材料力學(xué)性能課程智慧樹平臺慕課建設(shè)實(shí)踐

王國星，王慧文，宋曉國

[1.黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海），山東 威海 264209]

2015年習(xí)近平總書記在致國際教育信息化大會的賀信中提出：應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，推動教育變革和創(chuàng)新，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個性化、終身化的教育體系，建設(shè)“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué)”的學(xué)習(xí)型社會，培養(yǎng)大批創(chuàng)新人才，是人類共同面臨的重大課題。2018年9月10日，全國教育大會在北京召開。習(xí)近平總書記出席會議并發(fā)表重要講話，指出，“以教育現(xiàn)代化支撐國家現(xiàn)代化”[1]。教育現(xiàn)代化其中就包括了教育的信息化：要求在教育領(lǐng)域中充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，以保證擴(kuò)大教育規(guī)模，為教育終身化、個性化和國際化提供保證。

2018年6月新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上，前教育部部長陳寶生第一次提出“金課”。2018年，教育部司長吳巖明確了金課打造標(biāo)準(zhǔn)“兩性一度”，并指出，課程是中國大學(xué)普遍存在的短板、瓶頸、軟肋。要大力推廣線上、線下混合式“金課”，每個學(xué)校都可以建、可以用、可以學(xué)，充分應(yīng)用線上“金課”進(jìn)行本地化改造，探索線上“金課”的多種應(yīng)用模式，打造適合本校學(xué)生特點(diǎn)和培養(yǎng)需要的“金課”[2]。

材料力學(xué)性能課程是材料類、機(jī)械類等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是一門概念多、原理多、實(shí)驗(yàn)多的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。在黑龍江工程學(xué)院以往設(shè)置的人才培養(yǎng)方案中，總學(xué)時基本是48~56學(xué)時，在目前最新執(zhí)行的培養(yǎng)方案中實(shí)驗(yàn)為40學(xué)時，理論課程學(xué)時嚴(yán)重不足，導(dǎo)致內(nèi)容講授不全、深度不夠等問題。而線上慕課無疑是一個很好的解決方式。其有兩種選擇方案：一種為線上平臺共享課，一種為線上自建課。共享課存在諸如課程教學(xué)大綱、授課學(xué)生層次不同等問題，共享不完全符合黑龍江工程學(xué)院學(xué)生實(shí)際情況，而且目前該課程的線上可選擇資源不多，所以自建課程無疑是最好的解決方案。

智慧樹平臺是全球大型的學(xué)分課程運(yùn)營服務(wù)平臺，服務(wù)的會員學(xué)校近3 000所，已有超過1 700萬大學(xué)生通過智慧樹網(wǎng)跨校修讀并獲得學(xué)分[3]。

一、課程設(shè)計

課程設(shè)計是在線課程建設(shè)的首要任務(wù)，也制約著課程建設(shè)的質(zhì)量。智慧樹平臺的課程設(shè)計包括概要設(shè)計、章節(jié)計劃與學(xué)時分配、見面課設(shè)計與VI設(shè)計等。

（一）概要設(shè)計

概要設(shè)計包括課程背景、課程目標(biāo)、主題詞和團(tuán)隊等內(nèi)容。

課程背景是學(xué)科專業(yè)、時代背景、學(xué)生層次等結(jié)合課程內(nèi)容、特點(diǎn)的整體分析。通過分析最終確定的課程背景為：（1）隨著科技進(jìn)步，人類創(chuàng)造的材料結(jié)構(gòu)越來越大型化，越復(fù)雜，依賴的出行工具速度越來越快，這一切都需要有一定承載能力的材料、構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)。（2）變形、腐蝕、磨損、斷裂是各類結(jié)構(gòu)件以及機(jī)件失效的四種主要形式，這些過程中都有力的身影。（3）傳統(tǒng)材料的力學(xué)性能已理論化和系統(tǒng)化，但目前科技發(fā)展、社會進(jìn)步對材料的力學(xué)性能提出了越來越高的新的要求，需要從材料、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能角度來解決。（4）力學(xué)性能的研究成果體現(xiàn)了科學(xué)家和工程師的嚴(yán)謹(jǐn)研究精神，課程實(shí)施以科研精神與思政教育并重，激勵學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯窈洼^高的工程師素養(yǎng)。

課程目標(biāo)結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)和材料類專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)確定為：掌握金屬材料各種力學(xué)性能指標(biāo)、影響因素和測試方法；理解金屬材料產(chǎn)生各種力學(xué)性能的微觀機(jī)理；綜合金屬材料力學(xué)性能的微觀機(jī)理、影響因素具備提高金屬材料力學(xué)性能設(shè)計等能力。同時，確定了課程的設(shè)計原則：從工程案例的角度講指標(biāo)、測試方法；從研究者的角度講材料力學(xué)性能的微觀機(jī)理；從工程材料的實(shí)際服役條件選用材料角度講影響因素；使用思維導(dǎo)圖建立課程知識脈絡(luò)體系。主題詞確定為：鋼鐵是工業(yè)的脊梁，作為脊梁的鋼鐵材料是一種結(jié)構(gòu)材料，其在服役過程中施展突出才華便是力學(xué)性能。課程以教育部工程教育專業(yè)認(rèn)證為指導(dǎo)，專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為指引，以學(xué)生畢業(yè)要求為導(dǎo)向，系統(tǒng)構(gòu)建力學(xué)性能指標(biāo)、測試方法、微觀機(jī)理、影響因素等課程四要素知識體系，使學(xué)生具備在工程實(shí)踐中選用材料、測試方法，進(jìn)行失效分析，改善材料力學(xué)性能等方面的技能，同時培養(yǎng)學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和較高的工程師素養(yǎng)。

課程教學(xué)團(tuán)隊是課程建設(shè)的基礎(chǔ)，建課團(tuán)隊教師選擇對課程內(nèi)容熟悉，多輪次教學(xué)，教學(xué)科研經(jīng)驗(yàn)豐富，在專業(yè)上有一定影響力的教師，在保障課程質(zhì)量的同時能夠提升課程宣傳度、影響力。同時，選擇優(yōu)秀的年輕教師，使課程梯隊職稱、年齡層次合理。

（二）章節(jié)計劃與學(xué)時分配

課程團(tuán)隊結(jié)合在線課程教學(xué)特點(diǎn)梳理課程內(nèi)容，多次討論，根據(jù)專業(yè)學(xué)生情況，以知識點(diǎn)為基本教學(xué)單位對原有的內(nèi)容體系進(jìn)行拆分刪減，確定課程教學(xué)章節(jié)計劃、單元與知識點(diǎn)名稱等。例如在原有教學(xué)單元中，第1章為金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)行為，第2章為金屬在其他靜載荷下的力學(xué)行為，將二者合二為一，整體章節(jié)題目為金屬在靜載荷下的力學(xué)行為，將涉及到的靜載實(shí)驗(yàn)——拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、硬度等放在一起，對比學(xué)習(xí)，更便于學(xué)生對知識掌握和內(nèi)容體系的梳理。然后，根據(jù)團(tuán)隊教師的教學(xué)經(jīng)歷和科研方向，對授課內(nèi)容進(jìn)行了任務(wù)分配。各位團(tuán)隊教師根據(jù)任務(wù)和錄課相關(guān)要求完成課件制作，每節(jié)彈題、章節(jié)測試題、課程測試題與課程討論題目的準(zhǔn)備。依據(jù)在線課程每個知識點(diǎn)5~15分鐘，線上教學(xué)1學(xué)時25分鐘，根據(jù)本專業(yè)課程教學(xué)大綱內(nèi)容，結(jié)合知識體系重難點(diǎn)分布，線上教學(xué)以基礎(chǔ)知識為主，難點(diǎn)內(nèi)容根據(jù)知識主次有選擇錄制，最終確定錄制視頻55個，其中緒論1個，金屬在靜載下力學(xué)行為18個，金屬在沖擊載荷下力學(xué)行為5個，金屬斷裂韌度部分8個，金屬在交變載荷下力學(xué)行為9個，應(yīng)力腐蝕與氫脆部分3個，金屬摩擦與磨損部分5個，金屬高溫力學(xué)行為2個，實(shí)驗(yàn)部分4個。錄制總時長587分鐘，共計31學(xué)時，其中在線課程24學(xué)時，章節(jié)測試10次，章節(jié)討論38個。

（三）見面課設(shè)計與VI設(shè)計

見面課即是根據(jù)課程內(nèi)容編排，通過學(xué)生完成在線自主學(xué)習(xí)后安排的與學(xué)生在線或線下的教師與學(xué)生面對面的授課形式。與在線錄制的課程有所不同，不是學(xué)習(xí)一個個的知識點(diǎn)，主要涉及所學(xué)知識的整體性把握上。主要環(huán)節(jié)包括：知識總結(jié)、回顧與提升，形式有教師總結(jié)，師生—生師問答環(huán)節(jié)、分組討論環(huán)節(jié)等。本課程見面課組織實(shí)施教學(xué)按照平臺要求，2學(xué)分課程見面課設(shè)置4次8學(xué)時，內(nèi)容分別設(shè)置為金屬在靜載下的力學(xué)行為、金屬在沖擊載荷下的力學(xué)行為與金屬的斷裂韌度、金屬在循環(huán)載荷下的力學(xué)行為、金屬在環(huán)境介質(zhì)與溫度下的力學(xué)行為等四個部分。采用線下現(xiàn)場錄制的形式進(jìn)行。每部分內(nèi)容采用“闖三關(guān)”過程：知識點(diǎn)、搭橋（知識串聯(lián)）、知識應(yīng)用。知識點(diǎn)采用網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、連線、知識點(diǎn)歸隊等形式激發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)的記憶。搭橋采用思維導(dǎo)圖形式，建立知識點(diǎn)層次關(guān)系，梳理脈絡(luò)，搭建知識結(jié)構(gòu)體系。知識應(yīng)用結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用對所學(xué)知識進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，使所學(xué)知識得到升華，學(xué)以致用。

VI設(shè)計指課程整體的包裝設(shè)計。智慧樹平臺工作人員根據(jù)課程特點(diǎn)與教師交流制作關(guān)于課程風(fēng)格、課程角標(biāo)、窗口樣式、切換鏡頭樣式等。主體以突出講課內(nèi)容，頁面簡潔明了，內(nèi)容對比醒目為原則。

二、課件制作與視頻拍攝、制作

（一）課件制作

課件是MOOC教學(xué)的主要教學(xué)文件，其質(zhì)量關(guān)乎到學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)注度與挑戰(zhàn)度，教師講課內(nèi)容的精準(zhǔn)度，教學(xué)效果的良好度以及課程未來的推廣度等。課件制作是教學(xué)內(nèi)容的再加工、精煉與升華，體現(xiàn)多媒性，而版面設(shè)計、色彩的搭配合理性也會制約課件制作的質(zhì)量。課件在制作過程中滲透以下幾方面要素。

1.案例教學(xué)引領(lǐng)。案例教學(xué)以案例為出發(fā)點(diǎn)，以學(xué)生在課堂內(nèi)外對真實(shí)事件和情境的分析、思辨為重點(diǎn)，使學(xué)生自主開展討論、質(zhì)疑和反思，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題或復(fù)雜工程問題能力的目的。課程深入挖掘各方面的案例：課程理論發(fā)展史，日常生活、生產(chǎn)，中國傳統(tǒng)文化，歷史大事件，科研成果等[4-5]。包括系統(tǒng)的案例、知識點(diǎn)的小案例，通過案例的引入、案例實(shí)訓(xùn)，多維度對學(xué)習(xí)者進(jìn)行知識內(nèi)容的理解強(qiáng)化，提高學(xué)習(xí)者一次學(xué)習(xí)的掌握程度。如在進(jìn)行緒論講解時，引入世紀(jì)工程港珠澳大橋，從中滲透大橋的建設(shè)需要考慮到材料的力學(xué)、化學(xué)、環(huán)境等綜合因素，是一個系統(tǒng)的復(fù)雜工程問題。通過這個案例學(xué)生不僅僅理解了每一個單獨(dú)的力學(xué)、化學(xué)、環(huán)境因素是什么，并且深刻理解到彼此之間的聯(lián)系，大大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

2.思政元素滲透。課程思政的本質(zhì)就是教書育人、立德樹人，其是一種理念，是教書育人、立德樹人的深化、細(xì)化和具體化。體現(xiàn)的是綜合的教育、協(xié)同育人的理念。把思政元素引入并有機(jī)融入材料力學(xué)性能課程教學(xué)中，對培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、專業(yè)技能強(qiáng)、有發(fā)展?jié)摿Χ揖哂姓_的世界觀、人生觀、價值觀和具有大格局、大奉獻(xiàn)精神的新時代青年具有重要的社會意義[6]。團(tuán)隊教師充分挖掘、剖析課程知識點(diǎn)聯(lián)系蘊(yùn)含的思政元素，將知識點(diǎn)中發(fā)現(xiàn)的思政元素應(yīng)用于課程教學(xué)過程之中。其中思政元素存在于引入知識點(diǎn)的過程中，也存在于講解知識點(diǎn)的過程中。如在講解氫脆知識點(diǎn)時引入我國老一輩科學(xué)家李薰發(fā)現(xiàn)了氫脆現(xiàn)象案例。案例結(jié)合思政內(nèi)容充分體現(xiàn)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和甘于奉獻(xiàn)的精神，使學(xué)生在掌握知識的同時，受到思想啟發(fā)和教育。

3.雙語、專業(yè)認(rèn)證結(jié)合。國際化是21世紀(jì)高等教育的必然趨勢，所以在高等教育課程實(shí)施中要體現(xiàn)國際化視野。雙語教學(xué)可以提高學(xué)生的英文水平，給學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個外語語言思維環(huán)境，有利于學(xué)習(xí)者使用另一種語言進(jìn)行思考、學(xué)習(xí)。結(jié)合授課對象的認(rèn)知水平，以全課程關(guān)鍵詞形式，選擇知識較為簡單的部分內(nèi)容進(jìn)行全英文授課。而在課程資源部分上傳目前國內(nèi)外與課程內(nèi)容相關(guān)新的研究成果如英文文獻(xiàn)、全英文教科書等，為學(xué)生英語閱讀和知識擴(kuò)展提供幫助。

工程教育專業(yè)認(rèn)證是培養(yǎng)與國際接軌的工程師，其未來是全國工科本科專業(yè)教育必經(jīng)之路。課程設(shè)計、課件制作都以工程教育專業(yè)認(rèn)證為指導(dǎo)，教學(xué)實(shí)施過程體現(xiàn)專業(yè)認(rèn)證三大核心理念，以提高學(xué)生辨識和解決復(fù)雜工程問題的能力，體現(xiàn)知識更新。

（二）視頻拍攝制作

視頻錄制的模式包括：演播室錄制、課堂實(shí)錄、錄屏等方式，也可以采用前二者相結(jié)合的方式。本課程采用演播室錄制理論課程，實(shí)驗(yàn)室與錄屏結(jié)合錄制實(shí)驗(yàn)課程以及課堂錄制見面課的方式進(jìn)行。

演播室錄課在沒有學(xué)生互動條件下進(jìn)行，對教師來說是一個巨大的考驗(yàn)。因?yàn)椴糠纸處熢阽R頭前存在儀表木訥，語速過快，口頭禪較多等問題。其解決辦法是教師將要口述的內(nèi)容提前做成演講稿，多次演練，最終做到大方得體，語言流暢，語速適當(dāng)。團(tuán)隊教師經(jīng)過認(rèn)真的準(zhǔn)備和彩排保證了錄制過程的順利完成。

在所有視頻錄制、剪輯完成后，教師對視頻進(jìn)行逐一審核。審核的主要問題有：教師口誤、肢體語言不當(dāng)、課件內(nèi)容錯誤、課件動畫與教師語言不同步等。針對這些問題采用重新補(bǔ)錄視頻和補(bǔ)錄聲音等進(jìn)行修改。

三、后續(xù)工作

在整體課程建設(shè)過程中前幾個階段的工作占用大部分的時間，上述過程結(jié)束后，視頻提交至平臺進(jìn)行審核，需要大概兩周的時間。在這個期間教師進(jìn)行課程上線前的其他準(zhǔn)備工作。課程資料與資源準(zhǔn)備，主要包括：課程相關(guān)參考電子書目（中、英文）、章節(jié)知識點(diǎn)及全課程思維導(dǎo)圖、課程實(shí)驗(yàn)測試相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、課程相關(guān)內(nèi)容雙語教學(xué)英文講稿、知識擴(kuò)展版塊（知識點(diǎn)相關(guān)文獻(xiàn)）等內(nèi)容。電子書目和課程相關(guān)內(nèi)容雙語教學(xué)英文講稿為學(xué)生提供學(xué)習(xí)參考。章節(jié)知識點(diǎn)及全書知識點(diǎn)思維導(dǎo)圖為學(xué)生知識脈絡(luò)的梳理和知識體系的構(gòu)建提供指導(dǎo)。課程實(shí)驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)學(xué)生具備工程師應(yīng)有的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的素養(yǎng)。知識擴(kuò)展版塊內(nèi)容為學(xué)生創(chuàng)新知識體系，培養(yǎng)學(xué)生具備知識更新習(xí)慣與能力。同時，教師結(jié)合課程特點(diǎn)與內(nèi)容體系科學(xué)合理地制定課程成績評定構(gòu)成和標(biāo)準(zhǔn)，便于不同院校教師和學(xué)生對在線課程的使用和學(xué)分認(rèn)定。課程上線使用經(jīng)過一輪完整教學(xué)后，可以根據(jù)使用過程中存在的問題，在課程學(xué)期結(jié)課后對課程相關(guān)內(nèi)容（如習(xí)題、學(xué)習(xí)資源等）進(jìn)行一些小的調(diào)整和完善。

四、結(jié)論

MOOC教學(xué)是一種未來高等教育的必然趨勢。目前，在線慕課資源較為豐富，但資源未必適合所有層次的高校，因此有必要針對不同層次院校錄制相應(yīng)的慕課資源，實(shí)現(xiàn)MOOC本地化。課程團(tuán)隊在學(xué)校學(xué)院大力支持下利用智慧樹平臺經(jīng)過一步步建設(shè)，過程中互相協(xié)作，融匯交流，完成了材料力學(xué)性能網(wǎng)上共享課程的智慧樹平臺上線。團(tuán)隊成員在建課過程深刻體會到，慕課建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，其對現(xiàn)代教師提出了更高的要求，教師不僅是一名優(yōu)秀的演員，還是一位優(yōu)秀的編劇和導(dǎo)演。在線慕課的建設(shè)，對教師規(guī)范教學(xué)行為，提升教學(xué)教育水平具有重大的意義。