材料力学实验“停课不停学”的教学方法研究

竹筱歆

(东北农业大学 工程学院，哈尔滨 150030)

材料力学实验作为一门工科教育的基础实验课程，有助于加强学生对基础概念和研究方法的理解，提升学生的实验操作技能[1-2]。在今年年初防控新型冠状病毒肺炎期间，为响应教育部“停课不停学” 的政策要求，全国教育系统提供了丰富优质的网上教学资源[3]，保障了教师在网上教、学生在网上学的新型授课方式。为使学生高效利用网络资源进行线上学习，本文对材料力学实验课程网络授课方式进行了分析，以课程的性质与特点为依据，从课堂形式、时间安排、授课方法以及课程内容等方面进行研究，选取了适合本课程的线上授课方式，为大学实验课程网络化以及慕课的发展提供了理论依据。

1 材料力学实验课程的授课方式

1.1 实验课程的形式

很多院校的材料力学实验教学采用“讲演式”、“灌输式”及“包办式”的固定教学模式，对于大学生的学习容易适得其反[4]，课堂上的一切教学活动都由老师来主宰，学生易产生依赖情绪，不重视实验课程的开设，降低了学生对实验课程的学习热情，扼杀了对学生创新创造能力的培养，不利于实验教学的开展。因此，如何设计新颖有效的网络实验课程模式成为提高实验课程教学效果的关键。

在年初疫情防控期间，教育部公布的支持高校在线教学服务的在线课程平台有：爱课程(中国大学MOOC)、智慧树网、超星尔雅网络通识课平台、学堂在线、人为慕课等，针对实验操作课程，实验空间—国家虚拟仿真实验教学项目共享平台以及EduCoder在线实践教学平台可为学生提供动手操作的仿真平台。

当前的网络课程教学主要有三种方式，第一种是通过网络教学平台直接使用。平台设计好的模块化课程教学视频，学生无法参与互动，在无人监督的环境下不利于线下课程的衔接；第二种是结合学校自身特点，教师提前录制好每节课的内容，采用视频讲解或PPT录播形式，并穿插习题问答等，按课程时间推送给学生自主点播学习，但在课程视频播放途中缺乏监督力；第三种是教师在线直播授课。这种方式的课堂互动效果最好，教师提问后，学生可直接在公屏回答，听课途中遇到问题也可提问，有助于提升学生的积极性。相对于面对面教学方法，学生更愿意发言与讨论。教师可随时通过视频、摄像等方式要求学生回复提出的问题，监督学生的学习状态，有助于提高实验教学效果，就像线下更为普及的开放式圆桌课堂实验课程授课方式，学生与老师围坐在一起共同探讨，课堂气氛更轻松。

1.2 实验时间安排

材料力学实验课程面向工程学院不同专业24个班级的学生，在课程安排上时间非常紧张，即使按班级分批分组进行，也无法保证每一个学生都能进行实验操作；线上教学就较好的解决了这一问题，每个学生通过个人账号申请即可在虚拟平台上操作，时间安排更加灵活自由，教师可先进行基础原理及操作流程的讲解，为贯彻黑龙江省教育厅每节课程不超过30 min[1]的要求，通过直播授课的方式将材料力学实验课程的每个实验讲解时间控制在30 min，让学生根据自己的时间灵活安排虚拟仿真实验。学生可通过登录虚拟平台，根据教师讲解的实验步骤操作平台仪器，依据实验得到的数据填写实验报告。这样，每位学生都能操作实验仪器，虚拟仿真平台提供的原始数据也是随机的，避免了实验过程中由于仪器损坏及设备不能及时更新，或人为因素造成的误差[5]。

1.3 实验授课方法

在综合考虑材料力学理论课程网上教学讲解进度、虚拟仿真平台操作便捷性以及学生接受理解程度的基础上，疫情期间按4周时间制订了教学计划。学生在具有一定理论知识的基础上，才能更好的开展实验操作，实验预习是实验课程前期准备的重要一环，教师将与材料力学实验相关的视频及PPT资料传到课程网站，学生可根据需求点击下载学习，课前自主安排学习内容，可有效提高授课质量。线上授课亦可进行实时签到、测验评分、上交报告等操作，而且更加便捷。在网络实验教学过程中，应引导学生学会发散思维，培养其创新创造能力[6]，让学生在实验中自主发现问题与解决问题。实验直播课程中，对于学生在公屏上提出的问题，教师应采取引导式的方法，让学生在实验过程中养成仔细观察，认真思考，联系相关理论知识点，寻求最佳答案的习惯，发挥学生实验课堂主角的优势，有利于他们今后在各科的学习。

1.4 实验课程内容

材料力学实验课程的专业性较强，教师必须拥有较深的工程应用背景，教授的实验课程内容应尽量与工程实际相结合，这样既能达到教学的目的，又能增加实验课程的趣味性与实用性。如讲到“构件在荷载作用下应具有足够的强度”这一知识点，学生无法抽象的理解这些理论问题，教师可以应用图片及视频举例，如美国的Tacoma老桥于1940年11月7日因风力引起的振动而产生断裂，就没有足够的强度使其正常工作。直观的视频可以帮助学生更生动地理解与记忆，并引导学生思考生活中是否存在类似现象，从而让学生展开讨论。

材料力学实验面向工程学院不同专业，实验课程内容可以适当调整。对机械机化专业的学生，可选用机器中的零件结构与标准结构试样进行比较实验，不仅可以掌握材料相关的力学性能，亦可掌握该零件的失效形式及原因；对工程材料专业的学生，教师可以选用不同材料进行实验分析，总结出不同材料的力学性能及特点；对土木建筑专业的学生，教师可以重点进行桁架结构方面的实验。根据材料力学实验课程的特点，为满足不同层次学生的需求，对于实验的内容可进行分类开设。将拉伸、压缩、弯曲、扭转等单载荷实验归纳为基础实验，这些实验设定为必修实验课程，所有专业学生均需参与学习；组合变形等综合性实验，以及疲劳实验、光测实验等创新型实验属于提高性质实验，学生可以根据兴趣及基础知识掌握程度的不同进行选修。教师在设计网络直播课程时，也可提前进行调查问卷，将层次及兴趣相同的学生归纳进同一场直播课程，提升学生课程接纳度。

2 结论

教育部年初开展的“停课不停学”政策，使网络教学、直播课堂走进了大学校园，虚拟仿真平台的应用更加完善，实验教学方法不断创新，改变了固有的教学方式，既考验了教师的学习接受应变能力，也锻炼了学生自主学习的能力，又提高了实验教学的多样性，为培养全面发展的综合型人才打下基础。