基于MOOCs的工程材料基礎(chǔ)課程建設(shè)初探

鄭巧玲 李燁飛* 孫巧艷 高義民西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室 陜西西安 710049

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基于MOOCs的工程材料基礎(chǔ)課程建設(shè)初探

鄭巧玲 李燁飛* 孫巧艷 高義民
西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室 陜西西安 710049

摘 要：大規(guī)模在線開放課程作為一種新興的在線課堂形式，已在全球掀起高校教育改革的浪潮，作為國家精品課程，西安交通大學工程材料基礎(chǔ)課程將積極參與信息化教育教學改革。本文初步探討了以翻轉(zhuǎn)式教學為切入點，依靠實驗技術(shù)中心和工程坊的優(yōu)質(zhì)實踐基地，引入SPOC教學理念等建設(shè)思路，探索建設(shè)在線開放課程，提高本課程教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程材料基礎(chǔ)課程；教學改革；大規(guī)模在線開放課程

1 MOOCs簡介及西安交大MOOCs現(xiàn)狀

大規(guī)模在線開放課程慕課(Massive Open Online Course，MOOC)作為一種新興的在線課堂形式，正以不可阻擋之勢席卷全球。繼2012“MOOC元年”開啟之后，MOOCs浪潮在全球迅速升溫，歐洲、亞洲及澳洲的許多頂尖大學相繼投身其中，創(chuàng)建自己的MOOCs平臺，發(fā)布了大規(guī)模的在線課程。2013年10 月10日，清華大學正式啟動“學堂在線”中文網(wǎng)絡(luò)開放課程平臺，面向全球提供在線課程，合作伙伴包括北京大學、浙江大學、南京大學等部分C9聯(lián)盟高校[1]。

西安交通大學充分認識到對優(yōu)質(zhì)資源共享及推廣的重要性，緊跟國際潮流，積極參與信息化教育教學改革，提升教育教學水平。截至2015年4月，已有二十余門課程分別在Coursera、教育部愛課程及清華大學學堂在線等MOOCs平臺成功上線，將優(yōu)秀的課程通過MOOCs推向全世界[2]。

2 工程材料基礎(chǔ)課程特點及教學現(xiàn)狀

工程材料基礎(chǔ)課程是西安交通大學材料科學與工程學院面向全校工程設(shè)計類本科生開設(shè)的一門全面介紹工程材料知識的基礎(chǔ)課程，每年培養(yǎng)來自機械、能動、航天及口腔醫(yī)學等八個專業(yè)近1000名學生[3]。課程重點講授各類機械零件的失效分析及其對性能的要求，以及機械制造者和設(shè)計者必須具備的材料知識和相關(guān)基本理論，并以實例說明如何根據(jù)零件服役條件及性能要求進行合理選擇材料和制造工藝。經(jīng)過半個世紀的不斷發(fā)展，工程材料基礎(chǔ)課程積累了非常豐富和優(yōu)秀的教育資源，分別于2009年被評為國家精品課程(www.jingpinke.com)，2013年被評為國家精品資源共享課程(www.icourse.com)。

作為國家精品課程，工程材料基礎(chǔ)課程緊跟時代步伐，全面建設(shè)和積累優(yōu)勢資源，主要包括編寫并出版兼具理論性、系統(tǒng)性和實用性的《機械工程材料》國家精品教材，籌建體系完備和特色突出的機械零件失效及工程材料實物展室，制作內(nèi)容豐富題材多樣的多媒體動畫庫，實現(xiàn)多媒體教學，并在西安交通大學課程中心網(wǎng)站(cc.xjtu.edu.cn)建立工程材料基礎(chǔ)課程網(wǎng)站，為學生課外學習和自主學習提供了優(yōu)質(zhì)條件。

圖1 國家精品教材《機械工程材料》

圖2 西安交大工程材料基礎(chǔ)課程網(wǎng)站

工程材料基礎(chǔ)課程近年來取得了斐然的成績，發(fā)揮了國家精品課程的示范作用，因此，將工程材料基礎(chǔ)課程推上大規(guī)模在線開放平臺，將優(yōu)秀的教學資源對外共享，不僅有助于提高本課程質(zhì)量、優(yōu)選高水平教師發(fā)展高質(zhì)量課程資源，還對提升地區(qū)課程教學質(zhì)量、人才培養(yǎng)和進一步滿足人民群眾接受優(yōu)質(zhì)高等教育具有深遠、廣泛的影響。

3 工程材料基礎(chǔ)在線開放課程建設(shè)思路

在工程材料基礎(chǔ)在線開放課程的建設(shè)思路上，我們初步建立以翻轉(zhuǎn)式教學改革為切入點，在線教育為基本形式，通過在Coursera平臺上建設(shè)相關(guān)課程，深入MOOCs理念，在校內(nèi)實現(xiàn)正規(guī)課堂教學和MOOCs相結(jié)合的教學模式創(chuàng)新，推進教學方法改革，提升教學質(zhì)量，在校園外引入SPOC(Small Private Online Course)教學理念，提高開放課程的完成率，推動學科對外品牌效應。

3.1 翻轉(zhuǎn)式教學改革試點探索

我校工程材料基礎(chǔ)課程組負責人孫巧艷教授提出在校內(nèi)課堂中首先進行翻轉(zhuǎn)式教學試點工作，比較翻轉(zhuǎn)式課堂教學方式與傳統(tǒng)的以課堂為主的教學方式在教學效果上的優(yōu)缺點。

實施方法為，隨機挑選若干個工程材料基礎(chǔ)課程的班級作為實驗組，實行翻轉(zhuǎn)式課堂教學方式。翻轉(zhuǎn)式課堂教學的流程是：教師將視頻材料以作業(yè)的形式布置給學生，學生在網(wǎng)絡(luò)平臺上預先觀看視頻，完成對應練習題，在實體課堂教學中，由教師主導采用專題討論或輔導的方式，解決學生在線上未理解的問題，并安排相應課程實踐。剩余班級為對照組，采用傳統(tǒng)的以課堂教學為主、課后完成作業(yè)的教學方式。教學效果考察方法為：在學期末最后一節(jié)課中，學生未進行任何復習的情況下，發(fā)放課程調(diào)研考卷(以選擇和填空題為主，設(shè)置13題)，檢驗學生對課程知識點及工藝路線的掌握程度。目前，此實驗正在進行中。

3.2 工程材料基礎(chǔ)課程Coursera平臺上線

根據(jù)對MOOCs教學理念、授課形式、內(nèi)容組織等方面的理解，課程組將重新制定工程材料基礎(chǔ)課程教學大綱，組織網(wǎng)絡(luò)課程在Coursera平臺上線。根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐反饋，逐步完善和充實課程教學內(nèi)容，豐富細化各知識點，改進教學互動手段和方法，建設(shè)高質(zhì)量工程材料基礎(chǔ)課程MOOCs課程。

具體來說，有以下幾個步驟：

(1)全面梳理課程知識結(jié)構(gòu)，按知識點組織網(wǎng)上課程內(nèi)容，工程材料基礎(chǔ)課程具有涵蓋內(nèi)容較多，知識點廣而分散，理論抽象等特點，擬以8～10分鐘講透一個知識點的形式，解決因視頻時間過長，學生注意力易分散的問題；

(2)利用視頻剪輯、動畫制作等手段，將理論演示和應用案例更好地融為一體；

(3)精心設(shè)計網(wǎng)上章節(jié)小測驗及課堂專題討論內(nèi)容，及時鞏固知識點，檢驗學生自主學習情況；

(4)后臺實時收集、積累和分析教學過程數(shù)據(jù)，分析學生對知識的掌握程度，并借助MOOCs平臺的社交網(wǎng)絡(luò)功能，加強互動反饋，為課堂針對性的指導及后續(xù)教學內(nèi)容的調(diào)整提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

3.3 依靠實驗技術(shù)中心、工程材料展室、工程坊及大學生創(chuàng)新項目 加強實踐環(huán)節(jié)

工程材料基礎(chǔ)課程具有寬口徑、實踐性強的特點，要求培養(yǎng)學生較高的實踐能力和綜合設(shè)計能力。目前工程材料基礎(chǔ)課程開設(shè)了若干個獨立實驗，例如顯微鏡的使用及材料金相組織觀察，以及熱處理綜合實驗等。但上述實驗均為演示性或驗證性實驗，學生只能按照既定的步驟完成實驗過程，無法自主設(shè)計實驗方案，不利于學生創(chuàng)新能力和實踐能力的提高。于是，在工程材料基礎(chǔ)在線課程的建設(shè)中，將結(jié)合MOOCs線上課程內(nèi)容，依靠我校材料學院實驗技術(shù)中心、工程材料展室及工程坊的優(yōu)秀實驗資源和工程經(jīng)驗，增設(shè)以實踐內(nèi)容為主的綜合性實驗項目。

工程材料展室籌建于1992年，經(jīng)過二十多年的建設(shè)，已收集了三百余件工程零件實物，涵蓋金屬材料、陶瓷材料、復合材料和高分子材料等工程材料的應用實例，以及粉末冶金、激光表面淬火和快速凝固等先進材料制備技術(shù)的工藝展示。通過對工程材料實物展室的參觀，學生對課堂知識具有更深刻的理解，教學效果良好。此外，對材料展室的實時更新也體現(xiàn)了我課程組成員的獨具匠心，目前，我校材料學院各專業(yè)方向已為材料展室提供有代表性新材料，并且隨著我?？蒲械倪M展，新材料也在陸續(xù)更新之中，這些舉措可以使學生了解我校工程材料的研發(fā)最新動態(tài)。

圖3 材料展示一角

圖4 材料展室櫥窗中的材料展品

綜合性實驗項目的來源之一擬通過課程組教師根據(jù)專業(yè)方向及實際工程要求，設(shè)計出若干不同的實驗任務(wù)書，學生自主選題后，通過查閱資料，進行材料的選擇和工藝的設(shè)計。在整個實驗過程中，學生將學會如何根據(jù)實際工程要求、材料性能來合理選擇和利用工程材料，并制定合適工藝路線，綜合性實驗可加強學生對理論知識的理解，提高工程能力及創(chuàng)新能力。

另外，在工程材料基礎(chǔ)課程的實驗環(huán)節(jié)，可考慮引入大學生創(chuàng)新性試驗計劃項目(包括國家級和省級)、我校“騰飛杯”課外學術(shù)科技競賽項目等，這些項目的引入將極大豐富課程實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計內(nèi)容，同時也可為創(chuàng)新項目提供候選學生及團隊。課程組可與各專業(yè)導師溝通，針對性設(shè)計與課程內(nèi)容相關(guān)的任務(wù)書，將工程材料課程與研究課題有機結(jié)合，培養(yǎng)學生的同時發(fā)掘具有一定創(chuàng)新潛力的學生參與專業(yè)導師相關(guān)項目的研究，從而提高各專業(yè)導師參與課程實踐環(huán)節(jié)建設(shè)的積極性。目前，通過工程材料基礎(chǔ)課程學生從事的騰飛杯項目部分獲得了我?？萍几傎惇勴?。

圖5 大學生創(chuàng)新訓練項目、騰飛杯項目及獲獎證書

3.4 引入SPOC教學理念 提高開放課程完成率 推動學科品牌效應

翻轉(zhuǎn)式課堂教學及實驗環(huán)節(jié)改革等新的教育手段和教學方式方法的改革將有效提升校內(nèi)工程材料基礎(chǔ)課程教學效果，而MOOCs平臺的初衷為共享優(yōu)質(zhì)教學資源，推進教育的大眾化、公平化，提升高等教育的效益，使更多人能夠方便地獲得受高質(zhì)量教育的機會，因此，在積累校內(nèi)MOOCs課程建設(shè)經(jīng)驗后，工程材料基礎(chǔ)課程將重點建設(shè)在線教學。

目前，大規(guī)模在線教育存在著注冊率高，完成率低的問題，因此，在工程材料課程的MOOCs建設(shè)中，考慮在校外申請者中推行SPOC這類學習模式。即從線上的申請者中選取小規(guī)模的學習者納入SPOC課程，入選者必須保證學習時間和學習強度，參與在線討論，完成規(guī)定作業(yè)并通過考試后，獲得課程完成證書[4]。

通過分析，這類SPOC課程模式在建設(shè)工程材料基礎(chǔ)課程方面有以下幾個優(yōu)勢。

(1)作為國家精品課程，工程材料基礎(chǔ)SPOC課程一經(jīng)推出，預計將受到同類院校及專業(yè)學生及社會人群的關(guān)注，從而推動我校材料專業(yè)的對外品牌效應；

(2)將SPOC課程與材料學院夏令營及科研體驗周等招生選拔活動相結(jié)合，將吸引大批相關(guān)專業(yè)的優(yōu)秀學子報名并參與課程學習，從而獲得選拔資格；

(3)SPOC模式使課程組教師有機會嘗試靈活并富有挑戰(zhàn)性的教學方法，并可使用自動評分等工具減少重復性活動，集中精力和學生進行深入交流和討論；

(4)配合限制性條件和準入條件，SPOC課程的實體課堂資源及實驗資源也將賦予學生完美的工程材料課程學習體驗，避免MOOCs課程的高輟學率和低完成率情況。

4 工程材料基礎(chǔ)大規(guī)模在線課程建設(shè)面臨的問題及啟示

從總體上看，大規(guī)模在線開放課程已成為教育全球化的一種趨勢，各大學府對于MOOCs的建設(shè)在摸索中前進。目前，對于工程材料基礎(chǔ)課程的MOOCs建設(shè)，主要存在以下的幾方面的問題。

4.1 課程組織

課程組教師需精心設(shè)計結(jié)構(gòu)化的工程材料基礎(chǔ)課程，確保MOOCs平臺中的視頻及課程內(nèi)容符合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)公開課程以學習者為中心，以知識掌握為取向的理念，而非機械搬運教材內(nèi)容和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)公開課視頻。

4.2 教師積極性

將工程材料基礎(chǔ)課程推上MOOCs平臺需花費大量人力物力，非團隊的合作不能完成，如何調(diào)動教師積極性，對公開后的教學資源進行法律保護，保障教師利益，促進良性競爭等問題值得進一步研究。

4.3 MOOCs相關(guān)教育技術(shù)培訓

多數(shù)教師對MOOCs相關(guān)的技術(shù)不熟悉，且課程初期建設(shè)成本高，為降低建設(shè)成本(時間和費用)，提高開放課程質(zhì)量，可依托我校教師教學發(fā)展中心及Coursera平臺等，組織教師參加相關(guān)教育技術(shù)培訓，包括教學設(shè)計、視頻課件制作、平臺操作等，借鑒MOOCs的教學設(shè)計精髓，提升學習成效，真正促進教學變革[5]。

4.4 學習成果認證

基于網(wǎng)絡(luò)教學的MOOCs面臨的學習成果認證是普遍存在的難題，面向在校生和跨校學習的學生，根據(jù)目前的實踐經(jīng)驗，通過大學聯(lián)盟或相關(guān)專業(yè)教育聯(lián)盟等組織能夠認證其學分及證書，但面向社會大眾的學習成果認證仍在起步階段。

中國大學對MOOCs課程的建設(shè)是必然選擇，MOOCs帶來的新一輪的高等教育改革正浮出水面，盡管不斷發(fā)展中的在線教育在未來還將遇到許多的問題，我們也將勇敢面對。在MOOCs這個新的平臺上，工程材料基礎(chǔ)課程組將致力于向?qū)W生、向社會提供更優(yōu)質(zhì)的交大特色教學資源，使我們的課程和培養(yǎng)的學生在未來激烈的競爭中占據(jù)一席之地。

參考文獻

[1] 王穎,張金磊,張寶輝.大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程(MOOC)典型項目特征分析及啟示[J].遠程教育雜志, 2013(4): 67-75.

[2] 【人才培養(yǎng)系列報道】西安交通大學MOOC建設(shè)札記[EB/ OL].http://news.xjtu. edu.cn/info/1033/5182.htm, 2015-1-17.

[3] 孫巧艷,范群成.整合課程優(yōu)勢資源建設(shè)國家精品課程——工程材料基礎(chǔ)國家精品課程的建設(shè)與實踐[J].教育教學論壇,2011(29):219-221.

[4] 康葉欽.在線教育的“后MOOC”時代——SPOC解析[J].清華大學教育研究,2014,35(1):85-93.

[5] 袁松鶴,劉選.中國大學MOOC實踐現(xiàn)狀及共有問題——來自中國大學MOOC實踐報告[J].現(xiàn)代遠程教育研究,2014(4):3-22.

An Exploration on Engineering Material Course Based on MOOCs Paradigm

Zheng Qiaoling, Li Yefei*, Sun Qiaoyan, Gao Yimin
State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, China

Abstract:Recently, a newborn online education type called “the Massive Open Online Course”, has raised a strong wave of education reform in colleges all around the world. And many actions were taken by the teaching group of Engineering Material Curriculum of Xi’an Jiaotong University to chase the step of this information education reform. A construction route of the Massive Open Online Course of Engineering Material Curriculum is explored in this paper. The concept of inverted course and SPOC were adopted, and the cooperation with the Experimental Technology Center and Engineering Workshop of XJTU were strengthened to improve the quality of this project.

Keywords:engineering material curriculum; education reform; MOOCs

基金項目：西安交通大學教改項目(重點項目)(編號：1402Z)。

作者簡介：鄭巧玲，碩士，助理工程師。通訊作者：李燁飛，博士，講師。孫巧艷，博士，教授。高義民，博士，教授。

收稿日期：2015-07-02