综合实验网络教学平台的构建

彭成红 朱小科

华南理工大学 广东广州 510641

随着科学技术的发展，高等学校的实验和实践环节的教学模式已经发生了明显的变化。首先是多元化教学体系的建立，其次是开放式的实验教学方法广泛采用。为了适应新的教学体系，对现代高等教育的实验室构建也提出了新的要求，而数字化、网络化的教学平台也成为现代教育技术的重要组成。[1-3]

机械工程材料综合实验和金属材料综合实验是金属材料实验室的主要课程，在学校材料类实验教学中占有重要的地位。我校机械工程材料综合实验和金属材料综合实验是两门独立开设的专业必修课。从内容上看，涵盖面广，实验相目多，实验量大；从教学模式上看，实验课程多元化，从演示性、验证性到综合性、设计性，并以开放性、设计性的综合实验为主。此外，随着学生对综合性实验课程的认同，要求开设综合实验的专业逐年增加。1999年机械工程材料综合实验开设时仅对机械工程及自动化专业设置，而2012年已经扩展到机电工程、机械工程创新班；2007年金属材料综合实验仅对金属材料专业设置，而从2011年开始增加了金属材料控制专业。这就给实验教学管理带来了巨大的挑战：实验内容开放要求实验教学方法必须更具创新性；实验课程的增加则要求实验教学效果更为高效。为解决上述实验教学中出现的问题，建立信息化的实验教学平台，构建以学生为中心的教学模式，提高实验教学的效率是目前实验教学改革比较迫切的任务之一。

构建以学生为中心的教学模式，丰富并加强教育资源共享，提高学生学习的效果，不单是取决于软件的交互功能，更主要的还是软件提供的内容本身。[4]本文探讨了利用现代信息和网络技术进行材料实验课程的教学，以创新实验教学方法，提高实验教学效果。

1 网络教学平台架构

综合性实验课程是金属材料实验室的主干课程。这些课程具有设计性、实践性、开放性的特点，相应地网络构架从这些方面展开，综合实验的网上教学内容包括综合实验课程设置的目的、内容、教学计划，集中教学及分散教学的教学视频、开放实验参考流程、与大型仪器相关的教学指南、课程考核办法、实验室制作的典型金属材料的金相图谱、热处理手册、检验标准及其他藏书。丰富的网上教学资源，为学生自主学习提供了便利。对于综合实验中的验证性演示性实验项目，为了让学生在实验课前做好预习，网络化实验室也建立了详细完善的实验电子讲义和电子教案。

网络教学平台充分展示了机械工程材料综合实验和金属材料综合实验设计性、实践性、开放性、综合性的特色。根据金属材料实验教学任务和要求，网页的构建运用华南理工大学教育技术中心的网络教学平台，采用树状结构设计，如图1所示。

图1 综合实验网络教学平台的架构

2 综合实验的特色

2.1 综合实验的设计性

综合实验在内容上采用独具特色的任务书的形式进行，给每位学生下达一份各不相同的实验任务书，这些任务书已涉及近三十种典型常用零件，十大类共计二十多种常用金属材料，相当于一个现代机械工程材料多元化的、直观的展示平台。

学生根据任务书的要求，在充分查阅文献资料的基础上独立选材，设计材料加工工艺路线，设计热处理方法和工艺参数，充分体现了课程的设计性。

网络平台在该一级菜单下列出了机械工程材料综合实验和金属材料综合实验的集中教学及综合实验报告写作规范PPT，制作了现场教学的录像片，并上传了如何撰写设计方案的Word文档，列出了实验室可提供的备选材料。

2.2 综合实验的实践性

我校从1999年开设机械工程材料综合实验实验课，至今已有16届，超过4 000名学生参加了该实践。金属材料综合实验从2007年开设，在机械工程材料综合实验的基础上增加了渗层硬度分布曲线测定，材料热膨胀系数的测定，差示扫描量热法(DSC)测量材料的熔点和相变潜热，薄膜镀层表面电阻的测量方法，金属材料XRD相结构分析等，对学生自主完成的要求更高。

学生的设计任务由教师审阅后进行实验环节，独立进行实验操作、独立安排实验进程。整个实验过程包括根据给定任务的设计方案，由学生从选择材料开始，再进行预先热处理、最终热处理以及表面化学热处理，每种工艺前后进行性能和金相组织检验，并对各种材料，不同的结果进行分析，从中获得选材、工艺设计和操作分析技能，最终得到最佳加工工艺路线。充分体现了课程的实践性。为了帮助学生顺利完成实验，该菜单资源提供了实验流程指引，设备操作视频，常见金属材料的金相图谱以及一些验证性实验的测试结果。

2.3 综合性实验的开放性

在教学方式上以学生独立操作为主，教师指导为辅，教师只是在学生经过了反复实验、深入思考仍存在疑问时才给予必要的指点，实验室对学生全天开放。充分体现了课程的开放性。为了让学生合理利用实验设备，在网络教学平台上列出了课程表，提供了实验室预约方式。

整个实验本着大胆放手让学生独立进行实验、允许失败、鼓励尝试创新的教学理念。在综合实验过程中，能力较强的学生可以根据自己的兴趣和能力，在完成规定的实验任务后，选择多个实践性项目完成，从而增加理论联系实际的机会，把书本的理论知识与自己的实践结合起来，应用相关理论解释自己所见的实验现象，从而加深对书本理论知识的理解，获得良好的学习效果。

经过多年的实验室建设，金属材料实验室的本科教学实验场地有能同时容纳40名学生实验的热处理一、二室，力学性能室，金相样品制备室及配备了多媒体投影系统、能同时容纳60名学生实验的金相实验室。本科教学设备约180台，价值330万元左右。此外，实验室还管理金属材料系学科平台的大型仪器设备3台：X射线衍射仪、微纳米力学测试系统、差示扫描量热分析仪。为了真正做到实验室的全开放，该平台不仅做到可以让学生随时学习实际操作使用设备，也将实验设备资源放到网上供学生选择、学习。网络实验室将所有仪器设备的信息传送到网上，包括放置地点、型号规格、设备用途、性能参数等，对开放实验用到的主要设备还制作了操作视频。网络教学平台网址：http://222.16.42.167/jxgc/index.aspx，网页界面首页如图2所示。

图2 综合实验网页界面首页

综合实验同期开课的班级多，学生数量大。实验室管理主要是为了对实验室的状态进行呈现，方便学生对实验设备的选择，对学生的实验进度进行跟踪。各个班级的学生也可以利用课程评价模块在网上与任课教师进行沟通。在课余的开放时间，教学指导实行教师值日制度，每天配备3名教师，学生可以与教师面对面交流，或通过电话、邮件进行讨论。

2.4 课程的综合性

在学生进行实验的过程中以及实验后，需要独立对实验结果进行分析评定，最后独立完成综合实验总结报告。教师还可以根据教学的实际情况，增加学生以PPT方式进行总结和交流，教师进行点评环节，以锻炼学生的演讲能力。在该一级菜单下，平台提供了检测标准、考核方法、报告写作、学生作品等丰富的自学资源，学生通过平台的指导可以学习怎样写作一篇以科研论文的要求为模板的研究性实验报告。

网络的评价部分是为了搜集学生对课程的意见和建议，以便使课程设置更能与社会需要接轨。学生的意见是课程改革持续的动力。

3 网络教学平台应用情况

经过5年的建设，该网络教学平台已应用于实验教学，并在应用中逐步完善。从学生的使用来看，学生会通过该平台进行三方面的使用，一是认识教师，了解实验室功能；综合实验教学团队有8～10人，每一堂实验课会同时有多位教师在岗，学生不容易区分。实验室的场地设备比较多，网络平台可以补充课堂的介绍。二是应用网络教学平台进行预习；部分学生在进入实验室实验之前会浏览实验室通知及了解相关实验内容。目前这些学生的数量还不多。三是学生会通过该平台的帮助完成实验任务中的相关实验环节，如实验设计，参考教师的PPT教案，结合实验室的条件进行选材和工艺路线设计；通过该平台进行实验综合分析，完成实验报告。

从近一年的网上学习记录来看，学生对教师的PPT教案和验证性实验资源的使用较多，有几十次至近几百次的浏览记录，操作视频的观看和实验相关检验标准等拓展资源的浏览不是很多。其原因一方面与学生课外学习时间的投入不多，教师在实验课时播放有关。综合实验在指导学生的实验操作时分成多个环节：课堂讲授→多媒体演示→现场教学→实验操作实时指导，这种循序渐进的方式应该已经基本上解决了学生操作的疑问。多年的实验教学使作者认识到，网络教学平台在实验教学中起辅助作用，言传身教的传统教学方式依然是不可取代的。另一方面，教学平台的视频还存在需要改进之处。这些操作视频是比较单一的操作指示，没有结合实验原理的讲解，对动画的应用也比较少。因此网上的视频资料并没有突出的观看记录。视频教学资源水平的提高也是今后运用现代教育技术进行实验教学需要进一步努力的方向。

实验室对综合实验的探索获得师生的认可。众多学生们的作品里，都流露出对这两门实验课深深的喜爱。在这些研究的基础上，笔者总结了多年教学经验，出版了《机械工程材料综合实验》，并在近两年获批两项广东省高等学校教学质量与教学改革工程项目，材料科学实验教学的改革与发展获得了新的动力。

4 结束语

国内外对实验教学的现代化相当重视[5]，运用现代教育技术促进各级各类教育的改革和发展，已经成为当今世界各国教育改革的主要趋势和国际教育界的基本共识。本文探索了现代网络教育技术在机械工程材料和金属材料实验教学中的应用，初步建成了以学生自主学习为中心的网络教学平台，为培养学生自主学习的能力，提高实验教学质量发挥了积极作用，为创新金属材料类实验教学方法做了有益的尝试。

[1]吴群英,董克奇,杨秀萍.实验室网络化建设与创新人才的培养[J].实验技术与管理,2002,19(4):4-6.

[2]张臣文,李文联,胡坤鹏.网络实验教学新模式的探索与实践[J].实验室研究与探索,2010,29(2):53-56.

[3]曾小彬.深化实验实践教学改革 提升应用型人才培养质量[J].实验室研究与探索,2010,29(2):1-3.

[4]叶树江,张建华.新型网络教学模式的探索与实践[J].黑龙江高教研究,2003(112):115-116.

[5]李平.教育部高等教育司实验室处2015年工作要点[J].实验技术与管理,2015(1):III-Ⅳ.