進(jìn)行數(shù)值分析與研究，對(duì)材料性質(zhì)及過程進(jìn)行數(shù)值模擬的新興學(xué)科，是研究材料問題的一種新方法。計(jì)算材料學(xué)課程是華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的一門專業(yè)核心必修課程，國(guó)內(nèi)眾多高校，例如浙江大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)也開設(shè)了該課程。該課程主要教會(huì)學(xué)生以小組合作的形式，利用計(jì)算機(jī)模擬探究材料的多種物理化學(xué)性質(zhì)，深入理解材料微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的聯(lián)系，對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)體系的完善、創(chuàng)新研究能力的提升，以及團(tuán)隊(duì)精神、探索精神的培養(yǎng)具有極其重要的作用。

計(jì)算材料學(xué)課程涉及量子力學(xué)、固體物理、材料科學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)等知識(shí)，概念繁多，對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、技術(shù)能力、探索技能要求較高，是一門技巧性較強(qiáng)的實(shí)踐性課程。模擬原理抽象、程序代碼枯燥、缺少直觀形象的認(rèn)識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的攔路虎，再加上部分學(xué)生缺乏充足的實(shí)踐參與學(xué)習(xí)體驗(yàn)，導(dǎo)致其容易喪失學(xué)習(xí)興趣。“課堂上似懂非懂，結(jié)課項(xiàng)目無從下手”是計(jì)算材料學(xué)教學(xué)過程中一種比較普遍的現(xiàn)象。針對(duì)程序類的實(shí)踐性課程，人們?cè)诮虒W(xué)方法、手段、考核方式等方面進(jìn)行了一系列探索。在國(guó)內(nèi)外云平臺(tái)蓬勃發(fā)展的背景下，教育資源在管理和配置上具有低成本、靈活性、互動(dòng)性等優(yōu)勢(shì)，因此云計(jì)算輔助教學(xué)管理模式在高校教學(xué)實(shí)踐中逐漸興起[1-2]。尤其是對(duì)計(jì)算機(jī)類基礎(chǔ)課程，云平臺(tái)教學(xué)在細(xì)化時(shí)間粒度、獲取雙向?qū)W習(xí)效果方面有明顯的成效[3-5]。劉思宇等人[6]借助華為ModelArts云平臺(tái)，探索了計(jì)算機(jī)視覺教學(xué)案例，讓學(xué)生可以在由易到難的實(shí)驗(yàn)過程中多角度、漸進(jìn)式、由淺入深地掌握計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的基礎(chǔ)工程方法。李斌[7]基于華為DevCloud對(duì)軟件項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行了實(shí)踐，通過人工智能軟件的運(yùn)用全面提升了學(xué)生的軟件工程能力。開源中國(guó)（OSChina）推出了針對(duì)高校的代碼托管服務(wù)平臺(tái)Gitee高校版，提供了班級(jí)/團(tuán)隊(duì)管理的方式，以支持教師、助教、學(xué)生多角色權(quán)限，并方便分組進(jìn)行項(xiàng)目合作編程。盧華燈等人[8]在項(xiàng)目式教學(xué)中使用Gitee進(jìn)行了理實(shí)一體化迭代式教學(xué)探索，降低了學(xué)生理論學(xué)習(xí)與代碼實(shí)踐切換的難度，記錄了學(xué)生編程實(shí)踐過程，提高了巡堂指導(dǎo)的效果。

筆者在試用過程中發(fā)現(xiàn)，Gitee平臺(tái)支持的編程語言有限，沒有集成如Python、Linux等的編程環(huán)境，這使計(jì)算材料學(xué)的程序教學(xué)嚴(yán)重受限，學(xué)生也無法在線調(diào)試，體驗(yàn)感較差；作業(yè)批改與課程考核大多通過在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行，學(xué)生僅能提交代碼、查看評(píng)測(cè)結(jié)果，而不能與教師或其他同學(xué)在線協(xié)作，課程交互性有待提高。CoCalc是一個(gè)基于Web的協(xié)作平臺(tái)，自2013年問世以來，已被美國(guó)的加州大學(xué)洛杉磯分校、佐治亞理工學(xué)院，英國(guó)的牛津大學(xué)等世界一流大學(xué)用于生物信息學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、密碼學(xué)等數(shù)百門課程的教學(xué)實(shí)踐。例如，哈佛大學(xué)的數(shù)學(xué)課程使用CoCalc提供給學(xué)生實(shí)時(shí)訪問計(jì)算工具，并可協(xié)作完成作業(yè)和項(xiàng)目；加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程使用CoCalc為學(xué)生提供一個(gè)用于編碼、測(cè)試和協(xié)作項(xiàng)目的平臺(tái)。目前，我國(guó)主流云計(jì)算運(yùn)營(yíng)商尚未推出能夠?qū)崿F(xiàn)同類功能的教育產(chǎn)品。計(jì)算材料學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)首次將CoCalc云計(jì)算平臺(tái)引入國(guó)內(nèi)課堂教學(xué)，進(jìn)行了一系列有意義的探索，解決了學(xué)生在配置程序環(huán)境、代碼調(diào)試、作業(yè)反饋等環(huán)節(jié)的難題；通過理論教學(xué)與代碼實(shí)踐迭代式教學(xué)，改善了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高了教學(xué)效率。CoCalc云平臺(tái)使用的便捷，極大激發(fā)了學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)的興趣，使綜合教學(xué)效果大幅度提升。

一、CoCalc平臺(tái)簡(jiǎn)介與課程實(shí)施

CoCalc集成了Python、R等程序設(shè)計(jì)語言及配套的眾多科學(xué)計(jì)算包和Jupyter Notebook、Nbgrader、LaTeX等輔助工具，具有模塊豐富、網(wǎng)頁(yè)操作簡(jiǎn)單、在線協(xié)作便捷等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足計(jì)算材料學(xué)課程所需計(jì)算、繪圖能力的要求，為實(shí)踐編程類課程教學(xué)改革提供了新的平臺(tái)與契機(jī)。CoCalc平臺(tái)集成了Python常用的Numpy、Scipy、Matplotlib、PyTorch、Pymatgen等科學(xué)計(jì)算包，體系完善，能滿足基本計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、材料結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)可視化等多樣的需求，為開展面向互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、項(xiàng)目探索式代碼類課程的開放、共享式云平臺(tái)教學(xué)模式探索提供了契機(jī)。

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)依托CoCalc平臺(tái)對(duì)計(jì)算材料學(xué)的教學(xué)模式進(jìn)行了改革探索，整個(gè)實(shí)施過程包含四個(gè)環(huán)節(jié)：課堂教學(xué)、課后實(shí)踐、項(xiàng)目探索、成果展示及考核，如圖1所示。課堂教學(xué)包括分子動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)點(diǎn)、代碼實(shí)現(xiàn)以及課堂演示，課后實(shí)踐包括課后作業(yè)、編程及可視化練習(xí)，這兩部分是課程的基礎(chǔ)，是對(duì)學(xué)生基本理論知識(shí)和編程能力的訓(xùn)練。然后學(xué)生分組選擇感興趣的材料模擬小課題開展項(xiàng)目探索，這一過程由教師對(duì)課題難度、深度進(jìn)行把關(guān)，選題問題明確且有意義，既能激發(fā)學(xué)生的探索興趣，又能鍛煉學(xué)生的科研能力。通過這一環(huán)節(jié)的鍛煉，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的牢固程度和科研能力都會(huì)提升至一個(gè)新臺(tái)階。最后一個(gè)環(huán)節(jié)是小組將科研成果進(jìn)行分析整理，通過PPT在課堂上向所有同學(xué)展示；由其他小組學(xué)生對(duì)匯報(bào)小組的成果進(jìn)行評(píng)分，鼓勵(lì)大家思考、提問和討論；學(xué)生再完善課題研究成果并撰寫規(guī)范的科研論文，由教師進(jìn)行批閱。學(xué)生成績(jī)采用多元化的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括課堂表現(xiàn)（占10%，由教師打分）、課后作業(yè)（占20%，由助教打分）、匯報(bào)評(píng)分（占35%，由學(xué)生打分）和論文評(píng)分（占35%，由學(xué)生打分）。

在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，課堂演示、課后實(shí)踐以及項(xiàng)目探索這三個(gè)環(huán)節(jié)難度較大，如何將知識(shí)點(diǎn)與代碼直觀、有機(jī)地結(jié)合與展示，如何構(gòu)建便捷的實(shí)踐環(huán)境與學(xué)生互動(dòng)，項(xiàng)目探索如何利用最新的互聯(lián)網(wǎng)或人工智能工具等，都是程序類工科課程面臨的重要問題。在教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)引入CoCalc云平臺(tái)，解決了學(xué)生在課程教學(xué)中實(shí)踐環(huán)境構(gòu)建、知識(shí)點(diǎn)呈現(xiàn)、作業(yè)互動(dòng)和項(xiàng)目探索等關(guān)鍵環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，促使教學(xué)效率顯著提升，學(xué)生體驗(yàn)和反饋良好。基于該平臺(tái)，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過庖丁解牛式的分解讓學(xué)生高度參與完整的分子動(dòng)力學(xué)程序編寫和模擬，通過可視化圖形展示模擬結(jié)果，有力地揭示了材料計(jì)算模擬的機(jī)理、材料體系的物理規(guī)律，有助于學(xué)生形成形象思維與系統(tǒng)思維，并為構(gòu)建材料科學(xué)、物理、化學(xué)等領(lǐng)域正確深刻的理性認(rèn)識(shí)奠定基礎(chǔ)。

二、CoCalc平臺(tái)教學(xué)優(yōu)勢(shì)分析

（一）體驗(yàn)式教學(xué)激發(fā)學(xué)生興趣

計(jì)算材料學(xué)課程的教學(xué)難點(diǎn)在于如何將分子動(dòng)力學(xué)的知識(shí)要點(diǎn)與枯燥的程序代碼聯(lián)系起來。分子動(dòng)力學(xué)模擬原理抽象、程序代碼枯燥，缺乏直觀形象的展示，導(dǎo)致學(xué)生容易喪失學(xué)習(xí)興趣。因此，必須加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)，大幅增加學(xué)生的參與度和成就感。成熟的分子動(dòng)力學(xué)軟件如LAMMPS模擬功能強(qiáng)大，但是程序代碼復(fù)雜、數(shù)量過萬行，不適合用于教學(xué)呈現(xiàn)。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)以二維平面內(nèi)氬氣分子動(dòng)力學(xué)模擬為例，采用庖丁解牛式的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生通過自主編程的形式，通過簡(jiǎn)單的Python代碼逐一完成晶體建模、勢(shì)函數(shù)定義、周期性邊界條件控制、積分算法等分子動(dòng)力學(xué)模擬，最后通過主程序迭代完成簡(jiǎn)單、完整的分子動(dòng)力學(xué)模擬程序pymd，如圖2所示。圖2標(biāo)識(shí)了整個(gè)分子動(dòng)力學(xué)模擬的功能模塊、課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)、簡(jiǎn)潔的模塊式代碼。通過該設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能夠提綱挈領(lǐng)，了解分子動(dòng)力學(xué)模擬的流程和各模塊功能；精準(zhǔn)定位每個(gè)知識(shí)點(diǎn)—分子動(dòng)力學(xué)要素在模擬中的角色，然后精細(xì)化到各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的編程實(shí)現(xiàn)。學(xué)生通過重組各模塊完成一個(gè)完整的分子動(dòng)力學(xué)模擬程序，運(yùn)行自己編寫的程序，獲得了滿滿的成就感，對(duì)計(jì)算材料方法的認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的提升。CoCalc平臺(tái)為這一教學(xué)設(shè)計(jì)提供了良好的運(yùn)行條件。尤其是在知識(shí)點(diǎn)與代碼關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)，Jupyter Notebook為學(xué)生提供了便捷的網(wǎng)頁(yè)式程序編寫和調(diào)試功能，集成的Matplotlib功能包能對(duì)學(xué)生的代碼進(jìn)行實(shí)時(shí)畫圖顯示，執(zhí)行后就可以得到直觀的輸出結(jié)果。如圖3所示，代碼的實(shí)時(shí)運(yùn)行和輸出給出了直觀形象的二維晶格建模結(jié)構(gòu)、諧振子跳蛙算法的速度和位移分析。教師在課堂上鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手修改程序，實(shí)現(xiàn)無序二維晶格建模、速度Verlet算法、多體勢(shì)函數(shù)定義等功能。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過閱讀及修改代碼，動(dòng)手動(dòng)腦、實(shí)踐知識(shí)，提升分析和設(shè)計(jì)能力，既加深了對(duì)課堂上介紹的分子動(dòng)力學(xué)公式的理解，又激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。CoCalc平臺(tái)的使用，幫助學(xué)生通過代碼把看似單調(diào)的公式應(yīng)用于實(shí)際材料體系的計(jì)算分析中，通過動(dòng)手操作，學(xué)生能體驗(yàn)到成功的喜悅，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信，將材料專業(yè)知識(shí)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，破除了對(duì)計(jì)算材料學(xué)的消極畏難情緒和陌生感。在2022—2023學(xué)年的教學(xué)實(shí)踐中，有多個(gè)學(xué)生小組選擇編寫基于Python的分子動(dòng)力學(xué)程序作為結(jié)課項(xiàng)目，如將課程中的二維分子動(dòng)力學(xué)模擬程序拓展至三維晶體結(jié)構(gòu)，運(yùn)用自學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)工具PyTorch等進(jìn)行簡(jiǎn)單的高通量計(jì)算，對(duì)材料模擬數(shù)據(jù)展開綜合分析。因此，CoCalc平臺(tái)的引入激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和研究創(chuàng)造激情，使教學(xué)效果顯著提升。

（二）云平臺(tái)優(yōu)勢(shì)助力提升教學(xué)效率

計(jì)算材料學(xué)課程開設(shè)之初，僅由教師在課堂講授相關(guān)理論知識(shí)，學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少、理解深度淺。在之后幾年時(shí)間里，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)探索了多種方式，希望為學(xué)生提供一個(gè)方便、穩(wěn)定的實(shí)踐環(huán)境。如編寫安裝指南，讓學(xué)生在自己電腦上安裝Linux系統(tǒng)、MATLAB、Python等計(jì)算軟件，在一定程度上提高了課程的實(shí)踐性。但是，這些軟件占用空間大、配置過程煩瑣，對(duì)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生，教師需要大量的時(shí)間進(jìn)行指導(dǎo)。實(shí)際執(zhí)行過程中，電腦環(huán)境的差異也可能影響安裝效果。例如，安裝Python時(shí)，不同電腦的設(shè)置或軟件版本不同，運(yùn)行過程中易出現(xiàn)軟件包缺失的錯(cuò)誤，造成了諸多麻煩。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，學(xué)生花費(fèi)在系統(tǒng)安裝、環(huán)境配置上的平均時(shí)間超過十小時(shí)，嚴(yán)重影響了學(xué)習(xí)效率和教學(xué)體驗(yàn)。

本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐環(huán)節(jié)引入基于網(wǎng)頁(yè)云計(jì)算服務(wù)的CoCalc平臺(tái)，保證了集成環(huán)境和軟件的一致性，免除了軟件安裝配置的環(huán)節(jié)；每位學(xué)生都可免費(fèi)注冊(cè)賬號(hào)、加入課堂，擁有獨(dú)自的工作空間用于代碼存儲(chǔ)及運(yùn)行。即注冊(cè)即用的模式，使得學(xué)生可以將更多的時(shí)間和精力用于課程學(xué)習(xí)，大幅度提高了教學(xué)效率。

此外，CoCalc平臺(tái)還具有完善的課程管理工具，可以較好地輔助教學(xué)，其共享和開放性可以進(jìn)一步助力教學(xué)效率的提升。圖4所示為管理員登錄界面，CoCalc平臺(tái)建立課程后，主目錄包含了.course文件，記錄了選課學(xué)生的名單，可以向名單中的每位學(xué)生共享課件、發(fā)布作業(yè)；Assignments里存放作業(yè)練習(xí)；Handouts可存放課件PPT、交互特性編寫代碼示例文件或作業(yè)。云平臺(tái)上每位學(xué)生賬號(hào)下都會(huì)有獨(dú)立的Assignments和Handouts文件夾，學(xué)生可以直接在網(wǎng)頁(yè)運(yùn)行代碼、查看結(jié)果，并嘗試修改，保證互不影響。作業(yè)系統(tǒng)可以自動(dòng)收取作業(yè)、利用Nbgrader工具自動(dòng)批改、對(duì)作業(yè)進(jìn)行批注及一鍵下發(fā)，節(jié)省了教師逐一查看、驗(yàn)證代碼的時(shí)間。對(duì)學(xué)生而言，由于作業(yè)文件內(nèi)置了程序輸入輸出樣例，學(xué)生在線運(yùn)行代碼過程中可實(shí)時(shí)運(yùn)行了解自己的代碼是否正確，錯(cuò)誤一目了然，節(jié)省了反復(fù)上傳代碼、等待在線評(píng)測(cè)平臺(tái)驗(yàn)證、驗(yàn)證失敗后手動(dòng)定位錯(cuò)誤的時(shí)間。學(xué)生使用后普遍給予了積極反饋：“使用CoCalc平臺(tái)后不用自己下載軟件，注冊(cè)和操作也很方便”“能夠比較快地發(fā)現(xiàn)自己寫得有沒有錯(cuò)、錯(cuò)的地方在哪，上面還有老師提供的例子”等。

（三） 云平臺(tái)的協(xié)作性增強(qiáng)了師生的互動(dòng)

CoCalc平臺(tái)具有云協(xié)作特性，該平臺(tái)的實(shí)時(shí)訪問計(jì)算工具和協(xié)作功能非常適合在課堂上使用。從教的角度來看，教師可以方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)課堂編程演示，并與學(xué)生一起進(jìn)行交互式討論；從學(xué)的角度來看，學(xué)生可以通過CoCalc平臺(tái)實(shí)時(shí)訪問代碼和使用計(jì)算工具，進(jìn)行模擬和分析，在課堂上觀察和理解材料的性質(zhì)和行為。尤其是針對(duì)項(xiàng)目探索類的課程，學(xué)生與學(xué)生之間可以通過CoCalc平臺(tái)的協(xié)作功能一起完成項(xiàng)目，這種互動(dòng)性提升了學(xué)生的寫作能力。教師可以通過CoCalc平臺(tái)的在線評(píng)審功能，對(duì)學(xué)生的作業(yè)和項(xiàng)目進(jìn)行及時(shí)評(píng)審，為學(xué)生提供有針對(duì)性的反饋和指導(dǎo)；可以創(chuàng)建并使用CoCalc平臺(tái)的在線練習(xí)和測(cè)試來評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與成果，幫助學(xué)生了解他們的強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，需要發(fā)送代碼截圖或文件給教師請(qǐng)教，卻經(jīng)常遇見反饋不夠及時(shí)的問題，代碼較長(zhǎng)、問題描述不清晰等更影響了互動(dòng)的效率。在CoCalc平臺(tái)上，教師或助教可以通過看板了解學(xué)生的作業(yè)提交情況，并在需要時(shí)直接進(jìn)入學(xué)生的工作空間查看代碼文件，相當(dāng)于“坐”到了學(xué)生的電腦前，可以完整地閱讀學(xué)生的代碼，最后確定問題所在。例如，有學(xué)生在編寫氬氣分子三維分子動(dòng)力學(xué)Python模擬程序時(shí)，發(fā)現(xiàn)原子數(shù)目較多時(shí)會(huì)出現(xiàn)體系溫度及勢(shì)能異常的情況，他們認(rèn)為是勢(shì)函數(shù)聲明的問題。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師通過云平臺(tái)直接進(jìn)入學(xué)生的工作空間，分析代碼后發(fā)現(xiàn)，問題來源于代碼開頭部分，學(xué)生忽視了計(jì)算機(jī)數(shù)組的有關(guān)特性，導(dǎo)致生成原子坐標(biāo)列表時(shí)發(fā)生了溢出錯(cuò)誤，部分原子坐標(biāo)異常。據(jù)此，教師及時(shí)批注了該部分代碼，使學(xué)生在半個(gè)小時(shí)內(nèi)就調(diào)試并解決了這個(gè)問題。CoCalc平臺(tái)作為教師和學(xué)生之間的橋梁，增強(qiáng)了師生交互性體驗(yàn)，將教與學(xué)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，做到了教學(xué)相長(zhǎng)。

三、CoCalc平臺(tái)教學(xué)不足分析

本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在采用CoCalc平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算材料學(xué)教學(xué)的實(shí)踐中，也總結(jié)了該平臺(tái)在課程教學(xué)中的一些不足之處。首先是免費(fèi)試用版的CoCalc平臺(tái)為每位用戶提供的云計(jì)算資源有限，代碼在執(zhí)行中會(huì)出現(xiàn)卡頓情況，使學(xué)生的使用體驗(yàn)感欠佳。其次，部分學(xué)生反饋Python嵌套式界面和程序結(jié)構(gòu)閱讀起來有些費(fèi)勁，需要一定時(shí)間適應(yīng)代碼寫作習(xí)慣。最后，Nbgrader自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)對(duì)教師端的使用要求較高，由于Nbgrader評(píng)分方式固定，需要教師精心設(shè)計(jì)判分條件。

四、結(jié)語

本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐中借助CoCalc云平臺(tái)的集成性、多功能性、易用性和協(xié)作性，探索出直觀形象的互融式教學(xué)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)；發(fā)揮平臺(tái)的集成性和多功能性優(yōu)勢(shì)，解決了學(xué)生配置模擬環(huán)境遇到的各種障礙，節(jié)省了大量學(xué)習(xí)時(shí)間，提升了學(xué)習(xí)效率；利用平臺(tái)的協(xié)作性幫助學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師實(shí)現(xiàn)共同工作，增強(qiáng)了師生之間、生生之間的交互，激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，課程教學(xué)效果得到了顯著提升。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐探索希望能為編程類、基于項(xiàng)目導(dǎo)向的高校理工科課程的教學(xué)改革拋磚引玉，借助新興的云平臺(tái)技術(shù)，變晦澀、抽象和枯燥的學(xué)習(xí)為直觀、形象和有趣的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生探索創(chuàng)新。

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［責(zé)任編輯：鐘 嵐］