基于積件設計思想的土木工程專業課程體系整合

雷進生+劉章軍+郭永成+張京穗

摘要：現代教育技術為土木工程課程體系融合和優化提供了改革平臺。認識課程間知識點的關聯和邏輯關系，按照積件設計思想，構建以知識點為主線的教學資源，開展土木工程課程體系整合構想與教學設計。借助網絡課程教學平臺和建筑工程三維實訓教學平臺構建和實習基地建設，通過專業課程集成和體系優化，推動土木工程專業課程的立體化教學體系改革和個性化的微型自主學習策略。

關鍵詞：土木工程；知識點；網絡教學平臺；課程體系；積件設計

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）05-0092-02

卓越土木工程師創新人才培養計劃提出，要建立以創新能力為核心的人才培養模式，改革課程內容、學習方式、考核方式和評價標準，加強實踐教學及能力培養方式等關鍵環節。理解知識的認識過程，利用信息技術和計算機輔助手段，梳理課程內和課程間知識點的內在聯系，構建立體化教學體系，是教育工作者面臨的一項重要任務。基于積件設計思想加強網絡課程教育平臺、三維實訓教學平臺構建和實習基地建設，推動課程群優化與教學資源開發，有利于推動立體化教學研究與改革。

一、專業知識體系與積件化設計思想

課程知識的教學過程可分解成知識點單元的過渡和復合進程，這種過渡在時間維度上是單向的，在知識體系的結構空間上是縱橫交錯的。課程間知識點存在交叉和關聯，利用知識點關聯和邏輯關系在課程間建立思維和實踐上的聯系，構建完整的專業知識體系，可使專業課的課堂教學和網絡平臺更加完善、流暢，對專業課的理解更趨本質化。積件是根據教學需要組合運用的教學信息和教學處理策略庫與工作平臺[1]。積件庫是教學資料和表達方式的集合，包括多媒體教學資料庫、微教學單元庫、網上環境積件資料庫、資源呈現方式庫、教與學策略庫等。積件化的學習平臺借助于面向對象的設計思想，以積件作為起點，通過導航關系組成千變萬化的學習路徑。積件設計思想就是將課程知識內容分解成許多標準知識點（積件，相當于玩具積木），成為教學資源庫的組成部分。一個標準積件就是一個標準知識點，是同時包含知識呈現方式、學習練習及相關知識鏈的完整教學單元。將標準知識點按積件方式設計，以一定的順序連接，就成為課程，遵從一定規則組合就形成課程體系。將這些知識點以積件方式組合成一系列課程，或通過知識點之間的網狀關系來學習專業體系，可擺脫單一課程或具體教材的限制。

二、土木工程課程體系整合構想與教學設計

1.重視知識點的歸類與邏輯關系融合。研究專業課程和課程之間知識點的聯系，根據其類型、性質和特征進行總結歸類，把握知識點乃至知識鏈的構成，進而指導教學設計，可有效提高教學質量。李國強等[2]考慮知識類型提出了結構工程課程體系六大模塊，包括結構分析、荷載與結構設計準則、結構設計基本原理、結構工程設計、結構試驗與測試、結構工程施工。按模塊分類整合可達到課程體系整體優化的目的，又能構成較寬的結構設計知識平臺。把專業課程體系作為一個系統來研究，探索課程體系中知識點的邏輯關聯，完整地把握課程的研究方法，不斷進行小范圍的知識貫通、融合和相互滲透，可有效引導學生理清課程體系中理論間的脈絡，理解課程和專業知識體系的層次結構鍛煉邏輯思維能力與綜合分析能力，使學生越學越有興趣。如可以所在教學樓為鋼筋混凝土剛架結構引入剛架、排架和桁架的概念，門窗過梁可簡化成簡支梁等為例引入，鋼屋架的焊接、木屋架的榫接以及現澆鋼筋混凝土屋架，當彎矩和剪力較小時，常簡化為光滑圓柱鉸，桿件簡化為鏈桿，屋架則抽象為理想桁架。這也正是不同課程間知識點的關聯和邏輯關系。利用知識點之間的聯系建立課程內容鏈接，可以更好地使學生認識知識體系架構。創新思維教育過程中，通過知識點的聯系更可發現思維的創新點。

2.構建以知識點為主線的教學資源。基于積件設計思想進行課程體系融合設計，要在教學資源（課件、網絡）建設過程中站在專業角度而不是課程角度，確定知識點的各種特性和關聯關系，合理分解和規劃知識點，并按照對專業體系的理解和教學設計來構建知識點之間的邏輯關系。在土木工程施工模塊教學過程中，在施工問題講解中多引入結構設計思想和力學概念，可讓面向施工企業去向的學生同樣感覺到力學和專業在工程施工技術中的重要性。而圍繞多次超靜定框架體系的求解、無剪力分配法、塑性鉸等力學專題，可以看成是涉及多門課程關聯的知識點重組的教學過程和方法。以標準知識點為單元，按積件方式建立積件庫，教師仍可按自己的教學安排組織和生成有個人特色的課件。每個知識點反映典型的相關內容，各個知識點相對獨立，并對不同課程具有通用性。

3.深化課程知識鏈的關聯與重組。同一個知識點可具有不同的存在狀態，既可進一步細分，又可被包含在一個容量更大的知識點中。力學類課程和后續專業課程有重要關聯和銜接關系，如“土木工程材料”、“混凝土結構原理”和“鋼結構”等課程都涉及材料力學性能，“鋼結構”和“材料力學”課程都涉及截面幾何性質部分，“基礎力學”課程中連接件計算、壓桿穩定計算等專業內容“鋼結構”課程仍有涉及，結構動力計算部分是后續“工程結構抗震”課程教學的重要鋪墊。教學上應避免內容重復講授或知識點的缺位，更應基于積件思想注重知識再現、重組和深化?，F在諸如三峽大學求索學堂等網絡學習平臺都是以知識點為中心來組織網絡課程素材的。一個知識點除呈現其文字材料外，還能呈現該知識點與前驅和后繼知識點鏈接，學生可快速查看相關知識點以及其重要程度、要求掌握程度、幫助理解該知識點的例題和多媒體課件（可包含動畫、視頻、音頻等）。深入研究課程群間知識點的聯系，進行課程的整合和關聯知識重組，有助于幫助學生形成完整的專業知識鏈條和知識樹結構。基于知識點的教學資源庫建設，可為資源重復利用和擴展帶來極大的靈活性，為不同教師從開放的積件庫中選擇資源或按積件化模式共享教學資源提供便利。但目前網絡課程平臺并不能幫助專業教師實現課程間的關聯和重組。目前一些針對建筑工程專業實訓課程開發的商業仿真軟件，運用現代多媒體技術、網絡技術、虛擬現實技術等手段多渠道多方法地創設出生動活潑的教學情景?；诰唧w建筑工程仿真，在理論課程和實習實踐、在校學習和畢業工作間搭設互通立交橋梁，更可以具體工程為背景，以建筑施工為主線，串聯土木工程材料、地基與基礎、混凝土結構設計等多門主干課程的諸多知識點，為土木工程專業課程關聯與重組提供教學新思路。endprint

4.建立以積件設計思想的專業課程集成與立體化教學體系。伴隨著教學藝術的發揮和教學理念的探索，現代教學媒體的應用為教學手段改革提供了突破口。教學媒體從視聽教育、計算機輔助教學到多媒體計算機輔助教學課件的演變過程，標志著人們對計算機輔助教學的認識上升到一個新的階段。傳統課件固化了教學內容、教學策略和知識的呈現方式，素材數據的重復利用率和數據共享率不高，學生的參與度也較低。以知識點的表示、管理和利用為基礎的課程建設是今后數字化教學的主要方向?；谥R點關聯的土木工程專業網絡教學平臺其實就是積件化的設計思想和網狀的結構，這需要有網狀的教學軟件與其相適應。利用數據挖掘技術推導出教學中的共性問題，可引導教師改進教學，引導學生自主地進行個性化學習?；诜e件設計思想的課程體系改革，可促進課程體系的融合和優化和立體化教學體系的建立。

5.探索積件設計的微型學習策略。按照積件設計思想建設開放式教學資源平臺，符合以學生為中心的教學理論的發展，有助于學生自己選擇學習目標和學習策略?；谡n程知識點關聯和積件設計思想來設計實用、短小、微型的標準知識點進行課程內容組塊，由簡到繁、由易到難、循序漸進、再到創新提高的學習資源設計符合人才培養規律，便于學生對專業知識體系的掌握。利用基于知識點關聯的網絡教學平臺進行學習，具有人機交互性、學習的便利性和靈活性。教學平臺導學功能應體現在兩個方面：一是通過知識點邏輯關系和基于知識點的結構鏈接，學生可以確定自己學習順序和掌握情況，二是對知識點關聯度密切的前驅專業知識點進行復習和鞏固。

6.核心知識點與實時實習模式?；诜e件設計思想的課程整合同樣可適用于實踐教學。實踐教學環節可按知識點進行學習和跟蹤考核，以學習的核心知識點進行歸納梳理，實施以核心知識點為主的彈性小學分制和實時實習模式[3]。通過豐富專業教學資源，完善實習指導手冊，采用多媒體教學、網絡教學、實訓課程、求索學堂等現代化教學手段，建立以工程照片、視頻資料為主的實習資料庫和實習基地建設，使學生全階段不間斷地進行實踐教學，實現與理論教學全過程同步的“實習”，實現理論課程（課本）—電子視聽和仿真資源（視頻、軟件）—工地實踐（實物）三者的有機互聯，強化理論與實踐的相互滲透和反復交替過程，使理論教學與實踐教學實現無縫實時銜接，學生理論學習和實踐教學系統化、完整化，構建立體化教學體系。

土木工程專業課程體系改革探索是一項龐大的系統工程，牽扯到方方面面的改革。結合土木工程專業課程體系特點，在保證課程體系連貫性和知識教育循序漸進基礎上，基于以知識點邏輯關系為基線的積件化設計思想，進行網絡課程教育平臺構建和知識點庫建設的專業教學資源開發，推動課程整合和知識融合優化，建立立體化教學體系。

參考文獻：

[1]余勝泉，楊現民.辨析“積件”“學習對象”與“學習活動”——教育資源共享的新方向[J].中國電化教育，2007，（12）：60-65.

[2]李國強，陳以一，朱合華，等.土木工程專業結構工程課程體系與教學內容改革總體方案[J].高等建筑教育，2002，（2）：53-54.

[3]雷進生，張京穗，楊俊.土木工程實習教學動態立體模式研究[J].高等建筑教育，2010，19（6）：136-140.endprint