基于超星泛雅平台的材料力学在线课程建设与实践

赵增辉 刘星光 郝 鹏 冯元慧 李龙飞

1.山东科技大学矿业与安全工程学院 山东青岛 266590

2.矿业工程国家级实验教学示范中心(山东科技大学)山东青岛 266590

材料力学是一门探究工程构件承载能力和设计方法的课程，是工科专业学生从数理基础课程学习过渡到专业课程学习所遇到的第一门比较多的涉及工程问题的课程，本课程是土木工程、采矿、机械、力学、材料、车辆、交通等工科专业的基础性支撑课程。通过本课程的学习，要求学生通过最简单的杆件模型建立起关于变形体力学的初等理论，掌握工程构件安全性分析与设计的基本方法[1,2]。由于材料力学课程专业领域广，涉及学生体量大，因此在材料力学中实施在线教学具有得天独厚的优势。

教育部自2015年起，连续发布了《关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见》《教育信息化“十三五”规划》《关于推进高等教育学分认定和转换工作的意见》《教育信息化2.0行动计划》等相关文件，课程信息化建设力度和决心之大前所未有[3,4]。截至2018年，我国慕课课程总量超过6 000门，高校学生和社会学习者选学人数突破8 000万人次，逾1 300万人次大学生获得慕课学分，中国慕课发展已处于世界前列[5,6]。山东科技大学材料力学课程自2005年获批山东省精品课程以来，在数字化教学资源建设、课程体系和教学模式改革等方面开展了大量工作。本课程在2018年4月获批山东科技大学首批在线开放课程建设项目，经过近6个月的建设，2018年9月首先在超星泛雅平台上线运行，面向校内学生开放，2018年10月又进一步在学银在线平台上线运行，面向全国开放。经过调研发现，山东科技大学是山东省首个完成材料力学在线课程上线的高校，因此课程建设和运行过程中的经验和教训对同类院校具有一定的参考意义。以下主要介绍课程的建设与应用情况。

1 材料力学在线课程建设情况

1.1 课程建设总体理念

在线课程能够实现教学资源的精细化、精品化以及优质资源的共享，学生学习不受时空限制，可以采用多种手段和设备进行学习，可以极大地发挥学生学习的自主性，相比“微课”“精品课程”“资源共享课”和“视频公开课”等课程模式，在线课程技术最完善，逻辑最清晰。传统的6个教学活动包括讲授、互动、作业、讨论、实验和考试，除了实验操作需要在实体课堂中完成之外，其余的教学环节都可以在线上完成。从这个意义上来讲，在线课程应是一节一节、内容丰富的“完整的课”，而不是碎片化的教学。基于这样的理念，针对以上6个教学活动建设了相应的教学资源。课程的资源结构主要包括三大模块：课程概要、学习单元和评测/考试，如图1所示。

图1 材料力学在线开放课程资源结构示意图

1.2 课程概要模块建设

课程概要模块主要包括课程的一些基本信息介绍，如通过课程简介介绍教学目标、教学内容覆盖面、学时学分、教学方法及组织形式、授课对象要求、教材与参考资料、课程特点、课程已开设情况、面向社会开放情况等内容。课程团队介绍了课程负责人及主讲教师的基本情况。本课程教学团队包括7位主讲教师，1位实验师和2位助教，主讲教师教学经历均在10年以上。教学大纲包括在线课程的教学目的、教学任务、教学内容的结构、模块或单元教学目标与任务及知识点、教学活动以及教学方法上的基本要求等。教学日历按周明确规定了教学进程、授课内容、授课方式、讨论主题与要求、线上线下作业等教学活动的时间进度等。

1.3 学习单元模块建设

学习单元模块是在线课程的主体内容。我校材料力学在线课程教学内容按照传统教学80学时任务量建设。根据建设要求，每个学分当量不少于16学时，约25个知识点，因此本课程设置为4个学分，共包括16个理论教学单元和1个实验教学单元，实验单元每个教学内容包括理论讲解和实际操作两部分内容。每个理论教学单元下面根据学习内容又划分了若干个知识点。知识点是学习单元模块的最基本结构，每个知识点下面包括教学视频、教学课件、拓展资源和讨论等内容。知识点设计以教材章节内容安排为主，个别重新进行了整合或拆分，本课程共设计100个知识点。

各知识点的教学视频是供学生学习的最主要的教学资源，需要经过精心的准备和组织，绝不能像传统课堂教学那样可以自由发挥。教学视频在专门的智慧教室由超星公司技术团队负责录制，采用大屏交互式录制方式。为防止学生出现学习疲惫的情况，每个视频的长度平均在10分钟左右。由于课件制作和脚本撰写工作量比较大，所以根据教学团队人员专长分配了授课知识点，由各主讲教师负责搜集整理素材制作PowerPoint，精心编写好脚本，然后团队反复讨论定稿。为了避免授课过程中过于僵硬，脚本撰写不必过于正式，可适当地加一些口语化的内容。为方便学生在电脑和移动设备上观看，团队制作了两种模式的课件，一类是动画版，一类是PDF版。拓展资源部分包括一些与本知识点或本单元内容相关的工程案例介绍、科技前沿和名人介绍，以扩展学生的知识面，掌握学科前沿。讨论区的内容主要针对本知识点展开，有关于基本教学内容的讨论，也有与知识点有关的实际问题和趣味问题的讨论话题，这一部分可以帮助学生加深对教学内容的理解，学会灵活分析和解决实际问题。讨论话题可以在每个知识点下展开，也可以在讨论区交流。互动交流对于提升课程教学效果具有重要促进作用，因此，讨论区在在线课程建设中显得尤为重要。通过话题讨论可以促进师生、生生互动交流，不仅教师发起话题，学生也可以根据自己的想法发起讨论，还可以自由发表对课程建设、主讲教师的看法，这可以促使教学团队发现教学中的问题，进一步提高课程建设质量。

1.4 考评和测试模块建设

该模块包括线上作业题库、单元测验题库和期末考试题库三部分。线上作业题库针对学生平时作业而开发，每个知识点设计了5个作业题，主要是教学基本内容的训练，目的是促进学生对基本内容的巩固。单元测验题库针对单元内容而开发，每个教学单元设计了15个单元测验题，题目内容相比作业题库有一定的拔高和综合，使学生进一步思考、深化、拓展本单元所学内容。期末试题库目前共建设有10套，每套包含题目25个，涵盖知识点比较全面。所有的作业和测试题以单选、多选、判断等客观题为主。

2 材料力学在线教学实践

2.1 线上线下混合式教学模式设计

超星泛雅平台以泛在教学与混合式教学为核心思想，是集慕课及精品课程建设、教学互动、资源管理、教学成果展示、教学管理评估于一体的新一代网络教学平台，它为学习者提供了一个跨时间、跨地域的互动交流平台，让学习者可以随时随地体验新一代网络教学所带来的高效和便利。我校材料力学在线课程于2018年9月成功在超星泛雅平台上线运行，并首先在土木工程专业6个班级开展了混合式教学试点工作。该专业课程授课学时为60学时。鉴于课程性质和重要性，开展了线上线下相结合的混合式教学模式。

混合式教学模式改革的第一项内容是针对教学内容讲授方式的改革，本次实践中部分教学内容讲授方式采取传统与线上相结合的模式。对于教学重点和难点内容，学生一旦掌握不好，就会出现内容学习脱节，会对后续学习产生不利影响。因此对于教学过程中不好理解或者是学生容易理解错误导致的难点内容仍然采用传统教学方式。对于易于理解，以及涉及知识点延伸应用的学习内容，实行线上学习、线下讨论的教学模式。表1为首轮试点设计的混合式教学内容，共计15学时，占总学时的1/4。

表1 混合式教学内容

混合式教学模式改革的第二项内容是考评方式改革。为加强过程监控，综合评判学生学习效果，开展了“5+3”成绩评判模式。其中5是指线上教学视频、线上知识点作业、单元测验、知识点讨论、在线考试5个环节，3是指线下讨论、实验和期末考试3个环节，总成绩由以上8个部分组成。各部分比例见表2。

表2 “5+3”综合考评模式

2.2 学生学习情况分析与反馈

从学习手段来看，采用移动客户端学习的人数占到66.23%。由于手机携带方便，不受时空限制，而且超星学习通客户端具有强大的学习、讨论、互动交流功能，因此，学习起来非常方便。学生学习手段统计如图2所示。

图2 学生学习手段统计

为了对比混合式教学模式的学习效果，采用了与传统教学模式相同的期末考试形式，图3所示为2017级土木工程专业6个班采用混合式教学的期末总成绩。从成绩分布来看，基本符合正态分布，反映出正常的教学规律。从卷面解答情况看，学生在考查基本知识点的题目得分率很高，反映出大部分学生较扎实地掌握了本课程的基本教学内容，相比往届学生，不及格率明显降低，成绩分布更加合理。

图3 混合式教学模式试点学生成绩分布示意图

为了进一步掌握学生对混合式教学模式的接受程度和学习效果，对学生开展了多次问卷调查，大多数学生比较接受这种教学模式，以下是摘录的比较有代表性的评价：(1)课程内容充实有价值，讲课内容很有特点，课程合理，形式丰富；(2)课程做得很充实，课堂上有的地方没听懂，但在视频中都能找到，可以在网上回看，因此再也不用担心课堂上走神而遗漏知识点了；(3)课程精美，视频简洁且知识点全面，可以说是“麻雀虽小，五脏俱全”，教师讲解细致，吐字清晰，附带的课件可供学生随时查阅。此外，还有部分学生认为线上内容丰富，但线上作业题目可以适当加上解析，目前题目讲解数量和类型太少。课程团队也意识到这个短板，为此，后期针对每个单元又录制了专门的习题课，将在第二期开课时上线使用。

3 结语

山东科技大学是山东省首个开设线上材料力学课程的院校。课程建设和运行过程中积累的经验和教训对于省属院校进行同类课程建设具有重要参考价值。本文详细介绍了材料力学在线课程的建设内容，教学模式改革和运行情况。从学生评价和调查问卷来看，绝大部分学生比较认同这种教学模式，在线教学可以使更多的学生突破时空的约束参与到课程学习，提高了学生自主学习能力，加强了师生之间的互动交流。从学情分析来看，线上线下混合式教学模式能够有效提升学生的学习质量，对于深化课程信息化教学改革大有裨益。