多維度改進(jìn)工科類專業(yè)課程教學(xué)的思考與實踐
——以土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程教改為例

程小春，傅 軍，李 潔

（1.浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)大學(xué) 浙江 東陽 322100；2.浙江理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 浙江 杭州 310018）

國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》文件指出，重大科技創(chuàng)新正在引領(lǐng)社會生產(chǎn)新變革，互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展正在不斷重塑教育形態(tài)，知識獲取方式和傳授方式、教和學(xué)關(guān)系正在發(fā)生深刻變革[1]。當(dāng)前高等教育已進(jìn)入以提升質(zhì)量內(nèi)涵、運用信息化教育手段、接軌國際工程師認(rèn)證模式的新時代，教師需與時俱進(jìn)，動態(tài)完善教學(xué)的內(nèi)容、方法、采用多元化手段改革教學(xué)實踐，強化OBE理念（以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)）、打造金課、開展互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)。

基于上述背景，筆者以土木工程結(jié)構(gòu)試驗這門課為載體進(jìn)行了多維度教改實踐，總結(jié)出基于多種手段輔助的課程教學(xué)實踐。

1 工科類專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀

工科類專業(yè)課程教學(xué)因其專業(yè)培養(yǎng)方案不同，帶來教學(xué)方法和手段呈現(xiàn)出個性化：以“土木工程結(jié)構(gòu)試驗”為例，這是一門具有較強工程實踐性的基礎(chǔ)專業(yè)課程，包括理論和實踐兩部分教學(xué)內(nèi)容。課程特點是：學(xué)時少、交叉和基礎(chǔ)知識點多、實踐性強。課程實踐中存在若干短板：一是實驗室的建設(shè)無法滿足日益增多的實驗項目開展，已開展的部分實驗項目具有一定的局限性；二是理論課程的教學(xué)方式單一，不利提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性和學(xué)生科研設(shè)計創(chuàng)新能力；三是考核方式單一，無法對學(xué)生團(tuán)隊合作試驗的積極性進(jìn)行有效監(jiān)控，也不能真實體現(xiàn)出學(xué)生個體對課程內(nèi)容的掌握程度。上述培養(yǎng)短板往往帶來學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣不濃、工程意識薄弱、實踐能力差等影響，進(jìn)而使其對實際工程的掌握和處理能力受到極大的制約[2]。

2 工科類專業(yè)課程教學(xué)改革策略

參考分析了兩種國外教學(xué)模式：SPOC 和BOPPPS。這兩種模式以新的理念和方式重塑大學(xué)課堂，實現(xiàn)課堂教學(xué)的有效性。

SPOC (Small Private Online Courses)是一種基于學(xué)習(xí)和合作概念的教學(xué)模式。由三個部分組成：理論演示部分、案例分析部分和培訓(xùn)監(jiān)督部分[3]。SPOC 是一種可持續(xù)發(fā)展模式。它創(chuàng)新了教學(xué)模式，讓學(xué)生和導(dǎo)師共同互動以解決任何問題，這樣不僅提高學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，還強調(diào)學(xué)生完整、深入的學(xué)習(xí)體驗。BOPPPS 教學(xué)模式是一種教學(xué)能力提升模式，這種教學(xué)模式以學(xué)生的需求為教學(xué)核心，教師運用現(xiàn)代教育技術(shù)，設(shè)計出具有創(chuàng)造性、創(chuàng)新性或原創(chuàng)性的微課，發(fā)現(xiàn)教學(xué)盲點，深化參與式課堂互動理解，提高教學(xué)信息反饋能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

結(jié)合上述模式，有如下幾個改革實踐點：①將SPOC和BOPPPS 教學(xué)模式和翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)模式結(jié)合，應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程當(dāng)中，深化教師與學(xué)生課堂互動參與，解決課程實踐中存在的問題；②SPOC和BOPPPS模式都強調(diào)學(xué)生的重要性，在教學(xué)模式改革實踐中強調(diào)學(xué)生在教學(xué)過程中的學(xué)習(xí)體驗，構(gòu)建有效的深度學(xué)習(xí)模式，提高課程完成率；③基于兩種教學(xué)模式，樹立新的教學(xué)觀念，建立新的教學(xué)體系。

3 工科類專業(yè)課程教學(xué)改革思路

3.1 教材建設(shè)

傅軍主編的《建筑結(jié)構(gòu)試驗基礎(chǔ)》屬于機械工業(yè)出版社的原規(guī)劃教材[4]，已經(jīng)在學(xué)校課程中使用8 年。擬在如下幾個方面進(jìn)行修訂：①土木工程行業(yè)許多規(guī)范規(guī)程已經(jīng)改版，部分新技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，需要在全章節(jié)中融入修訂；我國現(xiàn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅猛，其中市政公路橋梁工程有著大量的試驗檢測技術(shù)需要納入教學(xué)內(nèi)容；隨著我國抗震水準(zhǔn)的提高，部分新型試驗內(nèi)容需要融入修訂；②進(jìn)行立體化教材和動態(tài)化教材建設(shè)：例如建設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源、建設(shè)微課和云教材等，以此提高教材內(nèi)容完整性，并且不斷融入專業(yè)前沿知識。

3.2 信息化建設(shè)

①APP 二次開發(fā)：將手機端、電腦客戶端APP 軟件集成，把傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容融入現(xiàn)代化的信息設(shè)備中，以此來提高傳統(tǒng)的教學(xué)效果，增強學(xué)生學(xué)習(xí)主動性；②智慧課堂實現(xiàn)：“土木工程結(jié)構(gòu)試驗”課程采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)[5]，提供課堂互動的智能云教學(xué)工具，開展互動式、參與式教學(xué)，并實現(xiàn)教學(xué)行為、學(xué)習(xí)行為全過程記錄應(yīng)用。

3.3 試驗內(nèi)容完善

①增加探究性試驗：結(jié)合學(xué)生特點與興趣分類開展探究性試驗，試驗設(shè)計內(nèi)容可以參照教師的科研課題、大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽活動[6]、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃等，并以撰寫論文的形式來檢驗學(xué)生探究性實驗的成果；②構(gòu)建虛擬仿真實驗體系：學(xué)生結(jié)合已學(xué)的建模、有限元、結(jié)構(gòu)電算等知識，對自建BIM 模型進(jìn)行數(shù)值仿真分析，建立自主實踐新模式融入“課堂研討―研學(xué)項目―競賽展示―工程實踐”四位一體的培養(yǎng)模式，強化學(xué)生的動手實踐能力。

3.4 考評機制改進(jìn)

為了綜合考核學(xué)生學(xué)習(xí)行為全過程，可從以下幾方面進(jìn)行考核：①課前考核：考核學(xué)生在APP 中電子資源的學(xué)習(xí)情況，每個學(xué)生根據(jù)給定的資料，結(jié)合所學(xué)知識，查閱相關(guān)規(guī)范，完成相應(yīng)課前作業(yè)，提交指導(dǎo)老師審核批閱；②課中考核：學(xué)生出勤情況可采用智慧課堂進(jìn)行記錄，對每位成員進(jìn)行試驗過程考核，了解每位成員試驗掌握程度，達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)考核目的，加強團(tuán)隊合作的作用；③課后考核：驗證性試驗主要考核學(xué)生提交的試驗報告完成情況，探究性試驗則為審核學(xué)生完成的相關(guān)試驗論文；④達(dá)成度評價：根據(jù)教學(xué)大綱，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行劃分，制訂不同的教學(xué)目標(biāo)，對考勤、大作業(yè)、開卷考試、實踐技能、評價等方面完成達(dá)成度評價。

4 工科類專業(yè)課程教學(xué)改革實施

4.1 教材修訂

教材按照土木工程專業(yè)新規(guī)范規(guī)程系列編寫，縮減不必要的敘述和案例介紹以及陳舊的內(nèi)容，增加市政公路橋梁檢測、抗震試驗兩個章節(jié)內(nèi)容。為了避免教材附錄中實驗報告內(nèi)容千篇一律，教師自主設(shè)計常用試驗內(nèi)容，學(xué)生自我選題完成加載方案、測量方案、數(shù)據(jù)處理、實驗報告的編寫等一系列任務(wù)；增加注冊結(jié)構(gòu)工程師考試卷題庫的思考題和案例分析題來與卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)相對應(yīng)。根據(jù)課程性質(zhì)引入動態(tài)數(shù)字教材（云教材），通過二次開發(fā)集合到課程APP 云端，方便學(xué)生和教師隨時進(jìn)行調(diào)用。

4.2 信息化二次開發(fā)

為了使信息化工具更好地契合工科類專業(yè)課程，本次改革實踐的重點將放在針對互聯(lián)網(wǎng)課程建設(shè)工具二次開發(fā)方面，采用校企協(xié)同建設(shè)。具體環(huán)節(jié)包括：①開發(fā)團(tuán)隊組建：高校方面將組建熟悉軟件客戶端開發(fā)過程且對教學(xué)理念、方法、內(nèi)容改革有研究的人員參與團(tuán)隊；企業(yè)方面與有豐富多媒體教學(xué)資源制作和客戶端開發(fā)經(jīng)驗的企業(yè)合作；②研發(fā)路徑設(shè)計：高校團(tuán)隊將根據(jù)新教材建設(shè)提交課程大綱，合作企業(yè)根據(jù)需求將相關(guān)信息進(jìn)行整合，進(jìn)行課程APP 客戶端二次開發(fā)設(shè)計和調(diào)試。

4.3 教學(xué)手段二次設(shè)計

基于信息化教學(xué)的“土木工程結(jié)構(gòu)試驗”教學(xué)手段的二次開發(fā)設(shè)計，是指教師和學(xué)生在課程實施過程中，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)刪除、調(diào)整和處理內(nèi)容，采取有效、科學(xué)的方法，合理選擇和制訂教學(xué)計劃，從而更好地適應(yīng)具體的教學(xué)情況和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求?！巴聊竟こ淘囼灐苯虒W(xué)二次開發(fā)包括基于輔助教學(xué)平臺的線上試驗理論、視頻教學(xué)和預(yù)習(xí)效果反饋，試驗操作全面講解，改進(jìn)虛擬仿真平臺，可視化資源收集，資源與教材的有機整合，習(xí)題與配套資源制作等。

5 成效

根據(jù)上述思路，在浙江理工大學(xué)土木工程專業(yè)兩屆學(xué)生的課程中進(jìn)行了實踐，實踐的成效分析如下：

5.1 達(dá)成度提高

①立體化教材和動態(tài)教材的達(dá)成：完成了紙質(zhì)教材和云教材的緊密結(jié)合，也實現(xiàn)了教材內(nèi)容的實時更新和多元化展示，形成“課前先知、課中感知、課后探知”的學(xué)習(xí)系統(tǒng)模式，交互式課堂提升；②信息化技術(shù)反哺教學(xué)能力的達(dá)成：互聯(lián)網(wǎng)多工具學(xué)習(xí)平臺建設(shè)，對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行媒體編排與交互設(shè)計，以移動終端進(jìn)行新設(shè)計與展示，形成了和諧寬松的教學(xué)氣氛，也為教師提供了多元育人的舞臺，使OBE 方式得以實現(xiàn)；③人工智能教學(xué)工具的達(dá)成：通過檢測系統(tǒng)和反饋機制，全面詳細(xì)記錄學(xué)生各個教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)行為，對學(xué)生進(jìn)行動態(tài)和科學(xué)考核與評價。

5.2 質(zhì)量工程提高

①開設(shè)探索探究性實驗：轉(zhuǎn)變學(xué)生角色，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性和創(chuàng)造性；同時轉(zhuǎn)變課堂組織方式，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力；培養(yǎng)學(xué)生勇于探索理論知識的精神；②引入建筑結(jié)構(gòu)試驗應(yīng)用實例：虛擬實驗/BIM 模型，土木工程試驗與檢測若干完整案例。通過虛擬實驗系統(tǒng)實現(xiàn)知識、活動、實驗、習(xí)題等方面的延伸，不斷縮短各類知識與學(xué)生接受能力之間的差距。

5.3 消除短板

課程教學(xué)改革后，“土木工程結(jié)構(gòu)試驗”課程短板消除情況如下：①實驗室項目單一：結(jié)合實際案例設(shè)計、云班課設(shè)計、數(shù)字實驗?zāi)M仿真，豐富實驗項目內(nèi)容；②理論課程教學(xué)方式單一：教學(xué)模式改革、立體化教材和動態(tài)化教材建設(shè)，形成智慧化教學(xué)模式，使教學(xué)方式多樣化；③考核方式單一：應(yīng)用云班課經(jīng)驗值、達(dá)成度等形式形成動態(tài)科學(xué)的考核和評價方案；④課時少、課程內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性：引入云班課、增加了課時和趣味性、提高效率、充實學(xué)習(xí)內(nèi)容，加強與其他課程之間連貫性。

6 展望

后期還要持續(xù)改進(jìn)的環(huán)節(jié)包括：①完善虛擬仿真實驗存在的弊端，需要改進(jìn)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、完善運行機制、提高資源共享和利用率，針對虛擬仿真實驗，大力開發(fā)基于軟件工具的二次開發(fā)技術(shù)；②強化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)，提高用戶操作響應(yīng)要求，增大系統(tǒng)設(shè)計最大用戶數(shù)及同時在線人數(shù)；③改善工具界面，設(shè)計新呈現(xiàn)模形式，使信息單元多以模塊化、專題化形式展現(xiàn)。