基于微課的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)模式改革

涂義亮 曾愷平 張益銘

摘 要：作為土木類專業(yè)的一門核心專業(yè)課，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理具有知識(shí)點(diǎn)多、公式符號(hào)多、設(shè)計(jì)結(jié)果多、工程經(jīng)驗(yàn)多、教學(xué)課時(shí)少等特點(diǎn)，是學(xué)生普遍反映很難學(xué)習(xí)的一門課程。作為一種新興的數(shù)字化教育資源和教育模式，微課在課前、課中、課后為學(xué)生提供了一種個(gè)性化的自主學(xué)習(xí)模式，可顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。但這種教學(xué)模式的研究和應(yīng)用還處于探索階段，尤其是在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中。文章探索性地將微課引入其傳統(tǒng)教學(xué)模式中，以期為該課程教學(xué)質(zhì)量的提高提供有益參考。

關(guān)鍵詞：微課;混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理;教學(xué)改革;教學(xué)質(zhì)量

一、引言

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程是土木類專業(yè)最核心的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，通常在大三學(xué)年開設(shè)，它是學(xué)好大四后續(xù)專業(yè)課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)的必備基礎(chǔ)。該課程主要研究混凝土基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，具有知識(shí)點(diǎn)豐富、公式符號(hào)多、設(shè)計(jì)結(jié)果不唯一、實(shí)踐性強(qiáng)和教學(xué)課時(shí)有限等特點(diǎn)。學(xué)生大多反映該課程學(xué)習(xí)難度大，期末考試合格率通常較低。傳統(tǒng)的面授教學(xué)方法已經(jīng)無法從根本上解決學(xué)生學(xué)習(xí)難和教師教課難的兩難局面。

微課是一種以短視頻記錄教師針對(duì)某個(gè)重難點(diǎn)的授課過程，并在課前、課中、課后供教師和學(xué)生教與學(xué)之用，是2012年引入我國的新興教學(xué)模式。學(xué)生可以通過微課有針對(duì)性地自主學(xué)習(xí)重難點(diǎn)知識(shí)，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且顯著地提高了學(xué)習(xí)效率。近年來，微課在高等教育領(lǐng)域應(yīng)用已逐漸增多，但這種教學(xué)模式的研究和應(yīng)用還處于探索階段，尤其是在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中。

二、微課的特點(diǎn)

微課是美國圣胡安學(xué)院的學(xué)者David Penrose在2008年為了便于在線學(xué)習(xí)或移動(dòng)學(xué)習(xí)而提出的一種時(shí)長約1分鐘的在線課程，其關(guān)鍵思想是將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)目標(biāo)緊密相連，從而產(chǎn)生“更聚焦的教學(xué)體驗(yàn)”。隨后美國學(xué)者Salman Khan通過互聯(lián)網(wǎng)免費(fèi)與學(xué)生分享他制作的時(shí)長約10分鐘的教學(xué)視頻，達(dá)到異地授課輔導(dǎo)目的，這引起了廣大教師的關(guān)注和效仿，2010年我國學(xué)者胡鐵生首次將微課的概念引入國內(nèi)。微課是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)目的，以教學(xué)視頻為主要載體記錄教師在課程教學(xué)過程中針對(duì)某個(gè)重難點(diǎn)內(nèi)容，而實(shí)施的教與學(xué)活動(dòng)中所需各種教學(xué)資源的有機(jī)結(jié)合體[1]。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，微課具有以下特點(diǎn)：

1.知識(shí)點(diǎn)少，針對(duì)性強(qiáng)

一個(gè)微課視頻通常只介紹一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，時(shí)長大多控制在10分鐘左右，微課便于學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行針對(duì)性的高效學(xué)習(xí)。

2.方便學(xué)習(xí)，易于傳播

微課學(xué)習(xí)極為方便，只需一臺(tái)智能手機(jī)或iPad等移動(dòng)終端即可在線下載和移動(dòng)學(xué)習(xí)微課視頻，不受時(shí)間和地域的限制。此外，微課屬于一種免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，易在網(wǎng)絡(luò)中廣泛傳播。

3.易于控制，效果顯著

學(xué)生可根據(jù)自己的基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力控制視頻的播放速度，并可隨時(shí)暫停和反復(fù)回放，最終達(dá)到完全消化知識(shí)點(diǎn)的目的。

三、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)特點(diǎn)

1.知識(shí)點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程主要講述混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力性能和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，具有知識(shí)點(diǎn)豐富的特點(diǎn)。該課程同時(shí)涉及理論推導(dǎo)、試驗(yàn)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，且緊密聯(lián)系設(shè)計(jì)規(guī)范和工程實(shí)際，因此綜合性很強(qiáng)，要求已熟練掌握高等數(shù)學(xué)、概率論、建筑材料、工程制圖、三大力學(xué)等基礎(chǔ)課程。此外，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程亦是學(xué)好高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)抗震、土木工程施工、工程項(xiàng)目管理、結(jié)構(gòu)電算等課程的必要基礎(chǔ)。

2.公式多、符號(hào)多、構(gòu)造規(guī)定多

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析與材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等基本假定為彈性不同，其計(jì)算方法主要以試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，事先引入若干基本假定條件，利用數(shù)學(xué)和力學(xué)等工具建立起半理論半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，具有計(jì)算公式多和符號(hào)多的特點(diǎn)，且計(jì)算公式具有一定的適用條件。此外，同類型的受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，通常都涉及關(guān)于截面形式和尺寸，鋼筋間距、直徑和布置的諸多構(gòu)造規(guī)定，這些規(guī)定理論性和邏輯性不強(qiáng)、內(nèi)容較分散，學(xué)生通常較難理解和掌握。

3.設(shè)計(jì)結(jié)果不唯一

由于混凝土結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)選型和布置方案、混凝土和鋼筋選擇、計(jì)算方法和構(gòu)造措施等方面的靈活性非常大，這些因素都可能對(duì)最終設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響，因此設(shè)計(jì)的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)并不像數(shù)學(xué)或力學(xué)可計(jì)算出唯一的結(jié)果，通常呈現(xiàn)出許多種設(shè)計(jì)結(jié)果。

4.經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐性強(qiáng)

本課程是一門理論與實(shí)踐緊密相連的課程，不僅要求學(xué)生熟練掌握基本原理，而且要能夠?qū)⒒驹硎炀殤?yīng)用于工程實(shí)踐，是一門非?！肮こ獭钡恼n程，這就要求培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，提高學(xué)生的工程經(jīng)驗(yàn)。

5.教學(xué)課時(shí)有限

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木類學(xué)生最為核心的專業(yè)課之一，早期的培養(yǎng)方案中該門課程學(xué)時(shí)較多，大多為80學(xué)時(shí)，甚至達(dá)到120學(xué)時(shí)。然而，隨著土木概念的強(qiáng)化和專業(yè)分流的影響，該課程在許多高校被縮減為64學(xué)時(shí)，甚至只有32學(xué)時(shí)，導(dǎo)致該課程無法完整講授，大多教師通常是選擇重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行授課，從而造成學(xué)生知識(shí)體系不完整，阻礙了后續(xù)專業(yè)課程的順利學(xué)習(xí)。

基于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的以上特點(diǎn)及目前的教學(xué)情況，可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的教學(xué)模式和方法主要是由教師在課堂上將知識(shí)點(diǎn)傳授給學(xué)生并安排一定的課后作業(yè)，但是傳統(tǒng)教學(xué)方法的實(shí)際完成效果與預(yù)期目標(biāo)差異較大。

將微課引入混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中，豐富了傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)方法，可顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)個(gè)性化教學(xué)的發(fā)展。利用10分鐘左右的微課視頻重點(diǎn)講授該課程的各個(gè)重難點(diǎn)，學(xué)生課堂上無法掌握的內(nèi)容可以在課后進(jìn)行再學(xué)習(xí)和再吸收，有效降低學(xué)生對(duì)本課程的抗拒心理，實(shí)現(xiàn)課程的優(yōu)化和深化。因此，微課的應(yīng)用對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)質(zhì)量的提高具有十分重要的意義。

四、微課資源的開發(fā)

1.知識(shí)點(diǎn)梳理和微課內(nèi)容設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程包含大小知識(shí)點(diǎn)近百個(gè)，而微課僅包含1～2個(gè)知識(shí)點(diǎn)，在制作微課之前先應(yīng)梳理、細(xì)化該課程的主要知識(shí)點(diǎn)，并分割出課程的重難點(diǎn)。對(duì)于易于掌握的簡單知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在課堂上即可輕松消化，因此，微課中講授的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)選擇重難點(diǎn)內(nèi)容，如 “受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算原理”等。

微課知識(shí)點(diǎn)確定后，然后是分析學(xué)習(xí)者的特征和教學(xué)目標(biāo)。微課的整體風(fēng)格很大程度上取決于學(xué)習(xí)者的特征，如對(duì)于應(yīng)用型本科學(xué)生，可以將更多的施工技術(shù)和工法融入微課視頻中，適當(dāng)偏重工程應(yīng)用;對(duì)于研究型本科學(xué)生，可以重點(diǎn)講授現(xiàn)象背后的原因、研究的思路方法、理論的推導(dǎo)和公式的演繹，并適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┕こ藤Y料。教學(xué)目標(biāo)的確定是推動(dòng)教學(xué)計(jì)劃制訂的前提，是教師選擇何種教學(xué)方法和運(yùn)用什么教學(xué)手段的綱領(lǐng)。

2.微課制作與資源構(gòu)建

首先根據(jù)微課設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)和思路，開始搜集和整理各種素材，并準(zhǔn)備微課的制作工具。其次是圍繞教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)風(fēng)格、教學(xué)方法和教學(xué)計(jì)劃編寫腳本[2]。再次根據(jù)搜集的素材和制作好的腳本，利用制作工具開始制作微課。最后將制作好的微課上傳到微課資源庫或者網(wǎng)絡(luò)上，亦可通過社交軟件直接發(fā)給學(xué)生學(xué)習(xí)。

3.微課應(yīng)用

微課可運(yùn)用于學(xué)生課前、課中、課后的整個(gè)學(xué)習(xí)階段。學(xué)生課前通過單獨(dú)或分組學(xué)習(xí)微課達(dá)到預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的作用，獨(dú)立搜索解決可能遇到的問題，并將預(yù)習(xí)中不能解決的疑問帶到課堂中[3]。教師在課堂中接受學(xué)生的提問并進(jìn)行一一解答，或者通過學(xué)生分組討論的形式使問題得到一一化解，隨后開始課堂知識(shí)點(diǎn)的進(jìn)一步教學(xué)。學(xué)生在課后根據(jù)自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，有選擇地對(duì)已教知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，直到完全消化為止[4]。課后，教師開始制作下一微課，產(chǎn)生良性循環(huán)。

4.微課評(píng)價(jià)和修改

在微課完成應(yīng)用后，教師要主動(dòng)從學(xué)生那里得到關(guān)于微課內(nèi)容的評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)效果的反饋，并根據(jù)評(píng)價(jià)和反饋及時(shí)做出調(diào)整，不斷打磨和完善微課質(zhì)量，從而避免微課教學(xué)以教師為中心的不良局面，真正做到從學(xué)生的切身體驗(yàn)和需求出發(fā)解決學(xué)生的學(xué)習(xí)問題。

五、案例分析

筆者以“受彎構(gòu)件正截面計(jì)算—相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb”微課為例，進(jìn)行微課設(shè)計(jì)[5]，如下表所示。相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中非常重要的一個(gè)參數(shù)，筆者首先以正截面受彎構(gòu)件的三種破壞形態(tài)類型為切入點(diǎn)，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而引入相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb的概念。其次，教師介紹工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)選擇適筋梁破壞類型為準(zhǔn)則，介紹相對(duì)界限受壓區(qū)高度ξb的意義和作用。再次，從概念出發(fā)，推導(dǎo)ξb的計(jì)算過程，再以某種情況為例，得到《公路橋規(guī)》規(guī)定的ξb值表格。最后，教師對(duì)微課內(nèi)容進(jìn)行回顧，并提出思考題，強(qiáng)化微課學(xué)習(xí)效果。

六、結(jié)語

微課是隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新興教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)資源，它的針對(duì)性強(qiáng)、方便學(xué)習(xí)、易于傳播等特點(diǎn)給傳統(tǒng)面授教學(xué)模式帶來了較大的影響，一方面提高了學(xué)生的自學(xué)能力，另一方面促進(jìn)了教師的專業(yè)技能增長，近年來逐漸成為一種熱門的教學(xué)方法。但是，如何將微課應(yīng)用于傳統(tǒng)教學(xué)模式中還有待廣大教師進(jìn)一步探索?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程與工程聯(lián)系緊密、知識(shí)點(diǎn)多、構(gòu)造規(guī)定多，尤其適合在傳統(tǒng)教學(xué)模式中融入微課?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理微課的設(shè)計(jì)與開發(fā)不僅要求教師精準(zhǔn)地梳理和分割每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，掌握教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，而且還需掌握一定的制作動(dòng)畫和剪輯視頻的技能。教師應(yīng)努力研究微課設(shè)計(jì)與制作的新方法，構(gòu)建以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的微課資源庫，與傳統(tǒng)教學(xué)模式互補(bǔ)互助，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

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