《水利工程施工》立體化網絡教學系統的研究與開發

趙春菊+周宜紅+宋玲+郭紅民

摘要：為了培養學生的專業實踐能力和工程意識，將信息技術融合到課程教學之中，構建水利工程施工立體化網絡教學系統。該系統以典型水工建筑物的施工技術、組織特征為主線，優化課程內容和結構，設置分級導學體系引導學生學習，構建以教材為核心，包括多媒體課件、工程案例、仿真動畫、習題庫等輔助教學資源的立體化資源庫，開發了網絡互動平臺。實踐證明，系統促進了學生能力的培養，提高了教學質量。

關鍵詞：立體化;教學系統;信息技術

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0247-02

一、引言

《水利工程施工》是水利水電工程專業的主干專業課之一，課程內容豐富，專業性強，且各部分相互獨立，涉及導截流、爆破、地基處理與基礎、土石壩、混凝土壩、地下工程等施工技術與組織特征的知識，是一門理論與實踐緊密結合的課程。通過學習，要求學生具備一定的實際應用能力，能因地制宜地合理選擇施工方法、方案，組織水利水電工程施工。然而，該課程涉及知識面廣，且施工技術與方法多來源于生產實際，缺乏系統性;另一方面，學生缺乏對工程實踐的感性認識，難以理解課程內容。因此，如何培養學生的專業實踐能力和工程意識，是該課程的教學設計中需要考慮的首要問題。

隨著現代高等教育技術進入以計算機、網絡為核心媒體，信息技術與學科課程整合為特征的新的發展階段，網絡教學資源建設已成為現代教育教學中一個重要的組成部分。立體化網絡教學系統正是在這一背景下產生的一種新型的教學模式，它圍繞教師“教”與學生“學”的行為，提供了一個課程立體化資源展示和信息交流的平臺。其目標就是以現代信息技術為基礎將系統化的知識體系（如教育心理學、組織行為學、傳播學以及積累的本專業的研究成果）以立體化的形式應用于學生學習，培養學生思考問題、解決問題的能力[1]。

二、水利工程施工立體化網絡教學系統的內涵

三峽大學水利工程施工課程教學團隊經過長期的研究與實踐，對課程教學內容和教學體系進行優化改革，豐富立體化教材建設的內涵，構建了以紙質教材為核心，現代信息技術為平臺，以工程施工影像實錄、基于虛擬現實技術的施工過程三維可視化仿真、Flash動畫為載體，集課堂教學、學生自主學習、教師輔導答疑以及教學質量反饋和實時監控為一體的立體化網絡教學系統。該教學系統的設計遵循了實用性、異步性、交互性、生動性、先進性、可擴展性等原則[2-8]，實現了由傳統的以單一教材為主的教學模式向利用現代多媒體信息技術整合學科課程的轉變。

1.優化課程內容和結構。以水利水電工程各類水工建筑物的施工為對象，依其施工技術、組織特征，建立相應的科學體系，歸納了幾個典型建筑物（如土石壩、混凝土壩和地下洞室），引入案例教學法，按這些建筑物的施工程序（施工過程），闡明它們的基本技術組織原理，構成課程結構體系的骨架。

2.構建分級課程導學體系。學生需要通過教師的導學安排來學習，教師導學的任務主要包括三個：一是為學生提供充足的學習資源，引導學生正確有效地學習;二是指導學生，解答其在學習過程中遇到的問題;三是監控學習過程，并對學習效果進行評估和考核[9]。本教學團隊按照“課程團隊-課程輔導教師-教學班-學生”設置分級導學體系，導學方式包括課堂教學、分組討論、在線輔導和討論等。課程團隊負責課程的整體設置，包括制定教學大綱、考試大綱，安排教學進度，分配教學資源，以及確定教學方案等。課程輔導教師負責按照課程團隊的安排實施具體的教學活動，如引導學生學習，評價學生的學習效果等。教學班的設置是以班為單位組織教學，安排學習任務。學生按進度安排參加課堂教學，完成課外自主學習。

3.建立立體化教學資源庫。教學資源庫包括了優選的課程紙質教材、立體化的多媒體課件與輔助教學的案例庫動畫短片、習題庫等教學資源。

（1）多媒體課件。教學團隊充分利用先進的現代教學手段，開發了多媒體教學軟件和工程資料錄像等教學課件，主要用于教師的課堂教學。課件的信息量與課程教學的學時相適應，用提綱式的幻燈，闡述課程的重點、難點。如圖1所示。

（2）輔助資源庫。為了輔助教學，除了多媒體課件外，還需要大量腳本數據、圖形、音頻、視頻、教學軟件等元素釋解教學難點，從而提高課堂教學效率。這些資源以施工對象為單元形成輔助資源庫，用于教師備課和學生擴展知識。主要包括工程導航（已建工程施工技術影像實錄）、視野拓展（新技術、新材料、新工藝）、仿真動畫（對難以理解的復雜施工過程及其組織開發基于虛擬現實技術的三維可視化動態仿真模型，對復雜的工藝過程開發Flash動畫等）等模塊。教學團隊自主開發制作和整理了三峽、水布埡、龍開口等工程施工過程的三維動態演示視頻及部分施工機械和施工技術的視頻，根據教材中的附圖制作了flash動畫，通過對施工技術的說明及工程實例的演示，將枯燥的文字表述和靜態的黑白圖片變成動態影像，直觀形象地演示大壩的澆筑過程，進行施工方案優化分析等，如圖2所示。

（3）習題庫。試題庫，是以課程為單元的測試手段集合，用于檢驗教學效果。團隊精選并編寫習題，兼顧題目的難度和廣度，注重解題思路和技巧的培養。其特點是可以通過計算機隨即抽取、組合，以適應不同的測試對象，利于考教分離。主要用于教師對學生考核及學生自測。

4.開發網絡互動平臺。其主要功能：

（1）系統導航與管理。本系統主要通過檢索、導航條、圖文鏈接等方式實現導航，提供對應課程標準、教材內容簡介、教學大綱、任課教師情況、考核方法以及使用本系統的操作步驟和方法等。

（2）基于網絡的教育資源共享與互動學習。基于網絡的虛擬教學環境，讓遠程共享與遠程學習成為可能，為學生深入學習水利工程施工提供平臺，學生可以利用網絡方便快捷地獲取自己所需要的資源，為師生之間提供即時的討論、答疑平臺。

（3）實時反饋與評價。系統可以實時考查學生的學習效果，并將結果反饋給學生和教師。教學效果評價包括單元測試、課后作業、綜合測試和教師課后評價等。學生針對學習內容進行自我測試，教師依據測試結果評價學生的學習情況，學生也可以根據自測結果了解自己目前的知識水平，選擇相應的學習內容進行學習。

三、結論

《水利工程施工》立體化網絡教學系統將建模思想與教學內容有機結合，注重利用多媒體教學資源開拓學生思維，促進學生進行創新性、研究性探索。實踐證明，該系統對提高教學質量、培養學生的科學思維能力、創新能力、解決工程問題的綜合能力和培育團隊合作精神都有積極的促進作用。經教學團隊全體成員的努力，三峽大學《水利工程施工》課程已建成為湖北省精品課程，課程改革成果也是湖北省高等學校教學成果一等獎獲獎成果的重要組成部分。

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