鋼結構實驗翻轉課堂教學改革的探索與實踐★

張春玉 杜文學 孟麗巖 李長鳳 王 濤

(黑龍江科技大學建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022)

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鋼結構實驗翻轉課堂教學改革的探索與實踐★

張春玉 杜文學 孟麗巖 李長鳳 王 濤

(黑龍江科技大學建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022)

針對傳統實驗教學模式存在的問題，以培養方案修訂為契機，從調整教學流程、豐富教學內容、增加項目類型、增長實驗室開放時間四方面，對鋼結構實驗翻轉課堂教學模式的實施進行了調整和優化。實踐證明，翻轉課堂教學模式可以明顯提升學生的鋼結構綜合素質，有利于學生的就業。

鋼結構，翻轉課堂，教學模式，實驗室

0 引言

隨著經濟的發展和環境問題的日益突出，鋼結構這種工業化程度高、施工周期短、性能優越、造型優美、可回收利用的“綠色結構”，在我國已受到越來越多的關注。1998年我國把鋼結構技術列為重點推廣技術，1999年成立了國家建筑用鋼領導小組，由專家組專門研究鋼結構在建筑領域的應用問題，可以說我國政府在鋼結構建筑的推廣應用上做了大量卓有成效的工作。但是，與發達國家相比，我國鋼結構設計、施工領域的高素質專業技術人員相對缺乏，從事相關工作的大學畢業生缺乏工程實踐能力，需較長時間的培訓才能上崗。在大學生就業形式不景氣的今天，各高校應抓住契機，除了重視鋼結構課堂教學質量以外，應高度重視鋼結構實驗教學對學生工程實踐能力和創新意識的培養問題。

翻轉課堂教學模式目前逐漸為我國教師所熟悉并接納。翻轉課堂與傳統教學模式最大的區別就是學生成為課堂主體，教師成為課堂的指導者，實現師生之間角色的互換，全面增強師生及學生之間的互動，教師不再是知識的唯一傳授者，學生之間也可以相互學習[1]。翻轉課堂教學模式突出學生在教學中的主體地位，強調師生角色的互換問題，重視培養學生的學習積極性和主動性，進而提高教學效果?，F階段我校大力提倡在教學中摒棄照本宣科的灌輸式教學模式，推廣啟發式、研究式、互動式等教學模式，引導學生進行自主學習，激發學生的學習興趣，從“以教為主”向“以學為主”轉變，這種教學氛圍為翻轉課堂教學模式在鋼結構實驗教學中的應用提供了有利的條件。同時，我校人才培養方案的調整，也為嘗試翻轉課堂教學模式提供了契機。

1 鋼結構實驗教學存在的問題

目前，國內土木工程專業本科院校大多數設有土木工程結構實驗，或依附于課程設置實驗項目，或獨立設置實驗平臺整合實驗內容。但無論哪種形式，都存在鋼結構實驗缺失或弱化的現象。由于近些年鋼結構得到快速的發展，受到重視的程度得到大幅提升，因此開設鋼結構實驗的院校也越來越多。但是，大多數院校在開展鋼結構實驗教學的過程中仍然存在一些共性的問題，集中體現在以下幾個方面：

1)實驗流程中學生的角色地位過低。

對于開設了鋼結構實驗的高校而言，絕大多數仍然采取傳統的教學模式，即便是一些“985”和“211”院校，也仍然在重復著“開始上課→相關理論復習→講解實驗目的→講解實驗設計過程→實驗準備→正式實驗→講解實驗現象、分析實驗結果、布置作業→下課”的流程。在教師做好實驗準備的條件下，學生進入實驗室后處于被動從屬的地位，按照規定的實驗步驟機械地重復，所用實驗試件和所得實驗數據幾乎完全一致，學生缺乏實驗積極性，應付了事、走馬觀花的現象非常嚴重。

2)實驗項目的類型過于單一。

多數高校的鋼結構實驗以演示型驗證性為主。傳統意義上的本科教學實驗以認識為主要目的，實驗構件的制作、加載裝置及量測儀器的安裝在實驗開始前已經由教師全部完成，實驗進行時學生要做的事情就是觀察破壞現象、記錄數據，幾乎沒有動手的機會，這種演示型的實驗不利于培養學生的實踐能力。而且，大部分鋼結構實驗項目以驗證設計理論和構件破壞特征為目的，實驗結果已知，很難激發學生的興趣[2]。

3)實驗內容的選取過于枯燥。

由于學時所限，多數高校(尤其是實驗條件較差的高校)鋼結構實驗只能選取經典的軸心受壓構件和簡支受彎構件的內容，這樣的構件非常經典，但是由于日常生活中比較常見，很難引起學生的興趣，因此實驗教學的效果會大打折扣。

4)實驗室的開放程度不夠。

各高校實驗室對學生開放的程度有限或根本不開放，實驗前學生幾乎沒有機會接觸設備和儀器，進入實驗室后，學生也只能通過老師的介紹來大致了解儀器設備的使用方法，因此實驗過程中即使個別同學有幸進行實驗操作，也會手忙腳亂故障連連。此外，由于實驗室開放時間短或根本無開放，在進行實驗時，教師只能在有限的時間內增加每組的人數，經常是每組10人以上，導致大部分同學沒有機會進行實操，降低了工程實踐能力的培養質量。

2 鋼結構實驗教學改革措施

“翻轉課堂”(Flipping Classroom)的起源應歸功于美國科羅拉多州落基山林地公園高中的兩位化學教師。在2007年前后，為了解決由于生病或其他原因而缺課的學生跟不上教學進度的問題，他們將錄制的音視頻教學資料上傳到網絡供學生下載進行課下自主學習。由于這些在線教學視頻也被其他無須補課的學生所接受，經過一段時間的運行，兩位教師逐漸形成了“學生課下看視頻、老師課上為完成作業或實驗有困難的學生提供幫助”的教學模式。這樣，就使“課堂上聽教師講解，課后回家做作業”的傳統教學模式發生了“翻轉”，變成“課前在家里聽看教師的視頻講解，課堂上在教師指導下做作業(或實驗)”的現代教學模式[3]。

翻轉課堂教學模式的核心理念主要可概括為“學生自主學習”和“學生成為課堂主體”兩個方面。翻轉課堂后，學生利用教學資料(特別是教學視頻)，可以根據自身情況來安排和控制學習，從而提高學生學習的自主性和主動性。結合新一輪培養方案的調整，我校鋼結構實驗教學對翻轉課堂教學模式進行了嘗試，并針對存在的問題進行了相應的改革。

1)調整鋼結構實驗教學的流程。

翻轉課堂教學模式的特點是將教學過程前移，也就是在進入課堂前學生應該掌握全部的理論學習任務，進入課堂的任務就是結合理論進行動手實踐。鋼結構實驗為了適應翻轉課堂的教學模式，重新設計了教學流程，流程圖如圖1所示。從圖1中可以看出，教學環節大致劃分為“課前”“課中”和“課后”三個階段。在進入“課前”階段之前，教師應根據教學任務準備大量的音視頻資料和相關的文檔，并上傳到網絡平臺供學生下載自主學習，相對于傳統教學模式而言，教師的工作量和工作難度都大幅加大?！罢n前”階段師生根據學習任務和學習情況進行互動，學生根據任務的掌握程度判斷能否進入操作環節，教師則根據反饋問題和培養要求進行課堂教學設計?！罢n中”階段師生討論反饋問題、學生進行實驗操作，最后形成教學小結，并據此完善課前在線資料。“課后”階段學生形成實驗報告，教師則完成成績評定、進行實驗總結并據此完善課前在線資料。

2)豐富了實驗教學的內容。

開設鋼結構實驗的各高校實驗室，通常都會選取基礎的、常見的結構構件進行實驗教學，如軸心受壓構件和受彎構件等等，存在的弊端就是學生實驗積極性不高，教學效果不理想。近年來，隨著冷彎薄壁型鋼結構、H型鋼框架結構、金屬拱形波紋屋蓋結構、輕型門式剛架結構、索膜結構、網架、網殼以及內容豐富的各種預應力鋼結構的迅速發展，鋼結構實驗教學落后于鋼結構發展的趨勢日益凸顯。因此，實驗室可以根據軟硬件條件，結合學生的興趣和學科的發展，適當增設一些綜合設計型和創新研究型實驗，以培養學生的實踐能力和創新意識。

3)增加了實驗項目的類型。

實驗室為實現“課堂翻轉”教學理念中學生“自主學習”的目的，根據土木工程專業人才的培養要求，結合學生的個體差異和發展意愿，設置了覆蓋土木工程一級學科各發展方向、難度包括高中低三檔結合的實驗教學體系，按照基礎訓練型、綜合設計型以及創新研究型分類進行實驗項目的設計，改變了單純以演示型驗證性項目進行實驗教學的方式，重新設計后的鋼結構實驗項目如表1所示[4]。

表1 鋼結構實驗項目表

目前實驗室設置的實驗項目共計12項，其中基礎訓練型4項，綜合設計型5項，創新研究型3項。由于實驗室翻轉課堂教學改革剛剛起步，因此目前僅開發了基礎訓練型的實驗項目，其他實驗項目陸續開發中。

4)增大了實驗室開放時長。

開放高校的實驗室對于培養學生的實踐能力和創新意識有著極大的益處，可以為學生提供更多的機會進行工程實踐，利于培養學生的動手能力和創新意識，最主要的是為翻轉課堂教學模式中課前階段學生熟悉設備儀器提供了條件。開放性實驗教學實現了由演示、驗證型向綜合型、研究創新型的轉變，為學生的自主性和主動性實驗搭建了理想的平臺[5]。為此，在本次教學改革中全面開放了實驗室的所有空閑時段，學生只需提前預約即可進入實驗室。學生經常進入實驗室，不僅可以了解結構構件的制作加工過程，還可以進一步熟悉結構構件的節點構造、受力特性、破壞形式，進而增強學生畢業后從事鋼結構領域工作的信心，提高其就業競爭能力。

3 結語

相對于翻轉課堂教學模式而言，傳統的實驗教學模式無法充分發揮實驗室培養學生實踐能力和創新意識的功能。實驗室以培養方案修訂為契機，優化了實驗流程、豐富了實驗內容、增加了項目類型、增大了開放時長，為鋼結構實驗教學的課堂翻轉創造了條件。經過兩屆的教學運行，取得了不錯的教學效果，如學生的積極性和主動性提高了，進入實驗室后行為目的性增強了，茫然不知所為的學生人數大幅減少，教學效果明顯得到提升。

但是，通過翻轉課堂模式的運行，也發現了一些應引起重視的問題。如教師的隱性工作量數倍增加的問題、實驗儀器設備故障頻次增多問題、實驗室開放學生的指導問題等等，這些因采用新的教學模式所帶來的負面問題，若得不到合理有效的解決，將會影響教學改革的進程和效果。

[1] 張艷美，楊文東，俞然剛，等.基于個性化和翻轉課堂的土木工程專業實驗教學研究[J].實驗技術與管理，2015,32(7):183-185.

[2] 任翠玲，王恒華.鋼結構本科教學實驗課的改革探索[J].山西建筑，2015,41(34):238-239.

[3] 何克抗.從“翻轉課堂”的本質，看“翻轉課堂”在我國的未來發展[J].電化教育研究，2014,7(1):5-9.

[4] 郭小農，王 偉，將首超，等.鋼結構基本原理實驗教學探討[J].高等建筑教育，2011,20(1):149-152.

[5] 肖 鵬.土木工程專業開放性實驗教學改革探討[J].高等建筑教育,2011,20(4):128-131.

Research and practice of flipped classroom teaching of the steel structure experiment★

Zhang Chunyu Du Wenxue Meng Liyan Li Changfeng Wang Tao

(CollegeofCivilEngineering，HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150022,China)

Aimed at the problems of the traditional experimental teaching model and based on the revision of the training plan, from adjusting the teaching process, enriching the teaching content, increasing the project type, increasing the opening time of laboratory four aspects, the adjustment and optimization of flipped classroom teaching mode of steel structure experiment were carried out. It is proved by practice that the flipped classroom teaching mode can obviously improve the students’ comprehensive quality of steel structure and benefit the students’ employment.

steel structure， flipped classroom， model of teaching, laboratory

1009-6825(2017)18-0228-03

2017-04-01★：黑龍江省教育科學“十二五”規劃課題(GJC1215061)研究成果

張春玉(1971- )，男，博士，碩士生導師，教授

G642.0

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