刘军 李英梅 战宇

摘 要：材料力学教学在高等学校理工科学生培养中占有具有重要的地位，在新工科建设和公共基础课课程学时不断缩减的大形势下，以学生为中心，以学生创新能力培养为目的的教学改革势在必行。文章首先总结了材料力学利用互联网资源进行线上线下的混合教学改革的经验，其次提出了材料力学混合教学这种新的教学模式中存在的问题并对问题进行了分析，总结了混合教学过程中学生的反馈意见，分析了教学效果，最后就力学课程实验环节的建设和改革提出了一些建议。

关键词：新工科；MOOCs；翻转课堂；力学实验

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：2096-000X（2018）20-0108-03

Abstract： The teaching of material mechanics plays an important role in the cultivation of science and engineering students in colleges and universities. Under the situation of the construction of new engineering and the continuous reduction of teaching hours of public basic courses， it is imperative to take the students as the center and to cultivate the students' innovative ability. This article first summarizes the experience of material mechanics using Internet resources to carry out online and offline mixed teaching reform. Secondly， it puts forward the problems in the new teaching mode and analyzes the problems of the mixed teaching of material mechanics， summarizes the opinions on mixed teaching of students and analyses the teaching effect. In the end some suggestions on the construction and reform of the material mechanics experiments were put forward.

Keywords： new engineering； MOOCs； flipping classroom； mechanical experiments

引言

2017年2月以來，教育部积极推进新工科建设。分别于2017年2月18日和2017年4月8日在复旦大学和天津大学召开了“高等工程教育发展战略研讨会”和“新工科建设研讨会”，发布了“教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知”[1]，形成了“复旦共识”[2]和“天大行动”，指出了新工科建设的新思路。“天大行动”明确指出“培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，既是当务之急，也是长远之策”[3]。在新工科建设的大背景下，一种新兴的教育方式也在悄然兴起，即大规模开放在线课程MOOCs。MOOCs作为一种免费的教育资源已经吸引了大量的学习者[4]，并对传统教学模式形成了冲击[5]。国内的MOOCs平台包括清华大学的学堂在线、爱课程网的中国大学MOOCs、智慧树等等。目前已经有多所高校的材料力学课程在爱课程上上线，分别为西南交通大学、大连理工大学、哈尔滨科技大学、东北大学和河南工业大学等，选课总人数达5万多人。材料力学作为一门公共基础课，对学生工程师素质的培养起重要作用，如何在互联网条件，利用MOOCs资源，适应新学科建设对材料力学知识的需求，培养学生能力是新工科背景下材料力学课程建设重点。介绍了东北大学材料力学的慕课建设和混合教学经验，总结了慕课建设、混合教学的教学中的问题，对如何加强实验环节对材料力学课程体系的影响提出了几点思考建议。

一、东北大学的材料力学慕课建设

2016年东北大学材料力学启动MOOCs课程建设项目，在此同时东北大学的材料力学的理论教学课程也由80学时缩减为56学时，课时的削减也迫使材料力学课程内容进行大规模调整。课程团队通过调研和分析，首先确定了以刘鸿文教授的《材料力学》为基础的56学时课程体系，内容包括绪论、轴向拉压、剪切、扭转、弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形、应力状态和强度理论、组合变形、压杆稳定、附录、动载荷和能量法。然后本着知识点内容独立，每个知识点的教学时间不超过15分钟的原则，最后将教学内容拆分为82个知识点。确定了知识点后，考虑到一些社会学员不能到高校的实验室进行材料力学实验，而实验环节对于课程的学习又比较重要，在理论教学内容的基础上又增加了拉伸、压缩和扭转3个实验，最终，确定整个材料力学慕课包含85个知识点，其中的82个知识点为理论教学，3个知识点为实验教学。材料力学MOOCs于2017年3月正式在爱课程上线，第一次上线的学习人数达到7000多人。

MOOCs是否成功的关键在于能否抓住学生的注意力。如何才能抓住学生的注意力？首先是视频课程的长度不易过长，材料力学慕课每个知识点应当控制在10分钟左右，在学生产生疲惫感前完成一个知识点的讲解。其次教学方式要生动，内容要有吸引力。对于教师出境的视频录制方式，教师的适度肢体语言对于学生学习有较好的代入感和亲切感，可以减少视频教学的单调性。在课程内容中增加工程师实例和动画等书本上没有的内容增加课程内容的新鲜度。另外可以在视频中加入提问环节，提高视频教学的互动感。可以在视频中间的适当位置插入课间提问，课间提问的问题不易太难，每个知识点视频的课间提问最好是1到2个，过多会加重学生的负担，效果适得其反。

二、材料力学混合式教学的思考

在材料力学上线的同时，作为东北大学的精品骨干课程，为了提高慕课资源的使用效率，培养学生自主学习的能力，调动学生学习的积极性，使学生在掌握材料力学基本理论的基础上能够更灵活地应用基本理论解决实际问题，针对东北大学在校生同步开展了材料力学混合式的教学模式。

（一）混合教学的内容设置

目前东北大学材料力学的混合教学实践已经完成两轮，实行混合教学的专业包括工程力学、机械工程、土工程和采矿专业。除工程力学专业的总学时为96学时外，其他专业的总学时均为56学时。材料力学理论课程分为线上和线下两部分，对于课程中学生比较难理解，容易出现问题的部分采用传统教学模式，对于易于自学的部分采用线上自学，线下翻转课堂的模式，但是对于混合教学部分学时的安排不宜过多，两种课时下的混合教学学时安排如表1所示。

在成绩查方面，总成绩由试验成绩、线上的成绩，线下讨论课成绩，期中考试还有期末考试成绩五部分组成，其中期末考试占65%，实验10%，期中考试10%，线上和课堂讨论占10%，作业5%。

（二）混合教学讨论课的形式

由于MOOCs设计的特点是线上学习，视频时间不易过长，每个知识点的教学内容同比课堂教学相对较少，因此在学生在完成線上视频学习后，需要进行讨论课的补充来解答学生学习过程中的问题。目前对于讨论课的形式还存在着争议，如何上好讨论课，真正起到线上教学的补充作用是一个值得探讨的问题。两轮混合教学的实践证明，混合教学的班型影响较大，单班级最好，两个班级适中，三个上效果一般，四个以上难以保证质量。讨论课中可将学生分成小组，小组的人数不多于6人。在完成视频学习后每个小组提交讨论课问题，老师首先选出慕课学习的疑点问题作为讨论课的题目，再将其他问题整理筛选，确定讨论课的问题。讨论课上首先抛出慕课学习的疑点问题，由学生先回答，计入小组的成绩，在完成疑点问题的情况下进行其他问题的讨论，如果没有其他小组争取回答问题，记出题小组成绩，若有小组答出，两小组同时记成绩，回答问题的同学成绩翻倍。这种方式能够激发学生的学习热情，实践证明讨论课气氛也比较热烈。

（三）混合教学的效果和学生反馈

在期末考试题难度基本一致，题型相同的前提下，我们将2017年机械工程系学生采用混合教学的考试成绩与2016采用传统教学模式的考试成绩进行了对比，对比结果如图1所示，可见由于混合教学的章节不是很多，对学生整体成绩分布影响不大，但是不及格率略下降，优秀率有所上升。

为了得到学生对混合教学的态度，我对实行材料力学单班混合教学的工程力学1601班的28名学生进行了调查，结果如表2所示。工程力学1601班为大类招生二年级的学生，学生素质比较高，对这种新型教学方式的总体态度是比较认可的。

学生意见主要有三类：1. “不习惯这种方式，自己也看视频，但是总觉得传统方式知识学的更全面，怕重要细节学不好”；2. “自学再总结的方式可以让知识点掌握的更牢固一点，但对于那些不会自学，不自觉看视频的同学，效果不好，但我感觉大部分同学还是好处比较大，毕竟大部分同学是会自学的”；3. “我觉得挺好的，自己看的话，不懂的地方再仔细看看书，或者查找下资料，而且看完视频讲解然后再做例题效果也挺好的，理解能好一点，就是自己看有的地方理解的不清理，容易记不住”。工程力学1601班为大类招生二年级的学生，学生素质比较高，调查结果表明学生对这种新型教学方式的总体态度是比较认可的。

三、材料力学实验的改革

材料力学实验是课堂理论教学内容的延伸和补充，可以培养学生的动手能力、分析能力、理论知识的综合运用能力和创新能力，是必不可少的实践环节[6]。东北大学为材料力学设置的实验共有12个，实验学时为16学时，包括拉伸、压缩试验、扭转实验，电阻应变测量基本原理实验，弹性模量和泊松比测定实验，梁弯曲正应力实验，复合梁实验，薄壁圆筒在弯扭组合载荷下的应力测量实验，薄壁开口界面的弯曲中心测定实验、功的互等定理实验、压杆稳定实验，刚架组合设计与应力分析实验，等强度梁冲击动应力及动荷系数测定实验，复合材料力学性能分析实验，冲击试验。其中试验类型包括基础实验、综合试验和创新实验。由于课时的不断缩减，实验课时缩减为8个，而且有些实验的理论内容也不能够完全在缩减后的课堂教学中详细讲解，而这部分实验内容又可能是某些同学感兴趣的。在这种情况下，我们开展了材料力学试验的网上资源建设，将实验过程和实验相关基本理论录制成短视频，上传到网上，选实验课的学生可以下载或在线观看。规定了拉伸、压缩和扭转为3个必做的实验，其余实验学生可以通过网上视频了解实验过程，选择感兴趣的实验。这种方式可以充分利用实验资源，又可以满足学生根据兴趣做不同实验的需求，更好地发挥材料力学实验的作用。

四、结束语

材料力学作为高等学校理理工科学生的一门重要公共基础课，课程质量对新工科建设背景下学生素质培养十分重要，利用互联网及慕课资源进行混合教学是对课程体系改革的一种尝试，本文对慕课建设、混合教学以及材料力学实验的开放建设提出了一些建议。

参考文献：

[1]教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].2017-02-20.

[2]“新工科”建设复旦共识（复旦共识）[J].高等工程教育研究，2017（2）：10-11.

[3]“新工科”建设行动路线（天大行动）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[4]袁莉，斯蒂芬·鲍威尔，马红亮.大规模开放在线课程的国际现状分析[J].开放教育研究，2013，9（3）：56-62.

[5]马照瑞，栗娜，甘 ，等.MOOC冲击下的在线课程建设模式改革与应用[J].计算机教育，2014，14：22-25.

[6]董继蕾，刘丹丹.高校基础力学教学实验中心建设和改革[J].西南交通大学学报（社会科学版）[J].2017，12（Z）：249-252.