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我刊入选第二批学术期刊名单
期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN 15-1362/G4
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我刊投稿论文
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2021-10-21 | 所属栏目:我刊投稿论文 | 阅读次数:

  【摘要】应变电测实验能有效培养学生动手和探究能力,同时需要学生具有丰富的知识储备,在高校材料力学教学中具有重要地位。该线上实验教学学习考试平台以实验前的预习準备、实验中的实操练习、实验末的检验考核、实验后的研讨交流四大功能为抓手,实现了教学过程趣味化,考核过程公平化,学习资源整合化。因此,教育部“新工科”建设为应变电测法实验教学指明了首要任务,并结合在本次新冠肺炎疫情期间的网络教学背景下,应变电测法实验教学学习考试平台的研发与应用对未来科技创新领军人才和高素质综合人才的战略性培养更具重要意义。
  【关键词】应变电测法  线上学习平台  材料力学实验  教学改革  新工科
  【基金项目】本文获得了南华大学大学生创新创业训练计划项目“电测法实验教学学习考试平台开发”(编号:X202010 555369)、南华大学教学改革研究项目“力学实验教学提质升级”(编号:2019YB-XJG18)、南华大学虚拟仿真实验教学项目“应变电测法虚拟仿真实验教学项目”(编号:000900009038)资助。
  【中图分类号】G64  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2021)07-0028-02
  1.引言
  2017年2月,教育部大力推动新工科[1]建设,提出新形势下高校教育和人才培养的目标与方向。为响应教育部新工科建设的号召,南华大学积极谋划工程教育新发展,各学科积极开展教育教学改革。材料力学实验是培养工科学生研究与实践创新能力的重要课程,因此,应用于材料力学实验教学的应变电测法学习考试平台的研发对未来科技创新领军人才的前瞻性和战略性培养具有重要的意义。
  对工科生而言,应变电测实验是材料力学课程首个与工程实践相关的实验 [2]。该实验既考查学生对于电工原理、力学等诸多方面的理论知识的掌握[3],又要求学生具备一定的动手能力和创新能力。北方民族大学汤占岐等完成了电测法应用于材料力学实验中的教学实践[4],更是检验了电测法在高校教学中的重要性与实用性。
  “互联网+教育”为代表的网络实验平台具易操作性与经济性等显著优势,国内外对力学仿真实验的研制与实践已初见成效[5]。中北大学谢占魁等对于基础力学实验教学网络平台建设的研究[6],揭示了网络平台建设的内涵与策略,可为实验网络平台建设提供借鉴。合肥工业大学卞步喜等关于纯弯曲电测实验的研究[7]已在其学校推广并获得广泛好评,但其平台局限于对线下实验的简易仿真。山东烟台大学曲淑英等完成了力学仿真实验教学中心资源建设[8],形成了庞大的仿真虚拟实验教学网络,为今后的发展方向点起了一盏明灯。
  南华大学力学实验教学采用单一的线下教学模式,存在着许多问题,如学习资源零碎,学习资料质量良莠不齐,大部分同学简单模仿老师,学习效果普遍欠佳,过程化考核难以实现,课程考核的公平性与准确性有待提高。
  本项目针对上述普遍问题,基于互联网技术,研发出集预习、练习、交流和考试等多种功能为一体的电测法实验教学学习考试平台。此平台将服务于实践型人才培养与创新型人才选拔,服务社会的工程人员学习深造,本项目为应对新一轮科技革命与产业变革的人才培养具有重要意义。
  2.平台搭建
  该平台建设时,首先进行需求分析,开发者主要以南华大学理工科师生为对象,搜集了实验教学过程中存在的问题且对该平台服务对象进行需求调查。通过汇总调查结果,开发者对平台进行初步设计,确定了该平台的两大基础构架:网络学习资源库及习题库。明确了该平台需具有的四大功能:实验前的预习准备、实验中的实操练习、实验末的检验考核、实验后的研讨交流,如图1所示。在之后的平台研发过程中,开发者通过查找网络和书籍资料编写整理出一套较为完整的题库,并在线下录制了实验正确示范及错误操作的视频,以客观题形式填充进题库中。网络学习资源库中,开发者参考了实验指导书、各类力学实验相关文献、材料力学相关书籍及力学竞赛中实验相关题目,以及各类力学实验在生活中应用、力学竞赛实验题讲解及本校老师讲解实验原理等内容的视频,使该平台的功能更完善,并满足不同学生的需求。在平台测试阶段,开发者邀请专家、师生、管理人员等试用该平台,,汇总该平台在实际使用中存在的问题以及使用该平台后的用户反馈,进而对平台加以完善。在平台投入使用后,开发者将根据实际使用情况分定期和不定期维护平台,并实时更新平台资源与功能。
  2.1线上模拟实验
  对于南华大学目前所拥有的电测实验室与实验设备进行了环境考察、实物拍摄与分析记录,依靠虚拟现实(VR)中的三维建模技术,利用三维建模软件构建一个1∶1高还原度的虚拟仿真材料力学电测实验室场景,如图2所示;在三维仿真实验场景中,可以实现视角控制、视野转换、参数改变、实验设备模型操作等功能,给予学生一个打破时空局限的实验环境。采用大数据分析技术与实验数据预调处理,提供了高自由度与完整度的可视化数据实验,具有仪器解析、实验步骤引导和错误警示等功能。学生可根据规范完成实验并自主创新试验不同的操作与数据,得到不同的结果,不仅确保了仿真实验的真实性,还达到了实验的多样性,培养了学生思维的活跃性。
  2.2线上学习资源库
  围绕实验课程组建了高质量、高契合度的教育学习资源库,采用云存储技术,将搜集分类整合后的文本资源、图形图像资源、动画资源、声音资源与视频资源等实验相关学习资源存放在自主构建的资源库中。资源库的建设,拓宽了学生对实验学习渠道的选择。对于理论学习,学生不仅可以观看MOOC等网络平台的课程,也能选择本平台的视频资源进行学习。实验演示方面,设立了五大分区并对应录制了视频:实验流程、分步演示、细节处理、错误示范和成果展示,给予学生个性化、智能化指导,并满足其在不同情况下对实验学习的需求。
  2.3线上考核中心


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