綜合實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的構(gòu)建

彭成紅 朱小科

華南理工大學(xué) 廣東廣州 510641

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)模式已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化。首先是多元化教學(xué)體系的建立，其次是開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法廣泛采用。為了適應(yīng)新的教學(xué)體系，對現(xiàn)代高等教育的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建也提出了新的要求，而數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)平臺也成為現(xiàn)代教育技術(shù)的重要組成。[1-3]

機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)和金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)是金屬材料實(shí)驗(yàn)室的主要課程，在學(xué)校材料類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有重要的地位。我校機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)和金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)是兩門獨(dú)立開設(shè)的專業(yè)必修課。從內(nèi)容上看，涵蓋面廣，實(shí)驗(yàn)相目多，實(shí)驗(yàn)量大；從教學(xué)模式上看，實(shí)驗(yàn)課程多元化，從演示性、驗(yàn)證性到綜合性、設(shè)計性，并以開放性、設(shè)計性的綜合實(shí)驗(yàn)為主。此外，隨著學(xué)生對綜合性實(shí)驗(yàn)課程的認(rèn)同，要求開設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)的專業(yè)逐年增加。1999年機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)開設(shè)時僅對機(jī)械工程及自動化專業(yè)設(shè)置，而2012年已經(jīng)擴(kuò)展到機(jī)電工程、機(jī)械工程創(chuàng)新班；2007年金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)僅對金屬材料專業(yè)設(shè)置，而從2011年開始增加了金屬材料控制專業(yè)。這就給實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開放要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法必須更具創(chuàng)新性；實(shí)驗(yàn)課程的增加則要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更為高效。為解決上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，建立信息化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率是目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革比較迫切的任務(wù)之一。

構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，豐富并加強(qiáng)教育資源共享，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，不單是取決于軟件的交互功能，更主要的還是軟件提供的內(nèi)容本身。[4]本文探討了利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行材料實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺架構(gòu)

綜合性實(shí)驗(yàn)課程是金屬材料實(shí)驗(yàn)室的主干課程。這些課程具有設(shè)計性、實(shí)踐性、開放性的特點(diǎn)，相應(yīng)地網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架從這些方面展開，綜合實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)上教學(xué)內(nèi)容包括綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的目的、內(nèi)容、教學(xué)計劃，集中教學(xué)及分散教學(xué)的教學(xué)視頻、開放實(shí)驗(yàn)參考流程、與大型儀器相關(guān)的教學(xué)指南、課程考核辦法、實(shí)驗(yàn)室制作的典型金屬材料的金相圖譜、熱處理手冊、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及其他藏書。豐富的網(wǎng)上教學(xué)資源，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了便利。對于綜合實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證性演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為了讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前做好預(yù)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)室也建立了詳細(xì)完善的實(shí)驗(yàn)電子講義和電子教案。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺充分展示了機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)和金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計性、實(shí)踐性、開放性、綜合性的特色。根據(jù)金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)和要求，網(wǎng)頁的構(gòu)建運(yùn)用華南理工大學(xué)教育技術(shù)中心的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，采用樹狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖1所示。

圖1 綜合實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的架構(gòu)

2 綜合實(shí)驗(yàn)的特色

2.1 綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計性

綜合實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容上采用獨(dú)具特色的任務(wù)書的形式進(jìn)行，給每位學(xué)生下達(dá)一份各不相同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)書，這些任務(wù)書已涉及近三十種典型常用零件，十大類共計二十多種常用金屬材料，相當(dāng)于一個現(xiàn)代機(jī)械工程材料多元化的、直觀的展示平臺。

學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的要求，在充分查閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上獨(dú)立選材，設(shè)計材料加工工藝路線，設(shè)計熱處理方法和工藝參數(shù)，充分體現(xiàn)了課程的設(shè)計性。

網(wǎng)絡(luò)平臺在該一級菜單下列出了機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)和金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)的集中教學(xué)及綜合實(shí)驗(yàn)報告寫作規(guī)范PPT，制作了現(xiàn)場教學(xué)的錄像片，并上傳了如何撰寫設(shè)計方案的Word文檔，列出了實(shí)驗(yàn)室可提供的備選材料。

2.2 綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐性

我校從1999年開設(shè)機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課，至今已有16屆，超過4 000名學(xué)生參加了該實(shí)踐。金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)從2007年開設(shè)，在機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了滲層硬度分布曲線測定，材料熱膨脹系數(shù)的測定，差示掃描量熱法(DSC)測量材料的熔點(diǎn)和相變潛熱，薄膜鍍層表面電阻的測量方法，金屬材料XRD相結(jié)構(gòu)分析等，對學(xué)生自主完成的要求更高。

學(xué)生的設(shè)計任務(wù)由教師審閱后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、獨(dú)立安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。整個實(shí)驗(yàn)過程包括根據(jù)給定任務(wù)的設(shè)計方案，由學(xué)生從選擇材料開始，再進(jìn)行預(yù)先熱處理、最終熱處理以及表面化學(xué)熱處理，每種工藝前后進(jìn)行性能和金相組織檢驗(yàn)，并對各種材料，不同的結(jié)果進(jìn)行分析，從中獲得選材、工藝設(shè)計和操作分析技能，最終得到最佳加工工藝路線。充分體現(xiàn)了課程的實(shí)踐性。為了幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)，該菜單資源提供了實(shí)驗(yàn)流程指引，設(shè)備操作視頻，常見金屬材料的金相圖譜以及一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的測試結(jié)果。

2.3 綜合性實(shí)驗(yàn)的開放性

在教學(xué)方式上以學(xué)生獨(dú)立操作為主，教師指導(dǎo)為輔，教師只是在學(xué)生經(jīng)過了反復(fù)實(shí)驗(yàn)、深入思考仍存在疑問時才給予必要的指點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生全天開放。充分體現(xiàn)了課程的開放性。為了讓學(xué)生合理利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上列出了課程表，提供了實(shí)驗(yàn)室預(yù)約方式。

整個實(shí)驗(yàn)本著大膽放手讓學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、允許失敗、鼓勵嘗試創(chuàng)新的教學(xué)理念。在綜合實(shí)驗(yàn)過程中，能力較強(qiáng)的學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力，在完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，選擇多個實(shí)踐性項(xiàng)目完成，從而增加理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會，把書本的理論知識與自己的實(shí)踐結(jié)合起來，應(yīng)用相關(guān)理論解釋自己所見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而加深對書本理論知識的理解，獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，金屬材料實(shí)驗(yàn)室的本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)場地有能同時容納40名學(xué)生實(shí)驗(yàn)的熱處理一、二室，力學(xué)性能室，金相樣品制備室及配備了多媒體投影系統(tǒng)、能同時容納60名學(xué)生實(shí)驗(yàn)的金相實(shí)驗(yàn)室。本科教學(xué)設(shè)備約180臺，價值330萬元左右。此外，實(shí)驗(yàn)室還管理金屬材料系學(xué)科平臺的大型儀器設(shè)備3臺：X射線衍射儀、微納米力學(xué)測試系統(tǒng)、差示掃描量熱分析儀。為了真正做到實(shí)驗(yàn)室的全開放，該平臺不僅做到可以讓學(xué)生隨時學(xué)習(xí)實(shí)際操作使用設(shè)備，也將實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源放到網(wǎng)上供學(xué)生選擇、學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室將所有儀器設(shè)備的信息傳送到網(wǎng)上，包括放置地點(diǎn)、型號規(guī)格、設(shè)備用途、性能參數(shù)等，對開放實(shí)驗(yàn)用到的主要設(shè)備還制作了操作視頻。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺網(wǎng)址：http://222.16.42.167/jxgc/index.aspx，網(wǎng)頁界面首頁如圖2所示。

圖2 綜合實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁界面首頁

綜合實(shí)驗(yàn)同期開課的班級多，學(xué)生數(shù)量大。實(shí)驗(yàn)室管理主要是為了對實(shí)驗(yàn)室的狀態(tài)進(jìn)行呈現(xiàn)，方便學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度進(jìn)行跟蹤。各個班級的學(xué)生也可以利用課程評價模塊在網(wǎng)上與任課教師進(jìn)行溝通。在課余的開放時間，教學(xué)指導(dǎo)實(shí)行教師值日制度，每天配備3名教師，學(xué)生可以與教師面對面交流，或通過電話、郵件進(jìn)行討論。

2.4 課程的綜合性

在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中以及實(shí)驗(yàn)后，需要獨(dú)立對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析評定，最后獨(dú)立完成綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報告。教師還可以根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況，增加學(xué)生以PPT方式進(jìn)行總結(jié)和交流，教師進(jìn)行點(diǎn)評環(huán)節(jié)，以鍛煉學(xué)生的演講能力。在該一級菜單下，平臺提供了檢測標(biāo)準(zhǔn)、考核方法、報告寫作、學(xué)生作品等豐富的自學(xué)資源，學(xué)生通過平臺的指導(dǎo)可以學(xué)習(xí)怎樣寫作一篇以科研論文的要求為模板的研究性實(shí)驗(yàn)報告。

網(wǎng)絡(luò)的評價部分是為了搜集學(xué)生對課程的意見和建議，以便使課程設(shè)置更能與社會需要接軌。學(xué)生的意見是課程改革持續(xù)的動力。

3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)用情況

經(jīng)過5年的建設(shè)，該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺已應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并在應(yīng)用中逐步完善。從學(xué)生的使用來看，學(xué)生會通過該平臺進(jìn)行三方面的使用，一是認(rèn)識教師，了解實(shí)驗(yàn)室功能；綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊有8～10人，每一堂實(shí)驗(yàn)課會同時有多位教師在崗，學(xué)生不容易區(qū)分。實(shí)驗(yàn)室的場地設(shè)備比較多，網(wǎng)絡(luò)平臺可以補(bǔ)充課堂的介紹。二是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行預(yù)習(xí)；部分學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)之前會瀏覽實(shí)驗(yàn)室通知及了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。目前這些學(xué)生的數(shù)量還不多。三是學(xué)生會通過該平臺的幫助完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，如實(shí)驗(yàn)設(shè)計，參考教師的PPT教案，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的條件進(jìn)行選材和工藝路線設(shè)計；通過該平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)綜合分析，完成實(shí)驗(yàn)報告。

從近一年的網(wǎng)上學(xué)習(xí)記錄來看，學(xué)生對教師的PPT教案和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)資源的使用較多，有幾十次至近幾百次的瀏覽記錄，操作視頻的觀看和實(shí)驗(yàn)相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等拓展資源的瀏覽不是很多。其原因一方面與學(xué)生課外學(xué)習(xí)時間的投入不多，教師在實(shí)驗(yàn)課時播放有關(guān)。綜合實(shí)驗(yàn)在指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作時分成多個環(huán)節(jié)：課堂講授→多媒體演示→現(xiàn)場教學(xué)→實(shí)驗(yàn)操作實(shí)時指導(dǎo)，這種循序漸進(jìn)的方式應(yīng)該已經(jīng)基本上解決了學(xué)生操作的疑問。多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使作者認(rèn)識到，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起輔助作用，言傳身教的傳統(tǒng)教學(xué)方式依然是不可取代的。另一方面，教學(xué)平臺的視頻還存在需要改進(jìn)之處。這些操作視頻是比較單一的操作指示，沒有結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理的講解，對動畫的應(yīng)用也比較少。因此網(wǎng)上的視頻資料并沒有突出的觀看記錄。視頻教學(xué)資源水平的提高也是今后運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要進(jìn)一步努力的方向。

實(shí)驗(yàn)室對綜合實(shí)驗(yàn)的探索獲得師生的認(rèn)可。眾多學(xué)生們的作品里，都流露出對這兩門實(shí)驗(yàn)課深深的喜愛。在這些研究的基礎(chǔ)上，筆者總結(jié)了多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，出版了《機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)》，并在近兩年獲批兩項(xiàng)廣東省高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目，材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展獲得了新的動力。

4 結(jié)束語

國內(nèi)外對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化相當(dāng)重視[5]，運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)促進(jìn)各級各類教育的改革和發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國教育改革的主要趨勢和國際教育界的基本共識。本文探索了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)在機(jī)械工程材料和金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，初步建成了以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮了積極作用，為創(chuàng)新金屬材料類實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法做了有益的嘗試。

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