材料力學實驗“停課不停學”的教學方法研究

竹筱歆

(東北農業大學 工程學院，哈爾濱 150030)

材料力學實驗作為一門工科教育的基礎實驗課程，有助于加強學生對基礎概念和研究方法的理解，提升學生的實驗操作技能[1-2]。在今年年初防控新型冠狀病毒肺炎期間，為響應教育部“停課不停學” 的政策要求，全國教育系統提供了豐富優質的網上教學資源[3]，保障了教師在網上教、學生在網上學的新型授課方式。為使學生高效利用網絡資源進行線上學習，本文對材料力學實驗課程網絡授課方式進行了分析，以課程的性質與特點為依據，從課堂形式、時間安排、授課方法以及課程內容等方面進行研究，選取了適合本課程的線上授課方式，為大學實驗課程網絡化以及慕課的發展提供了理論依據。

1 材料力學實驗課程的授課方式

1.1 實驗課程的形式

很多院校的材料力學實驗教學采用“講演式”、“灌輸式”及“包辦式”的固定教學模式，對于大學生的學習容易適得其反[4]，課堂上的一切教學活動都由老師來主宰，學生易產生依賴情緒，不重視實驗課程的開設，降低了學生對實驗課程的學習熱情，扼殺了對學生創新創造能力的培養，不利于實驗教學的開展。因此，如何設計新穎有效的網絡實驗課程模式成為提高實驗課程教學效果的關鍵。

在年初疫情防控期間，教育部公布的支持高校在線教學服務的在線課程平臺有：愛課程(中國大學MOOC)、智慧樹網、超星爾雅網絡通識課平臺、學堂在線、人為慕課等，針對實驗操作課程，實驗空間—國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺以及EduCoder在線實踐教學平臺可為學生提供動手操作的仿真平臺。

當前的網絡課程教學主要有三種方式，第一種是通過網絡教學平臺直接使用。平臺設計好的模塊化課程教學視頻，學生無法參與互動，在無人監督的環境下不利于線下課程的銜接；第二種是結合學校自身特點，教師提前錄制好每節課的內容，采用視頻講解或PPT錄播形式，并穿插習題問答等，按課程時間推送給學生自主點播學習，但在課程視頻播放途中缺乏監督力；第三種是教師在線直播授課。這種方式的課堂互動效果最好，教師提問后，學生可直接在公屏回答，聽課途中遇到問題也可提問，有助于提升學生的積極性。相對于面對面教學方法，學生更愿意發言與討論。教師可隨時通過視頻、攝像等方式要求學生回復提出的問題，監督學生的學習狀態，有助于提高實驗教學效果，就像線下更為普及的開放式圓桌課堂實驗課程授課方式，學生與老師圍坐在一起共同探討，課堂氣氛更輕松。

1.2 實驗時間安排

材料力學實驗課程面向工程學院不同專業24個班級的學生，在課程安排上時間非常緊張，即使按班級分批分組進行，也無法保證每一個學生都能進行實驗操作；線上教學就較好的解決了這一問題，每個學生通過個人賬號申請即可在虛擬平臺上操作，時間安排更加靈活自由，教師可先進行基礎原理及操作流程的講解，為貫徹黑龍江省教育廳每節課程不超過30 min[1]的要求，通過直播授課的方式將材料力學實驗課程的每個實驗講解時間控制在30 min，讓學生根據自己的時間靈活安排虛擬仿真實驗。學生可通過登錄虛擬平臺，根據教師講解的實驗步驟操作平臺儀器，依據實驗得到的數據填寫實驗報告。這樣，每位學生都能操作實驗儀器，虛擬仿真平臺提供的原始數據也是隨機的，避免了實驗過程中由于儀器損壞及設備不能及時更新，或人為因素造成的誤差[5]。

1.3 實驗授課方法

在綜合考慮材料力學理論課程網上教學講解進度、虛擬仿真平臺操作便捷性以及學生接受理解程度的基礎上，疫情期間按4周時間制訂了教學計劃。學生在具有一定理論知識的基礎上，才能更好的開展實驗操作，實驗預習是實驗課程前期準備的重要一環，教師將與材料力學實驗相關的視頻及PPT資料傳到課程網站，學生可根據需求點擊下載學習，課前自主安排學習內容，可有效提高授課質量。線上授課亦可進行實時簽到、測驗評分、上交報告等操作，而且更加便捷。在網絡實驗教學過程中，應引導學生學會發散思維，培養其創新創造能力[6]，讓學生在實驗中自主發現問題與解決問題。實驗直播課程中，對于學生在公屏上提出的問題，教師應采取引導式的方法，讓學生在實驗過程中養成仔細觀察，認真思考，聯系相關理論知識點，尋求最佳答案的習慣，發揮學生實驗課堂主角的優勢，有利于他們今后在各科的學習。

1.4 實驗課程內容

材料力學實驗課程的專業性較強，教師必須擁有較深的工程應用背景，教授的實驗課程內容應盡量與工程實際相結合，這樣既能達到教學的目的，又能增加實驗課程的趣味性與實用性。如講到“構件在荷載作用下應具有足夠的強度”這一知識點，學生無法抽象的理解這些理論問題，教師可以應用圖片及視頻舉例，如美國的Tacoma老橋于1940年11月7日因風力引起的振動而產生斷裂，就沒有足夠的強度使其正常工作。直觀的視頻可以幫助學生更生動地理解與記憶，并引導學生思考生活中是否存在類似現象，從而讓學生展開討論。

材料力學實驗面向工程學院不同專業，實驗課程內容可以適當調整。對機械機化專業的學生，可選用機器中的零件結構與標準結構試樣進行比較實驗，不僅可以掌握材料相關的力學性能，亦可掌握該零件的失效形式及原因；對工程材料專業的學生，教師可以選用不同材料進行實驗分析，總結出不同材料的力學性能及特點；對土木建筑專業的學生，教師可以重點進行桁架結構方面的實驗。根據材料力學實驗課程的特點，為滿足不同層次學生的需求，對于實驗的內容可進行分類開設。將拉伸、壓縮、彎曲、扭轉等單載荷實驗歸納為基礎實驗，這些實驗設定為必修實驗課程，所有專業學生均需參與學習；組合變形等綜合性實驗，以及疲勞實驗、光測實驗等創新型實驗屬于提高性質實驗，學生可以根據興趣及基礎知識掌握程度的不同進行選修。教師在設計網絡直播課程時，也可提前進行調查問卷，將層次及興趣相同的學生歸納進同一場直播課程，提升學生課程接納度。

2 結論

教育部年初開展的“停課不停學”政策，使網絡教學、直播課堂走進了大學校園，虛擬仿真平臺的應用更加完善，實驗教學方法不斷創新，改變了固有的教學方式，既考驗了教師的學習接受應變能力，也鍛煉了學生自主學習的能力，又提高了實驗教學的多樣性，為培養全面發展的綜合型人才打下基礎。