鄭巧玲 李燁飛* 孫巧艷 高義民西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安 710049

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基于MOOCs的工程材料基礎(chǔ)課程建設(shè)初探

鄭巧玲 李燁飛* 孫巧艷 高義民
西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安 710049

摘 要：大規(guī)模在線開(kāi)放課程作為一種新興的在線課堂形式，已在全球掀起高校教育改革的浪潮，作為國(guó)家精品課程，西安交通大學(xué)工程材料基礎(chǔ)課程將積極參與信息化教育教學(xué)改革。本文初步探討了以翻轉(zhuǎn)式教學(xué)為切入點(diǎn)，依靠實(shí)驗(yàn)技術(shù)中心和工程坊的優(yōu)質(zhì)實(shí)踐基地，引入SPOC教學(xué)理念等建設(shè)思路，探索建設(shè)在線開(kāi)放課程，提高本課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程材料基礎(chǔ)課程；教學(xué)改革；大規(guī)模在線開(kāi)放課程

1 MOOCs簡(jiǎn)介及西安交大MOOCs現(xiàn)狀

大規(guī)模在線開(kāi)放課程慕課(Massive Open Online Course，MOOC)作為一種新興的在線課堂形式，正以不可阻擋之勢(shì)席卷全球。繼2012“MOOC元年”開(kāi)啟之后，MOOCs浪潮在全球迅速升溫，歐洲、亞洲及澳洲的許多頂尖大學(xué)相繼投身其中，創(chuàng)建自己的MOOCs平臺(tái)，發(fā)布了大規(guī)模的在線課程。2013年10 月10日，清華大學(xué)正式啟動(dòng)“學(xué)堂在線”中文網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放課程平臺(tái)，面向全球提供在線課程，合作伙伴包括北京大學(xué)、浙江大學(xué)、南京大學(xué)等部分C9聯(lián)盟高校[1]。

西安交通大學(xué)充分認(rèn)識(shí)到對(duì)優(yōu)質(zhì)資源共享及推廣的重要性，緊跟國(guó)際潮流，積極參與信息化教育教學(xué)改革，提升教育教學(xué)水平。截至2015年4月，已有二十余門(mén)課程分別在Coursera、教育部愛(ài)課程及清華大學(xué)學(xué)堂在線等MOOCs平臺(tái)成功上線，將優(yōu)秀的課程通過(guò)MOOCs推向全世界[2]。

2 工程材料基礎(chǔ)課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

工程材料基礎(chǔ)課程是西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院面向全校工程設(shè)計(jì)類(lèi)本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)全面介紹工程材料知識(shí)的基礎(chǔ)課程，每年培養(yǎng)來(lái)自機(jī)械、能動(dòng)、航天及口腔醫(yī)學(xué)等八個(gè)專(zhuān)業(yè)近1000名學(xué)生[3]。課程重點(diǎn)講授各類(lèi)機(jī)械零件的失效分析及其對(duì)性能的要求，以及機(jī)械制造者和設(shè)計(jì)者必須具備的材料知識(shí)和相關(guān)基本理論，并以實(shí)例說(shuō)明如何根據(jù)零件服役條件及性能要求進(jìn)行合理選擇材料和制造工藝。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的不斷發(fā)展，工程材料基礎(chǔ)課程積累了非常豐富和優(yōu)秀的教育資源，分別于2009年被評(píng)為國(guó)家精品課程(www.jingpinke.com)，2013年被評(píng)為國(guó)家精品資源共享課程(www.icourse.com)。

作為國(guó)家精品課程，工程材料基礎(chǔ)課程緊跟時(shí)代步伐，全面建設(shè)和積累優(yōu)勢(shì)資源，主要包括編寫(xiě)并出版兼具理論性、系統(tǒng)性和實(shí)用性的《機(jī)械工程材料》國(guó)家精品教材，籌建體系完備和特色突出的機(jī)械零件失效及工程材料實(shí)物展室，制作內(nèi)容豐富題材多樣的多媒體動(dòng)畫(huà)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)，并在西安交通大學(xué)課程中心網(wǎng)站(cc.xjtu.edu.cn)建立工程材料基礎(chǔ)課程網(wǎng)站，為學(xué)生課外學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)提供了優(yōu)質(zhì)條件。

圖1 國(guó)家精品教材《機(jī)械工程材料》

圖2 西安交大工程材料基礎(chǔ)課程網(wǎng)站

工程材料基礎(chǔ)課程近年來(lái)取得了斐然的成績(jī)，發(fā)揮了國(guó)家精品課程的示范作用，因此，將工程材料基礎(chǔ)課程推上大規(guī)模在線開(kāi)放平臺(tái)，將優(yōu)秀的教學(xué)資源對(duì)外共享，不僅有助于提高本課程質(zhì)量、優(yōu)選高水平教師發(fā)展高質(zhì)量課程資源，還對(duì)提升地區(qū)課程教學(xué)質(zhì)量、人才培養(yǎng)和進(jìn)一步滿足人民群眾接受優(yōu)質(zhì)高等教育具有深遠(yuǎn)、廣泛的影響。

3 工程材料基礎(chǔ)在線開(kāi)放課程建設(shè)思路

在工程材料基礎(chǔ)在線開(kāi)放課程的建設(shè)思路上，我們初步建立以翻轉(zhuǎn)式教學(xué)改革為切入點(diǎn)，在線教育為基本形式，通過(guò)在Coursera平臺(tái)上建設(shè)相關(guān)課程，深入MOOCs理念，在校內(nèi)實(shí)現(xiàn)正規(guī)課堂教學(xué)和MOOCs相結(jié)合的教學(xué)模式創(chuàng)新，推進(jìn)教學(xué)方法改革，提升教學(xué)質(zhì)量，在校園外引入SPOC(Small Private Online Course)教學(xué)理念，提高開(kāi)放課程的完成率，推動(dòng)學(xué)科對(duì)外品牌效應(yīng)。

3.1 翻轉(zhuǎn)式教學(xué)改革試點(diǎn)探索

我校工程材料基礎(chǔ)課程組負(fù)責(zé)人孫巧艷教授提出在校內(nèi)課堂中首先進(jìn)行翻轉(zhuǎn)式教學(xué)試點(diǎn)工作，比較翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)方式與傳統(tǒng)的以課堂為主的教學(xué)方式在教學(xué)效果上的優(yōu)缺點(diǎn)。

實(shí)施方法為，隨機(jī)挑選若干個(gè)工程材料基礎(chǔ)課程的班級(jí)作為實(shí)驗(yàn)組，實(shí)行翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)方式。翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)的流程是：教師將視頻材料以作業(yè)的形式布置給學(xué)生，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上預(yù)先觀看視頻，完成對(duì)應(yīng)練習(xí)題，在實(shí)體課堂教學(xué)中，由教師主導(dǎo)采用專(zhuān)題討論或輔導(dǎo)的方式，解決學(xué)生在線上未理解的問(wèn)題，并安排相應(yīng)課程實(shí)踐。剩余班級(jí)為對(duì)照組，采用傳統(tǒng)的以課堂教學(xué)為主、課后完成作業(yè)的教學(xué)方式。教學(xué)效果考察方法為：在學(xué)期末最后一節(jié)課中，學(xué)生未進(jìn)行任何復(fù)習(xí)的情況下，發(fā)放課程調(diào)研考卷(以選擇和填空題為主，設(shè)置13題)，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)及工藝路線的掌握程度。目前，此實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。

3.2 工程材料基礎(chǔ)課程Coursera平臺(tái)上線

根據(jù)對(duì)MOOCs教學(xué)理念、授課形式、內(nèi)容組織等方面的理解，課程組將重新制定工程材料基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱，組織網(wǎng)絡(luò)課程在Coursera平臺(tái)上線。根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實(shí)踐反饋，逐步完善和充實(shí)課程教學(xué)內(nèi)容，豐富細(xì)化各知識(shí)點(diǎn)，改進(jìn)教學(xué)互動(dòng)手段和方法，建設(shè)高質(zhì)量工程材料基礎(chǔ)課程MOOCs課程。

具體來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)步驟：

(1)全面梳理課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，按知識(shí)點(diǎn)組織網(wǎng)上課程內(nèi)容，工程材料基礎(chǔ)課程具有涵蓋內(nèi)容較多，知識(shí)點(diǎn)廣而分散，理論抽象等特點(diǎn)，擬以8～10分鐘講透一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的形式，解決因視頻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，學(xué)生注意力易分散的問(wèn)題；

(2)利用視頻剪輯、動(dòng)畫(huà)制作等手段，將理論演示和應(yīng)用案例更好地融為一體；

(3)精心設(shè)計(jì)網(wǎng)上章節(jié)小測(cè)驗(yàn)及課堂專(zhuān)題討論內(nèi)容，及時(shí)鞏固知識(shí)點(diǎn)，檢驗(yàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況；

(4)后臺(tái)實(shí)時(shí)收集、積累和分析教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)，分析學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，并借助MOOCs平臺(tái)的社交網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)互動(dòng)反饋，為課堂針對(duì)性的指導(dǎo)及后續(xù)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

3.3 依靠實(shí)驗(yàn)技術(shù)中心、工程材料展室、工程坊及大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目 加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)

工程材料基礎(chǔ)課程具有寬口徑、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，要求培養(yǎng)學(xué)生較高的實(shí)踐能力和綜合設(shè)計(jì)能力。目前工程材料基礎(chǔ)課程開(kāi)設(shè)了若干個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，例如顯微鏡的使用及材料金相組織觀察，以及熱處理綜合實(shí)驗(yàn)等。但上述實(shí)驗(yàn)均為演示性或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能按照既定的步驟完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，無(wú)法自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的提高。于是，在工程材料基礎(chǔ)在線課程的建設(shè)中，將結(jié)合MOOCs線上課程內(nèi)容，依靠我校材料學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)中心、工程材料展室及工程坊的優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)資源和工程經(jīng)驗(yàn)，增設(shè)以實(shí)踐內(nèi)容為主的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

工程材料展室籌建于1992年，經(jīng)過(guò)二十多年的建設(shè)，已收集了三百余件工程零件實(shí)物，涵蓋金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料和高分子材料等工程材料的應(yīng)用實(shí)例，以及粉末冶金、激光表面淬火和快速凝固等先進(jìn)材料制備技術(shù)的工藝展示。通過(guò)對(duì)工程材料實(shí)物展室的參觀，學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)具有更深刻的理解，教學(xué)效果良好。此外，對(duì)材料展室的實(shí)時(shí)更新也體現(xiàn)了我課程組成員的獨(dú)具匠心，目前，我校材料學(xué)院各專(zhuān)業(yè)方向已為材料展室提供有代表性新材料，并且隨著我校科研的進(jìn)展，新材料也在陸續(xù)更新之中，這些舉措可以使學(xué)生了解我校工程材料的研發(fā)最新動(dòng)態(tài)。

圖3 材料展示一角

圖4 材料展室櫥窗中的材料展品

綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源之一擬通過(guò)課程組教師根據(jù)專(zhuān)業(yè)方向及實(shí)際工程要求，設(shè)計(jì)出若干不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)，學(xué)生自主選題后，通過(guò)查閱資料，進(jìn)行材料的選擇和工藝的設(shè)計(jì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生將學(xué)會(huì)如何根據(jù)實(shí)際工程要求、材料性能來(lái)合理選擇和利用工程材料，并制定合適工藝路線，綜合性實(shí)驗(yàn)可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高工程能力及創(chuàng)新能力。

另外，在工程材料基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可考慮引入大學(xué)生創(chuàng)新性試驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(包括國(guó)家級(jí)和省級(jí))、我校“騰飛杯”課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽項(xiàng)目等，這些項(xiàng)目的引入將極大豐富課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，同時(shí)也可為創(chuàng)新項(xiàng)目提供候選學(xué)生及團(tuán)隊(duì)。課程組可與各專(zhuān)業(yè)導(dǎo)師溝通，針對(duì)性設(shè)計(jì)與課程內(nèi)容相關(guān)的任務(wù)書(shū)，將工程材料課程與研究課題有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的同時(shí)發(fā)掘具有一定創(chuàng)新潛力的學(xué)生參與專(zhuān)業(yè)導(dǎo)師相關(guān)項(xiàng)目的研究，從而提高各專(zhuān)業(yè)導(dǎo)師參與課程實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)的積極性。目前，通過(guò)工程材料基礎(chǔ)課程學(xué)生從事的騰飛杯項(xiàng)目部分獲得了我?？萍几?jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)。

圖5 大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、騰飛杯項(xiàng)目及獲獎(jiǎng)證書(shū)

3.4 引入SPOC教學(xué)理念 提高開(kāi)放課程完成率 推動(dòng)學(xué)科品牌效應(yīng)

翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)改革等新的教育手段和教學(xué)方式方法的改革將有效提升校內(nèi)工程材料基礎(chǔ)課程教學(xué)效果，而MOOCs平臺(tái)的初衷為共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，推進(jìn)教育的大眾化、公平化，提升高等教育的效益，使更多人能夠方便地獲得受高質(zhì)量教育的機(jī)會(huì)，因此，在積累校內(nèi)MOOCs課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)后，工程材料基礎(chǔ)課程將重點(diǎn)建設(shè)在線教學(xué)。

目前，大規(guī)模在線教育存在著注冊(cè)率高，完成率低的問(wèn)題，因此，在工程材料課程的MOOCs建設(shè)中，考慮在校外申請(qǐng)者中推行SPOC這類(lèi)學(xué)習(xí)模式。即從線上的申請(qǐng)者中選取小規(guī)模的學(xué)習(xí)者納入SPOC課程，入選者必須保證學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)強(qiáng)度，參與在線討論，完成規(guī)定作業(yè)并通過(guò)考試后，獲得課程完成證書(shū)[4]。

通過(guò)分析，這類(lèi)SPOC課程模式在建設(shè)工程材料基礎(chǔ)課程方面有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

(1)作為國(guó)家精品課程，工程材料基礎(chǔ)SPOC課程一經(jīng)推出，預(yù)計(jì)將受到同類(lèi)院校及專(zhuān)業(yè)學(xué)生及社會(huì)人群的關(guān)注，從而推動(dòng)我校材料專(zhuān)業(yè)的對(duì)外品牌效應(yīng)；

(2)將SPOC課程與材料學(xué)院夏令營(yíng)及科研體驗(yàn)周等招生選拔活動(dòng)相結(jié)合，將吸引大批相關(guān)專(zhuān)業(yè)的優(yōu)秀學(xué)子報(bào)名并參與課程學(xué)習(xí)，從而獲得選拔資格；

(3)SPOC模式使課程組教師有機(jī)會(huì)嘗試靈活并富有挑戰(zhàn)性的教學(xué)方法，并可使用自動(dòng)評(píng)分等工具減少重復(fù)性活動(dòng)，集中精力和學(xué)生進(jìn)行深入交流和討論；

(4)配合限制性條件和準(zhǔn)入條件，SPOC課程的實(shí)體課堂資源及實(shí)驗(yàn)資源也將賦予學(xué)生完美的工程材料課程學(xué)習(xí)體驗(yàn)，避免MOOCs課程的高輟學(xué)率和低完成率情況。

4 工程材料基礎(chǔ)大規(guī)模在線課程建設(shè)面臨的問(wèn)題及啟示

從總體上看，大規(guī)模在線開(kāi)放課程已成為教育全球化的一種趨勢(shì)，各大學(xué)府對(duì)于MOOCs的建設(shè)在摸索中前進(jìn)。目前，對(duì)于工程材料基礎(chǔ)課程的MOOCs建設(shè)，主要存在以下的幾方面的問(wèn)題。

4.1 課程組織

課程組教師需精心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化的工程材料基礎(chǔ)課程，確保MOOCs平臺(tái)中的視頻及課程內(nèi)容符合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課程以學(xué)習(xí)者為中心，以知識(shí)掌握為取向的理念，而非機(jī)械搬運(yùn)教材內(nèi)容和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課視頻。

4.2 教師積極性

將工程材料基礎(chǔ)課程推上MOOCs平臺(tái)需花費(fèi)大量人力物力，非團(tuán)隊(duì)的合作不能完成，如何調(diào)動(dòng)教師積極性，對(duì)公開(kāi)后的教學(xué)資源進(jìn)行法律保護(hù)，保障教師利益，促進(jìn)良性競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題值得進(jìn)一步研究。

4.3 MOOCs相關(guān)教育技術(shù)培訓(xùn)

多數(shù)教師對(duì)MOOCs相關(guān)的技術(shù)不熟悉，且課程初期建設(shè)成本高，為降低建設(shè)成本(時(shí)間和費(fèi)用)，提高開(kāi)放課程質(zhì)量，可依托我校教師教學(xué)發(fā)展中心及Coursera平臺(tái)等，組織教師參加相關(guān)教育技術(shù)培訓(xùn)，包括教學(xué)設(shè)計(jì)、視頻課件制作、平臺(tái)操作等，借鑒MOOCs的教學(xué)設(shè)計(jì)精髓，提升學(xué)習(xí)成效，真正促進(jìn)教學(xué)變革[5]。

4.4 學(xué)習(xí)成果認(rèn)證

基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的MOOCs面臨的學(xué)習(xí)成果認(rèn)證是普遍存在的難題，面向在校生和跨校學(xué)習(xí)的學(xué)生，根據(jù)目前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)大學(xué)聯(lián)盟或相關(guān)專(zhuān)業(yè)教育聯(lián)盟等組織能夠認(rèn)證其學(xué)分及證書(shū)，但面向社會(huì)大眾的學(xué)習(xí)成果認(rèn)證仍在起步階段。

中國(guó)大學(xué)對(duì)MOOCs課程的建設(shè)是必然選擇，MOOCs帶來(lái)的新一輪的高等教育改革正浮出水面，盡管不斷發(fā)展中的在線教育在未來(lái)還將遇到許多的問(wèn)題，我們也將勇敢面對(duì)。在MOOCs這個(gè)新的平臺(tái)上，工程材料基礎(chǔ)課程組將致力于向?qū)W生、向社會(huì)提供更優(yōu)質(zhì)的交大特色教學(xué)資源，使我們的課程和培養(yǎng)的學(xué)生在未來(lái)激烈的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。

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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

基金項(xiàng)目：西安交通大學(xué)教改項(xiàng)目(重點(diǎn)項(xiàng)目)(編號(hào)：1402Z)。

作者簡(jiǎn)介：鄭巧玲，碩士，助理工程師。通訊作者：李燁飛，博士，講師。孫巧艷，博士，教授。高義民，博士，教授。

收稿日期：2015-07-02