基于超星泛雅平臺的材料力學在線課程建設與實踐

趙增輝 劉星光 郝 鵬 馮元慧 李龍飛

1.山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院 山東青島 266590

2.礦業(yè)工程國家級實驗教學示范中心(山東科技大學)山東青島 266590

材料力學是一門探究工程構件承載能力和設計方法的課程，是工科專業(yè)學生從數理基礎課程學習過渡到專業(yè)課程學習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、機械、力學、材料、車輛、交通等工科專業(yè)的基礎性支撐課程。通過本課程的學習，要求學生通過最簡單的桿件模型建立起關于變形體力學的初等理論，掌握工程構件安全性分析與設計的基本方法[1,2]。由于材料力學課程專業(yè)領域廣，涉及學生體量大，因此在材料力學中實施在線教學具有得天獨厚的優(yōu)勢。

教育部自2015年起，連續(xù)發(fā)布了《關于加強高等學校在線開放課程建設應用與管理的意見》《教育信息化“十三五”規(guī)劃》《關于推進高等教育學分認定和轉換工作的意見》《教育信息化2.0行動計劃》等相關文件，課程信息化建設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，高校學生和社會學習者選學人數突破8 000萬人次，逾1 300萬人次大學生獲得慕課學分，中國慕課發(fā)展已處于世界前列[5,6]。山東科技大學材料力學課程自2005年獲批山東省精品課程以來，在數字化教學資源建設、課程體系和教學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首批在線開放課程建設項目，經過近6個月的建設，2018年9月首先在超星泛雅平臺上線運行，面向校內學生開放，2018年10月又進一步在學銀在線平臺上線運行，面向全國開放。經過調研發(fā)現，山東科技大學是山東省首個完成材料力學在線課程上線的高校，因此課程建設和運行過程中的經驗和教訓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與應用情況。

1 材料力學在線課程建設情況

1.1 課程建設總體理念

在線課程能夠實現教學資源的精細化、精品化以及優(yōu)質資源的共享，學生學習不受時空限制，可以采用多種手段和設備進行學習，可以極大地發(fā)揮學生學習的自主性，相比“微課”“精品課程”“資源共享課”和“視頻公開課”等課程模式，在線課程技術最完善，邏輯最清晰。傳統(tǒng)的6個教學活動包括講授、互動、作業(yè)、討論、實驗和考試，除了實驗操作需要在實體課堂中完成之外，其余的教學環(huán)節(jié)都可以在線上完成。從這個意義上來講，在線課程應是一節(jié)一節(jié)、內容豐富的“完整的課”，而不是碎片化的教學?；谶@樣的理念，針對以上6個教學活動建設了相應的教學資源。課程的資源結構主要包括三大模塊：課程概要、學習單元和評測/考試，如圖1所示。

圖1 材料力學在線開放課程資源結構示意圖

1.2 課程概要模塊建設

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目標、教學內容覆蓋面、學時學分、教學方法及組織形式、授課對象要求、教材與參考資料、課程特點、課程已開設情況、面向社會開放情況等內容。課程團隊介紹了課程負責人及主講教師的基本情況。本課程教學團隊包括7位主講教師，1位實驗師和2位助教，主講教師教學經歷均在10年以上。教學大綱包括在線課程的教學目的、教學任務、教學內容的結構、模塊或單元教學目標與任務及知識點、教學活動以及教學方法上的基本要求等。教學日歷按周明確規(guī)定了教學進程、授課內容、授課方式、討論主題與要求、線上線下作業(yè)等教學活動的時間進度等。

1.3 學習單元模塊建設

學習單元模塊是在線課程的主體內容。我校材料力學在線課程教學內容按照傳統(tǒng)教學80學時任務量建設。根據建設要求，每個學分當量不少于16學時，約25個知識點，因此本課程設置為4個學分，共包括16個理論教學單元和1個實驗教學單元，實驗單元每個教學內容包括理論講解和實際操作兩部分內容。每個理論教學單元下面根據學習內容又劃分了若干個知識點。知識點是學習單元模塊的最基本結構，每個知識點下面包括教學視頻、教學課件、拓展資源和討論等內容。知識點設計以教材章節(jié)內容安排為主，個別重新進行了整合或拆分，本課程共設計100個知識點。

各知識點的教學視頻是供學生學習的最主要的教學資源，需要經過精心的準備和組織，絕不能像傳統(tǒng)課堂教學那樣可以自由發(fā)揮。教學視頻在專門的智慧教室由超星公司技術團隊負責錄制，采用大屏交互式錄制方式。為防止學生出現學習疲憊的情況，每個視頻的長度平均在10分鐘左右。由于課件制作和腳本撰寫工作量比較大，所以根據教學團隊人員專長分配了授課知識點，由各主講教師負責搜集整理素材制作PowerPoint，精心編寫好腳本，然后團隊反復討論定稿。為了避免授課過程中過于僵硬，腳本撰寫不必過于正式，可適當地加一些口語化的內容。為方便學生在電腦和移動設備上觀看，團隊制作了兩種模式的課件，一類是動畫版，一類是PDF版。拓展資源部分包括一些與本知識點或本單元內容相關的工程案例介紹、科技前沿和名人介紹，以擴展學生的知識面，掌握學科前沿。討論區(qū)的內容主要針對本知識點展開，有關于基本教學內容的討論，也有與知識點有關的實際問題和趣味問題的討論話題，這一部分可以幫助學生加深對教學內容的理解，學會靈活分析和解決實際問題。討論話題可以在每個知識點下展開，也可以在討論區(qū)交流。互動交流對于提升課程教學效果具有重要促進作用，因此，討論區(qū)在在線課程建設中顯得尤為重要。通過話題討論可以促進師生、生生互動交流，不僅教師發(fā)起話題，學生也可以根據自己的想法發(fā)起討論，還可以自由發(fā)表對課程建設、主講教師的看法，這可以促使教學團隊發(fā)現教學中的問題，進一步提高課程建設質量。

1.4 考評和測試模塊建設

該模塊包括線上作業(yè)題庫、單元測驗題庫和期末考試題庫三部分。線上作業(yè)題庫針對學生平時作業(yè)而開發(fā)，每個知識點設計了5個作業(yè)題，主要是教學基本內容的訓練，目的是促進學生對基本內容的鞏固。單元測驗題庫針對單元內容而開發(fā)，每個教學單元設計了15個單元測驗題，題目內容相比作業(yè)題庫有一定的拔高和綜合，使學生進一步思考、深化、拓展本單元所學內容。期末試題庫目前共建設有10套，每套包含題目25個，涵蓋知識點比較全面。所有的作業(yè)和測試題以單選、多選、判斷等客觀題為主。

2 材料力學在線教學實踐

2.1 線上線下混合式教學模式設計

超星泛雅平臺以泛在教學與混合式教學為核心思想，是集慕課及精品課程建設、教學互動、資源管理、教學成果展示、教學管理評估于一體的新一代網絡教學平臺，它為學習者提供了一個跨時間、跨地域的互動交流平臺，讓學習者可以隨時隨地體驗新一代網絡教學所帶來的高效和便利。我校材料力學在線課程于2018年9月成功在超星泛雅平臺上線運行，并首先在土木工程專業(yè)6個班級開展了混合式教學試點工作。該專業(yè)課程授課學時為60學時。鑒于課程性質和重要性，開展了線上線下相結合的混合式教學模式。

混合式教學模式改革的第一項內容是針對教學內容講授方式的改革，本次實踐中部分教學內容講授方式采取傳統(tǒng)與線上相結合的模式。對于教學重點和難點內容，學生一旦掌握不好，就會出現內容學習脫節(jié)，會對后續(xù)學習產生不利影響。因此對于教學過程中不好理解或者是學生容易理解錯誤導致的難點內容仍然采用傳統(tǒng)教學方式。對于易于理解，以及涉及知識點延伸應用的學習內容，實行線上學習、線下討論的教學模式。表1為首輪試點設計的混合式教學內容，共計15學時，占總學時的1/4。

表1 混合式教學內容

混合式教學模式改革的第二項內容是考評方式改革。為加強過程監(jiān)控，綜合評判學生學習效果，開展了“5+3”成績評判模式。其中5是指線上教學視頻、線上知識點作業(yè)、單元測驗、知識點討論、在線考試5個環(huán)節(jié)，3是指線下討論、實驗和期末考試3個環(huán)節(jié)，總成績由以上8個部分組成。各部分比例見表2。

表2 “5+3”綜合考評模式

2.2 學生學習情況分析與反饋

從學習手段來看，采用移動客戶端學習的人數占到66.23%。由于手機攜帶方便，不受時空限制，而且超星學習通客戶端具有強大的學習、討論、互動交流功能，因此，學習起來非常方便。學生學習手段統(tǒng)計如圖2所示。

圖2 學生學習手段統(tǒng)計

為了對比混合式教學模式的學習效果，采用了與傳統(tǒng)教學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個班采用混合式教學的期末總成績。從成績分布來看，基本符合正態(tài)分布，反映出正常的教學規(guī)律。從卷面解答情況看，學生在考查基本知識點的題目得分率很高，反映出大部分學生較扎實地掌握了本課程的基本教學內容，相比往屆學生，不及格率明顯降低，成績分布更加合理。

圖3 混合式教學模式試點學生成績分布示意圖

為了進一步掌握學生對混合式教學模式的接受程度和學習效果，對學生開展了多次問卷調查，大多數學生比較接受這種教學模式，以下是摘錄的比較有代表性的評價：(1)課程內容充實有價值，講課內容很有特點，課程合理，形式豐富；(2)課程做得很充實，課堂上有的地方沒聽懂，但在視頻中都能找到，可以在網上回看，因此再也不用擔心課堂上走神而遺漏知識點了；(3)課程精美，視頻簡潔且知識點全面，可以說是“麻雀雖小，五臟俱全”，教師講解細致，吐字清晰，附帶的課件可供學生隨時查閱。此外，還有部分學生認為線上內容豐富，但線上作業(yè)題目可以適當加上解析，目前題目講解數量和類型太少。課程團隊也意識到這個短板，為此，后期針對每個單元又錄制了專門的習題課，將在第二期開課時上線使用。

3 結語

山東科技大學是山東省首個開設線上材料力學課程的院校。課程建設和運行過程中積累的經驗和教訓對于省屬院校進行同類課程建設具有重要參考價值。本文詳細介紹了材料力學在線課程的建設內容，教學模式改革和運行情況。從學生評價和調查問卷來看，絕大部分學生比較認同這種教學模式，在線教學可以使更多的學生突破時空的約束參與到課程學習，提高了學生自主學習能力，加強了師生之間的互動交流。從學情分析來看，線上線下混合式教學模式能夠有效提升學生的學習質量，對于深化課程信息化教學改革大有裨益。