翻轉課堂和案例分析在《橋梁電算》課程教學模式中的實踐研究

章芳芳

【摘要】結合教學現狀和課程特點，基于“翻轉課堂”和“案例分析”相結合的教學理念，對《橋梁電算》進行了教學模式的實踐研究，從教學內容、教學方法和教學設計等方面提出了具體措施。通過一學期的教學實踐表明，該教學模式對激發學生學習積極性、提高有限元軟件建模分析水平和改善教學質量有較好的效果。

【關鍵詞】橋梁電算；翻轉課堂；案例分析

1、引言

翻轉課堂是新時代背景下的一種新型教學模式，是傳統教學模式的顛倒，課外講授知識，課堂內化知識。以學生為中心，課前學生根據學習任務單通過教師提供的視頻、音頻、PPT、文本、圖形等資料進行新知識的自學和檢測；課堂上教師通過學生的匯報討論、練習和提問等進行答疑解惑，進行知識點的總結，讓學生在課上完成知識的內化。翻轉課堂教學模式強調了學生的認知主體作用，充分發揮了教師的主導作用，提高了學生的學習積極性，增加了學生和教師的互動，改善了教學效果。

案例分析教學是將與課程相關的實際案例作為教學內容，學生參與到案例分析和討論中，而不是作為旁觀者置身于教學過程之外。通過案例教學，可以改變枯燥的填鴨式理論知識灌輸，通過師生互動分析實際案例，達到有效消化新知識點和提高分析實際問題的能力。

2、橋梁電算課程教學現狀

《橋梁電算》是我院土木工程專業路橋方向的一門重要應用型專業課，分為理論和實踐上機環節。該課程的任務是使學生掌握有限元基本理論，熟練使用橋梁有限元軟件的基本功能，并能進行簡單橋梁結構的建模受力分析，培養學生解決工程實際問題的能力，同時為畢業設計論文和就業打下基礎。

結合本院歷屆學生學習情況，《橋梁電算》課程的教學效果不佳，尤其在進行橋梁畢業設計時，學生普遍運用MIDAS軟件建模應用能力較差。通過分析，主要原因為兩方面：

（1）傳統的教學方法導致學生學習熱情度不高，與教師互動少，學生有問題也很少在課堂上提問。

（2）例題講解以簡單的力學結構為主，代表性的實際工程案例分析偏少，導致學生對實際工程如何簡化建模、設計和分析不了解，進行畢業設計時無從下手，對具體橋型的橋梁設計和建模分析水平能力有限，影響畢業論文質量。

因此，改變傳統教學方法，提高教學質量勢在必行。基于上述現狀，將“翻轉課堂”和“案例分析”教學理念引入到《橋梁電算》課程教學中，根據教學內容和學習情況加以靈活運用。

3、翻轉課堂和案例分析教學模式在橋梁電算課程中的應用

3.1 翻轉內容和工程案例的選取

本院《橋梁電算》共32學時，理論10學時，實踐22學時。選用橋梁專用軟件MIDAS。本課程需要提前精心編排教學內容，確定翻轉內容和傳統教學內容，并非每節課中翻轉，首先通過傳統教學使學生掌握了基本的概念和原理后，再進行課堂的翻轉。在編排教學內容時，理論和實踐內容在課堂上可互相穿插。

通過對國內幾所開設橋梁電算課程的教師和學生調研發現，學生不再滿足書本上的簡單例題建模，對工程案例建模分析更感興趣。學習真實工程案例，可提高學生CAD識圖能力，加深對基本橋梁結構基本概念、原理、配筋、施工過程和受力的理解。由簡到難引入工程實例，依次為鋼筋混凝土簡支梁橋、預應力混凝土梁橋、拱橋和斜拉橋，進行Midas軟件的案例教學。

根據學生學習現狀，結合MIDAS的特點，確定本課程的教學內容和教學順序為：

（1）采用傳統課堂教學，介紹軟件有限元知識、midas Civil基本概念。

（2）采用翻轉課堂學習軟件基本操作。包括材料定義、截面定義、時間依存材料定義、建立節點、建立單元、邊界條件定義；自重定義、節點荷載定義、單元荷載定義、溫度荷載定義、預應力荷載定義＼移動荷載、變截面和變截面組、組及施工階段的定義；PSC截面鋼筋定義；PSC截面設計流程。

（3）采用傳統課堂，結合教材，講授教材例題——簡單結構中的應用、在橋梁施工臨時結構中的應用、PC連續剛構橋。

（4）采用翻轉課堂學習四個實際工程案例建模。

3.2 課前共享資料和課前練習的準備

（1）課前視頻準備

自主學習的課前視頻應針對性強，便于學生理解，時間不宜過長。課堂教學效果很大程度上取決于課前視頻學習的好壞。課前需要學生按要求自主學習。橋梁電算課程的課前視頻分為兩類，知識點視頻和工程案例操作視頻。上課前三天將視頻上傳至共享平臺，學生可直接觀看或者下載學習。

知識點視頻和工程案例操作視頻均主要采用網上收集整理編輯為主，自行制作為輔的方式。視頻應具有回放、加快和暫停等基本視頻播放功能。

知識點視頻主要是關于MIDAS基本操作方面的內容，根據教學內容安排，知識點包括材料定義、截面定義、節點定義、單元定義、邊界條件定義、時間依存材料定義、多種荷載施加等。知識點視頻時間一般在十分鐘以內。工程案例操作視頻是對具體工程案例的建模進行全程演示，時間較長，包括梁橋、拱橋、剛構橋、斜拉橋四種橋型。

（2）課前文檔準備

課前文檔是針對翻轉課堂內容，提供給學生的非視頻資料，包括翻轉課堂內容中各知識點的說明以及建模中的具體操作步驟。課前文檔主要PDF文檔形式。課前文檔和課前視頻配合使用，學生自學學習效果會更佳。

（3）MIDAS模型mcb文件準備

包括工程案例的完整模型以及習題模型，以便學生自行建模完成后，進行檢查和比較。

（4）課前練習

課前練習應和課前視頻及文檔內容對應，以便檢查學生的掌握情況。學生觀看完視頻和學習完文檔后，應在課前自主完成布置的練習，既可加強對當次知識點的掌握，又可以發現自學中存在的問題。

3.3 課前自學疑問的搜集和整理

每次翻轉課堂前，學生自主學完共享資料和做完課前聯系后，通過師生交流平臺將疑問匯報給教師，教師搜集所有學生的疑問進行整理，進行課堂以供課堂教學中有針對性的答疑。

3.4 翻轉課堂教學活動設計

課程第一堂課向學生介紹翻轉課堂的特點和要求，以及交流平臺的使用方法。并進行班級分組，方便各組成員今后課堂討論和課后學習。

翻轉課堂活動按下表1中的環節依次進行：

當翻轉課堂中采用工程案例教學時，每組學生課前應熟悉工程概況和CAD圖紙，討論建模要點，共同進行結構建模。課堂上各組代表向全班同學進行闡述介紹，強調建模中的注意事項、未解決內容和疑惑。其他組對該組的未解決問題和疑惑，進行討論和回答。最后老師對案例進行重點分析、答疑和總結。

結語：

以2014級路橋方向學生為實踐對象，基于翻轉課堂理念和案例分析相結合的教學模式，在2017-2018學年第一學期的《橋梁電算》課程中取得了較好的教學效果。85%以上的學生能課前自主學習，完成布置的課前任務。跟往屆學生相比，課堂上能大膽主動地匯報、回答提問和討論，學習積極性、表達能力、工程圖紙識圖能力和案例建模水平都得到了顯著提高。同時，通過分組討論學習，加強了相互間的團隊協作能力。

因此，結合“翻轉課堂”和“案例分析”教學理念，進行《橋梁電算》課程教學改革，可激發學生學習積極性、提高學生應用MIDAS軟件的水平，并通過具體橋梁工程案例教學，鞏固和加深了學生對橋梁設計的理解，達到了較理想的教學效果。

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課題來源：武漢科技大學城市學院

課題編號：2016CYYBJY014

課題名稱：基于“翻轉課堂”和“案例分析”教學理念的《橋梁電算》課程教學的研究與實踐