基于网络教学平台的在线课程教学改革探索

    张琳琳 赵硕 梁建术 冯岩 时光磊

    摘?要：在线课程是高等院校教学质量和教学改革工程的重要内容，河北科技大学材料力学教学团队依托网络教学平台开展了在线教学，取得一定的教学成效。本文以《材料力學》课程为例，介绍了在线课程教学设计，包括课程目标、教学内容、在线资源建设、在线教学方式以及在线课程的考核评价方法，为高校在线课程教学改革提供一定的参考。

    关键词：在线课程;材料力学;教学改革;超星学习通

    1 绪论

    《材料力学》课程是理工科院校的一门专业基础课[1]，是基础理论课向专业课的过渡课程，与后续的机械工程、材料、建工等专业课紧密联系。材料力学课程旨在培养学生工程构件强度、刚度理论分析及力学实验分析等方面的能力。课程内容包括构件的轴向拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲四种基本变形及组合变形的强度和刚度计算，细长压杆的稳定性计算，应力状态分析理论以及复杂应力状态下的强度理论等[2]。该课程因其具有理论性强、数学公式推导难度大，公式繁多等特点导致课程具有一定的难度。目前高校教课中过于注重理论，而不注重实践，学生的学习偏于被动，缺少分析讨论等学习环节[3]。基于网络教学平台的在线课程可以通过客户端与学生建立互动，提供更多的学习资源及学习效果检测方法，有利于提高学生的自主学习能力。

    河北科技大学材料力学教学团队借助超星学习通教学平台开展了在线授课。在实施教学工作中，依据该课程的特点，利用现有的教学、网络资源，注重教学过程工程化和简单化[4]，在学习新的知识点时，给出大量的工程实例（图片、视频），让同学们了解知识点的实际工程应用，对于复杂烦琐的理论推导，利用学生现有的数学、力学基础知识，将复杂理论简单化。

    本课程依据“教学目标、教学过程、学习评价”三位一体、模块化管理的理念[5，6]，明确了教学目标，借助网络教学平台学习通建立在线课程，鼓励学生自主学习，提高学生主观能动性;教学过程中注意理论联系工程实际，在教学过程中，教师注重引导学生独立思考，通过理论阐述和案例分析方式启发学生，激发学生的学习兴趣，引导学生树立科学的职业观，培养学生学以致用、归纳总结、独立解决问题的能力，达到进一步提高教学质量的目的。

    2 教学内容与在线资源

    2.1 教学内容

    材料力学在线课程教学内容以力学的基本概念和原理为主线，对教学内容进行重新组织安排，简化理论公式的推倒过程，增加与工程实际紧密结合的案例;缩短教师讲解时间，增加学生研讨环节和时间，侧重于互动讨论;内容讲解过程中依据章节重点难点，将知识点碎片化，注重与专业课的联系，引入前沿的学术问题。在线课程选用与工程密切相关的实例，如飞机起落架的断裂问题、大跨度桥梁的弯曲问题等。2020年8月29日山西省临汾市襄汾县陶寺乡陈庄村聚仙饭店突发坍塌事件，事故原因中提到墙体、梁柱有裂缝或变形，从而引出了力学中的强度、刚度问题，通过这个实际的工程案例，可以有效激发学生的探索兴趣。

    另一方面，在线课程中引入CAD/CAE软件内容[7]，介绍有限元软件与力学课程的联系，软件分析原理以及操作演示。指导学生进行模型构建及CAE仿真分析，结合毕业设计的专业要求，要求学生以大作业的形式完成小组任务，通过理论分析与仿真分析对比进一步提高学生对知识的应用能力，培养学生团队合作、分析问题、解决问题的综合能力。

    材料力学在线课程内容满足教育部基本要求，按照拉、压、扭、弯和组合变形顺序分析杆件强度、刚度问题，然后讨论应力状态和强度理论分析破坏机理，再讨论压杆稳定理论，最后介绍能量法和动应力。讨论内容图文并茂，讲授由浅入深、深入浅出，例题注重启发式教学设计，思考题和习题选择针对理论消化和吸收。

    2.2 教学资源

    教学团队根据河北科技大学学生情况建立了课程在线资源，在超星学习通内建立了视频微课、试题库、习题库等丰富的资源，为学生的自主学习及教学质量提供了保障。《材料力学》课程充分利用学校课程建设与辅助教学平台，能满足本课程的教学需要，在教学中发挥了重要作用。《材料力学》课程相关的教学大纲、教学方案、网络课件、习题等通过学习通平台发放给学生，方便师生交流沟通，激发学生自主学习兴趣，效果明显，线上资料包括：材料力学电子教材、教学大纲、直播课程的视频及课件、习题库及试题库。

    3 教学方式多样化

    采用超星学习通开展在线教学，在实施教学工作中，依据该课程的特点，利用现有的教学、网络资源，重点侧重于理论分析的实际应用。教学方式多样化[8]，通过问题探索和工程案例研讨相互结合的方式，充分调动学生学习的积极性。

    （1）问题探索方式：课程开始阶段，通过给出问题来引出课程主题，让学生由问题带入可以很快进入课程状态，能够快速了解为什么学习本节课程？本节课程的重点难点在哪里？解决问题的关键点是什么？如何确定研究思路并找出问题的研究方案？最后如何解决问题？这一系列的问题能够充分调动学生自主探索问题的积极性。例如在学习压杆稳定性内容时，先列出几个问题：为什么细长杆受压跟短粗杆受压观察到的现象不一样？细长压杆失效的主要原因是什么？什么是压杆稳定性？压杆保持直线平衡状态的临界条件是什么？如何确定临界载荷？学生带着这些问题开始课程的学习，学习目标更加明确清晰，对课程内容的把握更深刻牢固。

    （2）工程案例研讨方式：在理论知识讲授基础上，多增加工程实例内容，将与课程内容紧密相关的案例引入课堂，有助于学生更好的理解课程内容在工程中的应用，开拓学生的视野。例如用解析法和图解法讨论圆周扭转时的应力状态，并分析低碳钢和铸铁件受扭转时的破坏现象。还可以分享一些工程实例的图片，比如飞机起落架断裂的图片、细长压杆弯曲的现象、汽车传动轴扭转现象。通过对相关案例的分析讨论，帮助学生理解课程内容，培养学生自主发现问题并解决问题的综合能力。

    在线授课过程中设置研讨环节，以学生为主导，问题为导向，开展分组讨论。将学生按小组形式编排，在工程案例中提炼出科学问题，组内成员自行讨论课题，由每个小组派出代表进行组间讨论。如在学习广义胡克定律时，教师给出工程实际案例，工程构件已知一点处某个方向上的线应变，如何据此求出承受的外载荷。通过学术研讨带动学生积极思考，联系前面章节内容，梳理应变与应力，应力与外力之间的相互逻辑关系，导出广义胡克定律。鼓励学生以学术课题形式开展互动研讨，自主阅读相关文献，培养学生的创新能力和学术能力。

    4 在线教学实践

    以材料力学广义胡克定律理论为例，以理论联系工程实际的方式，系统讲解广义胡克定律理论，突出科学前沿，前后呼应，激发思考，注重实效。从而达到学生能运用广义胡克定律解决工程实际问题的教学目标。

    根据教学目标，将所讲内容分解为五部分：

    （1）问题探索：提供工程问题，工程中构件已知一点处某个方向上的线应变，如何据此求出承受的外载荷？引导学生积极思考，联系前面章节内容，梳理应变与应力，应力与外力之间的相互逻辑关系，导出广义胡克定律。

    （2）知识点讲解：划分知识点，系统讲解三向应力状态及平面应力状态的广义胡克定律。

    （3）案例导入：提供工程实际案例，用电测法测得扭转轴A点与水平线成a方向的线应变，求轴所受的外力偶矩m。引导学生分析问题，从基本的扭转的受力特点和变形特点出发，联系应力分布特点，综合运用广义胡克定律推导外力，建立研究思路。

    （4）举一反三，学以致用：总结已讲案例中的研究思路和方案，给出新的工程案例，学习通发布分组任务，继续启迪思考，引导学生通过类比、举一反三，明确自己的研究方案。

    （5）学习效果检测：通过学习通的随堂练习模块，检测学生的学习效果，及时反馈问题。

    5 课程评价方式

    科学的课程考核评价机制是材料力学课程教学过程中的重要环节。材料力学在线课程考核环节主要包含过程考核以及结业考核两部分，突出学习过程的重要性，有效检验学生的学习效果。

    （1）过程考核：根据学生在网络教学平台学习通内的学习时长、阶段测验、大作业以及分组任务进行过程评价，占到综合成绩的40%，注重教学过程管理。

    （2）结业考核：基于学习通平台开展在线结业考试，学生在规定时间内完成在线试题并提交，考试内容以综合应用为主，该部分成绩占综合成绩的60%，旨在全面考查学生对本课程知识的把握程度及综合应用能力。

    6 结语

    基于网络教学平台的在线课程教学改革已逐渐成为各高校课程改革的重点方向。相比于传统课堂，在线课程可以提供更多的资源素材、更多的互动渠道以及更科学的考核机制。材料力学在线教学的开展要注重理论与工程的结合，拓宽学生思维;注重互动交流，带动学生的自主学习积极性，营造学术讨论的氛围;考核方式注重公平科学，强调教学过程管理和教学质量监测。

    参考文献：

    [1]栗东平，王睿，李现敏.材料力学课程的教学研究与实践[J].河北工程大学学报（社会科学版），2019（4）.

    [2]李欣業，梁建术，郝淑英.材料力学[M].中国铁道出版社，2006.

    [3]秦楠.以解决工程实际问题为导向——浅谈材料力学教学改革[J].科技风，2019，371（03）：32.

    [4]王永伟，吴雁平.案例教学在材料力学教学中的应用研究[J].教育教学论坛，2020，000（001）：281-283.

    [5]胡晶，韩晓东，武喜春.在线课程教学设计探索[J].中国远程教育，2010（06）：39-41.

    [6]曹海洋，唐友福，雷娜，等.基于OBE理念的线上线下混合式教学多维综合评价指标体系研究——以材料力学课程为例[J].内江科技，2020（3）.

    [7]赵彬.材料力学全英文教学的一体化建设模式探索[J].教育教学论坛，2019（30）：131-133.

    [8]刘露，沈玉凤.基于信息化的材料力学混合式教学模式的实践[J].大学教育，2018，000（001）：63-66.

    基金项目：河北科技大学教育教学改革研究项目（2019-YBB08）

    通讯作者：张琳琳（1988—?），女，汉族，山东泰安人，博士，讲师，研究方向：材料与结构部件工程强度与可靠性分析。