基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究★

張春玉 趙延林 陳 勇 左敬巖 孟祥民

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150022)

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基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究★

張春玉 趙延林 陳 勇 左敬巖 孟祥民

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150022)

結(jié)合調(diào)整后的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室在人才培養(yǎng)方面存在的問題和不足，提出了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并調(diào)整了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)明晰了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)流程，實(shí)踐證明，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對(duì)于提高學(xué)生工程實(shí)踐能力的作用明顯。

翻轉(zhuǎn)課堂,應(yīng)用型人才,實(shí)踐能力，土木工程

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土木工程領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力要求越來越高。對(duì)于在校大學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)其工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的重要基地，與課堂教學(xué)互相補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以更好地培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高其分析問題和解決問題的能力[1]。但是，現(xiàn)階段大學(xué)生個(gè)性的鮮明化、能力的差異化以及建筑市場(chǎng)人才需求的多樣化，給傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式帶來了巨大的沖擊，使其越來越難以滿足社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的需求。

此外，黑龍江科技大學(xué)土木工程實(shí)驗(yàn)室在2008年國(guó)家教育部本科教學(xué)水平評(píng)估之后，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)達(dá)到了新的高度，人員的職稱結(jié)構(gòu)和學(xué)歷結(jié)構(gòu)更加合理、儀器設(shè)備得到更新?lián)Q代、實(shí)驗(yàn)室面積得到增加，實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的條件都得到了改善。為了更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革[2]，并取得了一定的成效，但是由于近期人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了調(diào)整，加之在教學(xué)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了一些新問題，因此有必要對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步的改革。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)程中，嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂(FCM)的教學(xué)模式，并據(jù)此對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整。

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(簡(jiǎn)稱FCM教學(xué)模式)最初由美國(guó)教師在2007年提出，目前已受到國(guó)內(nèi)外教師的廣泛關(guān)注。FCM教學(xué)模式最突出的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極和主動(dòng)性，從教學(xué)方式和方法上力求學(xué)生成為課堂主體。該教學(xué)模式借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將教學(xué)任務(wù)提前于課堂教學(xué)進(jìn)行布置，要求學(xué)生在進(jìn)入課堂前利用網(wǎng)絡(luò)資源完成指定的學(xué)習(xí)任務(wù)，而課堂上教師主要和學(xué)生有針對(duì)性地討論解決自主學(xué)習(xí)中遇到的問題，并突出學(xué)生在課堂上的“前臺(tái)”地位，進(jìn)而活躍課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)效率[3]。

目前，我校土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)仍然是“課前教師準(zhǔn)備→課中教師講解示范而學(xué)生機(jī)械重復(fù)→課后學(xué)生撰寫報(bào)告”的傳統(tǒng)教學(xué)模式。可以看出，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)程中學(xué)生完全處于從屬地位，成了名副其實(shí)的配角，這嚴(yán)重影響了學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。為了提高土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，使學(xué)生由“幕后”走到“臺(tái)前”進(jìn)而成為課堂的主體，提高學(xué)生對(duì)土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)熱情，課題組進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的嘗試。同時(shí)，為了迎接高校本科教學(xué)水平評(píng)估，我校積極鼓勵(lì)教師在教學(xué)中采用新教法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從“以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變，這種教學(xué)氛圍為FCM教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用提供了有利的條件。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的重構(gòu)

近期我校對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后“大學(xué)科”下土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練平臺(tái)被打破，各實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目又重新以課程為依托，學(xué)時(shí)被嚴(yán)重縮減，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目被割裂。為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)大綱的訓(xùn)練要求，真正提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)驗(yàn)室決定嘗試采用FCM教學(xué)模式，將實(shí)驗(yàn)進(jìn)程前移延伸至課前，讓學(xué)生在課前以實(shí)驗(yàn)主體的身份充分準(zhǔn)備，以節(jié)省課上實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的時(shí)間。同時(shí)，為了便于FCM教學(xué)模式的運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)室按照專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)技術(shù)兩個(gè)模塊重構(gòu)了教學(xué)體系，在專業(yè)基礎(chǔ)模塊下放置土木工程建筑材料、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、建筑工程結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)基本原理等課程實(shí)驗(yàn)，在專業(yè)技術(shù)模塊下放置鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)、混凝土結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等課程實(shí)驗(yàn)?？紤]學(xué)生能力的差異以及自身發(fā)展的需要，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)教學(xué)內(nèi)容難易程度的不同將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分為三個(gè)層次，即最低人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、面向工程的綜合(設(shè)計(jì))型實(shí)驗(yàn)、開發(fā)思維的創(chuàng)新(研究)型實(shí)驗(yàn)等[4]。

基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練目的是使學(xué)生加深對(duì)相關(guān)理論的理解，掌握儀器設(shè)備使用的基本技能，通常以單門課程為依托，屬于人才培養(yǎng)的基本要求。綜合(設(shè)計(jì))型實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練目的是要求學(xué)生以工程實(shí)際為背景，融合多門課程的相關(guān)理論，自行設(shè)計(jì)、制作構(gòu)件，并驗(yàn)證相關(guān)理論，屬于專業(yè)素質(zhì)的加強(qiáng)訓(xùn)練。創(chuàng)新(研究)型實(shí)驗(yàn)以大學(xué)生素質(zhì)教育項(xiàng)目和教師的科研項(xiàng)目為依托，面向?qū)I(yè)素質(zhì)好、學(xué)有余力且有專研精神的學(xué)生，重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維[5,6]。實(shí)驗(yàn)室重新建立的教學(xué)體系如圖1所示。

在重新調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，由易到難的三個(gè)層次中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均采用開放式教學(xué)，并根據(jù)市場(chǎng)需求和學(xué)科專業(yè)的發(fā)展及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生可結(jié)合個(gè)人的發(fā)展目標(biāo)和就業(yè)意向?qū)?yīng)進(jìn)行教學(xué)任務(wù)的選擇，并接受相應(yīng)的實(shí)踐訓(xùn)練，利于提高工程實(shí)踐能力與科研創(chuàng)新意識(shí)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展離不開硬件條件的支撐。經(jīng)過多輪的建設(shè)工作，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的數(shù)量和功能實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。截至目前，實(shí)驗(yàn)室的大型設(shè)備有多通道協(xié)調(diào)加載伺服控制系統(tǒng)、數(shù)控液壓長(zhǎng)柱試驗(yàn)系統(tǒng)、數(shù)控萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)等，并配有高低頻振動(dòng)信號(hào)采集及分析系統(tǒng)、高速靜(動(dòng))態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)先進(jìn)儀器。同時(shí)，近期還更新了非金屬探傷儀、金屬探傷儀等大量的結(jié)構(gòu)檢測(cè)儀器。為了FCM教學(xué)模式的運(yùn)行，為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，為了充分發(fā)揮儀器設(shè)備的作用，實(shí)驗(yàn)室全面更新了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

在前期的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，雖然在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，根據(jù)課程改革的需要調(diào)整了部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但是總體上仍然無法跟上新型建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)及建筑技術(shù)的發(fā)展。因此，實(shí)驗(yàn)室以本輪培養(yǎng)方案調(diào)整為契機(jī)，根據(jù)學(xué)科的總體發(fā)展更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，尤其是增加混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震等方向的實(shí)踐性強(qiáng)、利于創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，將教師科研課題納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生參與教師的課題研究，既可以節(jié)省課題的研究成本，又可以快速提高學(xué)生的實(shí)踐及創(chuàng)新能力。

黑龍江科技大學(xué)始終以培養(yǎng)“能吃苦、上手快、動(dòng)手能力強(qiáng)”的應(yīng)用型人才為主要特色[2]，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中始終圍繞這一主導(dǎo)思想。在本次教學(xué)改革中，除依托于單門課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之外，實(shí)驗(yàn)室融合混凝土結(jié)構(gòu)基本原理與設(shè)計(jì)、土木工程建筑材料、鋼結(jié)構(gòu)基本原理與設(shè)計(jì)、土木工程施工技術(shù)、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)以及土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等相關(guān)課程的核心理論設(shè)計(jì)了一系列綜合設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新研究型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，在基礎(chǔ)型的混凝土矩形截面簡(jiǎn)支梁加載實(shí)驗(yàn)中融合回彈超聲無損檢測(cè)的內(nèi)容，項(xiàng)目升級(jí)為綜合(設(shè)計(jì))型，繼續(xù)融合鋼纖維混凝土、輕骨料的內(nèi)容，則升級(jí)為創(chuàng)新(研究)型。經(jīng)過本輪教學(xué)改革，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共計(jì)21項(xiàng)，其中綜合(設(shè)計(jì))型實(shí)驗(yàn)17項(xiàng)，達(dá)到80%以上。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂翻轉(zhuǎn)

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生處于從屬、被動(dòng)的地位，由于缺少身處工作環(huán)境的實(shí)驗(yàn)氛圍，導(dǎo)致學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性不高，這嚴(yán)重影響學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，因此有必要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中嘗試FCM教學(xué)方法，力求改變學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的角色，使之實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)的過渡，提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性，進(jìn)而提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)質(zhì)量。

翻轉(zhuǎn)土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)課堂主要包括“課前設(shè)計(jì)”“課堂設(shè)計(jì)”和“考核設(shè)計(jì)”[7]，其流程如圖2所示?！罢n前設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)設(shè)計(jì)制作教學(xué)資源，包括儀器設(shè)備的操作規(guī)程、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的理論、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄及處理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的整理分析等相關(guān)內(nèi)容?！罢n堂設(shè)計(jì)”主要是根據(jù)教學(xué)大綱要求，結(jié)合學(xué)生課前反饋，梳理實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，引導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)?！翱己嗽O(shè)計(jì)”以督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)為主要目的，從課前、課中和課后三個(gè)方面來衡量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量。

翻轉(zhuǎn)課堂可以將傳統(tǒng)教學(xué)模式中課堂上的大部分教學(xué)內(nèi)容延伸至課前，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，又可以適應(yīng)人才培養(yǎng)方案調(diào)整導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課時(shí)大幅縮減的狀況，因此實(shí)驗(yàn)室在調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)，努力探索翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)課堂的途徑，力求在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂翻轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

在人才培養(yǎng)方案調(diào)整后，為了能夠更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室人才培養(yǎng)基地的作用，繼續(xù)培養(yǎng)能吃苦、上手快、動(dòng)手能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才，實(shí)驗(yàn)室嘗試在教學(xué)中采用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，并取得了一定的效果。但是，由于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式有著顯著的區(qū)別，因此在運(yùn)行過程中也發(fā)現(xiàn)了一定的問題，突出表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1)實(shí)驗(yàn)教師的工作壓力過大。除了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的視頻等資料外，每次實(shí)驗(yàn)之前教師還需要進(jìn)行任務(wù)布置、反饋匯總、教學(xué)設(shè)計(jì)等工作，相對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式而言，時(shí)間上的投入將增大5倍左右。同時(shí)，由于制作視頻等自主學(xué)習(xí)資料的要求，實(shí)驗(yàn)教師還需要學(xué)習(xí)專業(yè)以外的其他技能，導(dǎo)致心理壓力增大。

2)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣轉(zhuǎn)變困難。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)使學(xué)生養(yǎng)成了“張嘴待食”的被動(dòng)學(xué)習(xí)習(xí)慣，將大部分教學(xué)內(nèi)容放到課下讓學(xué)生去主動(dòng)學(xué)習(xí)，絕大多數(shù)學(xué)生一時(shí)間還無法適應(yīng)，導(dǎo)致課前的學(xué)習(xí)任務(wù)大多數(shù)無反饋或反饋不準(zhǔn)，影響課堂的討論及進(jìn)程，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)。

3)實(shí)驗(yàn)室儀器及設(shè)備數(shù)量相對(duì)不足。為了更好地翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂，實(shí)驗(yàn)分組的人數(shù)要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下的單組人數(shù)，這就造成實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的臺(tái)套數(shù)相對(duì)不足。

雖然目前翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的運(yùn)行存在一定的困難，但是不可否認(rèn)該模式能夠更好地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，能夠更好地提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。因此，學(xué)校、學(xué)院和實(shí)驗(yàn)室必須三級(jí)聯(lián)動(dòng)，高度重視翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，鼓勵(lì)支持教師的有益嘗試，協(xié)調(diào)統(tǒng)一在教學(xué)運(yùn)行中遇到的困難和問題。只有這樣，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式才可能有效執(zhí)行，學(xué)生才可能真正受益。

[1] 錢紅萍，李書進(jìn)，史貴才.土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的構(gòu)建與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012,31(10):122-125.

[2] 張春玉，陳 勇，左敬巖，等.土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].山西建筑,2014,40(10):268-269.

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[6] 劉子振.地方高校土木工程專業(yè)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)探討[J].臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào),2013,35(3):83-86.

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Research on the reform of experimental teaching of civil engineering based on “classroom flip”★

Zhang Chunyu Zhao Yanlin Chen Yong Zuo Jingyan Meng Xiangmin

(CollegeofCivilEngineering，HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150022，China)

Around the adjusted talent training scheme of civil engineering major and aiming at the problems and insufficiency of talents training in experimental teaching, the teaching mode of classroom flip was adopted, the experiment teaching system and teaching content were adjusted and the teaching process of classroom flip was clear. The practice shows that the teaching mode of classroom flip can improve the students’ engineering practical ability obviously.

classroom flip, applied talents, practice ability, civil engineering

1009-6825(2017)13-0232-03

2017-02-22★:黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(GJC1215061)研究成果

張春玉(1971- )，男，博士，碩士生導(dǎo)師，教授

TU311

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