基于大數(shù)據(jù)需求的荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)改革研究

李長鳳　杜文學(xué)　薛志成　姜云　楊悅

摘要：基于大數(shù)據(jù)對高等教育產(chǎn)生的巨大影響，文章聚焦土木工程專業(yè)荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)，通過分析該課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題，探討課程教學(xué)改革方法和途徑，闡述依托大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)的荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)方法和模式、教學(xué)環(huán)境及考核評價體系的改革措施，旨在實現(xiàn)教育教學(xué)現(xiàn)代化、信息化，促進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量的提高，培養(yǎng)適應(yīng)大數(shù)據(jù)需求的土木工程專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程；教學(xué)研究；教學(xué)現(xiàn)代化

中圖分類號：G642.0；TU 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）05-0086-04

大數(shù)據(jù)是21世紀(jì)的重要技術(shù)革新成果，大數(shù)據(jù)開發(fā)與應(yīng)用帶來更多新技術(shù)的出現(xiàn)，各行各業(yè)也急需適應(yīng)大數(shù)據(jù)發(fā)展的人才。2015年8月國務(wù)院頒發(fā)的促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展綱要提出了應(yīng)加快適應(yīng)大數(shù)據(jù)發(fā)展需求的人才培養(yǎng)，所以培養(yǎng)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代需求的創(chuàng)新人才是擺在高等學(xué)校面前的重要任務(wù)[1-4]。目前，國內(nèi)高校土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)還不能滿足大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的需求，基于大數(shù)據(jù)背景下的教學(xué)改革也比較少[5-8]，所以應(yīng)積極推進(jìn)基于大數(shù)據(jù)背景下的土木工程專業(yè)課程改革。結(jié)合土木工程專業(yè)背景和社會實際需求，融合大數(shù)據(jù)時代的技術(shù)和思想開展土木工程專業(yè)課程教學(xué)改革，除了要培養(yǎng)學(xué)生的基本技能，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生對海量數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理、挖掘與分析等綜合能力。黑龍江科技大學(xué)土木工程專業(yè)荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程組開展了面向大數(shù)據(jù)需求的教學(xué)改革。該項改革以荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程的基本知識為基礎(chǔ)，以項目為載體，以培養(yǎng)學(xué)生獲取信息的能力、分析能力、工程實踐能力和綜合應(yīng)用的能力為主線，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面進(jìn)行改革探索，力求實現(xiàn)“信息—知識—能力”一體化課程教學(xué)目標(biāo)。

一、大數(shù)據(jù)背景下荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

（一）教學(xué)內(nèi)容離散，系統(tǒng)性差，知識跨越性大

由于該課程涵蓋了數(shù)學(xué)、力學(xué)及土木工程所有專業(yè)課程的荷載基本計算及原理知識，而且教材各個章節(jié)的內(nèi)容聯(lián)系不緊密，所以各章節(jié)的知識跨越性大、連貫性差，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不盡人意。此外，與修訂后的新規(guī)范相配套的教材內(nèi)容滯后，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容差異性大，教師只能將新規(guī)范內(nèi)容融入教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)起來常常感到很茫然。加上該課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容很多是后續(xù)專業(yè)課的內(nèi)容，學(xué)生由于對專業(yè)課內(nèi)容不了解，也不明白該課程的具體實際用途，因此對課程的重要性認(rèn)識不夠，以致學(xué)習(xí)效果差。

（二）主導(dǎo)思想滯后，教學(xué)方法、教學(xué)手段更新慢

教學(xué)中盡管教師也不斷改進(jìn)教學(xué)方法和手段[9]，如創(chuàng)設(shè)啟發(fā)式、討論式、案例式、比較式、互動式等教學(xué)方法，但是并沒有從根本上改變以教師講授為主導(dǎo)的教學(xué)理念。在大數(shù)據(jù)時代，信息量大，而且傳播速度快，很多知識僅靠教師的講授是無法跟上信息時代步伐的。因此，教師必須要轉(zhuǎn)變教學(xué)思維，構(gòu)建教師與學(xué)生合作、協(xié)同參與的多元教學(xué)模式。

二、大數(shù)據(jù)時代背景下課程教學(xué)改革的總體思路

筆者所在學(xué)校荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)改革總體思路：遵照國家大數(shù)據(jù)時代加快創(chuàng)新人才培養(yǎng)的綱要要求，結(jié)合土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)需求，以及荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程內(nèi)容特點，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)理念、教學(xué)方式、方法和手段，以大數(shù)據(jù)建設(shè)為平臺，以荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程建設(shè)項目為載體，以培養(yǎng)學(xué)生獲取信息的能力、分析能力、工程實踐能力和綜合應(yīng)用能力為主線，實現(xiàn)“信息—知識—能力”一體化課程教學(xué)目標(biāo)（見圖1）。大數(shù)據(jù)時代背景下，最大程度挖掘?qū)W生潛力，使荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)模式越來越趨于理性，教學(xué)活動更多地開展實踐教學(xué)和情感教學(xué)，充分彰顯以學(xué)生為本的教學(xué)理念，讓教師與學(xué)生的溝通越來越多，讓教學(xué)互動性越來越強，進(jìn)一步完善該課程現(xiàn)代多元化的教學(xué)模式。

三、基于大數(shù)據(jù)需求的課程改革路徑

（一） 依托大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，構(gòu)建分層次、分模塊的課程內(nèi)容體系

基于大綱要求，在改革原來課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)一步梳理，分成荷載計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法兩個層次，然后將荷載計算分成豎向荷載、水平荷載兩個大模塊，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法分為結(jié)構(gòu)可靠度理論、規(guī)范設(shè)計方法，并注重內(nèi)容與新規(guī)范之間的差別，強調(diào)新舊規(guī)范的對比，同時更新規(guī)范知識，突出以信息化為主導(dǎo)，將各模塊的內(nèi)容與專業(yè)課程內(nèi)容銜接起來，教學(xué)中引入各專業(yè)課程知識，將荷載課程內(nèi)容平臺與專業(yè)課程平臺進(jìn)行合理的銜接。

（二）借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)經(jīng)驗，構(gòu)建“信息化、開放式、多元化”的教學(xué)模式

1.構(gòu)建“多元混合式”教學(xué)模式，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

借鑒“慕課”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的教育模式，開發(fā)該課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，構(gòu)建“多元混合式”教學(xué)模式，實現(xiàn)課程教學(xué)信息化。該課程教學(xué)中將網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)與課堂教學(xué)相結(jié)合，實現(xiàn)每節(jié)荷載課程的課前網(wǎng)絡(luò)在線導(dǎo)學(xué)，特別對課程中涉及的相關(guān)專業(yè)課程內(nèi)容提前在導(dǎo)學(xué)內(nèi)容中進(jìn)行布置，學(xué)生可以利用多方資源有針對性地提前對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。在課堂上教師可組織學(xué)生對學(xué)習(xí)過程中的收獲、問題和心得進(jìn)行交流、解答和分享，并針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)和講解，對教學(xué)內(nèi)容的主要知識點進(jìn)行總體梳理和總結(jié)，整個教學(xué)過程實現(xiàn)信息與知識的融合，加深教師與學(xué)生的溝通?？梢哉f這種“多元混合式”教學(xué)模式，實現(xiàn)了由傳統(tǒng)以教師為主的填鴨式課堂教學(xué)模式向以學(xué)生為主的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，有助于教學(xué)相長，有利于學(xué)生的全面發(fā)展。

2.采用微課教學(xué)的輔助模式，開放、拓展教學(xué)和學(xué)習(xí)空間

在改革傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，引入現(xiàn)代化的微課教學(xué)模式，發(fā)揮微課內(nèi)容精短、主題鮮明的優(yōu)勢，利用其形象性、精品化、便捷性等特征，將每一章的重點和難點內(nèi)容制作成微課。例如，水平荷載中的風(fēng)荷載、地震、土側(cè)壓力等的計算是學(xué)習(xí)的重點，也是學(xué)習(xí)的難點，將這部分內(nèi)容制作成微課后學(xué)生不僅在課堂上，而且在課堂后也可以對教師所講的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，非常方便。將微課教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，拓展了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的空間，使教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)任務(wù)得到分解，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中課堂時間緊、任務(wù)重的問題。目前微課教學(xué)應(yīng)用越來越廣，因此，在荷載課程教學(xué)中將微課教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合，是大數(shù)據(jù)時代荷載課程教學(xué)模式改革的有效途徑之一。

3.加強傳統(tǒng)教學(xué)模式與新的教學(xué)模式的融合

一切事物都具有兩面性，優(yōu)缺點并存，教學(xué)模式也不例外，新的教學(xué)模式也存在弊端，需要與傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行融合，這樣才可以達(dá)到事半功倍的效果。新的教學(xué)模式可以體現(xiàn)學(xué)生的自主性，引導(dǎo)學(xué)生自覺參與學(xué)習(xí)。但是針對目前學(xué)生的基本功、能力等狀況，荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程學(xué)習(xí)還需要教師的督促和指導(dǎo)。另外，對荷載課程中實際規(guī)范的應(yīng)用及新舊規(guī)范的對比，也需要在教師的指導(dǎo)下對具體實際問題進(jìn)行分析，尤其需要教師與學(xué)生的及時溝通。因此，完全依靠學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)等新的教學(xué)模式仍然不能很好地解決學(xué)習(xí)中的實際問題，現(xiàn)代教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的融合才是理想的教學(xué)方式。

（三） 依托大數(shù)據(jù)的平臺建設(shè)，創(chuàng)建荷載課程的教學(xué)空間與學(xué)習(xí)環(huán)境

以土木工程專業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)為契機，創(chuàng)建荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)現(xiàn)代化環(huán)境。通過大數(shù)據(jù)信息平臺建設(shè)，建設(shè)并完善荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)秀課程網(wǎng)絡(luò)平臺，為教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)和師生交流提供網(wǎng)絡(luò)空間，教師和學(xué)生都可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上下載該課程的學(xué)習(xí)資源、作業(yè)要求，還可以實現(xiàn)學(xué)生和教師在線互動、答疑解惑。此外，平臺還提供與該課程內(nèi)容相關(guān)的眾多專業(yè)課程優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)資源的鏈接地址（例如：土力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)抗震、高層建筑結(jié)構(gòu)等精品課程資源網(wǎng)址），大家可以在這里獲取與課程相關(guān)內(nèi)容的有益資源。在此平臺還可獲取該課程在后續(xù)課程及工程中的實際應(yīng)用實例、工程事故案例等，幫助學(xué)生明確該課程學(xué)習(xí)的重要性，拓展學(xué)生專業(yè)視野。另外，可以建立該課程的微信群和QQ群，師生可以隨時隨地進(jìn)行溝通交流。教學(xué)和學(xué)習(xí)空間的拓展，能充分發(fā)揮學(xué)生和教師的主觀能動性，開闊學(xué)生的視野，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（四） 依托荷載優(yōu)秀課程平臺，建立“網(wǎng)上—課上—卷上”一體化、全方位的考核評價體系現(xiàn)代化的信息技術(shù)，為荷載課程考核評價提供了眾多的評價手段。改革原有荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程評定辦法，在繼續(xù)采取將期末最終評定與平時考核相結(jié)合的考核辦法的基礎(chǔ)上，基于荷載優(yōu)秀課程網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)增加網(wǎng)上評價的環(huán)節(jié)，評定內(nèi)容更加全面，方式更加多樣。最終期末成績（100分）=網(wǎng)上（15分）+課上（15分）+創(chuàng)新（10分）+期末試卷（60分）。具體考核辦法網(wǎng)絡(luò)評價10分：由學(xué)生在荷載課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上完成各階段學(xué)習(xí)任務(wù)及作業(yè)情況，系統(tǒng)給出評價；學(xué)生互評5分：通過網(wǎng)絡(luò)平臺學(xué)生提出并解決問題，學(xué)生之間給出客觀評價；創(chuàng)新實踐能力10分：學(xué)生應(yīng)用荷載課程的知識對實際工程事故案例提出自己的觀點和處理辦法；課堂作業(yè)、出勤率和課堂表現(xiàn)各5分：課堂上學(xué)生對該課程的重視程度，對教學(xué)內(nèi)容的掌握和課程參與互動情況；試卷評價60分：通過期末考試考核學(xué)生對整體內(nèi)容的掌握情況。由此建立的“網(wǎng)上—課上—卷上”一體化、多樣性、全方位的考核評價體系（如圖2所示），打破了傳統(tǒng)的一張試卷定成績的考核辦法，是信息時代荷載課程教學(xué)改革的又一突破。

四、結(jié)語

大數(shù)據(jù)正在改變當(dāng)今的社會生活，對高等教育改革也提出了一個全新的課題。本文基于教育大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，對荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)進(jìn)行前瞻性研究，從課程的教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)模式、教學(xué)環(huán)境及考核評價體系進(jìn)行創(chuàng)新改革探索，立足該課程學(xué)科前沿，順應(yīng)大數(shù)據(jù)時代的需求，充分彰顯荷載課程教學(xué)以學(xué)生為本的教學(xué)理念，最大程度挖掘?qū)W生的潛力，實現(xiàn)教學(xué)方法手段的現(xiàn)代化、多元化，以及“信息—知識—能力”一體化的教學(xué)目標(biāo)，使荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程教學(xué)符合時代的發(fā)展步伐。

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