慕課背景下的材料力學實驗教學改革與研究

徐香新

摘? 要 針對目前材料力學實驗教學中進度不同步、預(yù)習質(zhì)量差、師資不足等問題，分析慕課在實驗教學中的優(yōu)勢，表明慕課教學模式可以消除傳統(tǒng)實驗教學的弊端。展示慕課模式下材料力學實驗教學三模塊，通過對比學生不同模式下的實驗成績，表明在材料力學實驗教學中引入慕課教學模式，可以提升材料力學實驗教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 材料力學;實驗教學;慕課;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0058-03

Experimental Teaching Reform and Research of Mechanics of Materials under Background of MOOC//XU Xiangxin

Abstract In view of the problems in the experimental teaching of mechanics of materials， such as the asynchronous progress， poor pre-view quality and insufficient teachers， this paper analyzes the advan-tages of MOOC in the experimental teaching， and indicates that the?MOOC teaching mode can eliminate the disadvantages of the tradi-tional experimental teaching. The three module of material mecha-nics experiment teaching under the MOOC is demonstrated. By con-trasting the experimental results of different modes of students， it shows that the introduction of MOOC teaching mode in material mechanics experiment teaching can improve the quality of experi-mental teaching of material mechanics.

Key words material mechanics; experimental teaching; MOOC; teaching reform

1 前言

在高等院校中，對于機械類、土建類、力學類等專業(yè)來說，材料力學是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，而在材料力學教學中材料力學實驗是必不可少的教學內(nèi)容。材料力學實驗可以幫助學生更好地學習理論知識，增強動手能力，是連接理論知識與工程應(yīng)用的橋梁[1]。高質(zhì)量的材料力學實驗教學可以培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，增強學生的探索精神[2-3]。因此，進一步推動材料力學實驗教學方式改革和提升材料力學實驗教學質(zhì)量，是當前材料力學實驗教學改革的重要任務(wù)[4-5]。

2 材料力學實驗教學現(xiàn)狀

近些年來，材料力學實驗教學雖然經(jīng)歷過多次教學改革，但現(xiàn)階段仍存在三點弊端。

實驗課程安排與理論進度不同步? 材料力學課程面向開設(shè)專業(yè)較廣，理論課上一個實驗知識點講解完畢之后，通常會有幾個甚至十幾個班級需要進行實驗課程，而且受實驗場地以及實驗設(shè)備數(shù)量所限，大部分實驗內(nèi)容還要分組進行。這種情況導(dǎo)致這些班級的學生無法保證能在同一個學習階段進行實驗，部分組別需要延后進行實驗，但是理論課堂還會繼續(xù)講解，因此，實驗進度與理論進度很難保持同一步調(diào)。

學生預(yù)習實驗情況較差? 通常實驗課前都要求學生預(yù)習實驗內(nèi)容，書寫實驗預(yù)習報告，但是多數(shù)學生往往是機械式地抄寫實驗指導(dǎo)書，很少在預(yù)習過程中思考實驗內(nèi)容，甚至部分學生書寫的預(yù)習報告文不對題，實驗內(nèi)容直接抄寫錯誤。實驗教學效果與實驗預(yù)習質(zhì)量有直接關(guān)系，預(yù)習質(zhì)量不過關(guān)，實驗教學效果得不到保障。

實驗教學人員師資力量不足，實驗教學效果參差不齊? 由于材料實驗教學的特點，在材料力學實驗教學過程中實驗教學人員需要擁有豐富的實驗技術(shù)，而且材料力學實驗教學中要講解許多實驗設(shè)備的操作過程、實驗注意事項、實驗細節(jié)等。實驗教學人員在大量的實驗教學過程中難免對上述內(nèi)容有疏漏，部分實驗教學過程中還要臨場發(fā)揮。這就容易導(dǎo)致一個專業(yè)多個班級在進行同一個實驗項目時，未能在同樣的實驗環(huán)境下進行，實驗教學效果參差不齊。

3 慕課模式在實驗教學中的優(yōu)勢

慕課即MOOC（Massive Open Online Course），是一種以開發(fā)訪問和大規(guī)模參與為目的的在線開放課程，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的一種大型網(wǎng)絡(luò)開放學習模式[6-8]。相比傳統(tǒng)教學模式，慕課教學模式更加靈活，更加具有交互性[9]。針對材料力學實驗教學中的三點弊端，慕課在實驗教學的應(yīng)用有如下優(yōu)勢。

慕課課程學習不受時間限制? 學生的慕課課程學習完全根據(jù)需求自主進行，可以自己安排學習時間和學習場地，增加了學習的自由度。理論課進行完之后，即可學習慕課實驗課程，可以保證理論學習與實驗進度為同一步調(diào)。

慕課實驗課程的學習與虛擬實驗的效果相接近，最重要的作用是提升學生的預(yù)習質(zhì)量? 慕課課程內(nèi)容更加多元化，能更好地提升學生的學習興趣，吸引學生學習注意力。而且慕課課程視頻多數(shù)是10分鐘左右長度的微視頻，在10分鐘左右的時間里，大腦擁有最高的學習效率，這段時間里大腦的認知能力和理解能力最強[10]，能夠最好地完成實驗內(nèi)容預(yù)習。而且針對實驗內(nèi)容中的難點，學生還可以反復(fù)觀看視頻，加深理解。

慕課教學模式使實驗教學更加精品化? 每一節(jié)慕課課程都是精心編排、錄制、剪輯而成。慕課的課程安排、講稿、習題等內(nèi)容都經(jīng)過精心設(shè)計和仔細推敲，不再是傳統(tǒng)實驗教學中的“即興發(fā)揮”，消除了實驗教學過程中可能產(chǎn)生的疏漏。而且錄制實驗?zāi)秸n課程的教師應(yīng)該選取經(jīng)驗豐富、廣受學生好評的教師，以確保每一名學生在學習實驗內(nèi)容時都處在一個公平的環(huán)境中，每一名學生都擁有最優(yōu)秀的師資。

4 慕課模式在材料力學實驗教學中的應(yīng)用

慕課教學模塊? 以東北大學理學院材料力學慕課課程建設(shè)為例，在慕課課程建設(shè)過程中專設(shè)一個單元為實驗單元。在慕課模式下的實驗教學中，將實驗教學分為三個模塊，分別為課前線上預(yù)習、課上師生交互以及課下線上交流，模塊示意圖如圖1所示。

課前線上預(yù)習是慕課實驗教學的第一個模塊，也是最重要的一個模塊。每節(jié)慕課視頻中包括實驗原理闡述、實驗操作講解、實驗現(xiàn)象說明、實驗結(jié)果分析等，學生可以通過視頻內(nèi)容學習實驗內(nèi)容。在慕課實驗視頻中設(shè)置有課中提問，學生學習過程中會有所思考，而且只有正確回答課中提問，才能繼續(xù)學習課程內(nèi)容，保證學生在學習過程中有更好的專注度。

課上師生交互是學生實際操作、提升動手能力的一個模塊。在此模塊中，實驗教學人員更多的是扮演引導(dǎo)者和組織者的身份，實驗教學人員僅簡述必要的實驗原理以及實驗設(shè)備操作，要求學生自行分組、討論，按照實驗要求，完成實驗內(nèi)容。實驗教學人員監(jiān)督學生實驗操作過程，如若學生進行危險操作，及時阻止。實驗結(jié)束以后，學生與實驗教學人員針對實驗結(jié)果進行交流，實驗教學人員對實驗結(jié)果給出反饋評價。

課下線上交流是慕課實驗教學的最后一個模塊。在此模塊中，學生要在線完成實驗單元測試。單元測試的范圍包括實驗原理、實驗操作、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果等多方面內(nèi)容，測試題目類型以判斷與選擇為主，在線系統(tǒng)會自動給出測試結(jié)果。慕課課程專設(shè)一個討論區(qū)，學生可以就實驗測試中的內(nèi)容以及實驗報告中的思考題進行提問，在討論區(qū)根據(jù)問題相互討論，激發(fā)學習積極性。實驗教師也需在第一時間回答問題，及時幫助學生掃清學習障礙。

材料力學實驗?zāi)秸n建設(shè)內(nèi)容? 材料力學慕課實驗單元包括三個經(jīng)典實驗項目，分別為拉伸實驗、壓縮實驗以及扭轉(zhuǎn)實驗，實驗內(nèi)容如表1所示。

拉伸實驗、壓縮實驗以及扭轉(zhuǎn)實驗均是材料力學實驗中的經(jīng)典實驗，是材料力學實驗必修的實驗內(nèi)容。三個實驗項目的類型均為綜合性實驗，實驗項目中所用試件材料均為低碳鋼和鑄鐵，三個實驗項目既可比對不同材料在同樣受力狀態(tài)下的破壞形式，也可比對相同材料在不同載荷下的破壞狀態(tài)。

傳統(tǒng)實驗教學模式與慕課實驗教學模式成績比對? 東北大學力學系2017下半學年開始開展材料力學慕課課程，到目前已經(jīng)完整開設(shè)四個學期，全年平均選學人數(shù)在2000人左右。本文選取機械類專業(yè)學生的實驗成績作為研究對象，對比2015級與2018級機械類專業(yè)學生在不同教學模式下的材料力學實驗成績，對比結(jié)果如表2所示。

2015級機械類專業(yè)學生按傳統(tǒng)的實驗教學模式進行實驗，2018級機械類專業(yè)學生按慕課實驗教學模式進行實驗。2015級與2018級機械類專業(yè)學生調(diào)研人數(shù)占比均超過各自專業(yè)總?cè)藬?shù)的50%，對比結(jié)果表明，具有慕課模式的實驗項目平均成績可以提高0.8分左右。

除實驗成績有明顯提升以外，在實驗課堂發(fā)現(xiàn)慕課模式下的實驗教學明顯順利。在實驗課堂提問環(huán)節(jié)，幾乎不再出現(xiàn)學生一問三不知的現(xiàn)象，學生對實驗內(nèi)容都有一定了解，說明慕課模式的學習收到更好的預(yù)習效果;在實驗操作環(huán)節(jié)，所有學生都能積極地參與實驗操作，而且明顯減少了因誤操作而造成的重復(fù)性實驗，節(jié)約了實驗教學時間，提高了實驗教學效率;在實驗數(shù)據(jù)處理方面，學生處理思路更加清晰，實驗結(jié)果處理更為準確，尤其是減少了讀數(shù)錯誤以及單位錯誤等低級錯誤，實驗成績相對提高。實驗成績的提升以及實驗課堂現(xiàn)象的好轉(zhuǎn)均表明，慕課模式下的材料力學實驗擁有更好的實驗教學效果。

5 結(jié)語

目前，我國慕課的開發(fā)建設(shè)還處于初級階段，慕課對實驗教學的影響也才初顯成效。材料力學慕課實驗教學的后期建設(shè)是一項長久性的研究內(nèi)容，值得材料力學實驗教學工作者進一步思考。筆者相信，有效利用慕課資源，必定會為材料力學實驗教學發(fā)展提供更好的幫助。■

參考文獻

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