基于MOOCs的工程材料基础课程建设初探

郑巧玲 李烨飞* 孙巧艳 高义民西安交通大学金属材料强度国家重点实验室 陕西西安 710049



基于MOOCs的工程材料基础课程建设初探

郑巧玲 李烨飞* 孙巧艳 高义民
西安交通大学金属材料强度国家重点实验室 陕西西安 710049

摘 要：大规模在线开放课程作为一种新兴的在线课堂形式，已在全球掀起高校教育改革的浪潮，作为国家精品课程，西安交通大学工程材料基础课程将积极参与信息化教育教学改革。本文初步探讨了以翻转式教学为切入点，依靠实验技术中心和工程坊的优质实践基地，引入SPOC教学理念等建设思路，探索建设在线开放课程，提高本课程教学质量。

关键词：工程材料基础课程；教学改革；大规模在线开放课程

1 MOOCs简介及西安交大MOOCs现状

大规模在线开放课程慕课(Massive Open Online Course，MOOC)作为一种新兴的在线课堂形式，正以不可阻挡之势席卷全球。继2012“MOOC元年”开启之后，MOOCs浪潮在全球迅速升温，欧洲、亚洲及澳洲的许多顶尖大学相继投身其中，创建自己的MOOCs平台，发布了大规模的在线课程。2013年10 月10日，清华大学正式启动“学堂在线”中文网络开放课程平台，面向全球提供在线课程，合作伙伴包括北京大学、浙江大学、南京大学等部分C9联盟高校[1]。

西安交通大学充分认识到对优质资源共享及推广的重要性，紧跟国际潮流，积极参与信息化教育教学改革，提升教育教学水平。截至2015年4月，已有二十余门课程分别在Coursera、教育部爱课程及清华大学学堂在线等MOOCs平台成功上线，将优秀的课程通过MOOCs推向全世界[2]。

2 工程材料基础课程特点及教学现状

工程材料基础课程是西安交通大学材料科学与工程学院面向全校工程设计类本科生开设的一门全面介绍工程材料知识的基础课程，每年培养来自机械、能动、航天及口腔医学等八个专业近1000名学生[3]。课程重点讲授各类机械零件的失效分析及其对性能的要求，以及机械制造者和设计者必须具备的材料知识和相关基本理论，并以实例说明如何根据零件服役条件及性能要求进行合理选择材料和制造工艺。经过半个世纪的不断发展，工程材料基础课程积累了非常丰富和优秀的教育资源，分别于2009年被评为国家精品课程(www.jingpinke.com)，2013年被评为国家精品资源共享课程(www.icourse.com)。

作为国家精品课程，工程材料基础课程紧跟时代步伐，全面建设和积累优势资源，主要包括编写并出版兼具理论性、系统性和实用性的《机械工程材料》国家精品教材，筹建体系完备和特色突出的机械零件失效及工程材料实物展室，制作内容丰富题材多样的多媒体动画库，实现多媒体教学，并在西安交通大学课程中心网站(cc.xjtu.edu.cn)建立工程材料基础课程网站，为学生课外学习和自主学习提供了优质条件。

图1 国家精品教材《机械工程材料》

图2 西安交大工程材料基础课程网站

工程材料基础课程近年来取得了斐然的成绩，发挥了国家精品课程的示范作用，因此，将工程材料基础课程推上大规模在线开放平台，将优秀的教学资源对外共享，不仅有助于提高本课程质量、优选高水平教师发展高质量课程资源，还对提升地区课程教学质量、人才培养和进一步满足人民群众接受优质高等教育具有深远、广泛的影响。

3 工程材料基础在线开放课程建设思路

在工程材料基础在线开放课程的建设思路上，我们初步建立以翻转式教学改革为切入点，在线教育为基本形式，通过在Coursera平台上建设相关课程，深入MOOCs理念，在校内实现正规课堂教学和MOOCs相结合的教学模式创新，推进教学方法改革，提升教学质量，在校园外引入SPOC(Small Private Online Course)教学理念，提高开放课程的完成率，推动学科对外品牌效应。

3.1 翻转式教学改革试点探索

我校工程材料基础课程组负责人孙巧艳教授提出在校内课堂中首先进行翻转式教学试点工作，比较翻转式课堂教学方式与传统的以课堂为主的教学方式在教学效果上的优缺点。

实施方法为，随机挑选若干个工程材料基础课程的班级作为实验组，实行翻转式课堂教学方式。翻转式课堂教学的流程是：教师将视频材料以作业的形式布置给学生，学生在网络平台上预先观看视频，完成对应练习题，在实体课堂教学中，由教师主导采用专题讨论或辅导的方式，解决学生在线上未理解的问题，并安排相应课程实践。剩余班级为对照组，采用传统的以课堂教学为主、课后完成作业的教学方式。教学效果考察方法为：在学期末最后一节课中，学生未进行任何复习的情况下，发放课程调研考卷(以选择和填空题为主，设置13题)，检验学生对课程知识点及工艺路线的掌握程度。目前，此实验正在进行中。

3.2 工程材料基础课程Coursera平台上线

根据对MOOCs教学理念、授课形式、内容组织等方面的理解，课程组将重新制定工程材料基础课程教学大纲，组织网络课程在Coursera平台上线。根据翻转课堂的教学实践反馈，逐步完善和充实课程教学内容，丰富细化各知识点，改进教学互动手段和方法，建设高质量工程材料基础课程MOOCs课程。

具体来说，有以下几个步骤：

(1)全面梳理课程知识结构，按知识点组织网上课程内容，工程材料基础课程具有涵盖内容较多，知识点广而分散，理论抽象等特点，拟以8～10分钟讲透一个知识点的形式，解决因视频时间过长，学生注意力易分散的问题；

(2)利用视频剪辑、动画制作等手段，将理论演示和应用案例更好地融为一体；

(3)精心设计网上章节小测验及课堂专题讨论内容，及时巩固知识点，检验学生自主学习情况；

(4)后台实时收集、积累和分析教学过程数据，分析学生对知识的掌握程度，并借助MOOCs平台的社交网络功能，加强互动反馈，为课堂针对性的指导及后续教学内容的调整提供基础数据支持。

3.3 依靠实验技术中心、工程材料展室、工程坊及大学生创新项目 加强实践环节

工程材料基础课程具有宽口径、实践性强的特点，要求培养学生较高的实践能力和综合设计能力。目前工程材料基础课程开设了若干个独立实验，例如显微镜的使用及材料金相组织观察，以及热处理综合实验等。但上述实验均为演示性或验证性实验，学生只能按照既定的步骤完成实验过程，无法自主设计实验方案，不利于学生创新能力和实践能力的提高。于是，在工程材料基础在线课程的建设中，将结合MOOCs线上课程内容，依靠我校材料学院实验技术中心、工程材料展室及工程坊的优秀实验资源和工程经验，增设以实践内容为主的综合性实验项目。

工程材料展室筹建于1992年，经过二十多年的建设，已收集了三百余件工程零件实物，涵盖金属材料、陶瓷材料、复合材料和高分子材料等工程材料的应用实例，以及粉末冶金、激光表面淬火和快速凝固等先进材料制备技术的工艺展示。通过对工程材料实物展室的参观，学生对课堂知识具有更深刻的理解，教学效果良好。此外，对材料展室的实时更新也体现了我课程组成员的独具匠心，目前，我校材料学院各专业方向已为材料展室提供有代表性新材料，并且随着我校科研的进展，新材料也在陆续更新之中，这些举措可以使学生了解我校工程材料的研发最新动态。

图3 材料展示一角

图4 材料展室橱窗中的材料展品

综合性实验项目的来源之一拟通过课程组教师根据专业方向及实际工程要求，设计出若干不同的实验任务书，学生自主选题后，通过查阅资料，进行材料的选择和工艺的设计。在整个实验过程中，学生将学会如何根据实际工程要求、材料性能来合理选择和利用工程材料，并制定合适工艺路线，综合性实验可加强学生对理论知识的理解，提高工程能力及创新能力。

另外，在工程材料基础课程的实验环节，可考虑引入大学生创新性试验计划项目(包括国家级和省级)、我校“腾飞杯”课外学术科技竞赛项目等，这些项目的引入将极大丰富课程实践环节的设计内容，同时也可为创新项目提供候选学生及团队。课程组可与各专业导师沟通，针对性设计与课程内容相关的任务书，将工程材料课程与研究课题有机结合，培养学生的同时发掘具有一定创新潜力的学生参与专业导师相关项目的研究，从而提高各专业导师参与课程实践环节建设的积极性。目前，通过工程材料基础课程学生从事的腾飞杯项目部分获得了我校科技竞赛奖项。

图5 大学生创新训练项目、腾飞杯项目及获奖证书

3.4 引入SPOC教学理念 提高开放课程完成率 推动学科品牌效应

翻转式课堂教学及实验环节改革等新的教育手段和教学方式方法的改革将有效提升校内工程材料基础课程教学效果，而MOOCs平台的初衷为共享优质教学资源，推进教育的大众化、公平化，提升高等教育的效益，使更多人能够方便地获得受高质量教育的机会，因此，在积累校内MOOCs课程建设经验后，工程材料基础课程将重点建设在线教学。

目前，大规模在线教育存在着注册率高，完成率低的问题，因此，在工程材料课程的MOOCs建设中，考虑在校外申请者中推行SPOC这类学习模式。即从线上的申请者中选取小规模的学习者纳入SPOC课程，入选者必须保证学习时间和学习强度，参与在线讨论，完成规定作业并通过考试后，获得课程完成证书[4]。

通过分析，这类SPOC课程模式在建设工程材料基础课程方面有以下几个优势。

(1)作为国家精品课程，工程材料基础SPOC课程一经推出，预计将受到同类院校及专业学生及社会人群的关注，从而推动我校材料专业的对外品牌效应；

(2)将SPOC课程与材料学院夏令营及科研体验周等招生选拔活动相结合，将吸引大批相关专业的优秀学子报名并参与课程学习，从而获得选拔资格；

(3)SPOC模式使课程组教师有机会尝试灵活并富有挑战性的教学方法，并可使用自动评分等工具减少重复性活动，集中精力和学生进行深入交流和讨论；

(4)配合限制性条件和准入条件，SPOC课程的实体课堂资源及实验资源也将赋予学生完美的工程材料课程学习体验，避免MOOCs课程的高辍学率和低完成率情况。

4 工程材料基础大规模在线课程建设面临的问题及启示

从总体上看，大规模在线开放课程已成为教育全球化的一种趋势，各大学府对于MOOCs的建设在摸索中前进。目前，对于工程材料基础课程的MOOCs建设，主要存在以下的几方面的问题。

4.1 课程组织

课程组教师需精心设计结构化的工程材料基础课程，确保MOOCs平台中的视频及课程内容符合大规模网络公开课程以学习者为中心，以知识掌握为取向的理念，而非机械搬运教材内容和传统网络公开课视频。

4.2 教师积极性

将工程材料基础课程推上MOOCs平台需花费大量人力物力，非团队的合作不能完成，如何调动教师积极性，对公开后的教学资源进行法律保护，保障教师利益，促进良性竞争等问题值得进一步研究。

4.3 MOOCs相关教育技术培训

多数教师对MOOCs相关的技术不熟悉，且课程初期建设成本高，为降低建设成本(时间和费用)，提高开放课程质量，可依托我校教师教学发展中心及Coursera平台等，组织教师参加相关教育技术培训，包括教学设计、视频课件制作、平台操作等，借鉴MOOCs的教学设计精髓，提升学习成效，真正促进教学变革[5]。

4.4 学习成果认证

基于网络教学的MOOCs面临的学习成果认证是普遍存在的难题，面向在校生和跨校学习的学生，根据目前的实践经验，通过大学联盟或相关专业教育联盟等组织能够认证其学分及证书，但面向社会大众的学习成果认证仍在起步阶段。

中国大学对MOOCs课程的建设是必然选择，MOOCs带来的新一轮的高等教育改革正浮出水面，尽管不断发展中的在线教育在未来还将遇到许多的问题，我们也将勇敢面对。在MOOCs这个新的平台上，工程材料基础课程组将致力于向学生、向社会提供更优质的交大特色教学资源，使我们的课程和培养的学生在未来激烈的竞争中占据一席之地。

参考文献

[1] 王颖,张金磊,张宝辉.大规模网络开放课程(MOOC)典型项目特征分析及启示[J].远程教育杂志, 2013(4): 67-75.

[2] 【人才培养系列报道】西安交通大学MOOC建设札记[EB/ OL].http://news.xjtu. edu.cn/info/1033/5182.htm, 2015-1-17.

[3] 孙巧艳,范群成.整合课程优势资源建设国家精品课程——工程材料基础国家精品课程的建设与实践[J].教育教学论坛,2011(29):219-221.

[4] 康叶钦.在线教育的“后MOOC”时代——SPOC解析[J].清华大学教育研究,2014,35(1):85-93.

[5] 袁松鹤,刘选.中国大学MOOC实践现状及共有问题——来自中国大学MOOC实践报告[J].现代远程教育研究,2014(4):3-22.

An Exploration on Engineering Material Course Based on MOOCs Paradigm

Zheng Qiaoling, Li Yefei*, Sun Qiaoyan, Gao Yimin
State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, China

Abstract:Recently, a newborn online education type called “the Massive Open Online Course”, has raised a strong wave of education reform in colleges all around the world. And many actions were taken by the teaching group of Engineering Material Curriculum of Xi’an Jiaotong University to chase the step of this information education reform. A construction route of the Massive Open Online Course of Engineering Material Curriculum is explored in this paper. The concept of inverted course and SPOC were adopted, and the cooperation with the Experimental Technology Center and Engineering Workshop of XJTU were strengthened to improve the quality of this project.

Keywords:engineering material curriculum; education reform; MOOCs

基金项目：西安交通大学教改项目(重点项目)(编号：1402Z)。

作者简介：郑巧玲，硕士，助理工程师。通讯作者：李烨飞，博士，讲师。孙巧艳，博士，教授。高义民，博士，教授。

收稿日期：2015-07-02