材料力学性能课程智慧树平台慕课建设实践

王国星，王慧文，宋晓国

[1.黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050；2.哈尔滨工业大学（威海），山东 威海 264209]

2015年习近平总书记在致国际教育信息化大会的贺信中提出：应信息技术的发展，推动教育变革和创新，构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系，建设“人人皆学、处处能学、时时可学”的学习型社会，培养大批创新人才，是人类共同面临的重大课题。2018年9月10日，全国教育大会在北京召开。习近平总书记出席会议并发表重要讲话，指出，“以教育现代化支撑国家现代化”[1]。教育现代化其中就包括了教育的信息化：要求在教育领域中充分运用现代信息技术，以保证扩大教育规模，为教育终身化、个性化和国际化提供保证。

2018年6月新时代全国高等学校本科教育工作会议上，前教育部部长陈宝生第一次提出“金课”。2018年，教育部司长吴岩明确了金课打造标准“两性一度”，并指出，课程是中国大学普遍存在的短板、瓶颈、软肋。要大力推广线上、线下混合式“金课”，每个学校都可以建、可以用、可以学，充分应用线上“金课”进行本地化改造，探索线上“金课”的多种应用模式，打造适合本校学生特点和培养需要的“金课”[2]。

材料力学性能课程是材料类、机械类等专业的基础课程，是一门概念多、原理多、实验多的理论与实践紧密结合的课程。在黑龙江工程学院以往设置的人才培养方案中，总学时基本是48~56学时，在目前最新执行的培养方案中实验为40学时，理论课程学时严重不足，导致内容讲授不全、深度不够等问题。而线上慕课无疑是一个很好的解决方式。其有两种选择方案：一种为线上平台共享课，一种为线上自建课。共享课存在诸如课程教学大纲、授课学生层次不同等问题，共享不完全符合黑龙江工程学院学生实际情况，而且目前该课程的线上可选择资源不多，所以自建课程无疑是最好的解决方案。

智慧树平台是全球大型的学分课程运营服务平台，服务的会员学校近3 000所，已有超过1 700万大学生通过智慧树网跨校修读并获得学分[3]。

一、课程设计

课程设计是在线课程建设的首要任务，也制约着课程建设的质量。智慧树平台的课程设计包括概要设计、章节计划与学时分配、见面课设计与VI设计等。

（一）概要设计

概要设计包括课程背景、课程目标、主题词和团队等内容。

课程背景是学科专业、时代背景、学生层次等结合课程内容、特点的整体分析。通过分析最终确定的课程背景为：（1）随着科技进步，人类创造的材料结构越来越大型化，越复杂，依赖的出行工具速度越来越快，这一切都需要有一定承载能力的材料、构件来实现。（2）变形、腐蚀、磨损、断裂是各类结构件以及机件失效的四种主要形式，这些过程中都有力的身影。（3）传统材料的力学性能已理论化和系统化，但目前科技发展、社会进步对材料的力学性能提出了越来越高的新的要求，需要从材料、结构和力学性能角度来解决。（4）力学性能的研究成果体现了科学家和工程师的严谨研究精神，课程实施以科研精神与思政教育并重，激励学生具有严谨的科研精神和较高的工程师素养。

课程目标结合工程教育专业认证通用标准和材料类专业补充标准确定为：掌握金属材料各种力学性能指标、影响因素和测试方法；理解金属材料产生各种力学性能的微观机理；综合金属材料力学性能的微观机理、影响因素具备提高金属材料力学性能设计等能力。同时，确定了课程的设计原则：从工程案例的角度讲指标、测试方法；从研究者的角度讲材料力学性能的微观机理；从工程材料的实际服役条件选用材料角度讲影响因素；使用思维导图建立课程知识脉络体系。主题词确定为：钢铁是工业的脊梁，作为脊梁的钢铁材料是一种结构材料，其在服役过程中施展突出才华便是力学性能。课程以教育部工程教育专业认证为指导，专业培养目标为指引，以学生毕业要求为导向，系统构建力学性能指标、测试方法、微观机理、影响因素等课程四要素知识体系，使学生具备在工程实践中选用材料、测试方法，进行失效分析，改善材料力学性能等方面的技能，同时培养学生具有严谨的科学精神和较高的工程师素养。

课程教学团队是课程建设的基础，建课团队教师选择对课程内容熟悉，多轮次教学，教学科研经验丰富，在专业上有一定影响力的教师，在保障课程质量的同时能够提升课程宣传度、影响力。同时，选择优秀的年轻教师，使课程梯队职称、年龄层次合理。

（二）章节计划与学时分配

课程团队结合在线课程教学特点梳理课程内容，多次讨论，根据专业学生情况，以知识点为基本教学单位对原有的内容体系进行拆分删减，确定课程教学章节计划、单元与知识点名称等。例如在原有教学单元中，第1章为金属在单向静拉伸载荷下的力学行为，第2章为金属在其他静载荷下的力学行为，将二者合二为一，整体章节题目为金属在静载荷下的力学行为，将涉及到的静载实验——拉伸、压缩、弯曲、扭转、硬度等放在一起，对比学习，更便于学生对知识掌握和内容体系的梳理。然后，根据团队教师的教学经历和科研方向，对授课内容进行了任务分配。各位团队教师根据任务和录课相关要求完成课件制作，每节弹题、章节测试题、课程测试题与课程讨论题目的准备。依据在线课程每个知识点5~15分钟，线上教学1学时25分钟，根据本专业课程教学大纲内容，结合知识体系重难点分布，线上教学以基础知识为主，难点内容根据知识主次有选择录制，最终确定录制视频55个，其中绪论1个，金属在静载下力学行为18个，金属在冲击载荷下力学行为5个，金属断裂韧度部分8个，金属在交变载荷下力学行为9个，应力腐蚀与氢脆部分3个，金属摩擦与磨损部分5个，金属高温力学行为2个，实验部分4个。录制总时长587分钟，共计31学时，其中在线课程24学时，章节测试10次，章节讨论38个。

（三）见面课设计与VI设计

见面课即是根据课程内容编排，通过学生完成在线自主学习后安排的与学生在线或线下的教师与学生面对面的授课形式。与在线录制的课程有所不同，不是学习一个个的知识点，主要涉及所学知识的整体性把握上。主要环节包括：知识总结、回顾与提升，形式有教师总结，师生—生师问答环节、分组讨论环节等。本课程见面课组织实施教学按照平台要求，2学分课程见面课设置4次8学时，内容分别设置为金属在静载下的力学行为、金属在冲击载荷下的力学行为与金属的断裂韧度、金属在循环载荷下的力学行为、金属在环境介质与温度下的力学行为等四个部分。采用线下现场录制的形式进行。每部分内容采用“闯三关”过程：知识点、搭桥（知识串联）、知识应用。知识点采用网络风暴、连线、知识点归队等形式激发学生对所学知识点的记忆。搭桥采用思维导图形式，建立知识点层次关系，梳理脉络，搭建知识结构体系。知识应用结合实际工程应用对所学知识进行应用实践，使所学知识得到升华，学以致用。

VI设计指课程整体的包装设计。智慧树平台工作人员根据课程特点与教师交流制作关于课程风格、课程角标、窗口样式、切换镜头样式等。主体以突出讲课内容，页面简洁明了，内容对比醒目为原则。

二、课件制作与视频拍摄、制作

（一）课件制作

课件是MOOC教学的主要教学文件，其质量关乎到学生学习的关注度与挑战度，教师讲课内容的精准度，教学效果的良好度以及课程未来的推广度等。课件制作是教学内容的再加工、精炼与升华，体现多媒性，而版面设计、色彩的搭配合理性也会制约课件制作的质量。课件在制作过程中渗透以下几方面要素。

1.案例教学引领。案例教学以案例为出发点，以学生在课堂内外对真实事件和情境的分析、思辨为重点，使学生自主开展讨论、质疑和反思，达到培养学生综合运用知识解决实际问题或复杂工程问题能力的目的。课程深入挖掘各方面的案例：课程理论发展史，日常生活、生产，中国传统文化，历史大事件，科研成果等[4-5]。包括系统的案例、知识点的小案例，通过案例的引入、案例实训，多维度对学习者进行知识内容的理解强化，提高学习者一次学习的掌握程度。如在进行绪论讲解时，引入世纪工程港珠澳大桥，从中渗透大桥的建设需要考虑到材料的力学、化学、环境等综合因素，是一个系统的复杂工程问题。通过这个案例学生不仅仅理解了每一个单独的力学、化学、环境因素是什么，并且深刻理解到彼此之间的联系，大大地提高了学生学习效率。

2.思政元素渗透。课程思政的本质就是教书育人、立德树人，其是一种理念，是教书育人、立德树人的深化、细化和具体化。体现的是综合的教育、协同育人的理念。把思政元素引入并有机融入材料力学性能课程教学中，对培养基础扎实、专业技能强、有发展潜力而且具有正确的世界观、人生观、价值观和具有大格局、大奉献精神的新时代青年具有重要的社会意义[6]。团队教师充分挖掘、剖析课程知识点联系蕴含的思政元素，将知识点中发现的思政元素应用于课程教学过程之中。其中思政元素存在于引入知识点的过程中，也存在于讲解知识点的过程中。如在讲解氢脆知识点时引入我国老一辈科学家李薰发现了氢脆现象案例。案例结合思政内容充分体现科学家严谨的科学精神和甘于奉献的精神，使学生在掌握知识的同时，受到思想启发和教育。

3.双语、专业认证结合。国际化是21世纪高等教育的必然趋势，所以在高等教育课程实施中要体现国际化视野。双语教学可以提高学生的英文水平，给学习创造一个外语语言思维环境，有利于学习者使用另一种语言进行思考、学习。结合授课对象的认知水平，以全课程关键词形式，选择知识较为简单的部分内容进行全英文授课。而在课程资源部分上传目前国内外与课程内容相关新的研究成果如英文文献、全英文教科书等，为学生英语阅读和知识扩展提供帮助。

工程教育专业认证是培养与国际接轨的工程师，其未来是全国工科本科专业教育必经之路。课程设计、课件制作都以工程教育专业认证为指导，教学实施过程体现专业认证三大核心理念，以提高学生辨识和解决复杂工程问题的能力，体现知识更新。

（二）视频拍摄制作

视频录制的模式包括：演播室录制、课堂实录、录屏等方式，也可以采用前二者相结合的方式。本课程采用演播室录制理论课程，实验室与录屏结合录制实验课程以及课堂录制见面课的方式进行。

演播室录课在没有学生互动条件下进行，对教师来说是一个巨大的考验。因为部分教师在镜头前存在仪表木讷，语速过快，口头禅较多等问题。其解决办法是教师将要口述的内容提前做成演讲稿，多次演练，最终做到大方得体，语言流畅，语速适当。团队教师经过认真的准备和彩排保证了录制过程的顺利完成。

在所有视频录制、剪辑完成后，教师对视频进行逐一审核。审核的主要问题有：教师口误、肢体语言不当、课件内容错误、课件动画与教师语言不同步等。针对这些问题采用重新补录视频和补录声音等进行修改。

三、后续工作

在整体课程建设过程中前几个阶段的工作占用大部分的时间，上述过程结束后，视频提交至平台进行审核，需要大概两周的时间。在这个期间教师进行课程上线前的其他准备工作。课程资料与资源准备，主要包括：课程相关参考电子书目（中、英文）、章节知识点及全课程思维导图、课程实验测试相关国家标准、课程相关内容双语教学英文讲稿、知识扩展版块（知识点相关文献）等内容。电子书目和课程相关内容双语教学英文讲稿为学生提供学习参考。章节知识点及全书知识点思维导图为学生知识脉络的梳理和知识体系的构建提供指导。课程实验相关标准培养学生具备工程师应有的规范化、标准化的素养。知识扩展版块内容为学生创新知识体系，培养学生具备知识更新习惯与能力。同时，教师结合课程特点与内容体系科学合理地制定课程成绩评定构成和标准，便于不同院校教师和学生对在线课程的使用和学分认定。课程上线使用经过一轮完整教学后，可以根据使用过程中存在的问题，在课程学期结课后对课程相关内容（如习题、学习资源等）进行一些小的调整和完善。

四、结论

MOOC教学是一种未来高等教育的必然趋势。目前，在线慕课资源较为丰富，但资源未必适合所有层次的高校，因此有必要针对不同层次院校录制相应的慕课资源，实现MOOC本地化。课程团队在学校学院大力支持下利用智慧树平台经过一步步建设，过程中互相协作，融汇交流，完成了材料力学性能网上共享课程的智慧树平台上线。团队成员在建课过程深刻体会到，慕课建设是一个系统工程，其对现代教师提出了更高的要求，教师不仅是一名优秀的演员，还是一位优秀的编剧和导演。在线慕课的建设，对教师规范教学行为，提升教学教育水平具有重大的意义。