水工程計算機技術與應用課程的線上-線下混合式教學研究探討

李 穩 曹 藝 仲慧 赟

（1.常州大學環境與安全工程學院，江蘇 常州213164；2.常州大學城市建設學院，江蘇 常州213164；3.山西工程科技職業大學設備工程學院，山西 晉中030006）

0 引言

給排水科學與工程專業培養適應國家現代化建設需要，德智體美全面發展，具備較好的自然科學與人文社科基礎，具備計算機和外語應用能力，掌握給排水科學與工程專業的理論和知識，獲得工程師基本訓練并具有創新精神的高級工程技術人才。畢業生應具有從事給排水科學與工程有關的工程規劃、設計、施工、運營、管理等工作的能力，并具有初步的研究開發能力。

在信息化時代迅猛發展的當下，教學手段和教學形式發生了巨大變化，線上課堂、微課等網絡課堂形式層出不窮，傳統的課堂教學已不是掌握知識的唯一學習方式。針對2021年春季國內的“防疫”要求，在教育部“停課不停學”的指導方針下，國內高校暫時停止所有課程的面授教學，在學生返校前將所有課程轉移到網絡平臺上。這就加快了信息化手段在教學當中的應用，形成了“信息技術+傳統教學”的教學模式，“互聯網+”“雨課堂”“慕課”“愛課堂”“超星學習通”“騰訊會議”等一系列在線教學模式和手段大量涌現，如何將“線上”教學的多元性、靈活性與“線下”傳統教學的重點性、約束性有效結合，是當前工作者不斷探索的領域[1]?！熬€上”教育和“線下”傳統課堂教學并非兩個獨立存在的教育系統，兩者應當相輔相成，相得益彰?！熬€上”教學模式更能開拓學生的思維和眼界，增強學生之間的合作溝通和表達能力，提高學生自主學習的積極性；“線下”教學模式所擁有的師生之間的情感互動卻是線上教育無法替代的[2]。

《水工程計算機技術與應用》是一門建立在廣泛的理論基礎上，又依賴于專業課，且實踐性很強的課程。其任務是通過本課程的學習使學生初步掌握專業應用程序設計的基本理論、基本步驟、基本方法以及上機操作的基本知識與技能，以便使學生能在畢業設計中使用計算機，使學生初步具備專業應用程序設計的能力，切實提高在專業工作中應用計算機的實際能力，以適應今后的工作。因為該課程本身就和計算機密切相關，所以采用線上教學不像其他課程，特別是實驗課程，顯得過于困難重重。根據2021年春季的“防疫”實際情況和政策，采用線上講解理論知識、編程思路，在學生返校后進行線下上機實驗的線上線下混合模式，更易對學生編程過程中發現的問題及時當面指導、訂正和解決。

1 《水工程計算機技術與應用》課程體系

1.1 教學目標

發展學生采用多種方法特別是現代信息技術，收集、篩選社會信息以及解決問題的能力；培養學生樂于學習，具有科學態度和創新精神；培養學生掌握給排水中常用的數值計算及其程序設計基本思路；培養學生掌握計算機在給水工程和排水工程中的應用方法。

1.2 教學內容

1.2.1 教材選擇

目前專門針對給排水科學與工程的計算機教材比較少，相關的可選擇教材主要有：教材a——中國建筑工行業出版社出版的《給水排水工程計算機應用》（第二版）（彭永臻主編），教材b——機械工業出版社出版的《給排水工程計算機應用》（趙星明主編）等?？紤]到教材a中編程大部分用的是FORTRAN語言，而學生按培養方案學習的是更常用的Visual Basic語言，而教材b選用的Visual Basic語言，是以該課程按照教材a的基礎知識架構和思路，輔以教材b的相關內容，在對各種計算進行程序設計時采用Visual Basic語言進行[3，4]。

1.2.2 參考書

參考書主要是關于Visual Basic語言編程方面，電子工業出版社出版的《Visual Basic程序設計教程》（6.0版）（第5版）（劉瑞新主編），《Visual Basic程序設計教程》（陳華生主編）等，或者其他Visual Basic語言編程教程都可以。

1.2.3 先修課程

該課程為多門先修課程的綜合運用。要求的先修課程如下：

數學方面：高等數學、線性代數、概率論和數理統計以及數值分析等；

專業課程：水力學、水文學與供水水文地質學、水泵與水泵站、給水排水管網系統、水質工程學、建筑給水排水等；

計算機語言：大學計算機基礎及VB程序設計。

1.2.4 教學主要內容及知識架構

主要涉及內容包括：計算機在給水排水工程中的基本應用，VB程序設計基礎、常用數值計算及其VB程序設計（函數插值與曲線擬合、非線性方程數值解、數值積分等），曝氣池中氧轉移系數的計算及其VB程序設計，城市給水管網平差的VB程序設計。

1.2.5 課程研究內容及重點

課程學習后，學生可在課程設計或畢業設計中的相關階段運用計算機求解曝氣池中氧轉移系數或進行管網平差計算。

重點難點內容即為在計算機上按照教材中給出的編程思路，用VB語言做出函數插值與曲線擬合、非線性方程數值解、數值積分等數值計算方法的程序設計，并最終做出曝氣池中氧轉移系數計算的程序設計和城市給水管網平差的程序設計。

2 教學方法及考核

2.1 教學方法

該課程注重學生的實踐能力，所以基礎知識應結合動手能力進行。采用線上理論教學與線下實踐教學相結合的混合式教學模式，通過線上布置預習任務、理論學習、課堂討論、線下上機實踐等教學環節，使學生在掌握專業理論知識的基礎上，獲得計算機程序設計技能，能夠應用給排水科學與工程專業常用軟件進行設計、分析和模擬計算，解決工程復雜計算問題的能力。

線上教學由“超星學習通”實現，將錄制好的教學視頻提前發布在學習通中，并發布預習任務、課后練習，學生帶著問題預習，課后及時完成練習題任務，鞏固課上知識。通過學生上課時間簽到、超星后臺的各學生學習時長和情況，來把控課堂質量，因無法在后臺看到學生是否在“空看”視頻，故在錄制視頻時會在重點內容處設置提問環節，提到的學生可以在QQ群中給出答案；同時引導學生在QQ群中展開討論，從而實現學生的有效學習管理，并提高學生學習的積極性。

另外，錄播回放是“線上”教學一大特色，學生們可以在課后進行復習時，對課堂進行“復盤”，查漏補缺，做到有的放矢、事半功倍。

2.2 考核

線上理論講解各種計算方法的解題思路和編程思路，線下采用分組的形式進行上機實驗，不同組采用不同的案例，進行VB程序設計。平時成績根據上課表現、出勤情況、線上簽到情況、作業（練習）質量等綜合考評。

考試考核以筆試+上機的形式進行。具體實施情況見表1。

表1 考核成績評價表

3 混合式教學模式下教學效果分析

采用平時成績（30%）、上機考核（30%），以及試卷考核（40%）的考核方式，在考試難度與傳統線下課堂教學相當的前提下，混合式教學模式下的班級學生成績分數段顯示成正態分布，80分以上的學生占比高于傳統線下課堂教學將近10個百分點，學生整體掌握情況較好。傳統線下課堂教學以面授為主，有利于教師把握學生學習過程，并及時解決學習中遇到的問題；而線上教學增加了教學手段的靈活性，特別是有助于教師與各種性格的學生交流溝通，在線下不好意思溝通時可以通過在線上無需“面對面”交流解決，激發了學生學習和探索的主動性。線上-線下混合式教學模式對于教學效果起到積極作用。

4 教學體會

春季課程結束后，發現學習成果和學生參與度超過預期，但線上教學存在的內在局限性，依然存在一些不足。

存在的問題及改進建議如下：

（1）課程課時24個學時，課時較少，理論和上機時間都有限，只能針對給水工程和排水工程中的個別問題進行程序設計，具有一定的局限性?？稍陂_課前利用課下時間把VB編程的內容做個練習，回顧之前學過的VB語言編程知識點，盡量不占用本課程的課時時間。

（2）考核是對教學和學習效果的考察，合理考核尤為重要，如何充分考查學生學習掌握程度、杜絕死記硬背不加思考的復習方式，仍然需要思考、實踐、改進。

（3）線上教學模式依然在摸索中，如何提高大多數學生的學習積極性和課堂參與度，也仍需要思考、實踐及改進。

5 結語

水工程計算機技術與應用為應用型的專業課程，進行教學研究非常重要，并且適當時候要進行合適、合理的改革，力爭在有限的課時時間，達到良好的培養效果，培養學生能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜給排水科學與工程問題；并能夠針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。

傳統課堂是灌輸式教學模式，學生習慣于盲目接受缺少思考，線上教學提供了更大的信息量，可以靈活運用線上教學的各種信息化方式，引導學生被動學習變主動學習?！熬€上”教學方式，是積極主動應對疫情的好做法，是創新也是探索，保障了教學秩序；“線下”教學方式，是根本，保障了教學質量。要發揮好“線上”的優勢，讓抽象的概念理論鮮活起來，讓學生更容易理解接受，同時，要強化“線下”教學，師生面對面地互動交流，可以營造良好的學習氛圍。

傳統的線下教學具有不可替代性，新型的線上教學也具有獨特的優勢。利用互聯網，為線下課堂插上“翅膀”。“網絡對話代替不了面授機宜，傳統課堂推翻不了網絡教學”，“線上”與“線下”教學兩者雖然形式上有區別，但存在共性更多，其實是相輔相成、相得益彰。如何開發“線上”教學的優勢，更好地服務于“線下”教學，是教育工作者們正在探索、思考的課題。