基于網(wǎng)絡教學平臺的在線課程教學改革探索

張琳琳 趙碩 梁建術 馮巖 時光磊

摘?要：在線課程是高等院校教學質(zhì)量和教學改革工程的重要內(nèi)容，河北科技大學材料力學教學團隊依托網(wǎng)絡教學平臺開展了在線教學，取得一定的教學成效。本文以《材料力學》課程為例，介紹了在線課程教學設計，包括課程目標、教學內(nèi)容、在線資源建設、在線教學方式以及在線課程的考核評價方法，為高校在線課程教學改革提供一定的參考。

關鍵詞：在線課程;材料力學;教學改革;超星學習通

1 緒論

《材料力學》課程是理工科院校的一門專業(yè)基礎課[1]，是基礎理論課向?qū)I(yè)課的過渡課程，與后續(xù)的機械工程、材料、建工等專業(yè)課緊密聯(lián)系。材料力學課程旨在培養(yǎng)學生工程構件強度、剛度理論分析及力學實驗分析等方面的能力。課程內(nèi)容包括構件的軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲四種基本變形及組合變形的強度和剛度計算，細長壓桿的穩(wěn)定性計算，應力狀態(tài)分析理論以及復雜應力狀態(tài)下的強度理論等[2]。該課程因其具有理論性強、數(shù)學公式推導難度大，公式繁多等特點導致課程具有一定的難度。目前高校教課中過于注重理論，而不注重實踐，學生的學習偏于被動，缺少分析討論等學習環(huán)節(jié)[3]。基于網(wǎng)絡教學平臺的在線課程可以通過客戶端與學生建立互動，提供更多的學習資源及學習效果檢測方法，有利于提高學生的自主學習能力。

河北科技大學材料力學教學團隊借助超星學習通教學平臺開展了在線授課。在實施教學工作中，依據(jù)該課程的特點，利用現(xiàn)有的教學、網(wǎng)絡資源，注重教學過程工程化和簡單化[4]，在學習新的知識點時，給出大量的工程實例（圖片、視頻），讓同學們了解知識點的實際工程應用，對于復雜煩瑣的理論推導，利用學生現(xiàn)有的數(shù)學、力學基礎知識，將復雜理論簡單化。

本課程依據(jù)“教學目標、教學過程、學習評價”三位一體、模塊化管理的理念[5，6]，明確了教學目標，借助網(wǎng)絡教學平臺學習通建立在線課程，鼓勵學生自主學習，提高學生主觀能動性;教學過程中注意理論聯(lián)系工程實際，在教學過程中，教師注重引導學生獨立思考，通過理論闡述和案例分析方式啟發(fā)學生，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生樹立科學的職業(yè)觀，培養(yǎng)學生學以致用、歸納總結、獨立解決問題的能力，達到進一步提高教學質(zhì)量的目的。

2 教學內(nèi)容與在線資源

2.1 教學內(nèi)容

材料力學在線課程教學內(nèi)容以力學的基本概念和原理為主線，對教學內(nèi)容進行重新組織安排，簡化理論公式的推倒過程，增加與工程實際緊密結合的案例;縮短教師講解時間，增加學生研討環(huán)節(jié)和時間，側(cè)重于互動討論;內(nèi)容講解過程中依據(jù)章節(jié)重點難點，將知識點碎片化，注重與專業(yè)課的聯(lián)系，引入前沿的學術問題。在線課程選用與工程密切相關的實例，如飛機起落架的斷裂問題、大跨度橋梁的彎曲問題等。2020年8月29日山西省臨汾市襄汾縣陶寺鄉(xiāng)陳莊村聚仙飯店突發(fā)坍塌事件，事故原因中提到墻體、梁柱有裂縫或變形，從而引出了力學中的強度、剛度問題，通過這個實際的工程案例，可以有效激發(fā)學生的探索興趣。

另一方面，在線課程中引入CAD/CAE軟件內(nèi)容[7]，介紹有限元軟件與力學課程的聯(lián)系，軟件分析原理以及操作演示。指導學生進行模型構建及CAE仿真分析，結合畢業(yè)設計的專業(yè)要求，要求學生以大作業(yè)的形式完成小組任務，通過理論分析與仿真分析對比進一步提高學生對知識的應用能力，培養(yǎng)學生團隊合作、分析問題、解決問題的綜合能力。

材料力學在線課程內(nèi)容滿足教育部基本要求，按照拉、壓、扭、彎和組合變形順序分析桿件強度、剛度問題，然后討論應力狀態(tài)和強度理論分析破壞機理，再討論壓桿穩(wěn)定理論，最后介紹能量法和動應力。討論內(nèi)容圖文并茂，講授由淺入深、深入淺出，例題注重啟發(fā)式教學設計，思考題和習題選擇針對理論消化和吸收。

2.2 教學資源

教學團隊根據(jù)河北科技大學學生情況建立了課程在線資源，在超星學習通內(nèi)建立了視頻微課、試題庫、習題庫等豐富的資源，為學生的自主學習及教學質(zhì)量提供了保障。《材料力學》課程充分利用學校課程建設與輔助教學平臺，能滿足本課程的教學需要，在教學中發(fā)揮了重要作用。《材料力學》課程相關的教學大綱、教學方案、網(wǎng)絡課件、習題等通過學習通平臺發(fā)放給學生，方便師生交流溝通，激發(fā)學生自主學習興趣，效果明顯，線上資料包括：材料力學電子教材、教學大綱、直播課程的視頻及課件、習題庫及試題庫。

3 教學方式多樣化

采用超星學習通開展在線教學，在實施教學工作中，依據(jù)該課程的特點，利用現(xiàn)有的教學、網(wǎng)絡資源，重點側(cè)重于理論分析的實際應用。教學方式多樣化[8]，通過問題探索和工程案例研討相互結合的方式，充分調(diào)動學生學習的積極性。

（1）問題探索方式：課程開始階段，通過給出問題來引出課程主題，讓學生由問題帶入可以很快進入課程狀態(tài)，能夠快速了解為什么學習本節(jié)課程？本節(jié)課程的重點難點在哪里？解決問題的關鍵點是什么？如何確定研究思路并找出問題的研究方案？最后如何解決問題？這一系列的問題能夠充分調(diào)動學生自主探索問題的積極性。例如在學習壓桿穩(wěn)定性內(nèi)容時，先列出幾個問題：為什么細長桿受壓跟短粗桿受壓觀察到的現(xiàn)象不一樣？細長壓桿失效的主要原因是什么？什么是壓桿穩(wěn)定性？壓桿保持直線平衡狀態(tài)的臨界條件是什么？如何確定臨界載荷？學生帶著這些問題開始課程的學習，學習目標更加明確清晰，對課程內(nèi)容的把握更深刻牢固。

（2）工程案例研討方式：在理論知識講授基礎上，多增加工程實例內(nèi)容，將與課程內(nèi)容緊密相關的案例引入課堂，有助于學生更好的理解課程內(nèi)容在工程中的應用，開拓學生的視野。例如用解析法和圖解法討論圓周扭轉(zhuǎn)時的應力狀態(tài)，并分析低碳鋼和鑄鐵件受扭轉(zhuǎn)時的破壞現(xiàn)象。還可以分享一些工程實例的圖片，比如飛機起落架斷裂的圖片、細長壓桿彎曲的現(xiàn)象、汽車傳動軸扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。通過對相關案例的分析討論，幫助學生理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)學生自主發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的綜合能力。

在線授課過程中設置研討環(huán)節(jié)，以學生為主導，問題為導向，開展分組討論。將學生按小組形式編排，在工程案例中提煉出科學問題，組內(nèi)成員自行討論課題，由每個小組派出代表進行組間討論。如在學習廣義胡克定律時，教師給出工程實際案例，工程構件已知一點處某個方向上的線應變，如何據(jù)此求出承受的外載荷。通過學術研討帶動學生積極思考，聯(lián)系前面章節(jié)內(nèi)容，梳理應變與應力，應力與外力之間的相互邏輯關系，導出廣義胡克定律。鼓勵學生以學術課題形式開展互動研討，自主閱讀相關文獻，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和學術能力。

4 在線教學實踐

以材料力學廣義胡克定律理論為例，以理論聯(lián)系工程實際的方式，系統(tǒng)講解廣義胡克定律理論，突出科學前沿，前后呼應，激發(fā)思考，注重實效。從而達到學生能運用廣義胡克定律解決工程實際問題的教學目標。

根據(jù)教學目標，將所講內(nèi)容分解為五部分：

（1）問題探索：提供工程問題，工程中構件已知一點處某個方向上的線應變，如何據(jù)此求出承受的外載荷？引導學生積極思考，聯(lián)系前面章節(jié)內(nèi)容，梳理應變與應力，應力與外力之間的相互邏輯關系，導出廣義胡克定律。

（2）知識點講解：劃分知識點，系統(tǒng)講解三向應力狀態(tài)及平面應力狀態(tài)的廣義胡克定律。

（3）案例導入：提供工程實際案例，用電測法測得扭轉(zhuǎn)軸A點與水平線成a方向的線應變，求軸所受的外力偶矩m。引導學生分析問題，從基本的扭轉(zhuǎn)的受力特點和變形特點出發(fā)，聯(lián)系應力分布特點，綜合運用廣義胡克定律推導外力，建立研究思路。

（4）舉一反三，學以致用：總結已講案例中的研究思路和方案，給出新的工程案例，學習通發(fā)布分組任務，繼續(xù)啟迪思考，引導學生通過類比、舉一反三，明確自己的研究方案。

（5）學習效果檢測：通過學習通的隨堂練習模塊，檢測學生的學習效果，及時反饋問題。

5 課程評價方式

科學的課程考核評價機制是材料力學課程教學過程中的重要環(huán)節(jié)。材料力學在線課程考核環(huán)節(jié)主要包含過程考核以及結業(yè)考核兩部分，突出學習過程的重要性，有效檢驗學生的學習效果。

（1）過程考核：根據(jù)學生在網(wǎng)絡教學平臺學習通內(nèi)的學習時長、階段測驗、大作業(yè)以及分組任務進行過程評價，占到綜合成績的40%，注重教學過程管理。

（2）結業(yè)考核：基于學習通平臺開展在線結業(yè)考試，學生在規(guī)定時間內(nèi)完成在線試題并提交，考試內(nèi)容以綜合應用為主，該部分成績占綜合成績的60%，旨在全面考查學生對本課程知識的把握程度及綜合應用能力。

6 結語

基于網(wǎng)絡教學平臺的在線課程教學改革已逐漸成為各高校課程改革的重點方向。相比于傳統(tǒng)課堂，在線課程可以提供更多的資源素材、更多的互動渠道以及更科學的考核機制。材料力學在線教學的開展要注重理論與工程的結合，拓寬學生思維;注重互動交流，帶動學生的自主學習積極性，營造學術討論的氛圍;考核方式注重公平科學，強調(diào)教學過程管理和教學質(zhì)量監(jiān)測。

參考文獻：

[1]栗東平，王睿，李現(xiàn)敏.材料力學課程的教學研究與實踐[J].河北工程大學學報（社會科學版），2019（4）.

[2]李欣業(yè)，梁建術，郝淑英.材料力學[M].中國鐵道出版社，2006.

[3]秦楠.以解決工程實際問題為導向——淺談材料力學教學改革[J].科技風，2019，371（03）：32.

[4]王永偉，吳雁平.案例教學在材料力學教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2020，000（001）：281-283.

[5]胡晶，韓曉東，武喜春.在線課程教學設計探索[J].中國遠程教育，2010（06）：39-41.

[6]曹海洋，唐友福，雷娜，等.基于OBE理念的線上線下混合式教學多維綜合評價指標體系研究——以材料力學課程為例[J].內(nèi)江科技，2020（3）.

[7]趙彬.材料力學全英文教學的一體化建設模式探索[J].教育教學論壇，2019（30）：131-133.

[8]劉露，沈玉鳳.基于信息化的材料力學混合式教學模式的實踐[J].大學教育，2018，000（001）：63-66.

基金項目：河北科技大學教育教學改革研究項目（2019-YBB08）

通訊作者：張琳琳（1988—?），女，漢族，山東泰安人，博士，講師，研究方向：材料與結構部件工程強度與可靠性分析。