基于MOOCs的工程材料基礎課程建設初探

鄭巧玲 李燁飛* 孫巧艷 高義民西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室 陜西西安 710049

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基于MOOCs的工程材料基礎課程建設初探

鄭巧玲 李燁飛* 孫巧艷 高義民
西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室 陜西西安 710049

摘 要：大規模在線開放課程作為一種新興的在線課堂形式，已在全球掀起高校教育改革的浪潮，作為國家精品課程，西安交通大學工程材料基礎課程將積極參與信息化教育教學改革。本文初步探討了以翻轉式教學為切入點，依靠實驗技術中心和工程坊的優質實踐基地，引入SPOC教學理念等建設思路，探索建設在線開放課程，提高本課程教學質量。

關鍵詞：工程材料基礎課程；教學改革；大規模在線開放課程

1 MOOCs簡介及西安交大MOOCs現狀

大規模在線開放課程慕課(Massive Open Online Course，MOOC)作為一種新興的在線課堂形式，正以不可阻擋之勢席卷全球。繼2012“MOOC元年”開啟之后，MOOCs浪潮在全球迅速升溫，歐洲、亞洲及澳洲的許多頂尖大學相繼投身其中，創建自己的MOOCs平臺，發布了大規模的在線課程。2013年10 月10日，清華大學正式啟動“學堂在線”中文網絡開放課程平臺，面向全球提供在線課程，合作伙伴包括北京大學、浙江大學、南京大學等部分C9聯盟高校[1]。

西安交通大學充分認識到對優質資源共享及推廣的重要性，緊跟國際潮流，積極參與信息化教育教學改革，提升教育教學水平。截至2015年4月，已有二十余門課程分別在Coursera、教育部愛課程及清華大學學堂在線等MOOCs平臺成功上線，將優秀的課程通過MOOCs推向全世界[2]。

2 工程材料基礎課程特點及教學現狀

工程材料基礎課程是西安交通大學材料科學與工程學院面向全校工程設計類本科生開設的一門全面介紹工程材料知識的基礎課程，每年培養來自機械、能動、航天及口腔醫學等八個專業近1000名學生[3]。課程重點講授各類機械零件的失效分析及其對性能的要求，以及機械制造者和設計者必須具備的材料知識和相關基本理論，并以實例說明如何根據零件服役條件及性能要求進行合理選擇材料和制造工藝。經過半個世紀的不斷發展，工程材料基礎課程積累了非常豐富和優秀的教育資源，分別于2009年被評為國家精品課程(www.jingpinke.com)，2013年被評為國家精品資源共享課程(www.icourse.com)。

作為國家精品課程，工程材料基礎課程緊跟時代步伐，全面建設和積累優勢資源，主要包括編寫并出版兼具理論性、系統性和實用性的《機械工程材料》國家精品教材，籌建體系完備和特色突出的機械零件失效及工程材料實物展室，制作內容豐富題材多樣的多媒體動畫庫，實現多媒體教學，并在西安交通大學課程中心網站(cc.xjtu.edu.cn)建立工程材料基礎課程網站，為學生課外學習和自主學習提供了優質條件。

圖1 國家精品教材《機械工程材料》

圖2 西安交大工程材料基礎課程網站

工程材料基礎課程近年來取得了斐然的成績，發揮了國家精品課程的示范作用，因此，將工程材料基礎課程推上大規模在線開放平臺，將優秀的教學資源對外共享，不僅有助于提高本課程質量、優選高水平教師發展高質量課程資源，還對提升地區課程教學質量、人才培養和進一步滿足人民群眾接受優質高等教育具有深遠、廣泛的影響。

3 工程材料基礎在線開放課程建設思路

在工程材料基礎在線開放課程的建設思路上，我們初步建立以翻轉式教學改革為切入點，在線教育為基本形式，通過在Coursera平臺上建設相關課程，深入MOOCs理念，在校內實現正規課堂教學和MOOCs相結合的教學模式創新，推進教學方法改革，提升教學質量，在校園外引入SPOC(Small Private Online Course)教學理念，提高開放課程的完成率，推動學科對外品牌效應。

3.1 翻轉式教學改革試點探索

我校工程材料基礎課程組負責人孫巧艷教授提出在校內課堂中首先進行翻轉式教學試點工作，比較翻轉式課堂教學方式與傳統的以課堂為主的教學方式在教學效果上的優缺點。

實施方法為，隨機挑選若干個工程材料基礎課程的班級作為實驗組，實行翻轉式課堂教學方式。翻轉式課堂教學的流程是：教師將視頻材料以作業的形式布置給學生，學生在網絡平臺上預先觀看視頻，完成對應練習題，在實體課堂教學中，由教師主導采用專題討論或輔導的方式，解決學生在線上未理解的問題，并安排相應課程實踐。剩余班級為對照組，采用傳統的以課堂教學為主、課后完成作業的教學方式。教學效果考察方法為：在學期末最后一節課中，學生未進行任何復習的情況下，發放課程調研考卷(以選擇和填空題為主，設置13題)，檢驗學生對課程知識點及工藝路線的掌握程度。目前，此實驗正在進行中。

3.2 工程材料基礎課程Coursera平臺上線

根據對MOOCs教學理念、授課形式、內容組織等方面的理解，課程組將重新制定工程材料基礎課程教學大綱，組織網絡課程在Coursera平臺上線。根據翻轉課堂的教學實踐反饋，逐步完善和充實課程教學內容，豐富細化各知識點，改進教學互動手段和方法，建設高質量工程材料基礎課程MOOCs課程。

具體來說，有以下幾個步驟：

(1)全面梳理課程知識結構，按知識點組織網上課程內容，工程材料基礎課程具有涵蓋內容較多，知識點廣而分散，理論抽象等特點，擬以8～10分鐘講透一個知識點的形式，解決因視頻時間過長，學生注意力易分散的問題；

(2)利用視頻剪輯、動畫制作等手段，將理論演示和應用案例更好地融為一體；

(3)精心設計網上章節小測驗及課堂專題討論內容，及時鞏固知識點，檢驗學生自主學習情況；

(4)后臺實時收集、積累和分析教學過程數據，分析學生對知識的掌握程度，并借助MOOCs平臺的社交網絡功能，加強互動反饋，為課堂針對性的指導及后續教學內容的調整提供基礎數據支持。

3.3 依靠實驗技術中心、工程材料展室、工程坊及大學生創新項目 加強實踐環節

工程材料基礎課程具有寬口徑、實踐性強的特點，要求培養學生較高的實踐能力和綜合設計能力。目前工程材料基礎課程開設了若干個獨立實驗，例如顯微鏡的使用及材料金相組織觀察，以及熱處理綜合實驗等。但上述實驗均為演示性或驗證性實驗，學生只能按照既定的步驟完成實驗過程，無法自主設計實驗方案，不利于學生創新能力和實踐能力的提高。于是，在工程材料基礎在線課程的建設中，將結合MOOCs線上課程內容，依靠我校材料學院實驗技術中心、工程材料展室及工程坊的優秀實驗資源和工程經驗，增設以實踐內容為主的綜合性實驗項目。

工程材料展室籌建于1992年，經過二十多年的建設，已收集了三百余件工程零件實物，涵蓋金屬材料、陶瓷材料、復合材料和高分子材料等工程材料的應用實例，以及粉末冶金、激光表面淬火和快速凝固等先進材料制備技術的工藝展示。通過對工程材料實物展室的參觀，學生對課堂知識具有更深刻的理解，教學效果良好。此外，對材料展室的實時更新也體現了我課程組成員的獨具匠心，目前，我校材料學院各專業方向已為材料展室提供有代表性新材料，并且隨著我校科研的進展，新材料也在陸續更新之中，這些舉措可以使學生了解我校工程材料的研發最新動態。

圖3 材料展示一角

圖4 材料展室櫥窗中的材料展品

綜合性實驗項目的來源之一擬通過課程組教師根據專業方向及實際工程要求，設計出若干不同的實驗任務書，學生自主選題后，通過查閱資料，進行材料的選擇和工藝的設計。在整個實驗過程中，學生將學會如何根據實際工程要求、材料性能來合理選擇和利用工程材料，并制定合適工藝路線，綜合性實驗可加強學生對理論知識的理解，提高工程能力及創新能力。

另外，在工程材料基礎課程的實驗環節，可考慮引入大學生創新性試驗計劃項目(包括國家級和省級)、我校“騰飛杯”課外學術科技競賽項目等，這些項目的引入將極大豐富課程實踐環節的設計內容，同時也可為創新項目提供候選學生及團隊。課程組可與各專業導師溝通，針對性設計與課程內容相關的任務書，將工程材料課程與研究課題有機結合，培養學生的同時發掘具有一定創新潛力的學生參與專業導師相關項目的研究，從而提高各專業導師參與課程實踐環節建設的積極性。目前，通過工程材料基礎課程學生從事的騰飛杯項目部分獲得了我校科技競賽獎項。

圖5 大學生創新訓練項目、騰飛杯項目及獲獎證書

3.4 引入SPOC教學理念 提高開放課程完成率 推動學科品牌效應

翻轉式課堂教學及實驗環節改革等新的教育手段和教學方式方法的改革將有效提升校內工程材料基礎課程教學效果，而MOOCs平臺的初衷為共享優質教學資源，推進教育的大眾化、公平化，提升高等教育的效益，使更多人能夠方便地獲得受高質量教育的機會，因此，在積累校內MOOCs課程建設經驗后，工程材料基礎課程將重點建設在線教學。

目前，大規模在線教育存在著注冊率高，完成率低的問題，因此，在工程材料課程的MOOCs建設中，考慮在校外申請者中推行SPOC這類學習模式。即從線上的申請者中選取小規模的學習者納入SPOC課程，入選者必須保證學習時間和學習強度，參與在線討論，完成規定作業并通過考試后，獲得課程完成證書[4]。

通過分析，這類SPOC課程模式在建設工程材料基礎課程方面有以下幾個優勢。

(1)作為國家精品課程，工程材料基礎SPOC課程一經推出，預計將受到同類院校及專業學生及社會人群的關注，從而推動我校材料專業的對外品牌效應；

(2)將SPOC課程與材料學院夏令營及科研體驗周等招生選拔活動相結合，將吸引大批相關專業的優秀學子報名并參與課程學習，從而獲得選拔資格；

(3)SPOC模式使課程組教師有機會嘗試靈活并富有挑戰性的教學方法，并可使用自動評分等工具減少重復性活動，集中精力和學生進行深入交流和討論；

(4)配合限制性條件和準入條件，SPOC課程的實體課堂資源及實驗資源也將賦予學生完美的工程材料課程學習體驗，避免MOOCs課程的高輟學率和低完成率情況。

4 工程材料基礎大規模在線課程建設面臨的問題及啟示

從總體上看，大規模在線開放課程已成為教育全球化的一種趨勢，各大學府對于MOOCs的建設在摸索中前進。目前，對于工程材料基礎課程的MOOCs建設，主要存在以下的幾方面的問題。

4.1 課程組織

課程組教師需精心設計結構化的工程材料基礎課程，確保MOOCs平臺中的視頻及課程內容符合大規模網絡公開課程以學習者為中心，以知識掌握為取向的理念，而非機械搬運教材內容和傳統網絡公開課視頻。

4.2 教師積極性

將工程材料基礎課程推上MOOCs平臺需花費大量人力物力，非團隊的合作不能完成，如何調動教師積極性，對公開后的教學資源進行法律保護，保障教師利益，促進良性競爭等問題值得進一步研究。

4.3 MOOCs相關教育技術培訓

多數教師對MOOCs相關的技術不熟悉，且課程初期建設成本高，為降低建設成本(時間和費用)，提高開放課程質量，可依托我校教師教學發展中心及Coursera平臺等，組織教師參加相關教育技術培訓，包括教學設計、視頻課件制作、平臺操作等，借鑒MOOCs的教學設計精髓，提升學習成效，真正促進教學變革[5]。

4.4 學習成果認證

基于網絡教學的MOOCs面臨的學習成果認證是普遍存在的難題，面向在校生和跨校學習的學生，根據目前的實踐經驗，通過大學聯盟或相關專業教育聯盟等組織能夠認證其學分及證書，但面向社會大眾的學習成果認證仍在起步階段。

中國大學對MOOCs課程的建設是必然選擇，MOOCs帶來的新一輪的高等教育改革正浮出水面，盡管不斷發展中的在線教育在未來還將遇到許多的問題，我們也將勇敢面對。在MOOCs這個新的平臺上，工程材料基礎課程組將致力于向學生、向社會提供更優質的交大特色教學資源，使我們的課程和培養的學生在未來激烈的競爭中占據一席之地。

參考文獻

[1] 王穎,張金磊,張寶輝.大規模網絡開放課程(MOOC)典型項目特征分析及啟示[J].遠程教育雜志, 2013(4): 67-75.

[2] 【人才培養系列報道】西安交通大學MOOC建設札記[EB/ OL].http://news.xjtu. edu.cn/info/1033/5182.htm, 2015-1-17.

[3] 孫巧艷,范群成.整合課程優勢資源建設國家精品課程——工程材料基礎國家精品課程的建設與實踐[J].教育教學論壇,2011(29):219-221.

[4] 康葉欽.在線教育的“后MOOC”時代——SPOC解析[J].清華大學教育研究,2014,35(1):85-93.

[5] 袁松鶴,劉選.中國大學MOOC實踐現狀及共有問題——來自中國大學MOOC實踐報告[J].現代遠程教育研究,2014(4):3-22.

An Exploration on Engineering Material Course Based on MOOCs Paradigm

Zheng Qiaoling, Li Yefei*, Sun Qiaoyan, Gao Yimin
State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, China

Abstract:Recently, a newborn online education type called “the Massive Open Online Course”, has raised a strong wave of education reform in colleges all around the world. And many actions were taken by the teaching group of Engineering Material Curriculum of Xi’an Jiaotong University to chase the step of this information education reform. A construction route of the Massive Open Online Course of Engineering Material Curriculum is explored in this paper. The concept of inverted course and SPOC were adopted, and the cooperation with the Experimental Technology Center and Engineering Workshop of XJTU were strengthened to improve the quality of this project.

Keywords:engineering material curriculum; education reform; MOOCs

基金項目：西安交通大學教改項目(重點項目)(編號：1402Z)。

作者簡介：鄭巧玲，碩士，助理工程師。通訊作者：李燁飛，博士，講師。孫巧艷，博士，教授。高義民，博士，教授。

收稿日期：2015-07-02