張治國(guó) 毛敏東 陳有亮 邵 俐 李 寧
(上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院 上海 200093)
隨著我國(guó)高校高等教學(xué)工程新工科課程建設(shè)的不斷發(fā)展,進(jìn)一步探索高等學(xué)校教學(xué)模式,將是國(guó)家推進(jìn)教育改革和增進(jìn)高校畢業(yè)生高質(zhì)量就業(yè)的重大措施[1-2]。一方面,我國(guó)開(kāi)展的工程教育認(rèn)證提出以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的三大理念,旨在迫切需要各高校向社會(huì)輸送大量高質(zhì)量高素質(zhì)土木類工程技術(shù)人才[1-2]。另一方面,新媒體時(shí)代的各種網(wǎng)絡(luò)媒介工具為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐能力方面提供了軟件支持,其中網(wǎng)絡(luò)媒介與翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)的耦合顯得尤為重要[3-5]。上海理工大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院在近幾年合理使用新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)工具,教師由“教”轉(zhuǎn)化為“引導(dǎo)”,學(xué)生由“被動(dòng)學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)化為“主動(dòng)探究”,為土木行業(yè)人才培養(yǎng)與課程模式探索優(yōu)化貢獻(xiàn)出一份力量。
上海理工大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院針對(duì)當(dāng)前地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)媒介與翻轉(zhuǎn)課堂耦合的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式的新探索。地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程作為當(dāng)代土木工程專業(yè)人才必須掌握的一門(mén)課程,同時(shí)也作為土木工程類專業(yè)高校教育中最為重要的一環(huán)。對(duì)于學(xué)術(shù)研究而言,該課程為部分土木工程相關(guān)專業(yè)后續(xù)深入研究提供基礎(chǔ);對(duì)于日后工作而言,地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際工程中結(jié)合就顯得極其重要。但在傳統(tǒng)教學(xué)方法中存在諸多不足,如人才培養(yǎng)方案定位模糊、課程設(shè)置不夠科學(xué)、教材部分內(nèi)容不夠前沿等缺陷,不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通和綜合利用,以致人才培養(yǎng)計(jì)劃不能體現(xiàn)現(xiàn)代城市地下結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn),人才培養(yǎng)質(zhì)量也不能完全滿足時(shí)代發(fā)展和企業(yè)的需求[6-8]。因此,結(jié)合我校的土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),充分利用優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)媒介資源,合理通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué),積極進(jìn)行教學(xué)模式的新探索,進(jìn)一步提升了地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量。
地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的主要目的是為了了解地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范與設(shè)計(jì)的基本理論,掌握地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算的基礎(chǔ)理論和技能[9-10]。目前,針對(duì)上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式,主要為教師對(duì)照教材,通過(guò)板書(shū)與PPT講授理論課程,學(xué)生輔以課后練習(xí)加深對(duì)理論設(shè)計(jì)知識(shí)的理解。但翻轉(zhuǎn)課堂作為新時(shí)代課程教學(xué)模式的一種探索,是指在課前學(xué)生自主觀看網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)視頻,教師在課中和學(xué)生一起互助探究,解決難題的一種教學(xué)模式,較好的滿足了學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的要求。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)教師講而學(xué)生聽(tīng)的被動(dòng)教學(xué)模式的弊端在引入學(xué)生積極參加而老師輔助引導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂新模式后得到了較好的解決。同時(shí),筆者總結(jié)了傳統(tǒng)教學(xué)中三個(gè)方面的主要缺陷:
地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程具有理論性和綜合性較強(qiáng)的特點(diǎn),一方面表現(xiàn)為多學(xué)科交叉,例如,在地下結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算時(shí)涉及土力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)知識(shí),在地下結(jié)構(gòu)截面計(jì)算時(shí)又涉及混凝土專業(yè)知識(shí);另一方面表現(xiàn)為涉及面廣,課程主要講解了基坑、隧道、管道、支護(hù)等多種地下結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)方法,對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)和力學(xué)的能力要求較高。由于地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程授課時(shí)間有限,學(xué)生通過(guò)課堂中老師展示的圖片和視頻,無(wú)法得到最直觀的認(rèn)識(shí),導(dǎo)致其缺乏主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),且學(xué)生在課下消化知識(shí)過(guò)程中無(wú)法及時(shí)與教師溝通,在接觸如此復(fù)雜且枯燥的理論知識(shí)時(shí)難免失去耐心,興趣不高,學(xué)生主觀能動(dòng)性缺乏。
地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性,其理論體系需要與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。例如,在基坑支護(hù)、盾構(gòu)隧道、沉井結(jié)構(gòu)、箱涵結(jié)構(gòu)和頂管結(jié)構(gòu)等地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,許多學(xué)生由于不清楚基本概念與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理,只是一味地照搬設(shè)計(jì)模板,甚至抄襲其他同學(xué)的設(shè)計(jì),導(dǎo)致設(shè)計(jì)書(shū)中出現(xiàn)許多原則性錯(cuò)誤,畢業(yè)生進(jìn)入工作單位后仍然看不懂地下結(jié)構(gòu)施工圖紙。
對(duì)于畢業(yè)后主要從事地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的學(xué)生來(lái)說(shuō),有必要了解當(dāng)前地下結(jié)構(gòu)工程界的正在使用的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。但目前地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)仍然以傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和經(jīng)典的解析公式為主體,而對(duì)于現(xiàn)代地下設(shè)計(jì)工程領(lǐng)域廣泛使用的數(shù)值分析軟件,如基坑設(shè)計(jì)使用的啟明星軟件,課上的講解寥寥無(wú)幾。同時(shí),當(dāng)代工程上前沿的設(shè)計(jì)方法也沒(méi)有及時(shí)進(jìn)入教學(xué)課堂中,例如,國(guó)內(nèi)外在大型基坑中廣泛采用的大直徑多層環(huán)形支撐等新型支護(hù)形式,在課堂教學(xué)中的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還局限于傳統(tǒng)的懸臂擋土墻,顯然教學(xué)內(nèi)容已不能適應(yīng)日益復(fù)雜的實(shí)際工程實(shí)際和施工要求。
綜上所述,傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足現(xiàn)代化地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo),但網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下的課堂教學(xué)新模式可以較好地解決上述缺陷,兩者間主要對(duì)比如圖1所示。2020年,教育部高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)特別推薦了中國(guó)大學(xué)MOOC、智慧樹(shù)、學(xué)堂在線和學(xué)銀在線四個(gè)網(wǎng)絡(luò)媒介平臺(tái)[11],為翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)現(xiàn)提供了重要的保障,課前學(xué)生通過(guò)以上網(wǎng)絡(luò)媒介平臺(tái)自主學(xué)習(xí);課中更多的采用分組討論、合作及展示,引導(dǎo)學(xué)生逐漸形成“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考分析、繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題—小組討論—解決問(wèn)題”的思路;課后通過(guò)具體練習(xí)、校企合作模式等檢驗(yàn)學(xué)生掌握程度。最終形成網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)課程新教學(xué)模式,具體思路如下節(jié)所示。
圖1:網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下的課程教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的對(duì)比圖
如何改變地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式?如何探索并建立網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下教學(xué)模式新思路?筆者以上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院20人小班《地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》教學(xué)為實(shí)踐主體,就其中“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”章節(jié),從整體上將教學(xué)模式思路劃分為三個(gè)板塊,即課前自主學(xué)習(xí)、課中合作探究和課后鞏固拓展,如圖2所示。
圖2:網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下的課程教學(xué)模式思路
課前教學(xué)環(huán)節(jié)具體通過(guò)上海理工建立的超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)或微信平臺(tái)發(fā)布本周學(xué)習(xí)任務(wù),學(xué)生提前預(yù)習(xí)“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”章節(jié)的內(nèi)容,主要由觀看視頻、線上測(cè)試、討論與反饋三個(gè)部分組成。
地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課前觀看的視頻主要是以網(wǎng)絡(luò)媒介的課前學(xué)習(xí)的資源和場(chǎng)所為主。筆者選定慕課上崔振東教授主講的《地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》,作為課前學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)媒介資源。教師根據(jù)學(xué)校的教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃,將慕課教學(xué)視頻的內(nèi)容與學(xué)時(shí)進(jìn)行合理分配發(fā)布給學(xué)生。其中,“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”章節(jié)內(nèi)容主要包括盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、隧道防水及處理、盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算例四大部分,而學(xué)校安排3個(gè)學(xué)時(shí)不足以細(xì)講盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)這一章節(jié)的課程知識(shí),學(xué)生在課前一周的時(shí)間內(nèi)通過(guò)慕課資源平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí),觀看視頻的時(shí)間控制在90分鐘到120分鐘之間,將視頻分為10-15段進(jìn)行觀看,使得學(xué)生可以在課下充分采用碎片學(xué)習(xí)的方式,完成一部分內(nèi)容的自主學(xué)習(xí)。針對(duì)“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”章節(jié)筆者一共分為12個(gè)知識(shí)點(diǎn),共110分鐘,如表1所示。
表1:課前線上知識(shí)點(diǎn)自主學(xué)習(xí)內(nèi)容
學(xué)生在通過(guò)自學(xué),觀看微視頻、查閱相關(guān)文獻(xiàn)后,接著完成線上的啟發(fā)性思維的線上測(cè)試。針對(duì)難度較低的盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程,采用課前測(cè)試來(lái)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況;對(duì)于實(shí)踐性更強(qiáng)的隧道防水及處理,則采用發(fā)布導(dǎo)學(xué)案及圖片鏈接等方式,來(lái)引導(dǎo)學(xué)生完成慕課視頻學(xué)習(xí)。此外,由于“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”章節(jié)部分涉及很多受力性能分析與力學(xué)推導(dǎo),對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)及抽象邏輯思維能力要求較高,課前慕課學(xué)習(xí)的進(jìn)度控制和效果監(jiān)測(cè)主要采用學(xué)校超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)或微信平臺(tái)。
課中教學(xué)環(huán)節(jié)和傳統(tǒng)教學(xué)課堂完全不同,這一環(huán)節(jié)主要為教師和學(xué)生之間討論互動(dòng),分小組討論及匯報(bào),最終教師進(jìn)行講解,協(xié)作分析重點(diǎn)難點(diǎn),建立“以學(xué)生為中心”合作探索思路。需要指出的是,學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)是課中合作探索的必要條件,課中合作探索同時(shí)作為課前自主學(xué)習(xí)的有機(jī)組成部分和延伸。
通過(guò)重新設(shè)計(jì)課堂教學(xué)的流程,主要包括課前回顧、互動(dòng)活動(dòng)、小組匯報(bào)、課堂總結(jié)四個(gè)部分,讓相應(yīng)的活動(dòng)建立在課前充分自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步提升課堂效果。在“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”章節(jié)的翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)中:首先可在課前回顧,對(duì)學(xué)生起到承上啟下的作用;接著進(jìn)行簡(jiǎn)單的互動(dòng)問(wèn)答,讓學(xué)生快速進(jìn)入上課的狀態(tài);然后,將學(xué)生分為5人一組,共4個(gè)小組,分別為盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程、襯砌結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、隧道防水及處理四個(gè)小組,進(jìn)行共同討論與學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)交流之后,分組講授探究學(xué)習(xí)的成果;最后,在學(xué)生小組匯報(bào)結(jié)束后,教師進(jìn)行總結(jié)講解重點(diǎn)知識(shí),可以增強(qiáng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力,防止以后在工作和科研中出現(xiàn)不善于言語(yǔ)表達(dá)的窘境。
課后教學(xué)環(huán)節(jié)階段,首先為確保學(xué)生所學(xué)知識(shí)、概念及原理在課后進(jìn)一步鞏固,教師把課堂中學(xué)生難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行概括,并上傳到學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)討論區(qū),以布置教材背后練習(xí)題為主,適當(dāng)補(bǔ)充一些針對(duì)性和實(shí)踐性的課后思考題;其次,為使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際項(xiàng)目能力等得到進(jìn)一步提升,結(jié)合國(guó)內(nèi)外多起地下結(jié)構(gòu)工程事故或重大工程項(xiàng)目,每學(xué)期布置1-2次小組擴(kuò)展性項(xiàng)目作業(yè),學(xué)生通過(guò)查詢文獻(xiàn)和調(diào)查研究,以研究報(bào)告的形式網(wǎng)上提交,并采用線下課堂的方式,由教師組織交流研討。上述課后任務(wù)在實(shí)踐過(guò)程中,大數(shù)據(jù)手段作為不錯(cuò)的手段可對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和進(jìn)度進(jìn)行督促,對(duì)學(xué)習(xí)效果不佳的學(xué)生進(jìn)行線下輔導(dǎo)與幫助。
此外,還可將校企合作模式融入到課后教學(xué)環(huán)節(jié)中,通過(guò)邀請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員舉辦講座,虛擬平臺(tái)模擬實(shí)訓(xùn),讓每一位學(xué)生都可以了解行業(yè)中盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)概況,而且校企合作模式已經(jīng)在我校連續(xù)幾屆學(xué)生中重復(fù)教學(xué),大大降低了老師的教學(xué)成本。同時(shí)可利用虛擬平臺(tái)模擬盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)的實(shí)際工況,讓學(xué)生親手操作,檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。
為保證網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)的成功應(yīng)用,首先,應(yīng)以一部分難度適中的章節(jié)作為基礎(chǔ),確保課前自學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的成功完成,對(duì)于高難度內(nèi)容可在課堂內(nèi)重點(diǎn)講解;其次,將具有思考性的內(nèi)容進(jìn)行課堂小組討論與匯報(bào),確保課中合作探索環(huán)節(jié)可以順利實(shí)施,提高學(xué)生創(chuàng)新性;最后,不是所有的章節(jié)都適合翻轉(zhuǎn)課堂新模式,例如,緒論、地下結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析方法、地下結(jié)構(gòu)可靠度理論等內(nèi)容不適合翻轉(zhuǎn)。教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,什么章節(jié)適合?具體如何實(shí)施?教師的認(rèn)真設(shè)計(jì)與思考是十分有必要的。
網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課堂中的每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都需要教師精選設(shè)計(jì)。首先,教師在課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)中,要明確學(xué)習(xí)目標(biāo),考慮到不同教師和班級(jí)的多樣性,提出的在線思考題要能在課前視頻中找到答案;其次,也應(yīng)重視課前視頻的選擇,做到內(nèi)容簡(jiǎn)單有趣,保證學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;最后,課中教學(xué)環(huán)節(jié)成功的教學(xué)作為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式順利開(kāi)展的最重要的保證也必須得到重視。同時(shí),地下結(jié)構(gòu)作為一門(mén)高等學(xué)校土木工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)規(guī)劃課程,必須要有一定的課后訓(xùn)練和知識(shí)擴(kuò)展,學(xué)生才能更好的掌握和應(yīng)用。
此外,針對(duì)監(jiān)管機(jī)制與學(xué)習(xí)交流平臺(tái)的構(gòu)建,上海理工大學(xué)在2020年春季線上教學(xué)期間對(duì)原網(wǎng)絡(luò)課程中心進(jìn)行重建,接入超星泛雅平臺(tái),更名為上海理工超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的整合,可以與慕課平臺(tái)結(jié)合使用,為地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)新模式提供了重要保障。
地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程作為土木工程專業(yè)和地下工程專業(yè)高校必修的一門(mén)專業(yè)課程,在上海理工大學(xué)環(huán)境建筑學(xué)院土木工程專業(yè)課程體系中占有較大比例。在新時(shí)代發(fā)展的浪潮中,上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院的教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極探索網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的教學(xué)模式,根據(jù)學(xué)校教學(xué)大綱深入探討了教學(xué)新模式中的設(shè)計(jì)與組織。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐獲得了學(xué)生們的一致好評(píng),使得枯燥難懂的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程變得形象生動(dòng),即使得學(xué)生在快樂(lè)學(xué)習(xí)氛圍中接受書(shū)本知識(shí),又使得學(xué)生培養(yǎng)了工程應(yīng)用實(shí)踐能力,為今后進(jìn)一步提高地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)具有知識(shí)、能力、素養(yǎng)的土木工程專業(yè)人才奠定基礎(chǔ),為兄弟院校進(jìn)行此類教學(xué)的探索提供了新思路。