基于超星泛雅平臺(tái)的材料力學(xué)在線課程建設(shè)與實(shí)踐

趙增輝 劉星光 郝 鵬 馮元慧 李龍飛

1.山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院 山東青島 266590

2.礦業(yè)工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(山東科技大學(xué))山東青島 266590

材料力學(xué)是一門探究工程構(gòu)件承載能力和設(shè)計(jì)方法的課程，是工科專業(yè)學(xué)生從數(shù)理基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)過渡到專業(yè)課程學(xué)習(xí)所遇到的第一門比較多的涉及工程問題的課程，本課程是土木工程、采礦、機(jī)械、力學(xué)、材料、車輛、交通等工科專業(yè)的基礎(chǔ)性支撐課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生通過最簡單的桿件模型建立起關(guān)于變形體力學(xué)的初等理論，掌握工程構(gòu)件安全性分析與設(shè)計(jì)的基本方法[1,2]。由于材料力學(xué)課程專業(yè)領(lǐng)域廣，涉及學(xué)生體量大，因此在材料力學(xué)中實(shí)施在線教學(xué)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

教育部自2015年起，連續(xù)發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校在線開放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見》《教育信息化“十三五”規(guī)劃》《關(guān)于推進(jìn)高等教育學(xué)分認(rèn)定和轉(zhuǎn)換工作的意見》《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》等相關(guān)文件，課程信息化建設(shè)力度和決心之大前所未有[3,4]。截至2018年，我國慕課課程總量超過6 000門，高校學(xué)生和社會(huì)學(xué)習(xí)者選學(xué)人數(shù)突破8 000萬人次，逾1 300萬人次大學(xué)生獲得慕課學(xué)分，中國慕課發(fā)展已處于世界前列[5,6]。山東科技大學(xué)材料力學(xué)課程自2005年獲批山東省精品課程以來，在數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)、課程體系和教學(xué)模式改革等方面開展了大量工作。本課程在2018年4月獲批山東科技大學(xué)首批在線開放課程建設(shè)項(xiàng)目，經(jīng)過近6個(gè)月的建設(shè)，2018年9月首先在超星泛雅平臺(tái)上線運(yùn)行，面向校內(nèi)學(xué)生開放，2018年10月又進(jìn)一步在學(xué)銀在線平臺(tái)上線運(yùn)行，面向全國開放。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，山東科技大學(xué)是山東省首個(gè)完成材料力學(xué)在線課程上線的高校，因此課程建設(shè)和運(yùn)行過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)對同類院校具有一定的參考意義。以下主要介紹課程的建設(shè)與應(yīng)用情況。

1 材料力學(xué)在線課程建設(shè)情況

1.1 課程建設(shè)總體理念

在線課程能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)資源的精細(xì)化、精品化以及優(yōu)質(zhì)資源的共享，學(xué)生學(xué)習(xí)不受時(shí)空限制，可以采用多種手段和設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以極大地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，相比“微課”“精品課程”“資源共享課”和“視頻公開課”等課程模式，在線課程技術(shù)最完善，邏輯最清晰。傳統(tǒng)的6個(gè)教學(xué)活動(dòng)包括講授、互動(dòng)、作業(yè)、討論、實(shí)驗(yàn)和考試，除了實(shí)驗(yàn)操作需要在實(shí)體課堂中完成之外，其余的教學(xué)環(huán)節(jié)都可以在線上完成。從這個(gè)意義上來講，在線課程應(yīng)是一節(jié)一節(jié)、內(nèi)容豐富的“完整的課”，而不是碎片化的教學(xué)。基于這樣的理念，針對以上6個(gè)教學(xué)活動(dòng)建設(shè)了相應(yīng)的教學(xué)資源。課程的資源結(jié)構(gòu)主要包括三大模塊：課程概要、學(xué)習(xí)單元和評測/考試，如圖1所示。

圖1 材料力學(xué)在線開放課程資源結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 課程概要模塊建設(shè)

課程概要模塊主要包括課程的一些基本信息介紹，如通過課程簡介介紹教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容覆蓋面、學(xué)時(shí)學(xué)分、教學(xué)方法及組織形式、授課對象要求、教材與參考資料、課程特點(diǎn)、課程已開設(shè)情況、面向社會(huì)開放情況等內(nèi)容。課程團(tuán)隊(duì)介紹了課程負(fù)責(zé)人及主講教師的基本情況。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)包括7位主講教師，1位實(shí)驗(yàn)師和2位助教，主講教師教學(xué)經(jīng)歷均在10年以上。教學(xué)大綱包括在線課程的教學(xué)目的、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)、模塊或單元教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)及知識點(diǎn)、教學(xué)活動(dòng)以及教學(xué)方法上的基本要求等。教學(xué)日歷按周明確規(guī)定了教學(xué)進(jìn)程、授課內(nèi)容、授課方式、討論主題與要求、線上線下作業(yè)等教學(xué)活動(dòng)的時(shí)間進(jìn)度等。

1.3 學(xué)習(xí)單元模塊建設(shè)

學(xué)習(xí)單元模塊是在線課程的主體內(nèi)容。我校材料力學(xué)在線課程教學(xué)內(nèi)容按照傳統(tǒng)教學(xué)80學(xué)時(shí)任務(wù)量建設(shè)。根據(jù)建設(shè)要求，每個(gè)學(xué)分當(dāng)量不少于16學(xué)時(shí)，約25個(gè)知識點(diǎn)，因此本課程設(shè)置為4個(gè)學(xué)分，共包括16個(gè)理論教學(xué)單元和1個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元，實(shí)驗(yàn)單元每個(gè)教學(xué)內(nèi)容包括理論講解和實(shí)際操作兩部分內(nèi)容。每個(gè)理論教學(xué)單元下面根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容又劃分了若干個(gè)知識點(diǎn)。知識點(diǎn)是學(xué)習(xí)單元模塊的最基本結(jié)構(gòu)，每個(gè)知識點(diǎn)下面包括教學(xué)視頻、教學(xué)課件、拓展資源和討論等內(nèi)容。知識點(diǎn)設(shè)計(jì)以教材章節(jié)內(nèi)容安排為主，個(gè)別重新進(jìn)行了整合或拆分，本課程共設(shè)計(jì)100個(gè)知識點(diǎn)。

各知識點(diǎn)的教學(xué)視頻是供學(xué)生學(xué)習(xí)的最主要的教學(xué)資源，需要經(jīng)過精心的準(zhǔn)備和組織，絕不能像傳統(tǒng)課堂教學(xué)那樣可以自由發(fā)揮。教學(xué)視頻在專門的智慧教室由超星公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)錄制，采用大屏交互式錄制方式。為防止學(xué)生出現(xiàn)學(xué)習(xí)疲憊的情況，每個(gè)視頻的長度平均在10分鐘左右。由于課件制作和腳本撰寫工作量比較大，所以根據(jù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)人員專長分配了授課知識點(diǎn)，由各主講教師負(fù)責(zé)搜集整理素材制作PowerPoint，精心編寫好腳本，然后團(tuán)隊(duì)反復(fù)討論定稿。為了避免授課過程中過于僵硬，腳本撰寫不必過于正式，可適當(dāng)?shù)丶右恍┛谡Z化的內(nèi)容。為方便學(xué)生在電腦和移動(dòng)設(shè)備上觀看，團(tuán)隊(duì)制作了兩種模式的課件，一類是動(dòng)畫版，一類是PDF版。拓展資源部分包括一些與本知識點(diǎn)或本單元內(nèi)容相關(guān)的工程案例介紹、科技前沿和名人介紹，以擴(kuò)展學(xué)生的知識面，掌握學(xué)科前沿。討論區(qū)的內(nèi)容主要針對本知識點(diǎn)展開，有關(guān)于基本教學(xué)內(nèi)容的討論，也有與知識點(diǎn)有關(guān)的實(shí)際問題和趣味問題的討論話題，這一部分可以幫助學(xué)生加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，學(xué)會(huì)靈活分析和解決實(shí)際問題。討論話題可以在每個(gè)知識點(diǎn)下展開，也可以在討論區(qū)交流?；?dòng)交流對于提升課程教學(xué)效果具有重要促進(jìn)作用，因此，討論區(qū)在在線課程建設(shè)中顯得尤為重要。通過話題討論可以促進(jìn)師生、生生互動(dòng)交流，不僅教師發(fā)起話題，學(xué)生也可以根據(jù)自己的想法發(fā)起討論，還可以自由發(fā)表對課程建設(shè)、主講教師的看法，這可以促使教學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問題，進(jìn)一步提高課程建設(shè)質(zhì)量。

1.4 考評和測試模塊建設(shè)

該模塊包括線上作業(yè)題庫、單元測驗(yàn)題庫和期末考試題庫三部分。線上作業(yè)題庫針對學(xué)生平時(shí)作業(yè)而開發(fā)，每個(gè)知識點(diǎn)設(shè)計(jì)了5個(gè)作業(yè)題，主要是教學(xué)基本內(nèi)容的訓(xùn)練，目的是促進(jìn)學(xué)生對基本內(nèi)容的鞏固。單元測驗(yàn)題庫針對單元內(nèi)容而開發(fā)，每個(gè)教學(xué)單元設(shè)計(jì)了15個(gè)單元測驗(yàn)題，題目內(nèi)容相比作業(yè)題庫有一定的拔高和綜合，使學(xué)生進(jìn)一步思考、深化、拓展本單元所學(xué)內(nèi)容。期末試題庫目前共建設(shè)有10套，每套包含題目25個(gè)，涵蓋知識點(diǎn)比較全面。所有的作業(yè)和測試題以單選、多選、判斷等客觀題為主。

2 材料力學(xué)在線教學(xué)實(shí)踐

2.1 線上線下混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

超星泛雅平臺(tái)以泛在教學(xué)與混合式教學(xué)為核心思想，是集慕課及精品課程建設(shè)、教學(xué)互動(dòng)、資源管理、教學(xué)成果展示、教學(xué)管理評估于一體的新一代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，它為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)跨時(shí)間、跨地域的互動(dòng)交流平臺(tái)，讓學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)隨地體驗(yàn)新一代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)所帶來的高效和便利。我校材料力學(xué)在線課程于2018年9月成功在超星泛雅平臺(tái)上線運(yùn)行，并首先在土木工程專業(yè)6個(gè)班級開展了混合式教學(xué)試點(diǎn)工作。該專業(yè)課程授課學(xué)時(shí)為60學(xué)時(shí)。鑒于課程性質(zhì)和重要性，開展了線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。

混合式教學(xué)模式改革的第一項(xiàng)內(nèi)容是針對教學(xué)內(nèi)容講授方式的改革，本次實(shí)踐中部分教學(xué)內(nèi)容講授方式采取傳統(tǒng)與線上相結(jié)合的模式。對于教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生一旦掌握不好，就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)脫節(jié)，會(huì)對后續(xù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利影響。因此對于教學(xué)過程中不好理解或者是學(xué)生容易理解錯(cuò)誤導(dǎo)致的難點(diǎn)內(nèi)容仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)方式。對于易于理解，以及涉及知識點(diǎn)延伸應(yīng)用的學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)行線上學(xué)習(xí)、線下討論的教學(xué)模式。表1為首輪試點(diǎn)設(shè)計(jì)的混合式教學(xué)內(nèi)容，共計(jì)15學(xué)時(shí)，占總學(xué)時(shí)的1/4。

表1 混合式教學(xué)內(nèi)容

混合式教學(xué)模式改革的第二項(xiàng)內(nèi)容是考評方式改革。為加強(qiáng)過程監(jiān)控，綜合評判學(xué)生學(xué)習(xí)效果，開展了“5+3”成績評判模式。其中5是指線上教學(xué)視頻、線上知識點(diǎn)作業(yè)、單元測驗(yàn)、知識點(diǎn)討論、在線考試5個(gè)環(huán)節(jié)，3是指線下討論、實(shí)驗(yàn)和期末考試3個(gè)環(huán)節(jié)，總成績由以上8個(gè)部分組成。各部分比例見表2。

表2 “5+3”綜合考評模式

2.2 學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析與反饋

從學(xué)習(xí)手段來看，采用移動(dòng)客戶端學(xué)習(xí)的人數(shù)占到66.23%。由于手機(jī)攜帶方便，不受時(shí)空限制，而且超星學(xué)習(xí)通客戶端具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)、討論、互動(dòng)交流功能，因此，學(xué)習(xí)起來非常方便。學(xué)生學(xué)習(xí)手段統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

圖2 學(xué)生學(xué)習(xí)手段統(tǒng)計(jì)

為了對比混合式教學(xué)模式的學(xué)習(xí)效果，采用了與傳統(tǒng)教學(xué)模式相同的期末考試形式，圖3所示為2017級土木工程專業(yè)6個(gè)班采用混合式教學(xué)的期末總成績。從成績分布來看，基本符合正態(tài)分布，反映出正常的教學(xué)規(guī)律。從卷面解答情況看，學(xué)生在考查基本知識點(diǎn)的題目得分率很高，反映出大部分學(xué)生較扎實(shí)地掌握了本課程的基本教學(xué)內(nèi)容，相比往屆學(xué)生，不及格率明顯降低，成績分布更加合理。

圖3 混合式教學(xué)模式試點(diǎn)學(xué)生成績分布示意圖

為了進(jìn)一步掌握學(xué)生對混合式教學(xué)模式的接受程度和學(xué)習(xí)效果，對學(xué)生開展了多次問卷調(diào)查，大多數(shù)學(xué)生比較接受這種教學(xué)模式，以下是摘錄的比較有代表性的評價(jià)：(1)課程內(nèi)容充實(shí)有價(jià)值，講課內(nèi)容很有特點(diǎn)，課程合理，形式豐富；(2)課程做得很充實(shí)，課堂上有的地方?jīng)]聽懂，但在視頻中都能找到，可以在網(wǎng)上回看，因此再也不用擔(dān)心課堂上走神而遺漏知識點(diǎn)了；(3)課程精美，視頻簡潔且知識點(diǎn)全面，可以說是“麻雀雖小，五臟俱全”，教師講解細(xì)致，吐字清晰，附帶的課件可供學(xué)生隨時(shí)查閱。此外，還有部分學(xué)生認(rèn)為線上內(nèi)容豐富，但線上作業(yè)題目可以適當(dāng)加上解析，目前題目講解數(shù)量和類型太少。課程團(tuán)隊(duì)也意識到這個(gè)短板，為此，后期針對每個(gè)單元又錄制了專門的習(xí)題課，將在第二期開課時(shí)上線使用。

3 結(jié)語

山東科技大學(xué)是山東省首個(gè)開設(shè)線上材料力學(xué)課程的院校。課程建設(shè)和運(yùn)行過程中積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)對于省屬院校進(jìn)行同類課程建設(shè)具有重要參考價(jià)值。本文詳細(xì)介紹了材料力學(xué)在線課程的建設(shè)內(nèi)容，教學(xué)模式改革和運(yùn)行情況。從學(xué)生評價(jià)和調(diào)查問卷來看，絕大部分學(xué)生比較認(rèn)同這種教學(xué)模式，在線教學(xué)可以使更多的學(xué)生突破時(shí)空的約束參與到課程學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，加強(qiáng)了師生之間的互動(dòng)交流。從學(xué)情分析來看，線上線下混合式教學(xué)模式能夠有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，對于深化課程信息化教學(xué)改革大有裨益。