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“教学创新大赛”是教育部批准列入《教育部直属单位三项评价和一次竞赛预留项目名单》的项目之一，是本届项目清单中唯一的高校教师教学竞赛项目。
教师教学创新大赛对推动教学改革创新、引导教师投身教育人发挥了积极作用，对高等教育改革发展具有重要意义。
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铁碳合金相图“ 混合教学设计
一是课程教学的总体思路。
1.课程的建设和发展。
材料科学基础1是材料科学与工程学院金属材料工程、粉体工程等专业的基础课程，是一门研究材料成分、结构、结构和性能相互关系的学科。
本课程是金属材料工程和粉末工程学科的基础，因此本课程的教学内容和教学质量直接影响到本科毕业生的业务水平和发展潜力。
该课程分别于2008年和2012年被批准为合肥工业大学优秀课程和安徽省优秀课程，每年约有300名本科生学习该课程。
2.课程基本信息：课程性质、课程安排、课程特色等。
根据最新修订的2019年教学大纲，《材料科学基础1》共64课时，共4学分，教学时间为大二下学期，是金属材料工程和粉体工程专业基础课程。
通过本课程的学习，学生可以掌握材料科学和材料工程相关的基础知识，为后续的专业课程打下坚实的基础，有效提高学生对工程教育认证的培训质量。
本课程是该专业的必修课。 材料科学的飞速发展促进了新技术、新材料的广泛应用，在教学过程中，一方面加强了学生基础知识的积累，另一方面引导学生将基础知识与工程应用相结合
1）注重跟踪相关新技术的发展，并将其反映在教学内容中。教学团队中的青年教师均有海外留学经历，学习能力强，与国际接轨程度高;
2）注重教学研究和教学改革。教师们承担了一批教学改革项目，在研究中将先进的教学理念和教学方法应用到课程中，并在此基础上创造了新的教学方法，提出了“现象-问题-理论-方法-创新意识”的创新教学方法，实施效果良好。
3）注重学生动手能力和创新能力的培养。在教学过程中，利用多专业、虚拟平台等多种手段，将理论知识与工程实践相结合，提高学生的学习热情，培养学生的科学思维和创新能力。
积极开展校企合作，通过开展专家讲座、企业实践、认知实习等方式，拓展学生实践平台，培养学生解决实际问题的能力。
3.混合式教学改革需要解决的关键问题。
线上线下混合式教学的本质是解构知识体系、重构学习体系的过程。 混合式教学必须遵循“以学生为中心”和“性别为本”的基本原则，但在具体设计和实施中，要充分结合课程的具体实际，不能简单地用一定的标准对同类课程实行“一刀切”的教学流程。
在探索混合式教学之前，有必要明确课程改革要解决的核心问题是什么，然后进行有针对性的“定向”，因此在混合式教学改革过程中需要解决以下问题：
1）明确线上线下学习的关系。
线上和线下学习是混合式教学中不可分割的两个部分，它们共同实现学生的学习。
在线学习是学习各个阶段的起点，通过自主学习，让学生基本掌握课程的知识点，带着一定的知识基础和问题走进课堂; 同时也是对学习各个阶段的总结，完成了对学习内容的总结、检查和反思，从头到尾保证了课堂教学的质量。 线下学习是控制课程学习效果的关键环节，是实现课堂高水平、创新、挑战程度的最重要途径之一。
2）明确学习任务中心。
混合式教学构建了一种新型的师生关系，在这种关系中，教师是教学任务的主要承担者，是整个教学活动的中心，对知识的传授拥有绝对的发言权。
混合式教学强调学生是学习的主体，学生学习过程和能力的实现是教学活动的中心，将“以教师为中心”转变为“以学生为中心”的教学模式，实现教学主体的改变，学生参与课堂教学活动直接影响教学效果。
3）加强师生互动。
大多数时候，传统课堂中的信息传递遵循从“老师”到“学生”的单向传递，即从老师知道的到学生知道的。
随着互联网的普及，学生学习的方式迅速增加，混合式教学在师生、学生与学生之间构建了这样一种多方位的互动关系。 这种多方位的互动需要教师通过设计线上讨论、互动问答、线下课堂小组作业等线上线下教学活动来实现。
4.课程与教学改革的理念。
坚持以德为先、以学生为中心、以产出为导向的课程教学改革理念。 以德为导向，以人为本，重构课程教学体系，认可材料学科核心素养，完善教学活动设计，构建虚拟与现实互补的教学平台，使学生树立正确的“世界观”、“人生观”和“价值观”。 坚持为党、为国家教育。
5.课程教学的整体设计思路和教学模式等。
材料科学基础1是一门金属材料工程和粉末工程的专业基础课程，起到了前后衔接的作用，其重要性不言而喻。
针对传统教学过程中存在的问题，如理论讲解深度难、面授乏味、与新教材开发缺乏融合、与社会发展脱节等问题，本课程从学术研究视角、学科竞争视角、工程问题视角、课程结构优化四个方面进行设计， 整体设计思路如图1所示。
图1 教学总体设计思路。
1）多视角导向，全方位教育。
《材料学基础1》是材料专业的专业基础和必修课，一方面对后续专业核心课程的学习起到基础支撑作用，为专业课程培养后解决复杂工程问题奠定基础，另一方面也对后期硕士、博士学位的深入学习起到理论指导作用。
因此，本课程需要从学术研究、学科竞赛、工程问题等不同方面构建全方位的人才培养体系。
2）重构知识体系，优化课程结构。
对于工科院校学生来说，培养动手能力是人才培养的重要组成部分。 本课程在考虑学术研究、学科竞赛、工程问题的同时，运用认知模块、实践模块和竞赛模块重构知识体系，解决课程对社会发展的适应性问题。
通过认知模块解决知识转移和学生拓展的问题; 实践模块解决了学生动手能力差，不能胜任工程专业任务的问题; 竞赛模块旨在与课堂教学环节中的学科竞赛对接，模拟真实竞赛环节的过程和评价机制，提高学生的学习替代感和真实感。
2.学习情况分析。
材料科学基础 1 要求学生实现三个维度的目标：知识、能力和素养。
1.知识目标。
精通Fe-Fe3C相图的基本组成及不同温度下的相和结构;
杠杆定律可用于计算Fe-Fe3c相图中不同成分的合金在不同成分下的相对含量。
能够了解杂质元素对钢性能的影响。
2.能力目标。
能够利用FE-FE3C相图的分析过程扩展到其他复杂相图的分析;
可以根据钢材的不同使用条件选择合适的成分。
3.扫盲目标。
能够正确获取、判断、评估和使用信息的素养。
根据布鲁姆对教育目标的分类，如图2所示，在实现材料科学基础1教学目标的过程中，学生需要经历从认识、理解、应用、分析、评价和创造的六个阶段。
材料科学基础1面向对材料有基本了解的大学二年级学生，但概念比较模糊。
随着互联网技术的飞速发展，学生善于通过互联网获取与材料相关的知识，但存在知识碎片化、知识体系不完善、学习方法相对简单等问题。
基于上述情况，问题型学习是一种非常有效的方法，它允许学生在线学习、思考、对材料提出问题，激发学生自主学习的兴趣，明确学习任务和目标，并将其内化在课堂教学过程中。
图 2 Bloom 目标分类**。
整个教学过程以问题为导向，以案例分析为载体，以项目拓展专业衔接，以任务为导向，以“以学生为中心”进行教学。
3.教学内容介绍。
摘自《材料科学基础》第1章，章节名称：铁碳合金相图。
铁碳合金相图的分析可以加深相图知识的应用。
铁碳合金相图作为应用最广泛的合金相图，是研究和生产钢铁材料的基础，相图的结构、各相划分边界的意义、各特征点的成分、温度和意义，以及铁碳合金结构的基本相和基本结构。 组织的形态特征，成分含量，组织和性质的计算; 锭宏观结构的形成机理，以及控制晶粒结构的方式和方法。
在学习过程中，需要掌握Fe-Fe3C二元相图的基本相、结构和碳含量对结构组成变化的影响，为解决复杂的工程问题奠定基础。
四是教学目标。
《材料科学基础1》课程的目标是使学习者深入了解材料的组成、结构、过程、组织和性能之间的内在关系的根本原因、基本知识和基本应用，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 为创造新理论、开发新材料、开发未来新工艺，提供新思想和理论指导，在教学过程中融入思想政治要素，培养学生大工匠精神、爱国主义精神、社会主义责任精神和无私奉献精神，逐步塑造学生勤奋、踏实、团结、进取的作风。
具体教学目标如下：
课程目标1：掌握材料科学与工程中原子键合、晶体学、晶体缺陷、相图、金属塑性变形等相关方面的基础知识和基本原理。
课程目标2：能够运用理工科的基础知识和基本原理来设计金属材料的成分和结构，并提出解决复杂工程问题的方法，如热处理和塑性变形。
课程目标3：能够运用基础知识分析固态扩散、材料凝固、塑性变形等工程问题，并开展相关的工程研究或科学研究。
5. 课程资源。
《材料科学基础1》线上线下混合教学目前拥有中文MOOC在线资源，**大连理工大学录制的MOOC《材料科学基础》，包括课程讲解、知识测试、复杂知识点的动画演示。
本课程拥有来自上海交通大学、北京科技大学、西北工业大学、南京航空航天大学等国内知名高校的《材料科学基础》课件资源和电子练习册。
6.智能教学支持。
材料科学基础 1 线上线下混合教学主要采用三种智能教学条件。 第一个是中文MOOC平台，第二个是雨教室，第三个是虚拟**实验教学平台。
本课程所依据的资源是国家优秀开放课程《材料科学基础》，中文MOOC平台可以为本课程提供MOOC课程，让学生提前学习材料科学的基础知识，让每个学生带着更好的知识基础和问题进入课堂， 从而充分保证课堂教学的质量。
在课堂上，我们的讲座部分只关注学生在学习过程中反馈的重点、难点或常见问题。
结合雨课堂的智能教学工具，讲解学生在学习过程中遇到的重点和困难，并开展课堂互动，从而调动学生的学习主动性，培养学生解决复杂工程问题的能力。
通过雨课堂，我们可以及时了解每一次作业、每一次考试、每一次课堂问答中的薄弱知识点，学生是否积极参与课堂活动，以及课堂上讲解的知识点的掌握情况。
平台在前期虚拟教学工作的基础上，获批2020年安徽省虚拟实验教学项目，同时申报国家一级虚拟实验教学课程，为《材料学基础》线上线下混合教学奠定了良好的基础。
图3 基于金属材料零件热处理的虚拟平台。
7.教学过程和实施方法。
下面以《材料科学基础1》第6章中铁碳合金的相图为例，说明教学过程和实现方法。
铁碳合金是应用最广泛的金属基材料，是材料科学基础1课程的重点内容之一。 这部分教学内容对学生能力目标的要求是：
1）精通Fe-Fe3C二元相图中基本相、结构和碳含量对微观结构变化的影响;
2）FE-FE3C二元相图可用于材料选择，解决实际应用过程中的材料失效问题，培养和锻炼学生的研究和实践能力。通过混合式教学，这部分内容支持课程目标 2 和 3 的实现。
线上线下混合教学的优势在于，原有的课堂教学活动可以进一步延伸到课前和课后，提前做好教学计划和安排是前提，教学过程主要包括课前自学、课堂指导和课后学习三个部分，如图4所示。
图4 铁碳合金相图混合示教流程图.
1.课前自习。
教师提前发布课程的教学计划，包括教学重点、难点、在线学习资源和参考资料、课程中讲授的知识点对应的逻辑关系图、讨论题目等。
当学生在自主学习过程中遇到问题时，教师会及时给出问题的解答，同时组织常见问题进行课堂讲解。
2.课堂指导。
课堂指导是线上线下混合教学的核心环节，是通过微课和PPT课件，内化学生自学知识点、解决疑难问题的重要途径。
本单元根据教学过程的基本规律，通过一个案例、一组数据、两个**、三个应用，简单讲解了基本相、结构、微观结构演化规律、杠杆定律的运用以及杂质元素对铁碳合金性能的影响。 具体教学过程分为以下几个步骤：【每节课100分钟】。
导语：通过“泰坦尼克号”的沉没，从材料的角度分析了钢中杂质元素对材料性能的重要影响，从而介绍了学习和研究铁碳合金相图的重要性。 [基于教师，2 分钟]。
分析：解释铁碳合金相图的历史背景，深入分析相图的组成和相图中存在的特殊相变类型，包括包层晶体相变、共晶相变和共晶变。 [以教师为基础，20 分钟]。
分组讨论：根据铁碳合金中的含碳量，相图分为工业纯铁、亚共晶钢、共晶钢、共晶钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁和超共晶白口铁七个部分。[以学生为导向，30分钟]。
根据小组讨论结果，得到了不同成分的合金在冷却过程中相和微观组织的异同，得到了铁碳合金随成分变化的相和微观组织变化规律。 [师生互动，30分钟]。
评价：通过测验完成本课程学习效果的测试【以学生为本，14分钟】。
总结和评论：[基于教师，2 分钟]。
作业：[基于教师，2 分钟]。
3.课后学习。
课后及时公布作业清单，包括雨课堂试题、开放式作业写作等题目，因为本科的内容有工程应用背景，所以安排课后调查报告到学校，要求本课学到的内容和铁碳合金的发展应用完成调查报告， 鼓励学生探索和思考。
8.学习评价和教学反馈。
1.过程评价和综合评价相结合。
根据合肥工业大学金属材料工程专业2019版教学计划修订版的安排，《材料科学基础1》课程的考核方法主要包括期中考试、期末考试、课堂考试和作业写作四个部分。
中期，课程过程学习评估主要由在线学习、课堂测试、作业写作三部分组成。
1）在线学习。
在线学习主要是教师在课前通过SPOC推送要学习的内容，并利用微课、PPT展示、测试等方式，检验学生对基础知识和基本原理的掌握情况。
2）课堂测试。
根据课程中的知识点，课堂以客观问题为主。
3）作业写作。
通过雨课堂，课后推送公开试题和研究课题，让学生探究铁碳合金相关知识，掌握书本知识之外的知识，拓宽学生的知识面。
2.教学评估和反馈。
评价是检验教学效果的有效途径，对教学过程具有监控和控制作用，对教师和学生是一种促进和强化。 传统的课堂教学评价注重结果，而雨课堂和腾讯问卷则提供小组参与的形成性评价，学生的意见可以在开放和可视化的平台上呈现。
与传统的教师主导教学相比，混合式教学在督促教师关注学生感受方面更加透明，也更有效。 教师通过与学生的沟通，及时了解教学效果并调整教学方法。
本课程的评价采用过程评价，分为教师对学生的评价和学生对教学的评价两个方面。
对学生的评价分为个人评价和小组评价，评价方式包括课前测试、课堂测试、作业写作、期中和期末考试、随机问题、问卷调查等。
每章结束后，教学评价都以腾讯问卷为基础，了解学生的评价和对课堂教学的建议，教师也会将评价结果及时反馈给个别学生，督促学生做出改进。
9.教学总结与反思。
经过十几年的教学实践，特别是近两年，逐渐形成了一条行之有效、易于操作的混合式教学路径，同时对课程的混合式教学进行了总结和反思。
1.教学总结。
教学理念：坚持德育为本、以学生为中心、以任务为导向，促进学生综合素质的发展;
教学设计：线上线下相互配合，明确线上学什么、怎么学、线下怎么交流、怎么内化;
线上有资源：依托中国高校MOOC平台，依托雨课堂互动平台;
有线下活动：课堂测试、开放式作业写作、角色互换;
过程被评估：课堂表现、在线学习状态、虚拟**效果等;
有评价手段：通过雨教室、QQ问卷等方式对过程评价进行评价。
2.对教学的反思。
线上线下混合式教学是未来教学模式改革的大趋势，《材料科学基础1》线上线下混合式教学改革的实施存在以下三个问题：一是学生对混合式教学相对陌生，学习任务较繁重，早期参与的积极性不高， 对教师的评价不够积极，极大地影响了教师对混合式教学改革的积极性;二是混合式教学中混合式学习的评价处于探索阶段，其评价效果过度依赖一流学习平台的监控，能否真正反映学生的学习效果还有待进一步观察; 第三，根据OBE的教学理念，教师在实施混合式教学活动之前，需要对混合式教学进行合理的设计，并将其与课程思想政治相结合，教师在混合式教学上花费的时间将急剧增加，这在一定程度上阻碍了教师进行混合式教学改革的积极性。
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