基于項目驅(qū)動的地下建筑結(jié)構(gòu)混合式教學(xué)改革研究

鮑先凱 趙剛 劉源

[關(guān)鍵詞]地下建筑結(jié)構(gòu);項目驅(qū)動;混合式教學(xué);教學(xué)改革

近年來，隨著我國地下工程的大規(guī)模、快速的發(fā)展，急需大量具有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識和實踐創(chuàng)新能力，具備地下空間工程規(guī)劃、設(shè)計、研究、開發(fā)利用、施工和管理等能力的高級技術(shù)人才。地下建筑結(jié)構(gòu)是內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程專業(yè)巖土與地下工程方向的專業(yè)必修課、核心課，具有較強(qiáng)的理論性和實踐性。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理和設(shè)計計算方法，能夠根據(jù)地下結(jié)構(gòu)所處的不同介質(zhì)環(huán)境、使用功能和施工方法設(shè)計出安全、經(jīng)濟(jì)和合理的地下結(jié)構(gòu)，同時能對常見的地下工程事故，做出合理的評價。

為更好地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)以及工程創(chuàng)新和實踐能力，結(jié)合該課程綜合性強(qiáng)、工程實踐與理論緊密聯(lián)系的特點，針對目前實際教學(xué)過程中存在的一些問題（部分教學(xué)內(nèi)容晦澀深奧、理論與實踐脫節(jié)、學(xué)生思考能力缺乏等），提出了相應(yīng)的教學(xué)改革方案。

一、項目驅(qū)動混合式教學(xué)模式分析

混合式教學(xué)是把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來，教學(xué)活動的參與者——教師和學(xué)生都是學(xué)習(xí)活動的重心，也就是說，既要發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。國外已廣泛采用混合式教學(xué)模式。美國密歇根商學(xué)院，在2001年提出了一種名為“PRAJA”的教學(xué)模式，并在其后的教學(xué)使用中，證明該教學(xué)模式可以大幅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[1]。在國內(nèi)的混合式課堂教學(xué)模式改革中，復(fù)旦大學(xué)最早在大數(shù)據(jù)等課程中實行新型的混合式教學(xué)“Blending Learning”，通過線上、線下相互結(jié)合，打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)在時間和空間上的限制，教師由單純的面對面授課，轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂講授及在線答疑相結(jié)合的模式，形成以工程項目為導(dǎo)向，學(xué)生相互協(xié)作完成項目并進(jìn)行項目成果匯報，教師和學(xué)生共同進(jìn)行項目成果點評的教學(xué)模式。實踐證明該模式能夠大幅增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，促進(jìn)學(xué)生與教師之間的有機(jī)結(jié)合和互動，從而提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和工程創(chuàng)新實踐能力。

項目驅(qū)動式教學(xué)模式是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)之上的教學(xué)法，在教學(xué)過程中，以完成一個具體的項目為線索，把教學(xué)內(nèi)容隱含在項目中并提出問題，讓學(xué)生經(jīng)過思考和老師的點撥，自己解決問題。在完成項目的同時，學(xué)生培養(yǎng)了創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力以及自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，學(xué)會如何去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、尋找解決問題的方法。章木林[2]在數(shù)據(jù)庫教學(xué)中，將項目驅(qū)動型教學(xué)模式融入實訓(xùn)教學(xué)體系中，學(xué)生團(tuán)隊在教師的監(jiān)控和引導(dǎo)作用下自主完成項目，確立了在教學(xué)中學(xué)生作為主體的教學(xué)思路;李曼麗等[3]首次將啟發(fā)式的項目驅(qū)動案例教學(xué)應(yīng)用到高級數(shù)據(jù)庫技術(shù)課程中，增強(qiáng)了學(xué)生對如今主流數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)理論知識的掌握程度，提高了學(xué)生數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)的實踐能力，進(jìn)而縮短了學(xué)生在實踐應(yīng)用與社會實際需求之間的差距。

項目驅(qū)動混合式教學(xué)是指以項目案例和書本理論學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，板書、多媒體、視頻、網(wǎng)絡(luò)等相結(jié)合為教學(xué)方法，學(xué)生為主體，教師負(fù)責(zé)引導(dǎo)和監(jiān)控的教學(xué)模式。在日常學(xué)習(xí)中，學(xué)生分成小組選定項目案例（項目案例可以是具體的工程案例，也可以是教師的科研課題、大學(xué)生創(chuàng)新課題）進(jìn)行研究討論、共同完成，然后進(jìn)行成果展示，最后教師和學(xué)生對成果共同進(jìn)行評定，這極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新意識。在項目的完成過程中，小組成員之間相互協(xié)作，遇到問題主動查找相關(guān)資料和咨詢教師，在教師的指導(dǎo)下自主地解決問題，這使學(xué)生更好地掌握所學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，且理論知識系統(tǒng)和實踐能力得到了同步的構(gòu)建，促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展。項目驅(qū)動混合式教學(xué)模式流程如圖1所示。李昌等[4]在通信工程教學(xué)中引入了以項目驅(qū)動為基礎(chǔ)的混合式教學(xué)模式，探索了“聯(lián)動式”通信工程師培養(yǎng)模式的可行性，且通過實踐證明該教學(xué)模式切實可行;趙志娟[5]將項目驅(qū)動混合式教學(xué)應(yīng)用于環(huán)境工程微生物學(xué)課程，通過教學(xué)實踐，證明此模式能夠有效提高學(xué)生利用理論基礎(chǔ)知識解決實際環(huán)境問題的能力，也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心和自覺性，取得了良好的教學(xué)效果。

二、地下建筑結(jié)構(gòu)項目驅(qū)動混合式教學(xué)模式具體實現(xiàn)過程

（一）課內(nèi)外學(xué)習(xí)分配及自主學(xué)習(xí)設(shè)計

在上課之前，教師應(yīng)根據(jù)不同章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容制訂教學(xué)計劃，要準(zhǔn)備好符合具體課堂內(nèi)容的項目案例、項目內(nèi)容、電子課件及課程微視頻，學(xué)生要進(jìn)行課堂基礎(chǔ)理論知識的預(yù)習(xí)。同時教師要確定好具體教學(xué)內(nèi)容和項目內(nèi)容的教學(xué)方式方法：理論推導(dǎo)可以采用板書的形式講解;具體的施工工法、流程可以采用多媒體的視頻進(jìn)行講解;每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動的安排和教學(xué)的評價方式、教學(xué)計劃、預(yù)習(xí)任務(wù)的布置、在線測驗等可以采用網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)平臺來實現(xiàn)。學(xué)生在課余時間可以根據(jù)教材、參考文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)和教師提供的各種材料完成教師布置的項目任務(wù)的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備和在線測驗。

（二）課堂學(xué)習(xí)活動設(shè)計

傳統(tǒng)的地下建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)主要以教師的講授為主，內(nèi)容主要包括教材和參考資料，學(xué)生主要是被動地接受，幾乎沒有發(fā)揮主觀能動性，很難在學(xué)習(xí)過程中體現(xiàn)自己的主體地位。在項目驅(qū)動混合式教學(xué)模式下，教師在課堂上利用板書、多媒體等教學(xué)手段系統(tǒng)地講解課程的知識體系、分析課程的重點和難點;然后通過引入項目驅(qū)動式課程實踐，教師與學(xué)生共同開展一系列研究實踐活動。如在講授“頂管法隧道施工”這一章節(jié)時，結(jié)合內(nèi)蒙古科技大學(xué)主校門前正在施工的過街頂管隧道，教師首先在課余時間帶領(lǐng)學(xué)生參觀工地，熟悉頂管法施工工藝，然后在課堂上進(jìn)行學(xué)生分組，根據(jù)實際工程地質(zhì)參數(shù)計算頂管所受的摩擦力和頂進(jìn)力，確定減阻措施以及防水措施，分析地面沉降的原因、影響因素和沉降規(guī)律，確定減小沉降的施工措施。學(xué)生通過分組討論、項目設(shè)計和實踐，深化了頂管法隧道施工的知識體系，鍛煉了計算、設(shè)計、創(chuàng)新能力，提高了團(tuán)隊合作能力和對地下建筑結(jié)構(gòu)這門課程的學(xué)習(xí)興趣。

（三）輔助學(xué)習(xí)資源建設(shè)

由于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)有時間和空間等因素的局限性，使得學(xué)生只能在較短時間的課堂上被動地聽老師講授，缺少主動探索、學(xué)習(xí)和獲取知識的機(jī)會，課外也無法與教師進(jìn)行即時交流。而利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺就可以充分地把學(xué)生的學(xué)習(xí)從課上延伸到課外，實現(xiàn)學(xué)生自學(xué)和教師指導(dǎo)的交互。教師以學(xué)習(xí)單元或?qū)W習(xí)模塊為單位，把教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)安排、教學(xué)課件、微視頻、其他教學(xué)視頻、項目案例分析資料、在線測試等放到網(wǎng)絡(luò)平臺，使學(xué)生可以隨時下載學(xué)習(xí)，教師及時做出指導(dǎo)和幫助，讓學(xué)生能夠自由地選擇時間進(jìn)行學(xué)習(xí)，充分利用課余時間，進(jìn)而提高教學(xué)的效率和效果。同時，教師可以通過教學(xué)郵箱給學(xué)生群發(fā)郵件，將通知、學(xué)習(xí)資源等發(fā)給學(xué)生，實現(xiàn)信息的實時化。

（四）問題反饋機(jī)制的設(shè)計

教師利用教學(xué)平臺的答疑模塊提供針對課程的相關(guān)問題，或設(shè)計與課程相關(guān)的引導(dǎo)性討論主題，開設(shè)學(xué)習(xí)方法探討專欄，引導(dǎo)學(xué)生積極地參加到問題的討論中來，從中發(fā)現(xiàn)問題，及時和學(xué)生溝通，并給學(xué)生以解答。學(xué)生課堂討論和線上的表現(xiàn)有利于教師及時地了解每個學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況，并給出相應(yīng)的建議。

（五）評價考核機(jī)制

傳統(tǒng)的考核方式多以一次考試的成敗來評價一個學(xué)生學(xué)習(xí)成績的優(yōu)劣，這僅僅是體現(xiàn)出學(xué)生對某些理論知識的了解程度，而很多學(xué)習(xí)技能、實踐能力、發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力是無法通過考試去衡量的。因此，我們對于項目驅(qū)動混合式教學(xué)的學(xué)習(xí)效果評價采用多元化評價體系，這種評價體系要貫穿每個學(xué)生整個學(xué)習(xí)的始終。這種評價體系記錄學(xué)生的每一個學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)、討論、項目設(shè)計、完成成果和評價等各個環(huán)節(jié)的參與程度及完成效果，統(tǒng)計線上學(xué)生的登錄時間、在線時間、下載資源的數(shù)量、發(fā)表言論的數(shù)量、作業(yè)上交的數(shù)量以及測驗的分?jǐn)?shù);同時結(jié)合傳統(tǒng)課堂教學(xué)中出席率、上課的紀(jì)律情況和積極參與教學(xué)情況、作業(yè)完成情況等因素，最終全面地、客觀地評價一名學(xué)生對課程的掌握程度和學(xué)習(xí)效果。

三、項目驅(qū)動混合式教學(xué)模式的效果

（一）“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念得以確立

在項目驅(qū)動混合式教學(xué)模式中，學(xué)生有著完全的學(xué)習(xí)自主性，學(xué)生通過參與實踐項目可以理解一個具體的地下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工、管理等各個環(huán)節(jié)。而且因項目不同，學(xué)生遇到的問題也多種多樣，使得教師遇到的挑戰(zhàn)也增加了很多，這調(diào)動了雙方的積極性。同時，所有的教學(xué)活動都是圍繞“如何讓學(xué)生更好地掌握知識”，而不是“為了應(yīng)付老師而學(xué)習(xí)”或者“為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)”開展的，這使學(xué)生能夠更好地將理論與實踐相結(jié)合。

（二）課內(nèi)外多種教學(xué)模式混合，縮短了理論與實踐的差距

從項目驅(qū)動混合式教學(xué)模式流程圖可以看出，課業(yè)教學(xué)主要集中在課外教學(xué)活動中。首先，教師將按照教學(xué)大綱制作的PPT課件、課外實際案例微視頻投放到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，使學(xué)生能夠自由地選擇時間及內(nèi)容來安排學(xué)習(xí)。其次，在課堂教學(xué)活動中，教師主要通過實際工程案例來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，著重告訴學(xué)生“該學(xué)什么，怎么學(xué)”，同時對學(xué)生在微課中的疑問進(jìn)行解答，并且對學(xué)生的項目成果及演示進(jìn)行評價。學(xué)生可以自由地組隊，完成教師安排的實踐項目學(xué)習(xí)，這樣不僅可以提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，同時學(xué)生通過主動查閱相關(guān)文獻(xiàn)、搜集相關(guān)資料，還無形中建立了完善的知識體系，對于理論的應(yīng)用和實際問題的解決等能力都得到了極大的提高，進(jìn)而縮短了理論與實踐的差異。

（三）加強(qiáng)了項目驅(qū)動混合式教學(xué)教師隊伍的建設(shè)，確保項目實踐教學(xué)質(zhì)量的提高

教師是學(xué)生能力素質(zhì)培養(yǎng)的引導(dǎo)者，是項目驅(qū)動混合式教學(xué)的指導(dǎo)者和主要組織者，所以項目驅(qū)動混合式教學(xué)師資隊伍建設(shè)是搞好教學(xué)的重要保證。通過加強(qiáng)項目驅(qū)動混合式教學(xué)，教師有意識、有計劃地提高了實踐教學(xué)素質(zhì)，使自己具有了更扎實的業(yè)務(wù)理論知識和較強(qiáng)的實踐工作能力，用現(xiàn)場實踐完善課堂理論，將積累的工程經(jīng)驗、解決問題的思維方式傳授給學(xué)生，較好地體現(xiàn)了學(xué)以致用的原則。進(jìn)行項目驅(qū)動混合式教學(xué)師資隊伍建設(shè)主要有兩個途徑：一是鼓勵教師向“項目實踐型”發(fā)展，結(jié)合土木工程實踐教學(xué)體系建設(shè)和學(xué)生實踐技能培養(yǎng)模式，有計劃地派出一些教學(xué)骨干到企事業(yè)單位，參與生產(chǎn)現(xiàn)場的實踐技能訓(xùn)練，把專業(yè)知識、教學(xué)經(jīng)驗與生產(chǎn)實踐結(jié)合起來，得到工程師的基本訓(xùn)練;二是引進(jìn)或聘用既有豐富的實踐工作經(jīng)驗，又有較高學(xué)術(shù)水平的高級技術(shù)和管理工作人員充實教師隊伍或做兼職教師。

（四）學(xué)生動手能力、實踐能力得以提高

土木工程的人才培養(yǎng)必須面向工程實際，這是應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需要，也是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迫切需要，更是我國高等工程教育和工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗。通過工程實踐分析與訓(xùn)練可以使學(xué)生了解實際的工程設(shè)計思路，增添現(xiàn)代工程設(shè)計意識，掌握設(shè)計方法，提高綜合運(yùn)用多方面的知識解決工程問題的能力。

例如在講解“淺埋式地下建筑結(jié)構(gòu)”這一章時，針對現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程日益大型化、復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)計算很難靠手算完成的現(xiàn)狀，結(jié)合巖土與地下工程方向的畢業(yè)設(shè)計，教師給學(xué)生布置了運(yùn)用Ansys軟件進(jìn)行地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐項目。結(jié)構(gòu)工程設(shè)計軟件的應(yīng)用，一方面把學(xué)生從大量煩瑣的計算工作中解放出來，節(jié)省了設(shè)計時間，另一方面學(xué)生利用騰出的時間用于創(chuàng)造性設(shè)計，這有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。通過本次實踐項目的訓(xùn)練，使學(xué)生了解了結(jié)構(gòu)計算軟件的適用條件及其技術(shù)條件，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)設(shè)計概念理解，掌握了結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的方法，如圖2所示，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的學(xué)習(xí)，為畢業(yè)設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)，突出了學(xué)生工程意識的培養(yǎng)。

四、結(jié)語

項目驅(qū)動混合教學(xué)式模式，融合了先進(jìn)的信息技術(shù)，在根本上改變了課堂授課的方式，確立了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，將微視頻、在線測試、工程案例教學(xué)、實際項目的操作分步嵌入教學(xué)進(jìn)程中。該教學(xué)模式可以將教師、學(xué)生雙方的教、學(xué)積極性大大提高，能夠使學(xué)生自主探索、學(xué)習(xí)、獲取相應(yīng)課程的專業(yè)知識，充分地將學(xué)生的學(xué)習(xí)從課上延伸到了課外，實現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)了全面發(fā)展的實踐型人才的培養(yǎng)。