基于個性化和翻轉(zhuǎn)課堂的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)研究

張艷美, 楊文東, 俞然剛, 欒雅琳

(中國石油大學(xué)(華東) 儲運與建筑工程學(xué)院, 山東 青島 266580)

基于個性化和翻轉(zhuǎn)課堂的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)研究

張艷美, 楊文東, 俞然剛, 欒雅琳

(中國石油大學(xué)(華東) 儲運與建筑工程學(xué)院, 山東 青島 266580)

基于土木工程的專業(yè)特點和學(xué)生個人能力的差異,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和職業(yè)能力為目標(biāo),構(gòu)建了土木工程專業(yè)實驗的“三三三”教學(xué)體系，即3層實驗教學(xué)、3方教學(xué)結(jié)合、3種能力培養(yǎng),實現(xiàn)因材施教、個性化實驗教學(xué),轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式,引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的核心理念,使學(xué)生成為實驗課堂主體,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

個性化教學(xué)； 實驗教學(xué)； 翻轉(zhuǎn)課堂

《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》的培養(yǎng)目標(biāo)指出,培養(yǎng)具有較強的實踐能力和創(chuàng)新能力,能面向未來的高級專門人才。土木工程是理論性和實踐性很強的專業(yè),土木工程專業(yè)實驗(包括專業(yè)基礎(chǔ)試驗和專業(yè)實驗)在土木工程專業(yè)教學(xué)中占有重要地位,是土木工程專業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才不可或缺的重要組成部分[1]。當(dāng)今,90后已成為大學(xué)校園的主體,鮮明的個性化特征和較大的能力差異等現(xiàn)象,給傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)模式帶來巨大沖擊,僅僅讓學(xué)生按照教師規(guī)定的操作步驟完成實驗已經(jīng)難以滿足當(dāng)今社會對土木工程人才培養(yǎng)的要求。

1 土木工程專業(yè)“三三三”實驗教學(xué)體系構(gòu)建

為了提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和職業(yè)能力,實現(xiàn)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo),針對土木工程專業(yè)特點,基于個性化和個人能力差異,我們構(gòu)建了土木工程專業(yè)“三三三”實驗教學(xué)體系,見圖1。

圖1 “三三三”實驗教學(xué)體系

1.1 三層實驗教學(xué)

大部分土木工程專業(yè)課在大學(xué)三年級開設(shè)。經(jīng)過2年的基礎(chǔ)課學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)有了一定程度的區(qū)分,有的學(xué)生理論基礎(chǔ)扎實，展現(xiàn)出一定的創(chuàng)新能力,有的學(xué)生基礎(chǔ)較好但創(chuàng)新意識較差,還有少數(shù)學(xué)生甚至難以適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)；有的學(xué)生展現(xiàn)出較好的工程素養(yǎng),而有的學(xué)生這方面意識淡薄等。如果繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式,將會出現(xiàn)有些學(xué)生吃不飽、有些學(xué)生跟不上的局面[2-3]。

為了提高實驗教學(xué)的質(zhì)量,滿足不同層次學(xué)生的要求,實現(xiàn)因材施教、個性化教學(xué)[4-5],提出了3個層次的土木工程專業(yè)實驗教學(xué),即將實驗項目和實驗要求分為3個層次,學(xué)生可根據(jù)自己的能力進行選擇。

1.1.1 實驗項目分類

將實驗項目分為必做型實驗、觀摩型實驗和研究型實驗3類[6-7]。必做型實驗是專業(yè)規(guī)范要求的本科階段應(yīng)掌握的實驗,這類實驗所有學(xué)生必須完成；研究型實驗是由學(xué)生自己提出實施方案并設(shè)計完成的實驗,教師主要對實驗過程中學(xué)生遇到的問題和困難加以指點和協(xié)助,這類實驗學(xué)生可根據(jù)自己的能力選擇；觀摩型實驗是根據(jù)具體情況組織學(xué)生參觀現(xiàn)場實驗或觀看現(xiàn)場實驗錄像、虛擬仿真實驗等,這類實驗學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇。

1.1.2 實驗要求分類

針對必做實驗,考慮到學(xué)生能力的差異,把實驗要求分為A、B、C三類。

A類實驗,要求學(xué)生在實驗課前觀看相關(guān)實驗錄像，自主學(xué)習(xí)實驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),熟悉實驗的目的、原理、儀器和操作步驟等，盡可能自己制作試樣或準(zhǔn)備實驗材料?？梢韵蚪處熖岢錾暾堅趯嶒炚n前完成實驗,這樣也可以讓教師有更多的精力指導(dǎo)能力相對較差的學(xué)生。學(xué)生自主完成整個實驗,教師僅對實驗做引導(dǎo)。實驗結(jié)束后,學(xué)生獨立撰寫實驗報告,對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行分析,對實驗過程中存在的問題進行說明并給出解決建議,提出新的實驗方法構(gòu)想并進行實驗驗證。

B類實驗,要求學(xué)生在實驗課前觀看相關(guān)實驗錄像，自主學(xué)習(xí)實驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),熟悉實驗的目的、原理、儀器和操作步驟等。學(xué)生自主完成整個實驗過程,教師僅作為實驗的指導(dǎo)者。實驗結(jié)束后,學(xué)生獨立撰寫實驗報告,對實驗結(jié)果和現(xiàn)象進行分析,對實驗過程中存在的問題進行說明并給出解決建議。

C類實驗,要求學(xué)生在實驗課前觀看相關(guān)實驗錄像，自主學(xué)習(xí)實驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),了解實驗的目的、原理、儀器和操作步驟等。實驗時,教師做詳細的講解并演習(xí)實驗操作過程,學(xué)生按照教師的講解及規(guī)定的步驟完成實驗。實驗結(jié)束后,學(xué)生獨立撰寫實驗報告,對實驗結(jié)果進行分析。

對于研究型實驗,要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)理論知識和專業(yè)知識,通過查閱資料,自主提出實驗方案、制定實驗步驟,自選(或改進)實驗設(shè)備、申請科研課題(如大學(xué)生創(chuàng)新項目)、自主完成實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗結(jié)果的分析和評價等。

對于觀摩型實驗,要求學(xué)生了解實驗的目的、實驗步驟,熟悉相關(guān)實驗規(guī)范(或標(biāo)準(zhǔn))的要求或?qū)嶒災(zāi)M的工程問題,結(jié)合工程應(yīng)用撰寫實驗報告。

1.2 三方教學(xué)結(jié)合

由于土木工工程專業(yè)很多計算公式和設(shè)計理論來源于實踐或?qū)嶒?為了讓學(xué)生易于理解,教師可以把相關(guān)理論課堂搬到實驗室,通過對實驗現(xiàn)象分析、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗過程仿真，如模擬地震時梁柱的破壞等,讓學(xué)生通過直觀的感悟來深入理解所學(xué)的理論知識,實現(xiàn)實驗教學(xué)與理論教學(xué)結(jié)合。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實際問題的能力,在實驗教學(xué)過程中注意與實際工程應(yīng)用結(jié)合,如在做常規(guī)土工實驗時,會發(fā)給學(xué)生實際工程的“巖土工程勘察報告”,通過研讀勘察報告,讓學(xué)生了解土工實驗在實際工程中的用途和重要性,并對勘察報告中的相關(guān)內(nèi)容做講解,不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也為今后從事相關(guān)的工作奠定基礎(chǔ)。

我校土木工程專業(yè)實驗室為開放實驗室,校、院、系等也出臺了一系列政策和措施,鼓勵學(xué)生申報大學(xué)生創(chuàng)新項目、參與教師的科研課題、選擇研究型實驗等。借助這些平臺,實現(xiàn)實驗教學(xué)與科研課題結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂核心理念的實驗教學(xué)模式

《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》重申了創(chuàng)新教育教學(xué)方法,倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)。盡管這些教學(xué)方法在組織形式和內(nèi)涵上存在一些差別,但是都強調(diào)了以學(xué)生為中心,課堂教學(xué)從“以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變[8]。

傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)模式以教師教為主,學(xué)生只是按照教師規(guī)定的實驗步驟機械地重復(fù),缺乏創(chuàng)新和質(zhì)疑意識。為了改變這一現(xiàn)狀,在土木工程專業(yè)實驗教學(xué)中引入了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的核心理念,使學(xué)生成為課堂主體,以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動探究、永不滿足、追求卓越。

2.1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的核心理念

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式由美國教師Jon Bergmann 和Aaron Sams在2007年提出[9-11],并在美國、日本等一些國家流行,目前已成為全球教育界關(guān)注的一種教學(xué)模式,也已逐漸為我國許多教師熟悉。

與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不同,翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生首先在課下完成相關(guān)知識的學(xué)習(xí),課堂則以師生之間、學(xué)生之間互動交流為主。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的核心理念主要可概括為2點:

(1) 學(xué)生自主掌控學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂后,利用教學(xué)資料,特別是教學(xué)視頻,學(xué)生可以根據(jù)自身情況來安排和控制學(xué)習(xí)(不是簡單的預(yù)習(xí)),從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和主動性。

(2) 學(xué)生成為課堂主體。翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)模式最大的區(qū)別就是學(xué)生成為課堂主體,教師成為課堂的指導(dǎo)者,實現(xiàn)師生之間角色互換,全面增強了師生及學(xué)生之間的互動,教師不再是知識的唯一傳授者,學(xué)生之間也可以相互學(xué)習(xí)。

2.2 引入翻轉(zhuǎn)課堂核心理念的實驗教學(xué)

針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的弊端,將翻轉(zhuǎn)課堂核心理念引入土木工程專業(yè)實驗教學(xué),使學(xué)生自主掌控學(xué)習(xí)、成為課堂主體和學(xué)習(xí)的承擔(dān)者,教師成為學(xué)生學(xué)習(xí)的促進者和指導(dǎo)者[12]?；诜D(zhuǎn)課堂核心理念的實驗教學(xué)方法的主要步驟是:提前把相關(guān)實驗視頻(必做型實驗)、實驗要求、實驗標(biāo)準(zhǔn)等資料發(fā)給學(xué)生,學(xué)生在上實驗課之前可根據(jù)自己的時間安排觀看和學(xué)習(xí),然后根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況進行實驗類型選擇。由于課前自主學(xué)習(xí),對實驗內(nèi)容和步驟等比較熟悉,在實驗時學(xué)生更容易掌控實驗、成為實驗課堂的主體,對于實驗過程中遇到的問題,學(xué)生之間、師生之間更易于討論。在這種教學(xué)模式下,教師除了對少數(shù)能力差的學(xué)生進行重點指導(dǎo),不再是實驗課堂的主導(dǎo)者,也有效地提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和能力。

3 結(jié)束語

基于個性化和翻轉(zhuǎn)課堂的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)方法,通過分層次實驗教學(xué),照顧到不同層次的學(xué)生需求,實現(xiàn)了個性化教學(xué)；通過3方面的教學(xué)結(jié)合,提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力；將翻轉(zhuǎn)課堂的核心理念引入實驗教學(xué),使學(xué)生成為實驗主體,激發(fā)了他們自主學(xué)習(xí)的興趣。目前,翻轉(zhuǎn)課堂還是一種新興的教學(xué)模式,盡管已逐漸被更多的人認可,但是如何在實驗教學(xué)中更有效地實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂,還存在一定困難,如有些學(xué)校缺乏實驗視頻,以及如何進行考核,特別是對課下自主學(xué)習(xí)部分的考核等,因此,還需要針對不同專業(yè)的特點進行深入研究。

References)

[1] 邵曉玲,陳永泰,杜建國,等.實驗教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2011,9(1):169-172.

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Research on experimental teaching of Civil Engineering specialty based on personalization and flipped classroom

Zhang Yanmei, Yang Wendong, Yu Rangang, Luan Yalin

(College of Pipeline and Civil Engineering,China University of Petroleum (Huadong), Qingdao 266580,China)

Based on the civil engineering features and the difference of personal ability, taking the innovative ability,practical ability and professional ability as the training goal, a “333” civil engineering experimental teaching system was made,including three layers experimental teaching,three teaching combination and three ability training.The teaching students in accordance with their aptitude and individualized teaching are realized.Changing the traditional experimental teaching mode,the core concept of flipped classroom teaching mode is introduced. The students become the experimental class master.The learning initiative,innovative consciousness and practical ability are enhanced greatly.

personalized teaching; experimental teaching；flipped classroom

2014- 12- 11 修改日期：2015- 02- 02

國家自然科學(xué)基金項目(51208510)；山東省重點教學(xué)改革項目(2012017)；中國石油大學(xué)(華東)校級教改項目(JY-B201246,YK201412)；中國石油大學(xué)(華東)研究生教改重點項目(YJ-A1408)；中國石油大學(xué)研究生教育建設(shè)項目(XWS130005)；中國石油大學(xué)(華東)儲運與建筑工程學(xué)院研究性教改項目和考試改革項目(2014)

張艷美(1972—),女,山東濱州,博士,副教授,系主任,主要從事土木工程方面的教學(xué)與研究工作.

E-mail：zhangym@upc.edu.cn

TU；G642

A

1002-4956(2015)7- 0183- 03