基于信息技術的兩類案例教學法在高職院校《建筑結構》課程中的研究

□張東嶺 張 劍 包 純

（河南水利與環境職業學院）

0 引言

2019年1月24日，國務院引發《國家職業教育改革實施方案》，要求完善職業教育和培訓體系，優化學校、專業布局，深化辦學體制改革和育人機制改革。持續更新并推進專業目錄、專業教學標準、課程標準，深化課程改革，遴選認定一大批職業教育在線精品課程。

在高職院校水利與土木工程專業中，《建筑結構》課程被定位為一門專業必修課，承上作為《工程識圖》和《工程力學》等課程的延續，啟下為《工程造價》和《建筑結構施工》等課程提供理論和實操基礎，該課程在學生職業能力素養的教育中起到不可替代的作用。

1 《建筑結構》課程性質和特點

《建筑結構》課程內容理論性和系統性強，由具有較強抽象性；課程學習中存在“七多”、“兩難”問題，即內容多、概念多、公式多、系數多、符號多、構造要求多、教學環節多等“七多”和容易產生學生難學和教師難教的“兩難”問題。

2 《建筑結構》課程教學質量調研

2.1 從企業視角看課程質量

企業是學生畢業后就業去向的主戰場，崗位是教學成果和人才培養質量的試金石。

研究小組連續3年（2015年至2017年）向河南水利與環境職業學院建工專業學生（2013級至2015級）頂崗實習單位負責人或企業師傅發放調查問卷156 份，調查項包括學生品行、掌握專業理論知識水平、動手操作能力和團隊協作執行能力。其中收回有效問卷148份，問卷中就“掌握專業理論知識水平”項注釋說明為“學生利用在校學習的專業理論課程知識點適用于崗位要求的程度，包括對基本知識點的理解、應用和實踐創新”，可選項分為：很好、較好、一般、較差和很差，該項統計結果如圖1所示。

圖1 學生掌握專業理論知識水平適應工作崗位程度折線圖

由上圖得出結論：用人單位對參加頂崗實習的學生在理論知識水平方面認可度低，根據該項自主性回答發現大多數同學對于專業術語表達不清，基本概念模糊，很少會用基本原理解決實際問題，計算能力也亟待提高。

2.2 從學生視角看課程質量

學生是教育的受眾群體，學生是教學活動的中心，學生的培養質量是衡量教學是否成功的關鍵問題。

研究小組連續3年（2015年至2017年）向參加頂崗實習的學生（2013 級至2015 級）發放調查問卷534 份，調查項包括選擇實習單位滿意度、課程學習與崗位的適應性、現實與預期職業規劃吻合度和自身創業潛力預估。其中收回有效問卷526份，問卷中就“課程學習與崗位的適應性”項注釋說明為“您認為利用在校學習的專業理論課程知識點適應崗位要求的程度”，可選項分為：很好、較好、一般、較差和很差，該項統計結果如圖2所示。

圖2 所學專業理論課程知識點適應崗位要求程度折線圖

由上圖可知，學生自評的專業理論課程知識點適應崗位要求的程度比企業評價稍好，考慮到“自我向好性”因素，基于兩圖走向趨于一致，研究小組認為結論可信。

針對在校期間專業理論課程學習的自主性回答中包括問題有：理論知識點學習難易程度、與實際工程案例結合程度、運用信息化程度、應補充或刪減的理論部分。為了直觀表達研究結論，此處結合本研究課題用圖示引入前三項指標，統計結果如圖3所示。

圖3 專業理論課程學習內容三項指標柱狀圖

由圖示內容可知，在目前專業課程教學中64%的學生認為理論知識點的學習較難，59%的學生認為課程內容與工程案例結合程度較低，69%的學生認為利用信息化教學的的程度不高，說明專業課程教學中要進一步利用信息化手段講清重點，突破難點，多引入案例，增強教學效果，提高教學質量。

2.3 學生學習情況調查

大學對學生影響的大小在很大程度上是通過學習紀律、學生個體的努力程度及參與程度體現出來的?？疾鞂W生的學習結果，還應該納入學生的學習經歷滿意度這個維度，因為學生的學習經歷滿意度直接反映學習者主體的感受和體驗，與學生實際獲得的學分緊密相關，從而被普遍認可為一種重要且客觀的評價尺度。根據《河南省高等職業院校內部質量保證體系診斷與改進工作實施方案》精神，結合近五年學校教學質量監控辦發布的《河南水利與環境職業學院高等職業教育質量年度報告》和研究小組所做的《建筑結構》課程教學記錄，經統計，教學狀況分類敘述如圖4所示。

圖4 《建筑結構》課程三年平均教學現狀重要指標柱狀圖

根據圖示內容，學生出勤情況良好，課堂教學參與度較好，不過積極性較高的學生僅占比22%，期末總評成績不及格率占比稍高。

為了掌握《建筑結構》課程課前課后學生學習和任務完成過程的獨立性情況，針對學生課外預習復習和布置任務完成情況進行無記名全員問卷調查，結果統計如圖5所示：

統計結果顯示，能夠自覺完成課外學習的學生僅占5.10%，高達33.50%的學生不做課前準備和課后復習，作業完成過程中有43.60%的學生完不成任務。

2.4 教授方法調查

結合學校情況，并調研其他同類院校授課方式，目前《建筑結構》課堂教學大多采用教師講授的教學方法，授課計劃安排規范，授課以集中教學為主，以板書和多媒體課件為主要表達介質，教師注重因材施教，循序漸進和啟發誘導。但教學形式單一，理論化程度高，與工程案例化結合少，利用信息化程度低，評判教學成果的方法多以過程考核加期末考核的方式，學生反饋較少，課程參與度偏低，與課程前述過程教學目標偏離較大。

3 教法分析與課程改革

3.1 教法分析

從20世紀末到21世紀初的十多年間，中國教育教學方法經歷了從理論生成到逐步發展，再到逐步深化的階段。但是，現階段傳統的教學方法和教育思想還是備受推崇。教師在講臺上通過系統全面的講解大量的知識，學生在臺下被動的接受，教學形式單一，教學活動重心依舊在教師身上，重視理論知識點的描述，輕視與生動實踐的聯系，語言表述書面化抽象化，課堂枯燥無味，學生理解困難，參與的程度較低，缺少重復學習的條件，再次學習的機會隨著課堂的結束而喪失，創新意識和創造能力淡薄。隨著信息化的推廣，課堂知識點表現介質僅僅是從板書轉換到了多媒體課件。

圖5 課外學習狀況及課程任務完成情況扇形分布圖

3.2 課程改革

美國高教評估專家Astin W.A 在他提出的I-E-O 模型中認為，學生的發展是“產出”（Output），它受到學生的“輸入”（Input）因素和學校的“環境”（Environment）因素雙重影響，是兩者互動的結果。其中，環境因素是過程性因素，是學生在學校環境中的感知因素，課程教學模式和方式是環境因素中的重要元素，對“產出”（Output）有至關重要的影響。

教學中應注重學生對學習方法的掌握和利用。學生通過學習工程案例、企業實踐和自主學習等學習方式，不斷掌握有效的學習方法，并注意對學習方法的總結和提煉，以實現工作后的自主學習和具備終身學習的能力，促進職業的可持續發展。

新形勢下如何銜接人才培養、產業需求與人才創新，全面提高教育教學質量，推動人才創新創業具有重要意義。在職業院校外延使發展基本告一段落的今天，影響人才培養質量的因素不僅是經費投入的多寡，職業教育的內涵建設應為關注的焦點。其中課程質量的提高是關鍵因素，課程教學方式的轉變是核心。

當前，在建筑工程專業中，《建筑結構》課程的設置普遍存在“知識傳遞過于理論化，枯燥化和傳統化”的特點，因此，改革教學模式，注重學生理解能力和實踐能力培養，建立一種“接地氣”的授課方式是課程發展的必然趨勢，也是專業發展的必然要求。創新傳統教學模式，如案例教學法，教師引導學生解決案例，培養學生決策能力、實踐能力和創新能力。對理論知識點進行通俗化改良，緊緊圍繞讓學生“能聽懂”這個教學目標進行授課。普遍應用的多媒體教學能美化教學內容，提升教學效率，豐富教學形式。但教師不能過度依賴多媒體，要克服把課堂教學簡單地化作“讀課件”的過程。應以信息技術為承接載體，去有效的擴大案例化的教學效果。各種教學方法要相輔相成。

課程目標是培養目標的具體化，教學目標是課程內容的具體化。研究小組對《建筑結構》課程知識點進行全面梳理，篩選出學生必須掌握的理論化程度高的關鍵知識點并對其進行信息技術化、生活案例化和工程案例化的構思和設計，其后以信息技術為依托，對關鍵知識點進行“兩類案例化”。理論知識通過信息技術化、生活案例化和工程案例化的融合，能使課程的教學效果達到更優的程度。

4 “兩類案例化”研究成果

4.1 建筑結構基本知識

4.1.1 強度單位

鋼筋和混凝土強度標準值和設計值以及彈性模量的單位均為MPa，1 MPa=1 N/mm2。

生活案例：1 mm2的面積上承受1 N的力，假如18個普通大小的雞蛋重1 kg，2個這樣大小的雞蛋約為1 N。

4.1.2 鋼筋的錨固

鋼筋的錨固是指梁、板、柱等構件的受力鋼筋伸入支座或基礎的現象，目的是使相連構件能共同工作以承擔各種荷載，受力鋼筋伸入支座的長度是錨固長度。

生活案例：我校為方便學生晾曬衣物，在1～3號宿舍樓間搭設了一些晾衣架，晾衣架由兩根混凝土樁和連系樁的鐵絲組成，我們在立樁時，為保障混凝土樁的穩定，需要在地面挖坑把樁底部埋進去一段，這種把樁通過埋設固定的現象就是錨固，埋設的長度就是錨固長度。

工程案例：通過板梁節點、梁柱節點、柱與基礎節點照片講解錨固的概念和形式。

4.1.3 應力集中

應力集中是指結構或構件的局部區域的最大應力值比平均應力值高的現象。應力集中是導致建筑構件發生破壞的原因之一。框架結構柱柱端在水平地震作用下容易發生彎剪破壞，是因為地震能量以波的形式傳遞，從地基到基礎再到柱端，從柱身到樓蓋，截面發生急劇突變，能量堆積，應力集中在柱端，超出柱子極限狀態，發生破壞。

生活案例一：對于煮熟的雞蛋，用手握碎是很困難的，但是拿起雞蛋在桌面輕輕一磕則外殼即破，這就是因為所有的外力都集中在了蛋殼與桌面的接觸點上。

生活案例二：現在許多食品的塑料包裝袋離封口不遠處的邊上都會有三角形的缺口或者一條很小的切縫，沿著這些缺口或切縫撕塑料袋時，在缺口或切縫的根部會由于應力集中而產生很大的應力，因此稍稍用力就可以把塑料袋撕開。但是如果塑料袋上沒有這樣的缺口或切縫，想要撕開塑料袋就很困難了。

4.1.4 徐變

混凝土在長期不變壓應力作用下，其應變隨時間增長的現象稱為混凝土徐變?；炷列熳儠箻嫾冃卧龃蟆?/p>

工程案例：××市市郊有一家水泥生產企業，為了方便水泥儲存和出料建造了數座鋼板庫，為防水防滲鋼板庫基礎及庫底采用鋼筋混凝土結構，上部采用鋼板倉，鋼板庫在生產水泥的過程中用于儲存水泥，水泥從空倉到滿倉需要一個較長的時間段，待倉體儲存滿后，鋼板庫短時間內完全出料。

鋼板庫運行一年后，庫底的鋼筋混凝土結構上出現了一批大致呈水平方向延伸的裂縫。

要求學生運用已學知識解決以下問題：①裂縫產生的原因是什么？鋼板庫有沒有承載的安全隱患？②對以上問題采用什么樣的處理方案？③在以后類似工程的建設中應采取什么措施避免此類問題的發生？

4.2 受彎構件截面承載力計算

4.2.1 彎起鋼筋的作用

受彎構件中縱筋的彎起可以保證斜截面的受彎承載力，也可以協助混凝土和箍筋共同抵抗斜截面剪力。

對于彎起鋼筋能夠有效的抗剪是因為其彎起段和受彎構件斜裂縫基本上垂直或斜交，能夠有效的阻止或者延緩斜裂縫的出現和擴展。

生活案例：當衣服被劃破時，裁縫縫補口子針線的走向與口子垂直比較牢固。皮膚出現磕破或劃傷時，醫生縫針的走向與傷口垂直有利于愈合。

4.3 受壓構件承載力計算

4.3.1 受壓構件斜截面破壞形態

工程案例：①某房屋地下室上部柱端在荷載作用下斜截面破壞。②5.12 汶川地震中某革命遺址底層框架柱端發生彎剪破壞。③5.12 汶川地震中某小學四層框架結構教學樓角柱破壞。④5.12 汶川地震中都江堰某五層框架住宅樓底層角柱節點剪切破壞。

4.4 預應力混凝土構件

4.4.1 鋼筋應力松弛

預應力混凝土構件中，在高應力作用下鋼筋長度保持不變，拉應力隨時間的增長而逐漸降低的現象稱為預應力鋼筋松弛。鋼筋應力松馳會引起預應力損失，采用超張拉工藝可減少此項損失。

生活案例：假設一根皮筋兒自然狀態下長度為10 cm，把皮筋兒拉長為20 cm并把兩端固定，起始用手彈拉皮筋兒時感覺拉力較大，一周之后彈拉皮筋兒時，拉力變小，一個月之后，拉力更小，這種現象就是松弛。

4.5 梁板結構

4.5.1 單向板鋼筋混凝土樓蓋中主梁的布置方向

在單向板肋梁樓蓋進行結構平面布置時，梁格布置應力求簡單、規整、統一，房屋沿寬度方向為整個結構剛度較弱的方向，樓蓋中肋梁的布置能夠增加結構的剛度，因此，肋梁樓蓋中的主梁一般宜沿房屋寬度布置（即與橫墻方向一致），以加強房屋的側向剛度，在房屋受到水平荷載時不至產生較大的側移。

生活案例（現場演示）：把長方體的教室講桌看做一座房屋，沿桌子寬度方法推倒桌子的難度比沿長度方向推倒桌子要容易一些，所以寬度方向是在水平荷載作用下的薄弱方向，為了增加房屋剛度，主梁一般宜沿房屋寬度方向布置。

工程案例：我校南、北教學樓均為“一字型”，東西長南北寬，按以上理論，南北方向為結構剛度較弱的方向，所以房屋樓蓋中主梁跨度都是沿南北方向布置。

5 信息技術的應用

5.1 成果形式

為了方便教學，體現知識點的直觀性，案例化成果以PPT、微課和教學視頻的形式展示，詳見附件。

5.2 傳播媒介

成果的傳播需要平臺，研究成果除了在課堂教學中展示外，上傳智慧職教網和校園課程資源平臺，學生可以實時實地學習。

6 教學方法完善機制的建立及后續工作

評價標準和方法：研究小組對《建筑結構》課程知識點進行分解，結合崗位需求，列出了各關鍵知識點對應的知識與能力目標、方法與過程目標和情感態度與價值目標，標的達成即為標準的滿足。應采取多元的考核評價機制，運用設計任務綜合練習、團隊制作結構構件模型、召開答辯會等多種方式，多維度對學生成績進行合理評價，以提高學生實踐學習的能力為主，強調實踐學習的過程考核評價，培養學生的動手能力和表達能力，弱化期末考試成績。

項目研究僅提供了一門課程教育教學成果和方法的建設思路和模式，由于時間較短，實踐應用不完全充分，如創新創業教育有關工作才剛剛開始，如評價體系在很大程度上只是一個理論上的建構，因此還有待進一步進行實踐。

應用信息技術改變教學模式的研究不夠深入，如何進行數字資源建設、資源平臺建設，為實現混合教學及泛在化學習提供條件尚需繼續研究和探索。

在專業課程教育教學中如何推動現代學徒制，實現以專業為平臺的辦學模式、人才培養模式改革的重大突破，真正實現校企合作尚需進一步研究和實踐。