翻轉(zhuǎn)課堂和案例分析在《橋梁電算》課程教學(xué)模式中的實(shí)踐研究

文/章芳芳 武漢科技大學(xué)城市學(xué)院 湖北武漢 430083

1、引言

翻轉(zhuǎn)課堂是新時(shí)代背景下的一種新型教學(xué)模式，是傳統(tǒng)教學(xué)模式的顛倒，課外講授知識(shí)，課堂內(nèi)化知識(shí)。以學(xué)生為中心，課前學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單通過教師提供的視頻、音頻、PPT、文本、圖形等資料進(jìn)行新知識(shí)的自學(xué)和檢測(cè)；課堂上教師通過學(xué)生的匯報(bào)討論、練習(xí)和提問等進(jìn)行答疑解惑，進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)，讓學(xué)生在課上完成知識(shí)的內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的認(rèn)知主體作用，充分發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增加了學(xué)生和教師的互動(dòng)，改善了教學(xué)效果。

案例分析教學(xué)是將與課程相關(guān)的實(shí)際案例作為教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生參與到案例分析和討論中，而不是作為旁觀者置身于教學(xué)過程之外。通過案例教學(xué)，可以改變枯燥的填鴨式理論知識(shí)灌輸，通過師生互動(dòng)分析實(shí)際案例，達(dá)到有效消化新知識(shí)點(diǎn)和提高分析實(shí)際問題的能力。

2、橋梁電算課程教學(xué)現(xiàn)狀

《橋梁電算》是我院土木工程專業(yè)路橋方向的一門重要應(yīng)用型專業(yè)課，分為理論和實(shí)踐上機(jī)環(huán)節(jié)。該課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握有限元基本理論，熟練使用橋梁有限元軟件的基本功能，并能進(jìn)行簡單橋梁結(jié)構(gòu)的建模受力分析，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力，同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)論文和就業(yè)打下基礎(chǔ)。

結(jié)合本院歷屆學(xué)生學(xué)習(xí)情況，《橋梁電算》課程的教學(xué)效果不佳，尤其在進(jìn)行橋梁畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生普遍運(yùn)用MIDAS軟件建模應(yīng)用能力較差。通過分析，主要原因?yàn)閮煞矫妫?/p>

（1）傳統(tǒng)的教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)熱情度不高，與教師互動(dòng)少，學(xué)生有問題也很少在課堂上提問。

（2）例題講解以簡單的力學(xué)結(jié)構(gòu)為主，代表性的實(shí)際工程案例分析偏少，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)際工程如何簡化建模、設(shè)計(jì)和分析不了解，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)無從下手，對(duì)具體橋型的橋梁設(shè)計(jì)和建模分析水平能力有限，影響畢業(yè)論文質(zhì)量。

因此，改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量勢(shì)在必行。基于上述現(xiàn)狀，將“翻轉(zhuǎn)課堂”和“案例分析”教學(xué)理念引入到《橋梁電算》課程教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)情況加以靈活運(yùn)用。

3、翻轉(zhuǎn)課堂和案例分析教學(xué)模式在橋梁電算課程中的應(yīng)用

3.1 翻轉(zhuǎn)內(nèi)容和工程案例的選取

本院《橋梁電算》共32學(xué)時(shí)，理論10學(xué)時(shí)，實(shí)踐22學(xué)時(shí)。選用橋梁專用軟件MIDAS。本課程需要提前精心編排教學(xué)內(nèi)容，確定翻轉(zhuǎn)內(nèi)容和傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，并非每節(jié)課中翻轉(zhuǎn)，首先通過傳統(tǒng)教學(xué)使學(xué)生掌握了基本的概念和原理后，再進(jìn)行課堂的翻轉(zhuǎn)。在編排教學(xué)內(nèi)容時(shí)，理論和實(shí)踐內(nèi)容在課堂上可互相穿插。

通過對(duì)國內(nèi)幾所開設(shè)橋梁電算課程的教師和學(xué)生調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不再滿足書本上的簡單例題建模，對(duì)工程案例建模分析更感興趣。學(xué)習(xí)真實(shí)工程案例，可提高學(xué)生CAD識(shí)圖能力，加深對(duì)基本橋梁結(jié)構(gòu)基本概念、原理、配筋、施工過程和受力的理解。由簡到難引入工程實(shí)例，依次為鋼筋混凝土簡支梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋、拱橋和斜拉橋，進(jìn)行Midas軟件的案例教學(xué)。

根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，結(jié)合MIDAS的特點(diǎn)，確定本課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)順序?yàn)椋?/p>

（1）采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)，介紹軟件有限元知識(shí)、midas Civil基本概念。

（2）采用翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)軟件基本操作。包括材料定義、截面定義、時(shí)間依存材料定義、建立節(jié)點(diǎn)、建立單元、邊界條件定義；自重定義、節(jié)點(diǎn)荷載定義、單元荷載定義、溫度荷載定義、預(yù)應(yīng)力荷載定義移動(dòng)荷載、變截面和變截面組、組及施工階段的定義；PSC截面鋼筋定義；PSC截面設(shè)計(jì)流程。

（3）采用傳統(tǒng)課堂，結(jié)合教材，講授教材例題——簡單結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用、在橋梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用、PC連續(xù)剛構(gòu)橋。

（4）采用翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)四個(gè)實(shí)際工程案例建模。

3.2 課前共享資料和課前練習(xí)的準(zhǔn)備

（1）課前視頻準(zhǔn)備

自主學(xué)習(xí)的課前視頻應(yīng)針對(duì)性強(qiáng)，便于學(xué)生理解，時(shí)間不宜過長。課堂教學(xué)效果很大程度上取決于課前視頻學(xué)習(xí)的好壞。課前需要學(xué)生按要求自主學(xué)習(xí)。橋梁電算課程的課前視頻分為兩類，知識(shí)點(diǎn)視頻和工程案例操作視頻。上課前三天將視頻上傳至共享平臺(tái)，學(xué)生可直接觀看或者下載學(xué)習(xí)。

知識(shí)點(diǎn)視頻和工程案例操作視頻均主要采用網(wǎng)上收集整理編輯為主，自行制作為輔的方式。視頻應(yīng)具有回放、加快和暫停等基本視頻播放功能。

知識(shí)點(diǎn)視頻主要是關(guān)于MIDAS基本操作方面的內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排，知識(shí)點(diǎn)包括材料定義、截面定義、節(jié)點(diǎn)定義、單元定義、邊界條件定義、時(shí)間依存材料定義、多種荷載施加等。知識(shí)點(diǎn)視頻時(shí)間一般在十分鐘以內(nèi)。工程案例操作視頻是對(duì)具體工程案例的建模進(jìn)行全程演示，時(shí)間較長，包括梁橋、拱橋、剛構(gòu)橋、斜拉橋四種橋型。

（2）課前文檔準(zhǔn)備

課前文檔是針對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容，提供給學(xué)生的非視頻資料，包括翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容中各知識(shí)點(diǎn)的說明以及建模中的具體操作步驟。課前文檔主要PDF文檔形式。課前文檔和課前視頻配合使用，學(xué)生自學(xué)學(xué)習(xí)效果會(huì)更佳。

（3）MIDAS模型mcb文件準(zhǔn)備

包括工程案例的完整模型以及習(xí)題模型，以便學(xué)生自行建模完成后，進(jìn)行檢查和比較。

（4）課前練習(xí)

課前練習(xí)應(yīng)和課前視頻及文檔內(nèi)容對(duì)應(yīng)，以便檢查學(xué)生的掌握情況。學(xué)生觀看完視頻和學(xué)習(xí)完文檔后，應(yīng)在課前自主完成布置的練習(xí)，既可加強(qiáng)對(duì)當(dāng)次知識(shí)點(diǎn)的掌握，又可以發(fā)現(xiàn)自學(xué)中存在的問題。

3.3 課前自學(xué)疑問的搜集和整理

每次翻轉(zhuǎn)課堂前，學(xué)生自主學(xué)完共享資料和做完課前聯(lián)系后，通過師生交流平臺(tái)將疑問匯報(bào)給教師，教師搜集所有學(xué)生的疑問進(jìn)行整理，進(jìn)行課堂以供課堂教學(xué)中有針對(duì)性的答疑。

3.4 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

課程第一堂課向?qū)W生介紹翻轉(zhuǎn)課堂的特點(diǎn)和要求，以及交流平臺(tái)的使用方法。并進(jìn)行班級(jí)分組，方便各組成員今后課堂討論和課后學(xué)習(xí)。

翻轉(zhuǎn)課堂活動(dòng)按下表1中的環(huán)節(jié)依次進(jìn)行：

當(dāng)翻轉(zhuǎn)課堂中采用工程案例教學(xué)時(shí)，每組學(xué)生課前應(yīng)熟悉工程概況和CAD圖紙，討論建模要點(diǎn)，共同進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。課堂上各組代表向全班同學(xué)進(jìn)行闡述介紹，強(qiáng)調(diào)建模中的注意事項(xiàng)、未解決內(nèi)容和疑惑。其他組對(duì)該組的未解決問題和疑惑，進(jìn)行討論和回答。最后老師對(duì)案例進(jìn)行重點(diǎn)分析、答疑和總結(jié)。

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結(jié)語：

以2014級(jí)路橋方向?qū)W生為實(shí)踐對(duì)象，基于翻轉(zhuǎn)課堂理念和案例分析相結(jié)合的教學(xué)模式，在2017-2018學(xué)年第一學(xué)期的《橋梁電算》課程中取得了較好的教學(xué)效果。85%以上的學(xué)生能課前自主學(xué)習(xí)，完成布置的課前任務(wù)。跟往屆學(xué)生相比，課堂上能大膽主動(dòng)地匯報(bào)、回答提問和討論，學(xué)習(xí)積極性、表達(dá)能力、工程圖紙識(shí)圖能力和案例建模水平都得到了顯著提高。同時(shí)，通過分組討論學(xué)習(xí)，加強(qiáng)了相互間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

因此，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”和“案例分析”教學(xué)理念，進(jìn)行《橋梁電算》課程教學(xué)改革，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生應(yīng)用MIDAS軟件的水平，并通過具體橋梁工程案例教學(xué)，鞏固和加深了學(xué)生對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的理解，達(dá)到了較理想的教學(xué)效果。

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