基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的在線課程教學(xué)改革探索

張琳琳 趙碩 梁建術(shù) 馮巖 時光磊

摘?要：在線課程是高等院校教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)改革工程的重要內(nèi)容，河北科技大學(xué)材料力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開展了在線教學(xué)，取得一定的教學(xué)成效。本文以《材料力學(xué)》課程為例，介紹了在線課程教學(xué)設(shè)計，包括課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、在線資源建設(shè)、在線教學(xué)方式以及在線課程的考核評價方法，為高校在線課程教學(xué)改革提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：在線課程;材料力學(xué);教學(xué)改革;超星學(xué)習(xí)通

1 緒論

《材料力學(xué)》課程是理工科院校的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，是基礎(chǔ)理論課向?qū)I(yè)課的過渡課程，與后續(xù)的機(jī)械工程、材料、建工等專業(yè)課緊密聯(lián)系。材料力學(xué)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生工程構(gòu)件強(qiáng)度、剛度理論分析及力學(xué)實驗分析等方面的能力。課程內(nèi)容包括構(gòu)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(qiáng)度和剛度計算，細(xì)長壓桿的穩(wěn)定性計算，應(yīng)力狀態(tài)分析理論以及復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度理論等[2]。該課程因其具有理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)難度大，公式繁多等特點導(dǎo)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(xué)生的學(xué)習(xí)偏于被動，缺少分析討論等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)[3]。基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的在線課程可以通過客戶端與學(xué)生建立互動，提供更多的學(xué)習(xí)資源及學(xué)習(xí)效果檢測方法，有利于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

河北科技大學(xué)材料力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊借助超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺開展了在線授課。在實施教學(xué)工作中，依據(jù)該課程的特點，利用現(xiàn)有的教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)資源，注重教學(xué)過程工程化和簡單化[4]，在學(xué)習(xí)新的知識點時，給出大量的工程實例（圖片、視頻），讓同學(xué)們了解知識點的實際工程應(yīng)用，對于復(fù)雜煩瑣的理論推導(dǎo)，利用學(xué)生現(xiàn)有的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識，將復(fù)雜理論簡單化。

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

2 教學(xué)內(nèi)容與在線資源

2.1 教學(xué)內(nèi)容

材料力學(xué)在線課程教學(xué)內(nèi)容以力學(xué)的基本概念和原理為主線，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)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(jié)合的案例;縮短教師講解時間，增加學(xué)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(xué)術(shù)問題。在線課程選用與工程密切相關(guān)的實例，如飛機(jī)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(xué)中的強(qiáng)度、剛度問題，通過這個實際的工程案例，可以有效激發(fā)學(xué)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(xué)課程的聯(lián)系，軟件分析原理以及操作演示。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建及CAE仿真分析，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的專業(yè)要求，要求學(xué)生以大作業(yè)的形式完成小組任務(wù)，通過理論分析與仿真分析對比進(jìn)一步提高學(xué)生對知識的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作、分析問題、解決問題的綜合能力。

材料力學(xué)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(qiáng)度、剛度問題，然后討論應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論分析破壞機(jī)理，再討論壓桿穩(wěn)定理論，最后介紹能量法和動應(yīng)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(xué)設(shè)計，思考題和習(xí)題選擇針對理論消化和吸收。

2.2 教學(xué)資源

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

3 教學(xué)方式多樣化

采用超星學(xué)習(xí)通開展在線教學(xué)，在實施教學(xué)工作中，依據(jù)該課程的特點，利用現(xiàn)有的教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)資源，重點側(cè)重于理論分析的實際應(yīng)用。教學(xué)方式多樣化[8]，通過問題探索和工程案例研討相互結(jié)合的方式，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生由問題帶入可以很快進(jìn)入課程狀態(tài)，能夠快速了解為什么學(xué)習(xí)本節(jié)課程？本節(jié)課程的重點難點在哪里？解決問題的關(guān)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(xué)生自主探索問題的積極性。例如在學(xué)習(xí)壓桿穩(wěn)定性內(nèi)容時，先列出幾個問題：為什么細(xì)長桿受壓跟短粗桿受壓觀察到的現(xiàn)象不一樣？細(xì)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(xué)生帶著這些問題開始課程的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)目標(biāo)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(chǔ)上，多增加工程實例內(nèi)容，將與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的案例引入課堂，有助于學(xué)生更好的理解課程內(nèi)容在工程中的應(yīng)用，開拓學(xué)生的視野。例如用解析法和圖解法討論圓周扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)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(jī)起落架斷裂的圖片、細(xì)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(guān)案例的分析討論，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)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(shè)置研討環(huán)節(jié)，以學(xué)生為主導(dǎo)，問題為導(dǎo)向，開展分組討論。將學(xué)生按小組形式編排，在工程案例中提煉出科學(xué)問題，組內(nèi)成員自行討論課題，由每個小組派出代表進(jìn)行組間討論。如在學(xué)習(xí)廣義胡克定律時，教師給出工程實際案例，工程構(gòu)件已知一點處某個方向上的線應(yīng)變，如何據(jù)此求出承受的外載荷。通過學(xué)術(shù)研討帶動學(xué)生積極思考，聯(lián)系前面章節(jié)內(nèi)容，梳理應(yīng)變與應(yīng)力，應(yīng)力與外力之間的相互邏輯關(guān)系，導(dǎo)出廣義胡克定律。鼓勵學(xué)生以學(xué)術(shù)課題形式開展互動研討，自主閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)術(shù)能力。

4 在線教學(xué)實踐

以材料力學(xué)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(xué)前沿，前后呼應(yīng)，激發(fā)思考，注重實效。從而達(dá)到學(xué)生能運用廣義胡克定律解決工程實際問題的教學(xué)目標(biāo)。

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，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(gòu)件已知一點處某個方向上的線應(yīng)變，如何據(jù)此求出承受的外載荷？引導(dǎo)學(xué)生積極思考，聯(lián)系前面章節(jié)內(nèi)容，梳理應(yīng)變與應(yīng)力，應(yīng)力與外力之間的相互邏輯關(guān)系，導(dǎo)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(yīng)力狀態(tài)及平面應(yīng)力狀態(tài)的廣義胡克定律。

（3）案例導(dǎo)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(yīng)變，求軸所受的外力偶矩m。引導(dǎo)學(xué)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(yīng)力分布特點，綜合運用廣義胡克定律推導(dǎo)外力，建立研究思路。

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

（5）學(xué)習(xí)效果檢測：通過學(xué)習(xí)通的隨堂練習(xí)模塊，檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，及時反饋問題。

5 課程評價方式

科學(xué)的課程考核評價機(jī)制是材料力學(xué)課程教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)。材料力學(xué)在線課程考核環(huán)節(jié)主要包含過程考核以及結(jié)業(yè)考核兩部分，突出學(xué)習(xí)過程的重要性，有效檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（1）過程考核：根據(jù)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺學(xué)習(xí)通內(nèi)的學(xué)習(xí)時長、階段測驗、大作業(yè)以及分組任務(wù)進(jìn)行過程評價，占到綜合成績的40%，注重教學(xué)過程管理。

（2）結(jié)業(yè)考核：基于學(xué)習(xí)通平臺開展在線結(jié)業(yè)考試，學(xué)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(yīng)用為主，該部分成績占綜合成績的60%，旨在全面考查學(xué)生對本課程知識的把握程度及綜合應(yīng)用能力。

6 結(jié)語

基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的在線課程教學(xué)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(xué)的考核機(jī)制。材料力學(xué)在線教學(xué)的開展要注重理論與工程的結(jié)合，拓寬學(xué)生思維;注重互動交流，帶動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，營造學(xué)術(shù)討論的氛圍;考核方式注重公平科學(xué)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)過程管理和教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測。

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基金項目：河北科技大學(xué)教育教學(xué)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(jié)構(gòu)部件工程強(qiáng)度與可靠性分析。