基于混合式學(xué)習(xí)的混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合改革

劉建平 張大富 張 眾

山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 山東淄博 255049

混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)在土木工程專業(yè)教學(xué)中占有十分重要的地位，它不僅有利于加深對(duì)相關(guān)課程基本概念、基本理論的理解，同時(shí)也可以更好地培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。然而，從目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校的混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，仍處于一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié)，普遍存在如下主要問(wèn)題。(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“講授式”教學(xué)模式，缺乏啟發(fā)性。教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)。(2)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，缺乏系統(tǒng)性和實(shí)用性。目前大多數(shù)高校中混凝土結(jié)構(gòu)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)主要包括鋼筋混凝土梁受彎實(shí)驗(yàn)、鋼筋混凝土梁受剪實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺少系統(tǒng)性[1]，以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主[2]，這樣的實(shí)驗(yàn)方式?jīng)]有給學(xué)生思考和設(shè)計(jì)的空間，學(xué)生無(wú)法參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)，達(dá)不到對(duì)理論知識(shí)的鞏固、對(duì)基本技能的強(qiáng)化的作用，不利于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。(3)實(shí)驗(yàn)考核方式單一，缺乏科學(xué)性和導(dǎo)向性。以往的實(shí)驗(yàn)成績(jī)以實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?yōu)橹?，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程重視程度降低。

混合式學(xué)習(xí)是將傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而獲得更佳的教學(xué)效果[3]。混合式學(xué)習(xí)模式既可以發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又可以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位的需要，尤其適用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)[4]。因此，本文針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，將信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革深度融合，構(gòu)建以學(xué)生為中心的混合教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，設(shè)計(jì)學(xué)生全程參與綜合性、設(shè)計(jì)性探究實(shí)驗(yàn)，建立起以“考能力”為主的考核評(píng)價(jià)體系，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力及工程素質(zhì)。

1 融通線上線下兩個(gè)空間 構(gòu)建混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，將混合式教學(xué)理念應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將在線學(xué)習(xí)活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行整合，建設(shè)教學(xué)資源，創(chuàng)建信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)計(jì)“主導(dǎo)—主體”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，重構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，構(gòu)建了課前在線預(yù)習(xí)、課中內(nèi)化知識(shí)、課后在線復(fù)習(xí)和提升的翻轉(zhuǎn)課堂式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)。具體的教學(xué)設(shè)計(jì)方案如表1所示。

表1 鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁靜載實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

(1)課前預(yù)習(xí)知識(shí)。教師提前布置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，學(xué)生通過(guò)研讀實(shí)驗(yàn)任務(wù)書、指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)課件，觀看實(shí)驗(yàn)錄像等資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，采取小組協(xié)作的方式，在實(shí)驗(yàn)課前完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，教師審閱實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)報(bào)告。所有的環(huán)節(jié)結(jié)束后，學(xué)生獨(dú)立完成在線測(cè)試以檢測(cè)學(xué)習(xí)的效果。

(2)課中內(nèi)化知識(shí)。教師根據(jù)學(xué)生的分組名單隨機(jī)抽取一位學(xué)生匯報(bào)展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，時(shí)間控制在8～10分鐘，然后是對(duì)方案設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行生生交流，教師針對(duì)大多數(shù)學(xué)生存在的共性問(wèn)題進(jìn)行課堂反饋和交流，學(xué)生修改、完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告。

(3)課后鞏固知識(shí)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作完成后，利用教學(xué)資源進(jìn)行在線復(fù)習(xí)和提升，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的主題討論區(qū)對(duì)疑難問(wèn)題師生、生生間進(jìn)行廣泛的交流和討論，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 開發(fā)綜合性設(shè)計(jì)性探究實(shí)驗(yàn)

為了發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生初步科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。結(jié)合土木工程專業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法有機(jī)結(jié)合，形成一個(gè)分階段、分步驟的綜合性、設(shè)計(jì)性探究實(shí)驗(yàn)。采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)，課內(nèi)、課外相結(jié)合的方式[5]，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及組織如表2所示。學(xué)生通過(guò)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)加深對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的理解，達(dá)到掌握混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的一般方法和實(shí)施步驟的目的。

2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1.1 實(shí)驗(yàn)試件設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書提供的荷載和計(jì)算跨度要求，選擇梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，分組按適筋梁、超筋梁、少筋梁進(jìn)行截面尺寸和配筋設(shè)計(jì)，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書，并繪制施工圖。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)加載及觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)梁的材料強(qiáng)度、截面尺寸、截面配筋，預(yù)先估算出梁的開裂彎矩、屈服彎矩和極限彎矩，并據(jù)此制訂實(shí)驗(yàn)方案。內(nèi)容包括：(1)加載方案的設(shè)計(jì)，包括試驗(yàn)梁的安裝方式、加載的圖式和順序、加載分級(jí)的確定；(2)觀測(cè)方案設(shè)計(jì)，即撓度測(cè)量設(shè)計(jì)、應(yīng)變測(cè)量設(shè)計(jì)、裂縫測(cè)量設(shè)計(jì)，包括量測(cè)項(xiàng)目的確定、儀器選擇及標(biāo)定、測(cè)點(diǎn)的選擇及布置并設(shè)計(jì)原始記錄表。

2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果及要求，學(xué)生應(yīng)用土木工程材料、土木工程施工、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)完成以下準(zhǔn)備工作：(1)鋼筋骨架的綁扎；(2)鋼筋應(yīng)變片的粘貼；(3)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的澆注成型、養(yǎng)護(hù)；(4)混凝土試塊抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)；(5)加載裝置系統(tǒng)及構(gòu)件就位。

2.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先由學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)(如圖1所示)，教師進(jìn)行重難點(diǎn)點(diǎn)撥，然后按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案安裝試驗(yàn)梁和試驗(yàn)的儀器設(shè)備(如圖2所示)，按照設(shè)計(jì)的荷載分級(jí)加載，觀察梁的裂縫開展情況并做好標(biāo)記，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和破壞過(guò)程。

圖1 學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟

圖2 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器的連接

2.4 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析，繪制荷載—撓度曲線、應(yīng)力—應(yīng)變曲線、裂縫展開圖，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

表2 鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁靜載實(shí)驗(yàn)過(guò)程安排表

3 改革實(shí)驗(yàn)考核方式 構(gòu)建全過(guò)程考核體系

實(shí)驗(yàn)考核方式的構(gòu)建以能力評(píng)價(jià)為中心，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、協(xié)作能力及創(chuàng)新思維等方面進(jìn)行綜合評(píng)定，采用“預(yù)習(xí)測(cè)試成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作＋實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)”全過(guò)程考核方式。

改革的方案主要包括以下幾方面。(1)預(yù)習(xí)測(cè)試占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的30%，主要考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)的情況，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、在線測(cè)試的方式進(jìn)行，試題主要體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的重要知識(shí)點(diǎn)。(2)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、操作占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的30%，主要考查學(xué)生儀器使用及實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范，促使學(xué)生準(zhǔn)確掌握實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。(3)實(shí)驗(yàn)報(bào)告占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)成果分析報(bào)告，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫形式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題能力、總結(jié)能力、寫作能力的目的。

4 改革的成效

本混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，整合相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，構(gòu)建系列化實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了教學(xué)成本，取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生的收獲較大，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

(1)開展混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，積累了較豐富的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，增加了師生互動(dòng)，改變了學(xué)生學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效果，也有利于學(xué)生開展綜合性、設(shè)計(jì)性探究實(shí)驗(yàn)。

(2)本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多、周期長(zhǎng)，學(xué)生自主設(shè)計(jì)，探究式完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力都得到有效鍛煉，提高了學(xué)生分析、解決工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的溝通交流能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

(3)采用全過(guò)程考核方式，有利于教師組織、管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)程，較好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，保證了學(xué)習(xí)效果。