新工科背景下混合式課程教學模式探索與實踐

摘要：新工科背景下對人才培養(yǎng)提出了新要求，線上線下混合式教學逐步成為高校教學的新常態(tài)。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。結合混凝土結構基本原理課程，從課程目標、教學方法及手段、教學評價機制、課程思政等方面對課程進行多維度教學設計，突出“以學生發(fā)展為中心”的教育理念，通過一體化教學助力學生完成了“知識、實踐、能力”的轉化，同時，將思政元素融入專業(yè)課建設中，彰顯課程育人新理念，構建了適應新工科人才培養(yǎng)要求的新型教學模式，對保證人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重大意義。

關鍵詞：新工科；土木工程；混合式教學；教學模式；課堂教學

中圖分類號：G642；TU3-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2024）05-0070-07

基金項目：河南省高等教育教學改革研究與實踐重點項目（2021SJGLX025Y）；河南省本科線上線下混合式一流課程（豫教〔2021〕21941）；河南省高等教育教學改革研究與實踐重點項目（2021SJGLX120）；河南省高等學校教學名師工作室專項（豫教〔2022〕27520）；河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項目（YJS2023ZX07）；河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項目（YJS2023JC06）

一、課程教學改革背景

2016年新工科理念被正式提出，2017年相繼形成“復旦共識”“天大行動”“北京指南”[1-3]，構成新工科建設的“三部曲”，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，開拓了工程教育改革新路徑，實現(xiàn)了新工科建設概念、內(nèi)涵、行動、方向等方面的體系化。新工科建設從理論上創(chuàng)新、從政策上完善，逐步為我國高等工程教育發(fā)展指明方向。新工科建設是高等工程教育為了應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)而采取的積極行動，是以新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新經(jīng)濟對高等工程教育改革的強烈需求[4]，是新時代工程教育改革的新方向。鐘登華院士從育人目標的角度對新工科的內(nèi)涵進行了描述，即以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[5-6]。新工科理念的提出可有效促進我國從工程教育大國不斷走向工程教育強國。

我國高等教育改革發(fā)展進入新階段，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的新工科人才，需要建立綜合的課程教學模塊和更加完善的教學體系。在課程建設方面，應重點突出現(xiàn)代工程專業(yè)的實踐教育環(huán)節(jié)，體現(xiàn)工程主體，鼓勵學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、積累經(jīng)驗，激發(fā)學生自主學習和自我學習的能動性。教師擁有在線教學資源后，應深入分析，更新教學理念，優(yōu)化教學設計，把傳統(tǒng)的講授式課堂教學轉變?yōu)榛旌鲜浇虒W，哈佛大學Richard M.Schwartzstein博士和David H. Roberts博士在新英格蘭雜志發(fā)表文章，倡導基于在線課程的混合式教學[7]。在線上課程已經(jīng)比較豐富的前提下，結合學科特色對校內(nèi)課程進行改造，建設以線上線下相結合的混合式教學，將是重要的教學改革方向?；旌鲜浇虒W作為未來高校的主流教學模式，要加強課程分類指導，促進優(yōu)質(zhì)課程資源共享，課程建設應從關注資源建設轉變?yōu)椤耙詫W生為中心”的課程整體設計，引領和推動信息技術與教育教學深度融合，促進課程改革與課堂革命向縱深發(fā)展，從而為實施高等教育質(zhì)量“變軌超車”奠定基礎。深化新工科建設，需突出“交叉融合再出新”，深化工科人才培養(yǎng)組織模式創(chuàng)新[8-9]，為混合式課堂教學改革再添新動能。

混凝土結構基本原理作為土木工程專業(yè)核心課，課程內(nèi)容與新工科建設密切聯(lián)系，通過“在線課程設計+課堂教學設計+實踐教學設計”的一體化教學設計和“翻轉課堂”的實施，顛覆了傳統(tǒng)課堂的教學流程，打造了基于新工科背景的土木工程專業(yè)的核心“金課”，進一步提高了人才培養(yǎng)的實踐性與創(chuàng)新性。優(yōu)化新工科人才培養(yǎng)全體系，還應關注人才培養(yǎng)成效和學習成果，強化學生工程倫理意識、職業(yè)道德和職業(yè)規(guī)范，培養(yǎng)既掌握工程專業(yè)知識，又具備專業(yè)綜合能力及素養(yǎng)的工程人才。

二、課程教學困境與解決對策

土木工程專業(yè)是一個與工程實際聯(lián)系緊密，且具有較強應用性的專業(yè)，其基本培養(yǎng)目標是學生畢業(yè)后能夠從事土木工程領域的設計、施工、監(jiān)理、質(zhì)檢、管理工作。混凝土結構基本原理是培養(yǎng)學生掌握結構構件受力分析與設計計算、繪制結構施工圖等專業(yè)技能的重要專業(yè)核心課程，該課程強調(diào)緊密聯(lián)系工程實踐，知識點繁雜、基本概念較多，而現(xiàn)階段的教學理念與教學模式受制于部分傳統(tǒng)因素，教學效果不盡如人意，具體可體現(xiàn)在四個方面。

（1）課堂教學缺乏互動性，學生學習效果較差。在傳統(tǒng)教學過程中，通常是以教師、教材為中心，以教師的課堂講授為主導，這種被動的學習方式與過程，難以激發(fā)學生的學習熱情，不利于培養(yǎng)學生的自學能力和實踐動手能力。

（2）課程內(nèi)實驗無法滿足實踐要求，學生創(chuàng)新實踐能力有待提高。雖然在教學過程中增加了一定的實驗學時，但是實驗過程主要為學生對已完成制作的構件進行實驗加載和觀察，驗證教材中給出的實驗結論。此外，受實驗條件限制，每組學生人數(shù)較多，部分學生無法親身參與實驗，難以弄懂實驗現(xiàn)象，不會分析測試結果與理論計算之間的內(nèi)在關系，從而造成理論知識與工程實際相脫節(jié)、學習成效偏低等突出問題。

（3）課程考核手段單一，學生學習過程評價效果明顯不足。以往的學習效果評價，多是以期末考試形式進行。雖然這種形式具有簡單易行的優(yōu)勢，但是只能考查學生對知識的掌握情況，難以評估學生實踐動手能力的高低等，難以評價學習目標的達成度。

（4）課程思政元素融合程度偏低，課程育人效果存在短板。以往的教學設計主要注重現(xiàn)有專業(yè)知識的講授，教師較少結合專業(yè)知識去深入挖掘思政課程元素，教學過程中也較少聯(lián)系學科發(fā)展的新動態(tài)、新進展、新成果等。這種傳統(tǒng)的教學設計，難以有效啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維。

根據(jù)課程知識點繁雜、基本概念較多的特點，需從教學內(nèi)容、教學手段、教學評價等方面入手，做好課堂教學設計與線上自主學習設計，創(chuàng)新課堂教學方法，完善考核評價體系等，以解決學習過程中知識點易混淆，學生對基本概念的理解浮于表面，主動性、積極性不高等問題；根據(jù)課程與工程實際緊密聯(lián)系，計算方法常以實驗為基礎的特點，需從實踐內(nèi)容、方式、方法等入手，做好實踐教學設計，以解決學生難以將試驗現(xiàn)象及規(guī)律應用于構件設計計算，難以理解構造措施，工程實踐經(jīng)驗幾乎為零等問題。專業(yè)課程是課程思政建設的基本載體，解決專業(yè)教育和思政教育“兩張皮”問題[10]，發(fā)揮好課程的育人功效，須從課堂教學和實踐教學兩方面入手。在教學中可適時引入課程思政元素，以培養(yǎng)學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感，激發(fā)學生科技報國的使命擔當。

三、課程教學設計

教學設計從課程目標、教學方法及手段、教學評價機制、課程思政等維度進行梳理和改革，為傳統(tǒng)專業(yè)課程輸送新鮮活力，為打造新工科背景下一流專業(yè)課程奠定基礎。課程教學設計主要包括五個模塊：課程教學目標設計、課程全過程教學設計、課堂教學創(chuàng)新設計、課程評價體系設計，以及課程思政融合設計。

（一）課程教學目標設計

混凝土結構基本原理課程是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課，根據(jù)“培養(yǎng)具有社會責任感、健全人格，扎實基礎、寬闊視野，創(chuàng)新精神、實踐能力的高素質(zhì)應用型人才”的目標定位[11]，需要學生掌握鋼筋混凝土結構的基本概念、特點和理論基礎，了解鋼筋混凝土結構的工作原理；掌握不同類型混凝土基本構件的破壞類型和破壞特征，具備對混凝土基本構件進行受力分析的能力；掌握鋼筋混凝土結構設計中的概念設計、構造要求，具備對鋼筋混凝土結構的裂縫和變形進行驗算及分析的能力；掌握常見鋼筋混凝土構件的設計方法，包括材料選擇、尺寸估算、配筋計算，具備根據(jù)規(guī)定構造要求進行實際基本構件設計與施工圖繪制的能力[12]。課程注重培養(yǎng)學生的工程結構分析與設計計算能力，提升學生設計、施工、監(jiān)理、質(zhì)檢等方面的專業(yè)素養(yǎng)。

為實現(xiàn)混凝土結構基本原理課程教學目標，亟須顛覆傳統(tǒng)教學觀念，以信息技術與教育教學深度融合為抓手，基于“以學生為中心、以培養(yǎng)能力為目標”的教學理念進行課程重構，創(chuàng)新教學設計與方法，融入科學精神等思政元素，體現(xiàn)全過程、一體化的教學資源配置方式，實施混合式教學和課堂翻轉，設置多樣化的學習成效評價體系，強化專業(yè)課程的親和力、啟發(fā)性、前沿性、思想性，努力培養(yǎng)集“知識-能力-素養(yǎng)”于一體的時代新人。

（二）課程全過程教學設計

為激發(fā)學生學習興趣與主動性，對課程教學全過程進行了整體設計、教學周次設計和單次課設計（見圖1）。首先，理論教學采用“MOOC或SPOC自主學習+課堂教學+雨課堂輔助教學”的模式，教學整體設計注重課堂前線上學習引導，課堂后學習督導，充分融合現(xiàn)代教育技術助力課程全方位教學，課堂教學還適時融入翻轉課堂的形式，發(fā)揮學生的主導作用，讓學生在不斷思考中加深對專業(yè)知識的理解。其次，教學周次設計采用分層式漸進的形式，提前布置本周學習目標與任務，通過線下小組討論，點評本周課程知識重點與難點內(nèi)容的，引導學生自主梳理課程內(nèi)容，發(fā)揮學生的主體作用。再次，結合教學內(nèi)容細化單次課設計，20分鐘的課堂引入、線上學習知識回顧，指明學習思路；50分鐘的課堂教學，講授本節(jié)課的重點和難點，幫助學生建立完善知識構架；30分鐘的課堂互動答題、小組討論等，提升學生課堂的主體地位，促進學生對知識的理解和吸收。課后教師可以利用MOOC或SPOC平臺設置后測題目，幫助學生鞏固課堂知識，學生也可以在MOOC或SPOC平臺上進行提問、反饋，幫助教師合理安排線下學習內(nèi)容和方式，在問題解決過程中培養(yǎng)學生敢于求異、勇于創(chuàng)新的精神。最后，引入實踐教學環(huán)節(jié)作為教學全過程設計的重要構成部分，將混凝土基本構件設計與制作、材料性能與構件實驗、數(shù)據(jù)采集處理與分析等實操過程與理論學習有機結合，建立“理論+實踐”的一體化全過程教學，助力學生知識和能力的相互轉化。此外，在傳統(tǒng)教學過程中，一次課程教學只配備一位教師，由于學生人數(shù)較多，教師無法關注到每一位學生，難以保證所有學生都達到教學目標，需要對課程教師進行重新配置，適量增加課程實踐環(huán)節(jié)的授課教師數(shù)量。

（三）課堂教學創(chuàng)新設計

為體現(xiàn)“以學生發(fā)展為中心”的教學理念，要切實推動課堂教學改革與創(chuàng)新，積極推進現(xiàn)代教育技術與課堂教學的深度融合。教師根據(jù)課程性質(zhì)可采用線下課堂教學與在線課程同頻共振的教學模式，基于教學視頻、課堂教學、測驗研討、章節(jié)作業(yè)、團隊實操、小組實訓等形成一體化的教學設計（見圖2），實現(xiàn)課堂教學的統(tǒng)一性與在線課程教學多樣性的統(tǒng)一。一方面，教師可引導學生利用MOOC或SPOC等線上學習資源做好課前自主學習；另一方面，教師可根據(jù)線上數(shù)據(jù)的反饋調(diào)整授課內(nèi)容和進度，抓住教材中的重點和難點問題進行深入剖析或研討，將部分難理解和掌握不牢固的知識點放入專題教學內(nèi)容，主動回應學生的理論困惑。

師生的實時互動是課堂教學不可或缺的要素，課堂教學還要體現(xiàn)互動式教學的理念。教師可依托雨課堂等平臺，積極使用答題、投票、彈幕、投稿、隨機點名等交互功能，提升課堂的互動效果。教師在教學過程中，還要適時引入案例式、啟發(fā)式、討論式、類比式、主題探究等教學方法，從生活現(xiàn)象和工程實例出發(fā)，調(diào)動學生探究科學原理的主動性。

（四）課程評價體系設計

考核評價體系是教學過程中必不可少的環(huán)節(jié)。良好的課程評價體系既能督促學生學習，又能有效檢驗學生的學習成果。教學活動的參與、學習任務的完成和知識的融會貫通程度是課程目標達成度的重要考核指標，也是課程教學質(zhì)量的重要體現(xiàn)。多元化課程評價體系包括線上評價、課堂評價、線下評價三部分（見圖3）。課程評價考核成績=平時考核（20%）+過程考核（20%）+實踐評價（20%）+期末考試（40%），其中平時考核包括課堂表現(xiàn)、小組討論、互動答題等；過程考核包括隨堂或課下測試、單元作業(yè)、線上主題討論等；實踐評價包括團隊協(xié)作精神、匯報答辯情況等；期末考試采取閉卷筆試形式，重點考查基本概念、工作原理、構件設計方法、構件分析能力等。教師可通過知識點測試、章節(jié)階段性測試、終結測試的完成度和正確率，評定學生對課程知識的掌握程度；通過互動答題、主題討論、學生自由討論發(fā)布與參與，激發(fā)學生的學習熱情，拓展知識的廣度和深度；通過包含小論文、主題海報等多種形式的在線作業(yè)和線下綜合設計作業(yè)，督促學生進行資料查閱、歸納總結，強化學習的主動性、增加課程的挑戰(zhàn)度。多環(huán)節(jié)、多樣化的綜合評價機制可引導學生全過程、全身心投入學習，助力學生完成“知識、實踐、能力”的有效轉化。

（五）課程思政融合設計

專業(yè)課程是課程思政的基本載體，發(fā)揮專業(yè)課程的思想政治教育功能，必須將價值塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授融為一體[13]。在教學過程中，注重培養(yǎng)學生嚴謹、求實、創(chuàng)新的科學作風和良好的學術道德，將立德樹人落到實處[14]。講授混凝土結構基本原理課程時，引入土木工程領域中彰顯中國力量、中國速度和中國精神的實例，“潤物細無聲”地感染學生。此外，除了介紹國內(nèi)外重大科技創(chuàng)新過程，還可通過列舉科技史上違背科技倫理的負面案例，引導學生堅決抵制挑戰(zhàn)科研倫理底線、褻瀆科學精神的行為。將思政元素有機融入專業(yè)課程教學中，統(tǒng)籌推進課程思政與一流本科課程建設的有效銜接，有助于構建“三位一體”育人大格局，切實增強課程思政育人實效。

四、課程改革特色

混凝土結構基本原理課程對課程內(nèi)容、教學方法、手段等進行了改革與創(chuàng)新。首先，顛覆傳統(tǒng)教學觀念，突出“以學生發(fā)展為中心”的教育理念。結合信息技術重塑課程結構，改革教學內(nèi)容和教學方法，課程教學設計中強調(diào)互動式教學、參與式學習、基于問題式學習等。教師由主導角色變?yōu)檩o助角色，學生從原來的“跟從”狀態(tài)轉變?yōu)橹痢爸鲗А睜顟B(tài)。注重理論知識與工程實際的緊密聯(lián)系，適時引入新材料、新技術、新方法等科學前沿，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。其次，一體化教學設計，助力學生完成“知識、實踐、能力”的轉化?；凇霸诰€課程設計+課堂教學設計+實踐教學設計”的一體化教學設計，推動課堂教學與在線課程的貫通、理論教學與實踐教學的融通，教學形式包括教學視頻、課堂教學、測驗討論、團隊實操、小組實驗等。通過將線上學習數(shù)據(jù)與線下課堂、實踐反饋相結合，一站式地解決課前教學、課中互動、課后測驗、實踐能力等環(huán)節(jié)存在的問題，引導學生學以致用。最后，將思政元素融入專業(yè)課建設，彰顯課程育人新理念。課程主要講授混凝土結構基本構件的工程原理與設計方法，在培養(yǎng)學生基本工程素養(yǎng)與激發(fā)課程學習興趣的同時，引入土木工程中著名的實例，秉承“三全育人”的教育理念，將大國工匠精神等思政元素融入課程內(nèi)容，潛移默化地啟迪學生智慧，給予學生精神力量，落實立德樹人根本任務。

綜上所述，混凝土結構基本原理課程的教學改革特色與創(chuàng)新之處在于以下四方面：（1）問題導入，提升學生課堂主體地位；（2）任務驅(qū)動，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作能力；（3）理論結合實際，激發(fā)學生學習興趣；（4）融入思政元素，彰顯協(xié)同育人新理念。

五、實施效果

基于線上線下混合式課程教學模式的改革與實踐，河南理工大學土木工程學院探索了適應新工科人才培養(yǎng)要求的新型教學模式，教學實施效果明顯。首先，以混凝土結構基本原理課程線上線下混合式教學為載體，顛覆傳統(tǒng)教學觀念，融入思政元素，形成了“以學生發(fā)展為中心”的教學育人理念。課程教學從生活現(xiàn)象和工程實例入手，將專業(yè)課程中晦澀難懂的知識點，直觀、形象地呈現(xiàn)給學生，學生能夠深入理解問題實質(zhì)、專業(yè)知識的基本原理和隱藏其中的人文精神，學生自主學習與探究的積極性普遍提升。其次，通過“在線課程設計+課堂教學設計+實踐教學設計”等全過程，以及一體化的教學設計與多樣化的學習成效評價體系，強化了專業(yè)課程的親和力、啟發(fā)性、前沿性、思想性，學生對課程基本概念與工程原理的理解更加深入，初步具備了基于專業(yè)知識解決實際工程問題的能力，學生的實踐創(chuàng)新能力與團隊協(xié)作能力明顯提升。最后，基于新工科背景成功打造專業(yè)核心“金課”?；炷两Y構基本原理課程先后被評為河南省線上線下混合一流本科課程、河南省本科高校課程思政樣板課程，通過近些年的教學改革研究與實踐，該校獲批兩項河南省高等教育教學改革與實踐重點項目?？傮w而言，課程改革注重知識傳授與價值引領相結合，育人效果明顯，能滿足新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。

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Exploration and practice of mixeded teaching mode under the background of new engineering： taking basic principles of concrete structure as an example

LI Yan， LIU Zejun

（School of Civil Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， P. R. China）

Abstract： New engineering has brought great challenges to the teaching mode of higher education，and online and offline mixed teaching has gradually become the new normal of university teaching. Curriculum is the core element of talent training， and the quality of curriculum directly determines the quality of talent training. Combined with the course of basic principles of concrete structure，the teaching design is carried out from the aspects of course objectives， teaching methods and means， teaching evaluation mechanism and ideological and political education.The educational concept of focusing on student development is highlighted.Based on the integrated teaching design， students can complete the transformation from knowledge and practice to capability. Furthermore，ideological and political elements are integrated into the construction of specialized courses， which highlights the new concept of curriculum education.On the whole， a new teaching mode is established to meet the requirements of talent cultivation of emerging engineering education，which is of great significance to ensure the quality of talent training.

Key words：new engineering； civil engineering； mixed teaching；teaching mode； classroom teaching

（責任編輯 代小進）