材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)“停課不停學(xué)”的教學(xué)方法研究

竹筱歆

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱 150030)

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門(mén)工科教育的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)概念和研究方法的理解，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能[1-2]。在今年年初防控新型冠狀病毒肺炎期間，為響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)” 的政策要求，全國(guó)教育系統(tǒng)提供了豐富優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)上教學(xué)資源[3]，保障了教師在網(wǎng)上教、學(xué)生在網(wǎng)上學(xué)的新型授課方式。為使學(xué)生高效利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行線(xiàn)上學(xué)習(xí)，本文對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)絡(luò)授課方式進(jìn)行了分析，以課程的性質(zhì)與特點(diǎn)為依據(jù)，從課堂形式、時(shí)間安排、授課方法以及課程內(nèi)容等方面進(jìn)行研究，選取了適合本課程的線(xiàn)上授課方式，為大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)絡(luò)化以及慕課的發(fā)展提供了理論依據(jù)。

1 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的授課方式

1.1 實(shí)驗(yàn)課程的形式

很多院校的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“講演式”、“灌輸式”及“包辦式”的固定教學(xué)模式，對(duì)于大學(xué)生的學(xué)習(xí)容易適得其反[4]，課堂上的一切教學(xué)活動(dòng)都由老師來(lái)主宰，學(xué)生易產(chǎn)生依賴(lài)情緒，不重視實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)，降低了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)熱情，扼殺了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展。因此，如何設(shè)計(jì)新穎有效的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程模式成為提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果的關(guān)鍵。

在年初疫情防控期間，教育部公布的支持高校在線(xiàn)教學(xué)服務(wù)的在線(xiàn)課程平臺(tái)有：愛(ài)課程(中國(guó)大學(xué)MOOC)、智慧樹(shù)網(wǎng)、超星爾雅網(wǎng)絡(luò)通識(shí)課平臺(tái)、學(xué)堂在線(xiàn)、人為慕課等，針對(duì)實(shí)驗(yàn)操作課程，實(shí)驗(yàn)空間—國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)以及EduCoder在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)可為學(xué)生提供動(dòng)手操作的仿真平臺(tái)。

當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)主要有三種方式，第一種是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)直接使用。平臺(tái)設(shè)計(jì)好的模塊化課程教學(xué)視頻，學(xué)生無(wú)法參與互動(dòng)，在無(wú)人監(jiān)督的環(huán)境下不利于線(xiàn)下課程的銜接；第二種是結(jié)合學(xué)校自身特點(diǎn)，教師提前錄制好每節(jié)課的內(nèi)容，采用視頻講解或PPT錄播形式，并穿插習(xí)題問(wèn)答等，按課程時(shí)間推送給學(xué)生自主點(diǎn)播學(xué)習(xí)，但在課程視頻播放途中缺乏監(jiān)督力；第三種是教師在線(xiàn)直播授課。這種方式的課堂互動(dòng)效果最好，教師提問(wèn)后，學(xué)生可直接在公屏回答，聽(tīng)課途中遇到問(wèn)題也可提問(wèn)，有助于提升學(xué)生的積極性。相對(duì)于面對(duì)面教學(xué)方法，學(xué)生更愿意發(fā)言與討論。教師可隨時(shí)通過(guò)視頻、攝像等方式要求學(xué)生回復(fù)提出的問(wèn)題，監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，就像線(xiàn)下更為普及的開(kāi)放式圓桌課堂實(shí)驗(yàn)課程授課方式，學(xué)生與老師圍坐在一起共同探討，課堂氣氛更輕松。

1.2 實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程面向工程學(xué)院不同專(zhuān)業(yè)24個(gè)班級(jí)的學(xué)生，在課程安排上時(shí)間非常緊張，即使按班級(jí)分批分組進(jìn)行，也無(wú)法保證每一個(gè)學(xué)生都能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；線(xiàn)上教學(xué)就較好的解決了這一問(wèn)題，每個(gè)學(xué)生通過(guò)個(gè)人賬號(hào)申請(qǐng)即可在虛擬平臺(tái)上操作，時(shí)間安排更加靈活自由，教師可先進(jìn)行基礎(chǔ)原理及操作流程的講解，為貫徹黑龍江省教育廳每節(jié)課程不超過(guò)30 min[1]的要求，通過(guò)直播授課的方式將材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的每個(gè)實(shí)驗(yàn)講解時(shí)間控制在30 min，讓學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間靈活安排虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可通過(guò)登錄虛擬平臺(tái)，根據(jù)教師講解的實(shí)驗(yàn)步驟操作平臺(tái)儀器，依據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣，每位學(xué)生都能操作實(shí)驗(yàn)儀器，虛擬仿真平臺(tái)提供的原始數(shù)據(jù)也是隨機(jī)的，避免了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于儀器損壞及設(shè)備不能及時(shí)更新，或人為因素造成的誤差[5]。

1.3 實(shí)驗(yàn)授課方法

在綜合考慮材料力學(xué)理論課程網(wǎng)上教學(xué)講解進(jìn)度、虛擬仿真平臺(tái)操作便捷性以及學(xué)生接受理解程度的基礎(chǔ)上，疫情期間按4周時(shí)間制訂了教學(xué)計(jì)劃。學(xué)生在具有一定理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，才能更好的開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)課程前期準(zhǔn)備的重要一環(huán)，教師將與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的視頻及PPT資料傳到課程網(wǎng)站，學(xué)生可根據(jù)需求點(diǎn)擊下載學(xué)習(xí)，課前自主安排學(xué)習(xí)內(nèi)容，可有效提高授課質(zhì)量。線(xiàn)上授課亦可進(jìn)行實(shí)時(shí)簽到、測(cè)驗(yàn)評(píng)分、上交報(bào)告等操作，而且更加便捷。在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)散思維，培養(yǎng)其創(chuàng)新創(chuàng)造能力[6]，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)直播課程中，對(duì)于學(xué)生在公屏上提出的問(wèn)題，教師應(yīng)采取引導(dǎo)式的方法，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中養(yǎng)成仔細(xì)觀(guān)察，認(rèn)真思考，聯(lián)系相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)，尋求最佳答案的習(xí)慣，發(fā)揮學(xué)生實(shí)驗(yàn)課堂主角的優(yōu)勢(shì)，有利于他們今后在各科的學(xué)習(xí)。

1.4 實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，教師必須擁有較深的工程應(yīng)用背景，教授的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容應(yīng)盡量與工程實(shí)際相結(jié)合，這樣既能達(dá)到教學(xué)的目的，又能增加實(shí)驗(yàn)課程的趣味性與實(shí)用性。如講到“構(gòu)件在荷載作用下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度”這一知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生無(wú)法抽象的理解這些理論問(wèn)題，教師可以應(yīng)用圖片及視頻舉例，如美國(guó)的Tacoma老橋于1940年11月7日因風(fēng)力引起的振動(dòng)而產(chǎn)生斷裂，就沒(méi)有足夠的強(qiáng)度使其正常工作。直觀(guān)的視頻可以幫助學(xué)生更生動(dòng)地理解與記憶，并引導(dǎo)學(xué)生思考生活中是否存在類(lèi)似現(xiàn)象，從而讓學(xué)生展開(kāi)討論。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)面向工程學(xué)院不同專(zhuān)業(yè)，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容可以適當(dāng)調(diào)整。對(duì)機(jī)械機(jī)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，可選用機(jī)器中的零件結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)試樣進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，不僅可以掌握材料相關(guān)的力學(xué)性能，亦可掌握該零件的失效形式及原因；對(duì)工程材料專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，教師可以選用不同材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)出不同材料的力學(xué)性能及特點(diǎn)；對(duì)土木建筑專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，教師可以重點(diǎn)進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)方面的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，為滿(mǎn)足不同層次學(xué)生的需求，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容可進(jìn)行分類(lèi)開(kāi)設(shè)。將拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等單載荷實(shí)驗(yàn)歸納為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)定為必修實(shí)驗(yàn)課程，所有專(zhuān)業(yè)學(xué)生均需參與學(xué)習(xí)；組合變形等綜合性實(shí)驗(yàn)，以及疲勞實(shí)驗(yàn)、光測(cè)實(shí)驗(yàn)等創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)屬于提高性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)興趣及基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度的不同進(jìn)行選修。教師在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)直播課程時(shí)，也可提前進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷，將層次及興趣相同的學(xué)生歸納進(jìn)同一場(chǎng)直播課程，提升學(xué)生課程接納度。

2 結(jié)論

教育部年初開(kāi)展的“停課不停學(xué)”政策，使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、直播課堂走進(jìn)了大學(xué)校園，虛擬仿真平臺(tái)的應(yīng)用更加完善，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不斷創(chuàng)新，改變了固有的教學(xué)方式，既考驗(yàn)了教師的學(xué)習(xí)接受應(yīng)變能力，也鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多樣性，為培養(yǎng)全面發(fā)展的綜合型人才打下基礎(chǔ)。