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“教學創新大賽”是教育部批准列入《教育部直屬單位三項評價和一次競賽預留專案名單》的專案之一，是本屆專案清單中唯一的高校教師教學競賽專案。
教師教學創新大賽對推動教學改革創新、引導教師投身教育人發揮了積極作用，對高等教育改革發展具有重要意義。
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鐵碳合金相圖“ 混合教學設計
一是課程教學的總體思路。
1.課程的建設和發展。
材料科學基礎1是材料科學與工程學院金屬材料工程、粉體工程等專業的基礎課程，是一門研究材料成分、結構、結構和效能相互關係的學科。
本課程是金屬材料工程和粉末工程學科的基礎，因此本課程的教學內容和教學質量直接影響到本科畢業生的業務水平和發展潛力。
該課程分別於2008年和2012年被批准為合肥工業大學優秀課程和安徽省優秀課程，每年約有300名本科生學習該課程。
2.課程基本資訊：課程性質、課程安排、課程特色等。
根據最新修訂的2019年教學大綱，《材料科學基礎1》共64課時，共4學分，教學時間為大二下學期，是金屬材料工程和粉體工程專業基礎課程。
通過本課程的學習，學生可以掌握材料科學和材料工程相關的基礎知識，為後續的專業課程打下堅實的基礎，有效提高學生對工程教育認證的培訓質量。
本課程是該專業的必修課。 材料科學的飛速發展促進了新技術、新材料的廣泛應用，在教學過程中，一方面加強了學生基礎知識的積累，另一方面引導學生將基礎知識與工程應用相結合
1）注重跟蹤相關新技術的發展，並將其反映在教學內容中。教學團隊中的青年教師均有海外留學經歷，學習能力強，與國際接軌程度高;
2）注重教學研究和教學改革。教師們承擔了一批教學改革專案，在研究中將先進的教學理念和教學方法應用到課程中，並在此基礎上創造了新的教學方法，提出了“現象-問題-理論-方法-創新意識”的創新教學方法，實施效果良好。
3）注重學生動手能力和創新能力的培養。在教學過程中，利用多專業、虛擬平台等多種手段，將理論知識與工程實踐相結合，提高學生的學習熱情，培養學生的科學思維和創新能力。
積極開展校企合作，通過開展專家講座、企業實踐、認知實習等方式，拓展學生實踐平台，培養學生解決實際問題的能力。
3.混合式教學改革需要解決的關鍵問題。
線上線下混合式教學的本質是解構知識體系、重構學習體系的過程。 混合式教學必須遵循“以學生為中心”和“性別為本”的基本原則，但在具體設計和實施中，要充分結合課程的具體實際，不能簡單地用一定的標準對同類課程實行“一刀切”的教學流程。
在探索混合式教學之前，有必要明確課程改革要解決的核心問題是什麼，然後進行有針對性的“定向”，因此在混合式教學改革過程中需要解決以下問題：
1）明確線上線下學習的關係。
線上和線下學習是混合式教學中不可分割的兩個部分，它們共同實現學生的學習。
線上學習是學習各個階段的起點，通過自主學習，讓學生基本掌握課程的知識點，帶著一定的知識基礎和問題走進課堂; 同時也是對學習各個階段的總結，完成了對學習內容的總結、檢查和反思，從頭到尾保證了課堂教學的質量。 線下學習是控制課程學習效果的關鍵環節，是實現課堂高水平、創新、挑戰程度的最重要途徑之一。
2）明確學習任務中心。
混合式教學構建了一種新型的師生關係，在這種關係中，教師是教學任務的主要承擔者，是整個教學活動的中心，對知識的傳授擁有絕對的發言權。
混合式教學強調學生是學習的主體，學生學習過程和能力的實現是教學活動的中心，將“以教師為中心”轉變為“以學生為中心”的教學模式，實現教學主體的改變，學生參與課堂教學活動直接影響教學效果。
3）加強師生互動。
大多數時候，傳統課堂中的資訊傳遞遵循從“老師”到“學生”的單向傳遞，即從老師知道的到學生知道的。
隨著網際網絡的普及，學生學習的方式迅速增加，混合式教學在師生、學生與學生之間構建了這樣一種多方位的互動關係。 這種多方位的互動需要教師通過設計線上討論、互動問答、線下課堂小組作業等線上線下教學活動來實現。
4.課程與教學改革的理念。
堅持以德為先、以學生為中心、以產出為導向的課程教學改革理念。 以德為導向，以人為本，重構課程教學體系，認可材料學科核心素養，完善教學活動設計，構建虛擬與現實互補的教學平台，使學生樹立正確的“世界觀”、“人生觀”和“價值觀”。 堅持為黨、為國家教育。
5.課程教學的整體設計思路和教學模式等。
材料科學基礎1是一門金屬材料工程和粉末工程的專業基礎課程，起到了前後銜接的作用，其重要性不言而喻。
針對傳統教學過程中存在的問題，如理論講解深度難、面授乏味、與新教材開發缺乏融合、與社會發展脫節等問題，本課程從學術研究視角、學科競爭視角、工程問題視角、課程結構優化四個方面進行設計， 整體設計思路如圖1所示。
圖1 教學總體設計思路。
1）多視角導向，全方位教育。
《材料學基礎1》是材料專業的專業基礎和必修課，一方面對後續專業核心課程的學習起到基礎支撐作用，為專業課程培養後解決複雜工程問題奠定基礎，另一方面也對後期碩士、博士學位的深入學習起到理論指導作用。
因此，本課程需要從學術研究、學科競賽、工程問題等不同方面構建全方位的人才培養體系。
2）重構知識體系，優化課程結構。
對於工科院校學生來說，培養動手能力是人才培養的重要組成部分。 本課程在考慮學術研究、學科競賽、工程問題的同時，運用認知模組、實踐模組和競賽模組重構知識體系，解決課程對社會發展的適應性問題。
通過認知模組解決知識轉移和學生拓展的問題; 實踐模組解決了學生動手能力差，不能勝任工程專業任務的問題; 競賽模組旨在與課堂教學環節中的學科競賽對接，模擬真實競賽環節的過程和評價機制，提高學生的學習替代感和真實感。
2.學習情況分析。
材料科學基礎 1 要求學生實現三個維度的目標：知識、能力和素養。
1.知識目標。
精通Fe-Fe3C相圖的基本組成及不同溫度下的相和結構;
槓桿定律可用於計算Fe-Fe3c相圖中不同成分的合金在不同成分下的相對含量。
能夠了解雜質元素對鋼效能的影響。
2.能力目標。
能夠利用FE-FE3C相圖的分析過程擴充套件到其他複雜相圖的分析;
可以根據鋼材的不同使用條件選擇合適的成分。
3.掃盲目標。
能夠正確獲取、判斷、評估和使用資訊的素養。
根據布魯姆對教育目標的分類，如圖2所示，在實現材料科學基礎1教學目標的過程中，學生需要經歷從認識、理解、應用、分析、評價和創造的六個階段。
材料科學基礎1面向對材料有基本了解的大學二年級學生，但概念比較模糊。
隨著網際網絡技術的飛速發展，學生善於通過網際網絡獲取與材料相關的知識，但存在知識碎片化、知識體系不完善、學習方法相對簡單等問題。
基於上述情況，問題型學習是一種非常有效的方法，它允許學生線上學習、思考、對材料提出問題，激發學生自主學習的興趣，明確學習任務和目標，並將其內化在課堂教學過程中。
圖 2 Bloom 目標分類**。
整個教學過程以問題為導向，以案例分析為載體，以專案拓展專業銜接，以任務為導向，以“以學生為中心”進行教學。
3.教學內容介紹。
摘自《材料科學基礎》第1章，章節名稱：鐵碳合金相圖。
鐵碳合金相圖的分析可以加深相圖知識的應用。
鐵碳合金相圖作為應用最廣泛的合金相圖，是研究和生產鋼鐵材料的基礎，相圖的結構、各相劃分邊界的意義、各特徵點的成分、溫度和意義，以及鐵碳合金結構的基本相和基本結構。 組織的形態特徵，成分含量，組織和性質的計算; 錠巨集觀結構的形成機理，以及控制晶粒結構的方式和方法。
在學習過程中，需要掌握Fe-Fe3C二元相圖的基本相、結構和碳含量對結構組成變化的影響，為解決複雜的工程問題奠定基礎。
四是教學目標。
《材料科學基礎1》課程的目標是使學習者深入了解材料的組成、結構、過程、組織和效能之間的內在關係的根本原因、基本知識和基本應用，為後續專業課程的學習打下堅實的基礎。 為創造新理論、開發新材料、開發未來新工藝，提供新思想和理論指導，在教學過程中融入思想政治要素，培養學生大工匠精神、愛國主義精神、社會主義責任精神和無私奉獻精神，逐步塑造學生勤奮、踏實、團結、進取的作風。
具體教學目標如下：
課程目標1：掌握材料科學與工程中原子鍵合、晶體學、晶體缺陷、相圖、金屬塑性變形等相關方面的基礎知識和基本原理。
課程目標2：能夠運用理工科的基礎知識和基本原理來設計金屬材料的成分和結構，並提出解決複雜工程問題的方法，如熱處理和塑性變形。
課程目標3：能夠運用基礎知識分析固態擴散、材料凝固、塑性變形等工程問題，並開展相關的工程研究或科學研究。
5. 課程資源。
《材料科學基礎1》線上線下混合教學目前擁有中文MOOC線上資源，**大連理工大學錄製的MOOC《材料科學基礎》，包括課程講解、知識測試、複雜知識點的動畫演示。
本課程擁有來自上海交通大學、北京科技大學、西北工業大學、南京航空航天大學等國內知名高校的《材料科學基礎》課件資源和電子練習冊。
6.智慧型教學支援。
材料科學基礎 1 線上線下混合教學主要採用三種智慧型教學條件。 第乙個是中文MOOC平台，第二個是雨教室，第三個是虛擬**實驗教學平台。
本課程所依據的資源是國家優秀開放課程《材料科學基礎》，中文MOOC平台可以為本課程提供MOOC課程，讓學生提前學習材料科學的基礎知識，讓每個學生帶著更好的知識基礎和問題進入課堂， 從而充分保證課堂教學的質量。
在課堂上，我們的講座部分只關注學生在學習過程中反饋的重點、難點或常見問題。
結合雨課堂的智慧型教學工具，講解學生在學習過程中遇到的重點和困難，並開展課堂互動，從而調動學生的學習主動性，培養學生解決複雜工程問題的能力。
通過雨課堂，我們可以及時了解每一次作業、每一次考試、每一次課堂問答中的薄弱知識點，學生是否積極參與課堂活動，以及課堂上講解的知識點的掌握情況。
平台在前期虛擬教學工作的基礎上，獲批2020年安徽省虛擬實驗教學專案，同時申報國家一級虛擬實驗教學課程，為《材料學基礎》線上線下混合教學奠定了良好的基礎。
圖3 基於金屬材料零件熱處理的虛擬平台。
7.教學過程和實施方法。
下面以《材料科學基礎1》第6章中鐵碳合金的相圖為例，說明教學過程和實現方法。
鐵碳合金是應用最廣泛的金屬基材料，是材料科學基礎1課程的重點內容之一。 這部分教學內容對學生能力目標的要求是：
1）精通Fe-Fe3C二元相圖中基本相、結構和碳含量對微觀結構變化的影響;
2）FE-FE3C二元相圖可用於材料選擇，解決實際應用過程中的材料失效問題，培養和鍛鍊學生的研究和實踐能力。通過混合式教學，這部分內容支援課程目標 2 和 3 的實現。
線上線下混合教學的優勢在於，原有的課堂教學活動可以進一步延伸到課前和課後，提前做好教學計畫和安排是前提，教學過程主要包括課前自學、課堂指導和課後學習三個部分，如圖4所示。
圖4 鐵碳合金相圖混合示教流程圖.
1.課前自習。
教師提前發布課程的教學計畫，包括教學重點、難點、線上學習資源和參考資料、課程中講授的知識點對應的邏輯關係圖、討論題目等。
當學生在自主學習過程中遇到問題時，教師會及時給出問題的解答，同時組織常見問題進行課堂講解。
2.課堂指導。
課堂指導是線上線下混合教學的核心環節，是通過微課和PPT課件，內化學生自學知識點、解決疑難問題的重要途徑。
本單元根據教學過程的基本規律，通過乙個案例、一組資料、兩個**、三個應用，簡單講解了基本相、結構、微觀結構演化規律、槓桿定律的運用以及雜質元素對鐵碳合金效能的影響。 具體教學過程分為以下幾個步驟：【每節課100分鐘】。
導語：通過“鐵達尼號”的沉沒，從材料的角度分析了鋼中雜質元素對材料效能的重要影響，從而介紹了學習和研究鐵碳合金相圖的重要性。 [基於教師，2 分鐘]。
分析：解釋鐵碳合金相圖的歷史背景，深入分析相圖的組成和相圖中存在的特殊相變型別，包括包層晶體相變、共晶相變和共晶變。 [以教師為基礎，20 分鐘]。
分組討論：根據鐵碳合金中的含碳量，相圖分為工業純鐵、亞共晶鋼、共晶鋼、共晶鋼、亞共晶白口鐵、共晶白口鐵和超共晶白口鐵七個部分。[以學生為導向，30分鐘]。
根據小組討論結果，得到了不同成分的合金在冷卻過程中相和微觀組織的異同，得到了鐵碳合金隨成分變化的相和微觀組織變化規律。 [師生互動，30分鐘]。
評價：通過測驗完成本課程學習效果的測試【以學生為本，14分鐘】。
總結和評論：[基於教師，2 分鐘]。
作業：[基於教師，2 分鐘]。
3.課後學習。
課後及時公布作業清單，包括雨課堂試題、開放式作業寫作等題目，因為本科的內容有工程應用背景，所以安排課後調查報告到學校，要求本課學到的內容和鐵碳合金的發展應用完成調查報告， 鼓勵學生探索和思考。
8.學習評價和教學反饋。
1.過程評價和綜合評價相結合。
根據合肥工業大學金屬材料工程專業2019版教學計畫修訂版的安排，《材料科學基礎1》課程的考核方法主要包括期中考試、期末考試、課堂考試和作業寫作四個部分。
中期，課程過程學習評估主要由線上學習、課堂測試、作業寫作三部分組成。
1）線上學習。
線上學習主要是教師在課前通過SPOC推送要學習的內容，並利用微課、PPT展示、測試等方式，檢驗學生對基礎知識和基本原理的掌握情況。
2）課堂測試。
根據課程中的知識點，課堂以客觀問題為主。
3）作業寫作。
通過雨課堂，課後推送公開試題和研究課題，讓學生探究鐵碳合金相關知識，掌握書本知識之外的知識，拓寬學生的知識面。
2.教學評估和反饋。
評價是檢驗教學效果的有效途徑，對教學過程具有監控和控制作用，對教師和學生是一種促進和強化。 傳統的課堂教學評價注重結果，而雨課堂和騰訊問卷則提供小組參與的形成性評價，學生的意見可以在開放和視覺化的平台上呈現。
與傳統的教師主導教學相比，混合式教學在督促教師關注學生感受方面更加透明，也更有效。 教師通過與學生的溝通，及時了解教學效果並調整教學方法。
本課程的評價採用過程評價，分為教師對學生的評價和學生對教學的評價兩個方面。
對學生的評價分為個人評價和小組評價，評價方式包括課前測試、課堂測試、作業寫作、期中和期末考試、隨機問題、問卷調查等。
每章結束後，教學評價都以騰訊問卷為基礎，了解學生的評價和對課堂教學的建議，教師也會將評價結果及時反饋給個別學生，督促學生做出改進。
9.教學總結與反思。
經過十幾年的教學實踐，特別是近兩年，逐漸形成了一條行之有效、易於操作的混合式教學路徑，同時對課程的混合式教學進行了總結和反思。
1.教學總結。
教學理念：堅持德育為本、以學生為中心、以任務為導向，促進學生綜合素質的發展;
教學設計：線上線下相互配合，明確線上學什麼、怎麼學、線下怎麼交流、怎麼內化;
線上有資源：依託中國高校MOOC平台，依託雨課堂互動平台;
有線下活動：課堂測試、開放式作業寫作、角色互換;
過程被評估：課堂表現、線上學習狀態、虛擬**效果等;
有評價手段：通過雨教室、QQ問卷等方式對過程評價進行評價。
2.對教學的反思。
線上線下混合式教學是未來教學模式改革的大趨勢，《材料科學基礎1》線上線下混合式教學改革的實施存在以下三個問題：一是學生對混合式教學相對陌生，學習任務較繁重，早期參與的積極性不高， 對教師的評價不夠積極，極大地影響了教師對混合式教學改革的積極性;二是混合式教學中混合式學習的評價處於探索階段，其評價效果過度依賴一流學習平台的監控，能否真正反映學生的學習效果還有待進一步觀察; 第三，根據OBE的教學理念，教師在實施混合式教學活動之前，需要對混合式教學進行合理的設計，並將其與課程思想政治相結合，教師在混合式教學上花費的時間將急劇增加，這在一定程度上阻礙了教師進行混合式教學改革的積極性。
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