面向工程教育認(rèn)證的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

王達(dá)詮，陳朝暉

(重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400045)

一、工程教育認(rèn)證對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)的新要求

(一)工程教育認(rèn)證情況簡(jiǎn)介

2016年中國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》，成為正式締約成員，標(biāo)志著中國(guó)工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)、政策和程序同國(guó)際接軌，即通過(guò)中國(guó)工程教育認(rèn)證的工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)將被其他締約國(guó)認(rèn)可，其畢業(yè)生的學(xué)術(shù)能力、工程實(shí)踐能力亦被全體締約國(guó)承認(rèn)。截至2018年，教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心和中國(guó)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)共認(rèn)證了全國(guó)800余個(gè)工科專(zhuān)業(yè)[1]。

《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南》[2]從學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系等七個(gè)方面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了闡述，確立了工程教育認(rèn)證以學(xué)生為中心的基本宗旨，以成果為導(dǎo)向的核心要求，以持續(xù)改進(jìn)為要點(diǎn)的工作機(jī)制[3]。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)明確的條款和考核指標(biāo)對(duì)新時(shí)代中國(guó)工程教育發(fā)展的方向進(jìn)行了路線規(guī)劃。工程教育認(rèn)證與“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”“新工科”建設(shè)等宏觀高等工程教育教學(xué)改革項(xiàng)目形成相互交融、相互促進(jìn)的良性關(guān)系[4]。

(二)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在土木工程專(zhuān)業(yè)課程體系中的地位及課程特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程專(zhuān)業(yè)課程體系中最重要的課程之一，與理論力學(xué)、材料力學(xué)并稱(chēng)該專(zhuān)業(yè)的三大力學(xué)課程，是專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生學(xué)術(shù)能力的“基建課”，在專(zhuān)業(yè)課程體系中起著聯(lián)系高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等先修基礎(chǔ)課，以及聯(lián)系混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)抗震等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的橋梁和紐帶作用。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)之一是該課程為力學(xué)理論課，主要任務(wù)是在理論力學(xué)和材料力學(xué)課程分別對(duì)剛體體系機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律和單根桿件受力變形特性進(jìn)行研究之后，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入剖析由多桿件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系在受力、變形上的特點(diǎn)等力學(xué)問(wèn)題。該課程要求學(xué)生應(yīng)掌握基本力學(xué)概念、原理和方法，這也從一個(gè)側(cè)面體現(xiàn)了該課程是數(shù)學(xué)及力學(xué)分析方法在土木工程中的應(yīng)用延續(xù)這一重要理念。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)之二是緊貼工程實(shí)際。該課程所涉及的梁、剛架、拱、桁架、組合結(jié)構(gòu)等是工程中大量采用的結(jié)構(gòu)形成。綜上，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程既是理論的延續(xù)，又與工程緊密結(jié)合。

此外，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在內(nèi)容設(shè)置上，具有理工科課程的普遍特點(diǎn)，即層層遞進(jìn)、逐步深入。學(xué)生如果在前期學(xué)習(xí)中有疑惑沒(méi)有得到及時(shí)解決，將影響后續(xù)的學(xué)習(xí)。

(三)對(duì)標(biāo)工程教育認(rèn)證結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)需解決的主要問(wèn)題

工程教育認(rèn)證根據(jù)成果導(dǎo)向理念所提出的畢業(yè)要求，是指學(xué)生通過(guò)高等工程教育后，除了能夠滿足社會(huì)對(duì)其技術(shù)性能力(如專(zhuān)業(yè)知識(shí)、分析設(shè)計(jì)等)的要求外，還應(yīng)具備相當(dāng)?shù)姆羌夹g(shù)性能力，如工程與社會(huì)的協(xié)調(diào)、職業(yè)規(guī)范的執(zhí)行、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的溝通等能力[3]。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是以學(xué)生全方位個(gè)人素質(zhì)培養(yǎng)為基本出發(fā)點(diǎn)，圍繞學(xué)生能力提升和終生發(fā)展，結(jié)合社會(huì)對(duì)工程人才的實(shí)際需求而制定的一套人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

圍繞學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)這一中心，高校可進(jìn)行課程體系的逆向設(shè)計(jì)和改革。逆向設(shè)計(jì)流程可簡(jiǎn)述為：畢業(yè)要求→培養(yǎng)目標(biāo)→課程教學(xué)目標(biāo)→知識(shí)點(diǎn)目標(biāo)→教學(xué)方式、考核辦法、評(píng)價(jià)方案等(箭頭代表決定)。該流程的反向過(guò)程則代表逐級(jí)支撐，以最終達(dá)成畢業(yè)要求。

重慶大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)力學(xué)課程組基于逆向設(shè)計(jì)思路，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)，梳理了該課程對(duì)標(biāo)工程教育認(rèn)證需解決的四個(gè)主要問(wèn)題：教學(xué)目標(biāo)應(yīng)對(duì)標(biāo)工程教育認(rèn)證中哪些具體的畢業(yè)要求？如何在教學(xué)中體現(xiàn)對(duì)學(xué)生技術(shù)能力和非技術(shù)能力的培養(yǎng)要求？怎樣圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計(jì)？怎樣持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化教學(xué)，使之更符合工程教育認(rèn)證要求？

以下對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的闡述將圍繞解決這些問(wèn)題的可行辦法展開(kāi)。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

(一)選擇混合式教學(xué)模式的原因

混合式教學(xué)模式主要是指將線上的MOOC或SPOC同課堂教學(xué)相結(jié)合的一種教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位的同時(shí)，重視教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用。通過(guò)對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)中時(shí)間、技術(shù)、資源、環(huán)境和活動(dòng)的合理組織，取得最優(yōu)的教學(xué)效果[5]。只要是能夠促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)的各種教學(xué)方法和手段，均可在混合式教學(xué)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。混合式教學(xué)模式可以采取翻轉(zhuǎn)課堂、問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)、任務(wù)導(dǎo)向式教學(xué)、探究式教學(xué)等形式多樣的教學(xué)方法，提升學(xué)生與教師、助教以及學(xué)生彼此間的交互水平，從而使學(xué)習(xí)者在多方交流和多渠道刺激的環(huán)境里，將教學(xué)內(nèi)容中的信息同其腦海里的已有知識(shí)體系建立更為牢固的聯(lián)系，完成以新知識(shí)內(nèi)化為目標(biāo)的有意義學(xué)習(xí)，并最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

在具體實(shí)施中，混合式教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生作為教學(xué)主體的地位，教學(xué)設(shè)計(jì)圍繞學(xué)生來(lái)進(jìn)行，并盡可能多地讓學(xué)生之間相互協(xié)作，以期發(fā)揮同伴互助學(xué)習(xí)在促進(jìn)知識(shí)掌握過(guò)程中事半功倍的作用。教師在教學(xué)過(guò)程中的角色為幫助學(xué)生解決問(wèn)題和避免錯(cuò)誤的引導(dǎo)者；而學(xué)生則成為問(wèn)題解決方案的探索者，以及知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的主動(dòng)積累者。這樣的學(xué)習(xí)更接近發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，其特點(diǎn)是學(xué)習(xí)者被置于超乎其知識(shí)能力水平的困難中，但又必須解決此困難，于是學(xué)習(xí)者需要?jiǎng)佑闷湟延兄R(shí)儲(chǔ)備對(duì)困難進(jìn)行研判，將難題進(jìn)行抽象和解構(gòu)，分解為可被學(xué)習(xí)者現(xiàn)有知識(shí)解決的諸多小問(wèn)題。但在此過(guò)程中可能因?yàn)槌橄蠛徒鈽?gòu)得不合理，而導(dǎo)致困難解決失敗，所以這一過(guò)程是反復(fù)的，容許試錯(cuò)的。學(xué)習(xí)者在試錯(cuò)過(guò)程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)和吸取教訓(xùn)，最終找到正確的解決辦法。在反復(fù)的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者將探索中得到的新知識(shí)逐漸內(nèi)化，納入其已有的知識(shí)體系，最終完成對(duì)新知識(shí)的掌握。這一過(guò)程更貼近人類(lèi)認(rèn)知活動(dòng)的基本規(guī)律。著名哲學(xué)家、教育學(xué)家，建構(gòu)主義知識(shí)論的主要奠基者杜威提出揭示科學(xué)、發(fā)現(xiàn)邏輯和認(rèn)知活動(dòng)的“思維五步法”，即思維起于“疑難境地、問(wèn)題識(shí)別、大膽假設(shè)、嚴(yán)謹(jǐn)推理、細(xì)心求證”[6]。

綜上可見(jiàn)，混合式教學(xué)模式在認(rèn)知規(guī)律、個(gè)性化教學(xué)、交互水平、教學(xué)方法選擇的靈活性等方面，都與工程教育認(rèn)證的要求相契合。

(二)教學(xué)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求

根據(jù)前述結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)，以及該課程在培養(yǎng)方案中的重要地位，課程組將畢業(yè)要求中有關(guān)數(shù)學(xué)和力學(xué)理論基礎(chǔ)，并帶有一定工程實(shí)踐性質(zhì)的條款，確定為主要對(duì)標(biāo)目標(biāo)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容通常分為基礎(chǔ)部分和專(zhuān)題部分。簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)部分課程目標(biāo)包括：

(1)學(xué)生能根據(jù)實(shí)際工程較準(zhǔn)確地確定結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖；學(xué)生能夠準(zhǔn)確分析和判定平面桿件體系的幾何組成性質(zhì)。

(2)學(xué)生能夠準(zhǔn)確計(jì)算不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，確定結(jié)構(gòu)中內(nèi)力的分布和傳遞規(guī)律。

(3)學(xué)生能夠準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)中給定截面的位移，理解結(jié)構(gòu)剛度同變形和位移間的關(guān)系。

(4)學(xué)生能夠使用靜力法或機(jī)動(dòng)法準(zhǔn)確繪出靜定結(jié)構(gòu)的影響線，并利用影響線確定最不利荷載位置和包絡(luò)圖的大致形狀。

(5)學(xué)生具有對(duì)不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析及綜合應(yīng)用的能力，例如合理選擇力法、位移法、力矩分配法等超靜定解法快速解出不同種類(lèi)的超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

專(zhuān)題部分的課程目標(biāo)包括：

(1)學(xué)生具備分析單自由度和簡(jiǎn)單多自由度動(dòng)力體系自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)內(nèi)力與變形特征的能力。

(2)學(xué)生能夠?qū)?jiǎn)單的壓桿屈曲失穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行分析。

(3)學(xué)生能夠應(yīng)用矩陣數(shù)學(xué)知識(shí)和位移法知識(shí)理解矩陣位移法，并用矩陣位移法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力(重慶大學(xué)土木工程學(xué)院將矩陣位移法納入結(jié)構(gòu)分析中的有限元法課程)。

(4)學(xué)生具有不同方法的比較分析及綜合應(yīng)用能力，例如對(duì)給定動(dòng)力體系優(yōu)選剛度法或柔度法進(jìn)行分析。

專(zhuān)題部分的學(xué)習(xí)需要在基礎(chǔ)部分完成之后，因?yàn)閷?zhuān)題部分的學(xué)習(xí)需要以基2和基3(代表基礎(chǔ)部分課程目標(biāo)2和3，下同)兩個(gè)目標(biāo)的達(dá)成為前提。

根據(jù)以上分析，課程組將結(jié)構(gòu)力學(xué)課程目標(biāo)同畢業(yè)要求進(jìn)行對(duì)標(biāo)，具體情況見(jiàn)表1和表2。

表1 結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)部分課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)標(biāo)情況

注：H代表課程目標(biāo)對(duì)指標(biāo)點(diǎn)形成強(qiáng)支撐；M代表形成中等支撐

注：H代表課程目標(biāo)對(duì)指標(biāo)點(diǎn)形成強(qiáng)支撐；M代表形成中等支撐

(三)通過(guò)混合式教學(xué)模式提升學(xué)生的技術(shù)能力和非技術(shù)能力

在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中，各參與方的主要精力都投入到學(xué)生技術(shù)能力的提升上，這是由該課程為力學(xué)理論課的性質(zhì)決定的。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程傳統(tǒng)課堂講授的主要任務(wù)是完成各種概念、原理和方法的闡釋?zhuān)@仍然是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)的主要內(nèi)容。隨著在線教學(xué)的引入，學(xué)生可以更加自主地進(jìn)行學(xué)習(xí)。但是值得明確的是傳統(tǒng)課堂講授式教學(xué)及其所對(duì)應(yīng)的接受式學(xué)習(xí)具有標(biāo)準(zhǔn)的流程和規(guī)范的可操作性，講授式教學(xué)內(nèi)容精練、條理清晰、邏輯嚴(yán)密、示范性強(qiáng)，其教學(xué)效率很高，在一對(duì)多的教學(xué)環(huán)境中，在課時(shí)壓縮與課程內(nèi)容不減少的現(xiàn)實(shí)矛盾下，講授式教學(xué)仍有其存在價(jià)值。為此，課程組在學(xué)生技術(shù)能力的培養(yǎng)上，采取以講授式教學(xué)為主、輔以學(xué)生自主在線學(xué)習(xí)的混合式教學(xué)模式。在線學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)面對(duì)面交流、在線及時(shí)交流和討論區(qū)交流等多種方式，與教師、助教和其他同學(xué)溝通，以彌補(bǔ)單一講授式教學(xué)在互動(dòng)上的不足。對(duì)技術(shù)能力目標(biāo)達(dá)成度的考核，采取線下和線上的混合模式。線下測(cè)試包括競(jìng)賽(或期中考試)和期末考試，而線上測(cè)試則包括隨教學(xué)進(jìn)度安排的5次階段測(cè)試和1次期末測(cè)試。

對(duì)非技術(shù)能力的培養(yǎng)，課程組主要采取任務(wù)導(dǎo)向式教學(xué)方法，讓學(xué)生在小組協(xié)作中達(dá)到技術(shù)能力培養(yǎng)要求的同時(shí)，得到非技術(shù)能力的訓(xùn)練。其具體流程分為課前、課中和課后三個(gè)階段，課前：學(xué)生按照任務(wù)書(shū)要求，通過(guò)小組協(xié)作完成教師指定的任務(wù)，并準(zhǔn)備任務(wù)課上的總結(jié)發(fā)言；課中：各小組展示結(jié)果，并對(duì)教師和其他小組的質(zhì)疑進(jìn)行答辯，或組織討論；課后：教師和助教根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)情況，按照任務(wù)書(shū)所述評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行打分，同時(shí)總結(jié)該次任務(wù)開(kāi)展情況，并提供參考答案。2016年3月以來(lái)課程組對(duì)重慶大學(xué)土木工程學(xué)院數(shù)屆本科生混合式教學(xué)試點(diǎn)班進(jìn)行多次問(wèn)卷調(diào)查，學(xué)生們普遍反映小組任務(wù)能夠有效提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作、與人溝通、口頭表達(dá)、資料收集與采信摒棄等非技術(shù)能力。表3摘錄了2014級(jí)卓越工程師班問(wèn)卷調(diào)查的部分典型問(wèn)題。

表3 2014級(jí)卓越工程師班問(wèn)卷調(diào)查典型問(wèn)題摘錄

(四)混合式教學(xué)單元的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)單元之前，課程組按照布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域六層次學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程全部知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了梳理，發(fā)現(xiàn)多數(shù)單一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)基本對(duì)應(yīng)的是中低級(jí)認(rèn)知，即記憶、理解和應(yīng)用。而對(duì)應(yīng)分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造這三類(lèi)中高級(jí)認(rèn)知的教學(xué)目標(biāo)(如前述基5和專(zhuān)4)，則往往需要學(xué)生在具備一定中低級(jí)認(rèn)知的前提下，綜合應(yīng)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)來(lái)訓(xùn)練達(dá)成。

為此，課程組將典型的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)單元的設(shè)計(jì)理念確定為“筑牢基礎(chǔ)，兼顧上層”。所謂“筑牢基礎(chǔ)”，是指通過(guò)課堂上的講授式教學(xué)和線上同進(jìn)度的自學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生在概念識(shí)記、原理剖析、方法應(yīng)用、計(jì)算準(zhǔn)確等技術(shù)能力培養(yǎng)層面的訓(xùn)練，鞏固其中低級(jí)認(rèn)知基礎(chǔ)；而“兼顧上層”則是指采用任務(wù)導(dǎo)向式教學(xué)，達(dá)成中高級(jí)認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)，即按“思維五步法”遵從的認(rèn)知規(guī)律，設(shè)置層層遞進(jìn)的任務(wù)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生完成從復(fù)雜工程問(wèn)題中提煉的任務(wù)。

表1和表2所示的畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)中反復(fù)提到的“復(fù)雜工程問(wèn)題”，《華盛頓協(xié)議》定義為非常規(guī)的、無(wú)法用既有技術(shù)方案解決的、需要從基本工程原理出發(fā)進(jìn)行分析的工程問(wèn)題，同時(shí)這樣的問(wèn)題還常常是跨學(xué)科，甚至與技術(shù)范疇之外的多因素相關(guān)的。“復(fù)雜工程問(wèn)題”的內(nèi)涵廣于“復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題”，前者不僅僅具有工程系統(tǒng)自身在其生命周期中所產(chǎn)出的技術(shù)上的“復(fù)雜”性，更包含與之相關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文、藝術(shù)等多方面的需求和矛盾[7]。現(xiàn)代社會(huì)實(shí)際工程的復(fù)雜問(wèn)題越來(lái)越多，可以說(shuō)工程教育認(rèn)證也正是基于社會(huì)對(duì)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的人才需求，逆向設(shè)計(jì)了諸多與之相應(yīng)的畢業(yè)要求。

對(duì)標(biāo)這一畢業(yè)要求，課程組在MOOC資源建設(shè)以及混合式教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能地引入實(shí)際工程案例。例如，在MOOC建設(shè)時(shí)，課程組邀請(qǐng)兩位院士和兩位專(zhuān)家錄制講座，對(duì)他們專(zhuān)精的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)抗震、地基基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)風(fēng)工程等四個(gè)領(lǐng)域，介紹結(jié)構(gòu)力學(xué)在工程建設(shè)中發(fā)揮的作用。下面以教學(xué)單元“靜定拱的分析”為例，具體說(shuō)明一個(gè)混合式教學(xué)單元的設(shè)計(jì)。

第一步，明確前置知識(shí)。課程組將第一章緒論中結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的抽取、第二章幾何組成分析，以及第三章計(jì)算簡(jiǎn)支斜梁的相當(dāng)梁法和三鉸剛架的解法，作為學(xué)生完成各章線上自學(xué)的前置知識(shí)點(diǎn)，在任務(wù)書(shū)中要求學(xué)生預(yù)先復(fù)習(xí)。前置知識(shí)的學(xué)習(xí)主要采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)與線上自學(xué)，并輔以線上測(cè)試的方式進(jìn)行。

第二步，規(guī)劃任務(wù)。該教學(xué)單元?jiǎng)澐謨蓚€(gè)子任務(wù)。子任務(wù)一：學(xué)生根據(jù)教材、MOOC資源，完成對(duì)第四章的自學(xué)，預(yù)備討論課教師對(duì)每個(gè)學(xué)生的小測(cè)提問(wèn)。這一環(huán)節(jié)類(lèi)似翻轉(zhuǎn)課堂，其中小測(cè)問(wèn)題包括對(duì)學(xué)生跨章節(jié)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用(如相當(dāng)梁法)的測(cè)試。子任務(wù)二：要求學(xué)生根據(jù)任務(wù)書(shū)所給的中國(guó)古代聯(lián)拱橋?qū)嵗瑢で笕齻€(gè)遞進(jìn)難題的解答，問(wèn)題分別是：

(1)為何中國(guó)北方多厚墩橋而南方多薄墩橋？?jī)烧叩挠?jì)算簡(jiǎn)圖如何？

(2)為何中國(guó)古代聯(lián)拱橋多數(shù)為奇數(shù)孔橋(以盧溝橋、放生橋?yàn)槔耄⑻崾緦W(xué)生從幾何組成規(guī)律等方面解釋原因)？

(3)桂林花橋是現(xiàn)存罕見(jiàn)的偶數(shù)跨薄墩聯(lián)拱橋之一，試從計(jì)算簡(jiǎn)圖和幾何組成規(guī)律等角度解釋其能穩(wěn)定存在數(shù)百年的原因。

第三步，發(fā)布任務(wù)。在討論課前一周向?qū)W生發(fā)布上述兩個(gè)子任務(wù)，任務(wù)一要求以學(xué)生獨(dú)立自學(xué)為主，但亦鼓勵(lì)與他人溝通交流。任務(wù)二則為小組協(xié)作完成。小組成員嚴(yán)格按照教師公布的組內(nèi)崗位職責(zé)，履行各自職責(zé)并接受其他組員監(jiān)督。學(xué)生小組內(nèi)設(shè)置組長(zhǎng)、記錄員、統(tǒng)計(jì)員、監(jiān)督員、發(fā)言人五個(gè)崗位，前三者為固定崗位，后兩者隨教學(xué)單元不同由教師隨機(jī)指定。

第四步，組織討論課。討論課上先完成子任務(wù)一的小測(cè)，以了解學(xué)生的自學(xué)情況。然后進(jìn)行子任務(wù)二的難題解答討論，先由各小組發(fā)言人進(jìn)行三個(gè)難題解答的匯報(bào)發(fā)言。之后各小組之間相互質(zhì)證，并對(duì)其他小組進(jìn)行評(píng)分。教師對(duì)發(fā)言和質(zhì)證環(huán)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)評(píng)，如還有較充足的時(shí)間，可再提出諸如“分析三跨薄墩聯(lián)拱橋簡(jiǎn)圖成為幾何可變的幾何尺寸關(guān)系”等引申問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考討論。

第五步，進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)子任務(wù)一，教師直接按小測(cè)情況評(píng)分。對(duì)子任務(wù)二，教師和助教根據(jù)小組間的互評(píng)成績(jī)和教師對(duì)小組的評(píng)分，求得小組得分，再加上每位學(xué)生在組內(nèi)的貢獻(xiàn)成績(jī)(由組長(zhǎng)、監(jiān)督員打分，教師和助教則根據(jù)記錄員上交的、在小組內(nèi)公示通過(guò)的任務(wù)記錄報(bào)告，對(duì)打分進(jìn)行核實(shí))得到每位學(xué)生子任務(wù)二的成績(jī)。最后教師公布學(xué)生此次任務(wù)的綜合成績(jī)(兩個(gè)子任務(wù)成績(jī)之和)和參考答案。

在對(duì)學(xué)生實(shí)施上述混合式教學(xué)后，課程組驚喜地發(fā)現(xiàn)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生小組不單能靈活應(yīng)用諸如虛鉸變換為實(shí)鉸、剛片等效代換為鏈桿、零載法等多種方法，分析有一定難度的超三跨聯(lián)拱橋的幾何組成性質(zhì)，還在回答“為何中國(guó)古代聯(lián)拱橋多數(shù)為奇數(shù)孔橋？”這一問(wèn)題時(shí)，從結(jié)構(gòu)力學(xué)、水力學(xué)、氣候?qū)W、航運(yùn)學(xué)，甚至風(fēng)水學(xué)等多角度給出了合理的解釋。這充分說(shuō)明混合式教學(xué)單元的設(shè)計(jì)兼顧了新舊知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用，而且對(duì)訓(xùn)練學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力具有積極的作用。

有關(guān)課程組在實(shí)施混合式教學(xué)過(guò)程中所參照的建構(gòu)主義認(rèn)知發(fā)展心理學(xué)原理、混合式教學(xué)方案設(shè)計(jì)法、教學(xué)效果分析等更詳細(xì)的內(nèi)容，請(qǐng)參閱文獻(xiàn)[8]，這里不再贅述。

(五)混合式教學(xué)模式的持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化

如前所述，課程組在對(duì)標(biāo)畢業(yè)要求時(shí)，選擇混合式教學(xué)作為主要教學(xué)模式，這必然涉及由前期教學(xué)效果反饋帶來(lái)的后續(xù)優(yōu)化。對(duì)混合式教學(xué)模式的優(yōu)化，借鑒Laurillard在文獻(xiàn)[9]中提出的對(duì)話框架(Conversational Framework)來(lái)實(shí)施，其基本模型如圖1所示。

其中，(1)代表教師向?qū)W生講解知識(shí)；(2,1)代表學(xué)生將自己的問(wèn)題或觀點(diǎn)向教師提出，教師適時(shí)反饋，從而幫助學(xué)生調(diào)整和修正對(duì)知識(shí)的理解；(3)代表教師進(jìn)行示范，為學(xué)生創(chuàng)造開(kāi)展實(shí)踐的機(jī)會(huì)和環(huán)境，或引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展實(shí)踐；(4,3)代表學(xué)生開(kāi)展實(shí)踐，引發(fā)來(lái)自教師或者教師創(chuàng)建的學(xué)習(xí)環(huán)境的直接反饋，從而使學(xué)生調(diào)整自身的行動(dòng)；(5,6)代表學(xué)生向同伴表達(dá)自己的觀點(diǎn)，并從同伴處獲得反饋，進(jìn)而調(diào)整和修正自己的認(rèn)識(shí)；(6)代表學(xué)生獲取同伴所掌握的知識(shí)，從而調(diào)整自身所掌握的知識(shí)；(7)代表學(xué)生和同伴分享實(shí)踐產(chǎn)出；(8)代表學(xué)生通過(guò)觀察、借鑒同伴的行動(dòng)，學(xué)習(xí)同伴的方法，調(diào)整自身行動(dòng)。

該對(duì)話框架用四類(lèi)循環(huán)歸納了學(xué)生在混合式教學(xué)中習(xí)得、探究、實(shí)踐(或練習(xí))、制作、討論、合作等六類(lèi)常見(jiàn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。同時(shí)該對(duì)話框架也可輔助教師了解自己所設(shè)計(jì)的混合式教學(xué)方案采用的循環(huán)是否恰當(dāng)；或者通過(guò)對(duì)某些循環(huán)的重復(fù)和迭代來(lái)加強(qiáng)特定教學(xué)環(huán)節(jié)，以達(dá)到更佳的教學(xué)效果。需要說(shuō)明的是，在一個(gè)教學(xué)單元中并非一定要包含對(duì)話框架基本模型中的所有循環(huán)，而且這些循環(huán)也沒(méi)有固定的次序。如何使用這一框架，完全取決于達(dá)成課程目標(biāo)需要學(xué)生開(kāi)展哪些學(xué)習(xí)活動(dòng)。

例如，課程組在初次實(shí)施“力法的基本原理”這一單元的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果將新知識(shí)的自學(xué)任務(wù)完全交由學(xué)生自學(xué)，再讓他們?cè)谟懻撜n時(shí)講解自學(xué)內(nèi)容，會(huì)出現(xiàn)術(shù)語(yǔ)失范、邏輯混亂等問(wèn)題。課程組與學(xué)生交流后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生并非不能理解知識(shí)點(diǎn)原理，而是作為初學(xué)者要準(zhǔn)確地口頭重述還存在困難。為此，課程組在學(xué)生自學(xué)前增加(3)教師示范環(huán)節(jié)，由教師示范講解應(yīng)重點(diǎn)把握哪些概念和關(guān)鍵點(diǎn)，以及如何理順因果關(guān)系。

(六)混合式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的效果比對(duì)

對(duì)混合式教學(xué)試點(diǎn)班學(xué)生的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)，仍然遵從前述教學(xué)設(shè)計(jì)，即綜合成績(jī)中體現(xiàn)基本技術(shù)能力培養(yǎng)的考核環(huán)節(jié)占比為80%，而體現(xiàn)中高階認(rèn)知能力培養(yǎng)和非技術(shù)能力訓(xùn)練的環(huán)節(jié)占比為20%。具體來(lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)講授式教學(xué)班相比，試點(diǎn)班和傳統(tǒng)班期末筆試考試成績(jī)均占60%，平時(shí)作業(yè)考核亦占10%，試點(diǎn)班只將傳統(tǒng)班期中測(cè)試成績(jī)所占的20%調(diào)整為任務(wù)環(huán)節(jié)成績(jī)的占比，將傳統(tǒng)班考勤所占的10%調(diào)整為線上學(xué)習(xí)和測(cè)試成績(jī)的占比。

在對(duì)數(shù)屆試點(diǎn)班和傳統(tǒng)班的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，采用混合式教學(xué)能夠有效提升成績(jī)中等及其偏上學(xué)生的綜合成績(jī)，但對(duì)前置課程學(xué)習(xí)困難的學(xué)生來(lái)說(shuō)效果仍有限。圖2是2014級(jí)卓越工程師試點(diǎn)班和2013級(jí)傳統(tǒng)教學(xué)002班綜合成績(jī)的比對(duì)，可見(jiàn)前者成績(jī)?cè)?0～100分段的人數(shù)占比相對(duì)于后者顯著提高。

三、結(jié)語(yǔ)

工程教育認(rèn)證是中國(guó)工程教育全面同國(guó)際接軌、實(shí)現(xiàn)國(guó)際領(lǐng)先的基本要求，對(duì)新時(shí)代工程教育的發(fā)展方向有指導(dǎo)和規(guī)劃作用。工程教育認(rèn)證所倡導(dǎo)的“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”等理念，應(yīng)切實(shí)貫徹到現(xiàn)代工程教育實(shí)踐中。

混合式教學(xué)模式在認(rèn)知規(guī)律、個(gè)性化教學(xué)、交互水平、教學(xué)方法選擇的靈活性等方面，都與工程教育認(rèn)證所倡導(dǎo)的教學(xué)理念相契合，因此在對(duì)標(biāo)畢業(yè)要求的教學(xué)改革中，應(yīng)采用混合式教學(xué)模式來(lái)完成課程目標(biāo)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程兼有理論和工程屬性，且以前者為重。根據(jù)該課程特點(diǎn)，在混合式教學(xué)中，選用講授式教學(xué)為主、輔以在線自學(xué)的方式，以加深學(xué)生對(duì)基本概念、原理和方法的記憶和理解，加強(qiáng)學(xué)生中低級(jí)認(rèn)知，提高學(xué)生的技術(shù)能力。此外，應(yīng)通過(guò)任務(wù)導(dǎo)向式教學(xué)，從實(shí)際工程中提煉任務(wù)來(lái)訓(xùn)練學(xué)生的分析、評(píng)價(jià)等中高階認(rèn)知能力，提高對(duì)標(biāo)畢業(yè)要求中學(xué)生應(yīng)具備的解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。在進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生技術(shù)能力的同時(shí)，促進(jìn)其非技術(shù)能力的提升。在教學(xué)方式的改進(jìn)和優(yōu)化上，選用Laurillard對(duì)話框架來(lái)檢測(cè)混合式教學(xué)設(shè)計(jì)是否合理，并根據(jù)教學(xué)單元目標(biāo)合理選用其部分或全部的循環(huán)。

重慶大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程對(duì)標(biāo)工程教育認(rèn)證的教學(xué)改革，2016年至今一直在實(shí)踐中探索，雖然積累了一些經(jīng)驗(yàn)，未來(lái)仍需要不斷開(kāi)拓創(chuàng)新。