基于微課的混凝土結構設計原理課程教學模式改革

涂義亮 曾愷平 張益銘

摘 要：作為土木類專業的一門核心專業課，混凝土結構設計原理具有知識點多、公式符號多、設計結果多、工程經驗多、教學課時少等特點，是學生普遍反映很難學習的一門課程。作為一種新興的數字化教育資源和教育模式，微課在課前、課中、課后為學生提供了一種個性化的自主學習模式，可顯著提高學生的學習興趣和學習效率。但這種教學模式的研究和應用還處于探索階段，尤其是在混凝土結構設計原理課程中。文章探索性地將微課引入其傳統教學模式中，以期為該課程教學質量的提高提供有益參考。

關鍵詞：微課;混凝土結構設計原理;教學改革;教學質量

一、引言

混凝土結構設計原理課程是土木類專業最核心的專業基礎課之一，通常在大三學年開設，它是學好大四后續專業課程和畢業設計的必備基礎。該課程主要研究混凝土基本構件的設計計算方法，具有知識點豐富、公式符號多、設計結果不唯一、實踐性強和教學課時有限等特點。學生大多反映該課程學習難度大，期末考試合格率通常較低。傳統的面授教學方法已經無法從根本上解決學生學習難和教師教課難的兩難局面。

微課是一種以短視頻記錄教師針對某個重難點的授課過程，并在課前、課中、課后供教師和學生教與學之用，是2012年引入我國的新興教學模式。學生可以通過微課有針對性地自主學習重難點知識，不僅提高了學生的學習興趣，而且顯著地提高了學習效率。近年來，微課在高等教育領域應用已逐漸增多，但這種教學模式的研究和應用還處于探索階段，尤其是在混凝土結構設計原理課程中。

二、微課的特點

微課是美國圣胡安學院的學者David Penrose在2008年為了便于在線學習或移動學習而提出的一種時長約1分鐘的在線課程，其關鍵思想是將教學知識點與教學目標緊密相連，從而產生“更聚焦的教學體驗”。隨后美國學者Salman Khan通過互聯網免費與學生分享他制作的時長約10分鐘的教學視頻，達到異地授課輔導目的，這引起了廣大教師的關注和效仿，2010年我國學者胡鐵生首次將微課的概念引入國內。微課是根據課程標準和教學目的，以教學視頻為主要載體記錄教師在課程教學過程中針對某個重難點內容，而實施的教與學活動中所需各種教學資源的有機結合體[1]。與傳統教學模式相比，微課具有以下特點：

1.知識點少，針對性強

一個微課視頻通常只介紹一個知識點，時長大多控制在10分鐘左右，微課便于學生利用碎片化時間進行針對性的高效學習。

2.方便學習，易于傳播

微課學習極為方便，只需一臺智能手機或iPad等移動終端即可在線下載和移動學習微課視頻，不受時間和地域的限制。此外，微課屬于一種免費的網絡學習資源，易在網絡中廣泛傳播。

3.易于控制，效果顯著

學生可根據自己的基礎和學習能力控制視頻的播放速度，并可隨時暫停和反復回放，最終達到完全消化知識點的目的。

三、混凝土結構設計原理課程教學特點

1.知識點多，綜合性強

混凝土結構設計原理課程主要講述混凝土結構基本構件的受力性能和設計計算方法，具有知識點豐富的特點。該課程同時涉及理論推導、試驗分析和經驗總結，且緊密聯系設計規范和工程實際，因此綜合性很強，要求已熟練掌握高等數學、概率論、建筑材料、工程制圖、三大力學等基礎課程。此外，混凝土結構設計原理課程亦是學好高層結構設計、建筑結構抗震、土木工程施工、工程項目管理、結構電算等課程的必要基礎。

2.公式多、符號多、構造規定多

鋼筋混凝土結構的設計分析與材料力學和結構力學等基本假定為彈性不同，其計算方法主要以試驗成果為基礎，事先引入若干基本假定條件，利用數學和力學等工具建立起半理論半經驗計算公式，具有計算公式多和符號多的特點，且計算公式具有一定的適用條件。此外，同類型的受力構件的設計中，通常都涉及關于截面形式和尺寸，鋼筋間距、直徑和布置的諸多構造規定，這些規定理論性和邏輯性不強、內容較分散，學生通常較難理解和掌握。

3.設計結果不唯一

由于混凝土結構在結構選型和布置方案、混凝土和鋼筋選擇、計算方法和構造措施等方面的靈活性非常大，這些因素都可能對最終設計結果產生影響，因此設計的構件或結構并不像數學或力學可計算出唯一的結果，通常呈現出許多種設計結果。

4.經驗和實踐性強

本課程是一門理論與實踐緊密相連的課程，不僅要求學生熟練掌握基本原理，而且要能夠將基本原理熟練應用于工程實踐，是一門非常“工程”的課程，這就要求培養學生的工程素質，提高學生的工程經驗。

5.教學課時有限

混凝土結構設計原理是土木類學生最為核心的專業課之一，早期的培養方案中該門課程學時較多，大多為80學時，甚至達到120學時。然而，隨著土木概念的強化和專業分流的影響，該課程在許多高校被縮減為64學時，甚至只有32學時，導致該課程無法完整講授，大多教師通常是選擇重點內容進行授課，從而造成學生知識體系不完整，阻礙了后續專業課程的順利學習。

基于混凝土結構設計原理課程的以上特點及目前的教學情況，可以發現傳統的教學模式和方法主要是由教師在課堂上將知識點傳授給學生并安排一定的課后作業，但是傳統教學方法的實際完成效果與預期目標差異較大。

將微課引入混凝土結構設計原理課程中，豐富了傳統教學模式和教學方法，可顯著提高學生的學習興趣和學習效率，促進個性化教學的發展。利用10分鐘左右的微課視頻重點講授該課程的各個重難點，學生課堂上無法掌握的內容可以在課后進行再學習和再吸收，有效降低學生對本課程的抗拒心理，實現課程的優化和深化。因此，微課的應用對混凝土結構設計原理課程教學質量的提高具有十分重要的意義。

四、微課資源的開發

1.知識點梳理和微課內容設計

混凝土結構設計原理課程包含大小知識點近百個，而微課僅包含1～2個知識點，在制作微課之前先應梳理、細化該課程的主要知識點，并分割出課程的重難點。對于易于掌握的簡單知識點，學生在課堂上即可輕松消化，因此，微課中講授的知識點應選擇重難點內容，如 “受彎構件正截面承載力計算原理”等。

微課知識點確定后，然后是分析學習者的特征和教學目標。微課的整體風格很大程度上取決于學習者的特征，如對于應用型本科學生，可以將更多的施工技術和工法融入微課視頻中，適當偏重工程應用;對于研究型本科學生，可以重點講授現象背后的原因、研究的思路方法、理論的推導和公式的演繹，并適當地加入一些工程資料。教學目標的確定是推動教學計劃制訂的前提，是教師選擇何種教學方法和運用什么教學手段的綱領。

2.微課制作與資源構建

首先根據微課設計知識點和思路，開始搜集和整理各種素材，并準備微課的制作工具。其次是圍繞教學目標、教學風格、教學方法和教學計劃編寫腳本[2]。再次根據搜集的素材和制作好的腳本，利用制作工具開始制作微課。最后將制作好的微課上傳到微課資源庫或者網絡上，亦可通過社交軟件直接發給學生學習。

3.微課應用

微課可運用于學生課前、課中、課后的整個學習階段。學生課前通過單獨或分組學習微課達到預習知識點的作用，獨立搜索解決可能遇到的問題，并將預習中不能解決的疑問帶到課堂中[3]。教師在課堂中接受學生的提問并進行一一解答，或者通過學生分組討論的形式使問題得到一一化解，隨后開始課堂知識點的進一步教學。學生在課后根據自己對知識點的掌握程度，有選擇地對已教知識點進行復習，直到完全消化為止[4]。課后，教師開始制作下一微課，產生良性循環。

4.微課評價和修改

在微課完成應用后，教師要主動從學生那里得到關于微課內容的評價和學習效果的反饋，并根據評價和反饋及時做出調整，不斷打磨和完善微課質量，從而避免微課教學以教師為中心的不良局面，真正做到從學生的切身體驗和需求出發解決學生的學習問題。

五、案例分析

筆者以“受彎構件正截面計算—相對界限受壓區高度ξb”微課為例，進行微課設計[5]，如下表所示。相對界限受壓區高度ξb是結構設計原理中非常重要的一個參數，筆者首先以正截面受彎構件的三種破壞形態類型為切入點，吸引學生的學習興趣，進而引入相對界限受壓區高度ξb的概念。其次，教師介紹工程中的設計應選擇適筋梁破壞類型為準則，介紹相對界限受壓區高度ξb的意義和作用。再次，從概念出發，推導ξb的計算過程，再以某種情況為例，得到《公路橋規》規定的ξb值表格。最后，教師對微課內容進行回顧，并提出思考題，強化微課學習效果。

六、結語

微課是隨著計算機和信息技術的發展而產生的一種新興教學方法、教學模式和教學資源，它的針對性強、方便學習、易于傳播等特點給傳統面授教學模式帶來了較大的影響，一方面提高了學生的自學能力，另一方面促進了教師的專業技能增長，近年來逐漸成為一種熱門的教學方法。但是，如何將微課應用于傳統教學模式中還有待廣大教師進一步探索。混凝土結構設計原理課程與工程聯系緊密、知識點多、構造規定多，尤其適合在傳統教學模式中融入微課。混凝土結構設計原理微課的設計與開發不僅要求教師精準地梳理和分割每個知識點，掌握教學對象的特點，而且還需掌握一定的制作動畫和剪輯視頻的技能。教師應努力研究微課設計與制作的新方法，構建以學生學習為中心的微課資源庫，與傳統教學模式互補互助，達到提高教學質量的目的。

參考文獻：

[1]胡鐵生.“微課”：區域教育信息資源發展的新趨勢[J].電化教育研究，2011（10）：61-65.

[2]端茂軍，魏洋，李建慧，等.基于微課協同教學的結構設計原理課程教學改革與實踐[J].高等建筑教育，2017（6）.

[3]朱思靜.微課在高職混凝土結構教學中的應用研究[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2016（8）.

[4]孫明.應用型高校結構力學“翻轉課堂”教學改革研究[J].高教學刊，2017（9）.

[5]夏冬生，于彥，朱公志，等.工程力學微課設計和制作的探討[J].中國現代教育裝備，2016（1）：73-76.