慕课背景下的材料力学实验教学改革与研究

1、慕课背景下的材料力学实验教学改革与研究摘 要 针对目前材料力学实验教学中进度不同步、预习质量 差、师资不足等问题，分析慕课在实验教学中的优势，表明慕 课教学模式可以消除传统实验教学的弊端。展示慕课模式下材 料力学实验教学三模块，通过对比学生不同模式下的实验成绩， 表明在材料力学实验教学中引入慕课教学模式，可以提升材料 力学实验教学质量。关键词 材料力学；实验教学；慕课；教学改革Experimental Teaching Reform and Research of Mechanics of Materials under Background of MOOCAbstract In view o

2、f the problems in the experimental teaching of mechanics of materials, such as the asynchronous progress, poor preview quality and insufficient teachers, this paper analyzes the advantages of MOOC in the experimental teaching, and indicates that the MOOC teaching mode can eliminate the disadvantages

3、 of the traditional experimental teaching. The three module of material mechanics experiment teaching under the MOOC is demonstrated. By contrasting the experimental results of different modes of students, it shows that the introduction of MOOC teaching mode in material mechanics experiment teaching

4、 can improve the quality of experimental teaching of material mechanics.Key words material mechanics; experimental teaching; MOOC; teaching reform1前言在高等院校中，对于机械类、土建类、力学类等专业 来说，材料力学是一门重要的专业基础课程，而在材料力 学教学中材料力学实验是必不可少的教学内容。材料力学 实验可以帮助学生更好地学习理论知识，增强动手能力， 是连接理论知识与工程应用的桥梁七高质量的材料力学 实验教学可以培养学生的实践能力和创新意识，增强学

5、生 的探索精神2-3o因此，进一步推动材料力学实验教学方式 改革和提升材料力学实验教学质量，是当前材料力学实验 教学改革的重要任务4-5o2材料力学实验教学现状近些年来，材料力学实验教学虽然经历过多次教学改 革，但现阶段仍存在三点弊端。实验课程安排与理论进度不同步材料力学课程面向 开设专业较广，理论课上一个实验知识点讲解完毕之后， 通常会有几个甚至十几个班级需要进行实验课程，而且受 实验场地以及实验设备数量所限，大部分实验内容还要分 组进行。这种情况导致这些班级的学生无法保证能在同一 个学习阶段进行实验，部分组别需要延后进行实验，但是 理论课堂还会继续讲解，因此，实验进度与理论进度很难 保持同

6、一步调。学生预习实验情况较差通常实验课前都要求学生预 习实验内容，书写实验预习报告，但是多数学生往往是机 械式地抄写实验指导书，很少在预习过程中思考实验内容， 甚至部分学生书写的预习报告文不对题，实验内容直接抄 写错误。实验教学效果与实验预习质量有直接关系，预习 质量不过关，实验教学效果得不到保障。实验教学人员师资力量不足，实验教学效果参差不齐 由于材料实验教学的特点，在材料力学实验教学过程中实 验教学人员需要拥有丰富的实验技术，而且材料力学实验 教学中要讲解许多实验设备的操作过程、实验注意事项、 实验细节等。实验教学人员在大量的实验教学过程中难免 对上述内容有疏漏，部分实验教学过程中还要临场

7、发挥。 这就容易导致一个专业多个班级在进行同一个实验项目时， 未能在同样的实验环境下进行，实验教学效果参差不齐。3慕课模式在实验教学中的优势慕课即 MOOC (Massive Open Online Course)，是一 种以开发访问和大规模参与为目的的在线开放课程，是“互 联网+教育”的一种大型网络开放学习模式6-8o相比传统 教学模式，慕课教学模式更加灵活，更加具有交互性9o 针对材料力学实验教学中的三点弊端，慕课在实验教学的 应用有如下优势。慕课课程学习不受时间限制学生的慕课课程学习完 全根据需求自主进行，可以自己安排学习时间和学习场地， 增加了学习的自由度。理论课进行完之后，即可学习慕

8、课实验课程，可以保证理论学习与实验进度为同一步调。慕课实验课程的学习与虚拟实验的效果相接近，最重 要的作用是提升学生的预习质量慕课课程内容更加多元 化，能更好地提升学生的学习兴趣，吸引学生学习注意力。 而且慕课课程视频多数是10分钟左右长度的微视频，在10 分钟左右的时间里，大脑拥有最高的学习效率，这段时间 里大脑的认知能力和理解能力最强10，能够最好地完成实 验内容预习。而且针对实验内容中的难点，学生还可以反 复观看视频，加深理解。慕课教学模式使实验教学更加精品化每一节慕课课 程都是精心编排、录制、剪辑而成。慕课的课程安排、讲稿、 习题等内容都经过精心设计和仔细推敲，不再是传统实验 教学中的

9、“即兴发挥”，消除了实验教学过程中可能产生 的疏漏。而且录制实验慕课课程的教师应该选取经验丰富、 广受学生好评的教师，以确保每一名学生在学习实验内容 时都处在一个公平的环境中，每一名学生都拥有最优秀的 师资。4慕课模式在材料力学实验教学中的应用慕课教学模块以东北大学理学院材料力学慕课课程 建设为例，在慕课课程建设过程中专设一个单元为实验单 元。在慕课模式下的实验教学中，将实验教学分为三个模块, 分别为课前线上预习、课上师生交互以及课下线上交流， 模块。在此模块中，实验教学人员更多的是扮演引导者和 组织者的身份，实验教学人员仅简述必要的实验原理以及 实验设备操作，要求学生自行分组、讨论，按照实验

10、要求， 完成实验内容。实验教学人员监督学生实验操作过程，如 若学生进行危险操作，及时阻止。实验结束以后，学生与 实验教学人员针对实验结果进行交流，实验教学人员对实 验结果给出反馈评价。课下线上交流是慕课实验教学的最后一个模块。在此 模块中，学生要在线完成实验单元测试。单元测试的范围 包括实验原理、实验操作、实验现象、实验结果等多方面 内容，测试题目类型以判断与选择为主，在线系统会自动 给出测试结果。慕课课程专设一个讨论区，学生可以就实 验测试中的内容以及实验报告中的思考题进行提问，在讨 论区根据问题相互讨论，激发学习积极性。实验教师也需 在第一时间回答问题，及时帮助学生扫清学习障碍。材料力学实

11、验慕课建设内容材料力学慕课实验单元 包括三个经典实验项目，分别为拉伸实验、压缩实验以及 扭转实验，实验内容如表1所示。拉伸实验、压缩实验以及扭转实验均是材料力学实验 中的经典实验，是材料力学实验必修的实验内容。三个实 验项目的类型均为综合性实验，实验项目中所用试件材料 均为低碳钢和铸铁，三个实验项目既可比对不同材料在同模块示意图如图1所示。课前线上预习课上师生交互慕课模式下材料力学实验教学三模块课前线上预习是慕课实验教学的第一个模块，也是最 重要的一个模块。每节慕课视频中包括实验原理阐述、实 验操作讲解、实验现象说明、实验结果分析等，学生可以 通过视频内容学习实验内容。在慕课实验视频中设置有课

12、 中提问，学生学习过程中会有所思考，而且只有正确回答 课中提问，才能继续学习课程内容， 中有更好的专注度。课上师生交互是学生实际操作、样受力状态下的破坏形式，也可比对相同材料在不同载荷 、下的破坏状态。传统实验教学模式与慕课实验教学模式成绩比对 东北大学力学系2017下半学年开始开展材料力学慕课 课程，到目前已经完整开设四个学期，全年平均选学人 数在2000人左右。本文选取机械类专业学生的实验成 绩作为研究对象，对比2015级与2018级机械类专业学 J生在不同教学模式下的材料力学实验成绩，对比结果如 贝卜尖3流表2所示。保证学生在学习过程提升动手能力的一个序号实验实验内容实验视频时项目类型长

13、/min1拉伸低碳钢与铸铁试件测量；万能试验机综合11实验使用；实验结果分析；观察断口形貌性2压缩低碳钢与铸铁试件测量；万能试验机综合7实验使用；实验结果分析；分析破坏形式性3扭转低碳钢与铸铁试件测量；扭转试验机综合9实验使用；实验结果对比；分析破坏形式性表1材料力学慕课实验内容表2传统实验教学模式以及慕课实验教学模式实验成绩比对教学模式调研人数拉伸实验压缩成绩扭转成绩人数占比成绩平均分平均分平均分2015级机械类专业传统实验教学模式25951. 1%8.48.18.82018级机械类专业慕课实验教学模式25750. 7%8.99.49.62015级机械类专业学生按传统的实验教学模式进行实 验，2018级机械类专业学生按慕课实验教学模式进行实验。 2015级与2018级机械类专业学生调研人数占比均超过各自 专业总人数的50%，对比结果表明，具有慕课模式的实验项 目平均成绩可以提高0. 8分左右。除实验成绩有明显提升以外，在实验课堂发现慕课模 式下的实验教学明显顺利。在实验课堂提问环节，几乎不 再出现学生一问三不知的现象，学生对实验内容都有一定 了解，说明慕课模式的学习收到更好的预习效果；在实验 操作环节，所有学生都能积极地参与实验操作，而且明显 减少了因误操作而造成的重复性实验，节约了实验教学时 间，提高了实验教学效率；在实验数据处理方面，学生处 理思路更加