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、預習質量差、師資不足等問題，分析慕課在實驗教學中的優勢，表明慕課教學模式可以消除傳統實驗教學的弊端。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量。

關鍵詞 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、力學類等專業來說，材料力學是一門重要的專業基礎課程，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用的橋梁[1]。高質量的材料力學實驗教學可以培養學生的實踐能力和創新意識，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量，是當前材料力學實驗教學改革的重要任務[4-5]。

2 材料力學實驗教學現狀

近些年來，材料力學實驗教學雖然經歷過多次教學改革，但現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專業較廣，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備數量所限，大部分實驗內容還要分組進行。這種情況導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講解，因此，實驗進度與理論進度很難保持同一步調。

學生預習實驗情況較差? 通常實驗課前都要求學生預習實驗內容，書寫實驗預習報告，但是多數學生往往是機械式地抄寫實驗指導書，很少在預習過程中思考實驗內容，甚至部分學生書寫的預習報告文不對題，實驗內容直接抄寫錯誤。實驗教學效果與實驗預習質量有直接關系，預習質量不過關，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，而且材料力學實驗教學中要講解許多實驗設備的操作過程、實驗注意事項、實驗細節等。實驗教學人員在大量的實驗教學過程中難免對上述內容有疏漏，部分實驗教學過程中還要臨場發揮。這就容易導致一個專業多個班級在進行同一個實驗項目時，未能在同樣的實驗環境下進行，實驗教學效果參差不齊。

3 慕課模式在實驗教學中的優勢

慕課即MOOC（Massive Open Online Course），是一種以開發訪問和大規模參與為目的的在線開放課程，是“互聯網+教育”的一種大型網絡開放學習模式[6-8]。相比傳統教學模式，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用有如下優勢。

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。

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習質量? 慕課課程內容更加多元化，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容預習。而且針對實驗內容中的難點，學生還可以反復觀看視頻，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、習題等內容都經過精心設計和仔細推敲，不再是傳統實驗教學中的“即興發揮”，消除了實驗教學過程中可能產生的疏漏。而且錄制實驗慕課課程的教師應該選取經驗豐富、廣受學生好評的教師，以確保每一名學生在學習實驗內容時都處在一個公平的環境中，每一名學生都擁有最優秀的師資。

4 慕課模式在材料力學實驗教學中的應用

慕課教學模塊? 以東北大學理學院材料力學慕課課程建設為例，在慕課課程建設過程中專設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。每節慕課視頻中包括實驗原理闡述、實驗操作講解、實驗現象說明、實驗結果分析等，學生可以通過視頻內容學習實驗內容。在慕課實驗視頻中設置有課中提問，學生學習過程中會有所思考，而且只有正確回答課中提問，才能繼續學習課程內容，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備操作，要求學生自行分組、討論，按照實驗要求，完成實驗內容。實驗教學人員監督學生實驗操作過程，如若學生進行危險操作，及時阻止。實驗結束以后，學生與實驗教學人員針對實驗結果進行交流，實驗教學人員對實驗結果給出反饋評價。

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、實驗現象、實驗結果等多方面內容，測試題目類型以判斷與選擇為主，在線系統會自動給出測試結果。慕課課程專設一個討論區，學生可以就實驗測試中的內容以及實驗報告中的思考題進行提問，在討論區根據問題相互討論，激發學習積極性。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。

材料力學實驗慕課建設內容? 材料力學慕課實驗單元包括三個經典實驗項目，分別為拉伸實驗、壓縮實驗以及扭轉實驗，實驗內容如表1所示。

拉伸實驗、壓縮實驗以及扭轉實驗均是材料力學實驗中的經典實驗，是材料力學實驗必修的實驗內容。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。

傳統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，到目前已經完整開設四個學期，全年平均選學人數在2000人左右。本文選取機械類專業學生的實驗成績作為研究對象，對比2015級與2018級機械類專業學生在不同教學模式下的材料力學實驗成績，對比結果如表2所示。

2015級機械類專業學生按傳統的實驗教學模式進行實驗，2018級機械類專業學生按慕課實驗教學模式進行實驗。2015級與2018級機械類專業學生調研人數占比均超過各自專業總人數的50%，對比結果表明，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，在實驗課堂發現慕課模式下的實驗教學明顯順利。在實驗課堂提問環節，幾乎不再出現學生一問三不知的現象，學生對實驗內容都有一定了解，說明慕課模式的學習收到更好的預習效果;在實驗操作環節，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性實驗，節約了實驗教學時間，提高了實驗教學效率;在實驗數據處理方面，學生處理思路更加清晰，實驗結果處理更為準確，尤其是減少了讀數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象的好轉均表明，慕課模式下的材料力學實驗擁有更好的實驗教學效果。

5 結語

目前，我國慕課的開發建設還處于初級階段，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是一項長久性的研究內容，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展提供更好的幫助。■

參考文獻

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