基于積件設(shè)計(jì)思想的土木工程專業(yè)課程體系整合

雷進(jìn)生+劉章軍+郭永成+張京穗

摘要：現(xiàn)代教育技術(shù)為土木工程課程體系融合和優(yōu)化提供了改革平臺(tái)。認(rèn)識(shí)課程間知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)和邏輯關(guān)系，按照積件設(shè)計(jì)思想，構(gòu)建以知識(shí)點(diǎn)為主線的教學(xué)資源，開(kāi)展土木工程課程體系整合構(gòu)想與教學(xué)設(shè)計(jì)。借助網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺(tái)和建筑工程三維實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建和實(shí)習(xí)基地建設(shè)，通過(guò)專業(yè)課程集成和體系優(yōu)化，推動(dòng)土木工程專業(yè)課程的立體化教學(xué)體系改革和個(gè)性化的微型自主學(xué)習(xí)策略。

關(guān)鍵詞：土木工程；知識(shí)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)；課程體系；積件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）05-0092-02

卓越土木工程師創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃提出，要建立以創(chuàng)新能力為核心的人才培養(yǎng)模式，改革課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、考核方式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)及能力培養(yǎng)方式等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。理解知識(shí)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，利用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助手段，梳理課程內(nèi)和課程間知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建立體化教學(xué)體系，是教育工作者面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)?；诜e件設(shè)計(jì)思想加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)課程教育平臺(tái)、三維實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建和實(shí)習(xí)基地建設(shè)，推動(dòng)課程群優(yōu)化與教學(xué)資源開(kāi)發(fā)，有利于推動(dòng)立體化教學(xué)研究與改革。

一、專業(yè)知識(shí)體系與積件化設(shè)計(jì)思想

課程知識(shí)的教學(xué)過(guò)程可分解成知識(shí)點(diǎn)單元的過(guò)渡和復(fù)合進(jìn)程，這種過(guò)渡在時(shí)間維度上是單向的，在知識(shí)體系的結(jié)構(gòu)空間上是縱橫交錯(cuò)的。課程間知識(shí)點(diǎn)存在交叉和關(guān)聯(lián)，利用知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和邏輯關(guān)系在課程間建立思維和實(shí)踐上的聯(lián)系，構(gòu)建完整的專業(yè)知識(shí)體系，可使專業(yè)課的課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)更加完善、流暢，對(duì)專業(yè)課的理解更趨本質(zhì)化。積件是根據(jù)教學(xué)需要組合運(yùn)用的教學(xué)信息和教學(xué)處理策略庫(kù)與工作平臺(tái)[1]。積件庫(kù)是教學(xué)資料和表達(dá)方式的集合，包括多媒體教學(xué)資料庫(kù)、微教學(xué)單元庫(kù)、網(wǎng)上環(huán)境積件資料庫(kù)、資源呈現(xiàn)方式庫(kù)、教與學(xué)策略庫(kù)等。積件化的學(xué)習(xí)平臺(tái)借助于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，以積件作為起點(diǎn)，通過(guò)導(dǎo)航關(guān)系組成千變?nèi)f化的學(xué)習(xí)路徑。積件設(shè)計(jì)思想就是將課程知識(shí)內(nèi)容分解成許多標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)點(diǎn)（積件，相當(dāng)于玩具積木），成為教學(xué)資源庫(kù)的組成部分。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)積件就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)點(diǎn)，是同時(shí)包含知識(shí)呈現(xiàn)方式、學(xué)習(xí)練習(xí)及相關(guān)知識(shí)鏈的完整教學(xué)單元。將標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)點(diǎn)按積件方式設(shè)計(jì)，以一定的順序連接，就成為課程，遵從一定規(guī)則組合就形成課程體系。將這些知識(shí)點(diǎn)以積件方式組合成一系列課程，或通過(guò)知識(shí)點(diǎn)之間的網(wǎng)狀關(guān)系來(lái)學(xué)習(xí)專業(yè)體系，可擺脫單一課程或具體教材的限制。

二、土木工程課程體系整合構(gòu)想與教學(xué)設(shè)計(jì)

1.重視知識(shí)點(diǎn)的歸類與邏輯關(guān)系融合。研究專業(yè)課程和課程之間知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，根據(jù)其類型、性質(zhì)和特征進(jìn)行總結(jié)歸類，把握知識(shí)點(diǎn)乃至知識(shí)鏈的構(gòu)成，進(jìn)而指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)，可有效提高教學(xué)質(zhì)量。李國(guó)強(qiáng)等[2]考慮知識(shí)類型提出了結(jié)構(gòu)工程課程體系六大模塊，包括結(jié)構(gòu)分析、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理、結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與測(cè)試、結(jié)構(gòu)工程施工。按模塊分類整合可達(dá)到課程體系整體優(yōu)化的目的，又能構(gòu)成較寬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)平臺(tái)。把專業(yè)課程體系作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究，探索課程體系中知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)聯(lián)，完整地把握課程的研究方法，不斷進(jìn)行小范圍的知識(shí)貫通、融合和相互滲透，可有效引導(dǎo)學(xué)生理清課程體系中理論間的脈絡(luò)，理解課程和專業(yè)知識(shí)體系的層次結(jié)構(gòu)鍛煉邏輯思維能力與綜合分析能力，使學(xué)生越學(xué)越有興趣。如可以所在教學(xué)樓為鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)引入剛架、排架和桁架的概念，門窗過(guò)梁可簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁等為例引入，鋼屋架的焊接、木屋架的榫接以及現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋架，當(dāng)彎矩和剪力較小時(shí)，常簡(jiǎn)化為光滑圓柱鉸，桿件簡(jiǎn)化為鏈桿，屋架則抽象為理想桁架。這也正是不同課程間知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)和邏輯關(guān)系。利用知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系建立課程內(nèi)容鏈接，可以更好地使學(xué)生認(rèn)識(shí)知識(shí)體系架構(gòu)。創(chuàng)新思維教育過(guò)程中，通過(guò)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系更可發(fā)現(xiàn)思維的創(chuàng)新點(diǎn)。

2.構(gòu)建以知識(shí)點(diǎn)為主線的教學(xué)資源?；诜e件設(shè)計(jì)思想進(jìn)行課程體系融合設(shè)計(jì)，要在教學(xué)資源（課件、網(wǎng)絡(luò)）建設(shè)過(guò)程中站在專業(yè)角度而不是課程角度，確定知識(shí)點(diǎn)的各種特性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，合理分解和規(guī)劃知識(shí)點(diǎn)，并按照對(duì)專業(yè)體系的理解和教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系。在土木工程施工模塊教學(xué)過(guò)程中，在施工問(wèn)題講解中多引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想和力學(xué)概念，可讓面向施工企業(yè)去向的學(xué)生同樣感覺(jué)到力學(xué)和專業(yè)在工程施工技術(shù)中的重要性。而圍繞多次超靜定框架體系的求解、無(wú)剪力分配法、塑性鉸等力學(xué)專題，可以看成是涉及多門課程關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)重組的教學(xué)過(guò)程和方法。以標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)點(diǎn)為單元，按積件方式建立積件庫(kù)，教師仍可按自己的教學(xué)安排組織和生成有個(gè)人特色的課件。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)反映典型的相關(guān)內(nèi)容，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，并對(duì)不同課程具有通用性。

3.深化課程知識(shí)鏈的關(guān)聯(lián)與重組。同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可具有不同的存在狀態(tài)，既可進(jìn)一步細(xì)分，又可被包含在一個(gè)容量更大的知識(shí)點(diǎn)中。力學(xué)類課程和后續(xù)專業(yè)課程有重要關(guān)聯(lián)和銜接關(guān)系，如“土木工程材料”、“混凝土結(jié)構(gòu)原理”和“鋼結(jié)構(gòu)”等課程都涉及材料力學(xué)性能，“鋼結(jié)構(gòu)”和“材料力學(xué)”課程都涉及截面幾何性質(zhì)部分，“基礎(chǔ)力學(xué)”課程中連接件計(jì)算、壓桿穩(wěn)定計(jì)算等專業(yè)內(nèi)容“鋼結(jié)構(gòu)”課程仍有涉及，結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算部分是后續(xù)“工程結(jié)構(gòu)抗震”課程教學(xué)的重要鋪墊。教學(xué)上應(yīng)避免內(nèi)容重復(fù)講授或知識(shí)點(diǎn)的缺位，更應(yīng)基于積件思想注重知識(shí)再現(xiàn)、重組和深化?，F(xiàn)在諸如三峽大學(xué)求索學(xué)堂等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)都是以知識(shí)點(diǎn)為中心來(lái)組織網(wǎng)絡(luò)課程素材的。一個(gè)知識(shí)點(diǎn)除呈現(xiàn)其文字材料外，還能呈現(xiàn)該知識(shí)點(diǎn)與前驅(qū)和后繼知識(shí)點(diǎn)鏈接，學(xué)生可快速查看相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以及其重要程度、要求掌握程度、幫助理解該知識(shí)點(diǎn)的例題和多媒體課件（可包含動(dòng)畫(huà)、視頻、音頻等）。深入研究課程群間知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，進(jìn)行課程的整合和關(guān)聯(lián)知識(shí)重組，有助于幫助學(xué)生形成完整的專業(yè)知識(shí)鏈條和知識(shí)樹(shù)結(jié)構(gòu)。基于知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)，可為資源重復(fù)利用和擴(kuò)展帶來(lái)極大的靈活性，為不同教師從開(kāi)放的積件庫(kù)中選擇資源或按積件化模式共享教學(xué)資源提供便利。但目前網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)并不能幫助專業(yè)教師實(shí)現(xiàn)課程間的關(guān)聯(lián)和重組。目前一些針對(duì)建筑工程專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程開(kāi)發(fā)的商業(yè)仿真軟件，運(yùn)用現(xiàn)代多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等手段多渠道多方法地創(chuàng)設(shè)出生動(dòng)活潑的教學(xué)情景?；诰唧w建筑工程仿真，在理論課程和實(shí)習(xí)實(shí)踐、在校學(xué)習(xí)和畢業(yè)工作間搭設(shè)互通立交橋梁，更可以具體工程為背景，以建筑施工為主線，串聯(lián)土木工程材料、地基與基礎(chǔ)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多門主干課程的諸多知識(shí)點(diǎn)，為土木工程專業(yè)課程關(guān)聯(lián)與重組提供教學(xué)新思路。endprint

4.建立以積件設(shè)計(jì)思想的專業(yè)課程集成與立體化教學(xué)體系。伴隨著教學(xué)藝術(shù)的發(fā)揮和教學(xué)理念的探索，現(xiàn)代教學(xué)媒體的應(yīng)用為教學(xué)手段改革提供了突破口。教學(xué)媒體從視聽(tīng)教育、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)到多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件的演變過(guò)程，標(biāo)志著人們對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的認(rèn)識(shí)上升到一個(gè)新的階段。傳統(tǒng)課件固化了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和知識(shí)的呈現(xiàn)方式，素材數(shù)據(jù)的重復(fù)利用率和數(shù)據(jù)共享率不高，學(xué)生的參與度也較低。以知識(shí)點(diǎn)的表示、管理和利用為基礎(chǔ)的課程建設(shè)是今后數(shù)字化教學(xué)的主要方向?；谥R(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的土木工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)其實(shí)就是積件化的設(shè)計(jì)思想和網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，這需要有網(wǎng)狀的教學(xué)軟件與其相適應(yīng)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)推導(dǎo)出教學(xué)中的共性問(wèn)題，可引導(dǎo)教師改進(jìn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主地進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)?；诜e件設(shè)計(jì)思想的課程體系改革，可促進(jìn)課程體系的融合和優(yōu)化和立體化教學(xué)體系的建立。

5.探索積件設(shè)計(jì)的微型學(xué)習(xí)策略。按照積件設(shè)計(jì)思想建設(shè)開(kāi)放式教學(xué)資源平臺(tái)，符合以學(xué)生為中心的教學(xué)理論的發(fā)展，有助于學(xué)生自己選擇學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)策略?；谡n程知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和積件設(shè)計(jì)思想來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)用、短小、微型的標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課程內(nèi)容組塊，由簡(jiǎn)到繁、由易到難、循序漸進(jìn)、再到創(chuàng)新提高的學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)符合人才培養(yǎng)規(guī)律，便于學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)體系的掌握。利用基于知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，具有人機(jī)交互性、學(xué)習(xí)的便利性和靈活性。教學(xué)平臺(tái)導(dǎo)學(xué)功能應(yīng)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是通過(guò)知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系和基于知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)鏈接，學(xué)生可以確定自己學(xué)習(xí)順序和掌握情況，二是對(duì)知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)度密切的前驅(qū)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固。

6.核心知識(shí)點(diǎn)與實(shí)時(shí)實(shí)習(xí)模式。基于積件設(shè)計(jì)思想的課程整合同樣可適用于實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可按知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)和跟蹤考核，以學(xué)習(xí)的核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納梳理，實(shí)施以核心知識(shí)點(diǎn)為主的彈性小學(xué)分制和實(shí)時(shí)實(shí)習(xí)模式[3]。通過(guò)豐富專業(yè)教學(xué)資源，完善實(shí)習(xí)指導(dǎo)手冊(cè)，采用多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)課程、求索學(xué)堂等現(xiàn)代化教學(xué)手段，建立以工程照片、視頻資料為主的實(shí)習(xí)資料庫(kù)和實(shí)習(xí)基地建設(shè)，使學(xué)生全階段不間斷地進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)與理論教學(xué)全過(guò)程同步的“實(shí)習(xí)”，實(shí)現(xiàn)理論課程（課本）—電子視聽(tīng)和仿真資源（視頻、軟件）—工地實(shí)踐（實(shí)物）三者的有機(jī)互聯(lián)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的相互滲透和反復(fù)交替過(guò)程，使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫實(shí)時(shí)銜接，學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)化、完整化，構(gòu)建立體化教學(xué)體系。

土木工程專業(yè)課程體系改革探索是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，牽扯到方方面面的改革。結(jié)合土木工程專業(yè)課程體系特點(diǎn)，在保證課程體系連貫性和知識(shí)教育循序漸進(jìn)基礎(chǔ)上，基于以知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系為基線的積件化設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)課程教育平臺(tái)構(gòu)建和知識(shí)點(diǎn)庫(kù)建設(shè)的專業(yè)教學(xué)資源開(kāi)發(fā)，推動(dòng)課程整合和知識(shí)融合優(yōu)化，建立立體化教學(xué)體系。

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