微課教學模式在混凝土結構基本原理課程建設中的應用研究

蔣冬啟，范 進，孫巍巍，周廣盼，陳雪琴

（南京理工大學 理學院 土木工程系，南京 210094）

混凝土結構基本原理是高等院校土木工程專業最重要的專業基礎課程之一，內容涉及土木工程制圖、土木工程材料和結構力學等多門前序課程，并對結構試驗、混凝土及砌體結構設計和高層及特種結構等后續課程有著重要影響，在土木專業課程體系中具有承上啟下的作用。本課程教學內容多、知識點繁雜且綜合性強，與工程實踐聯系緊密，目前采用傳統的大班講授式教學模式在有限的課時內難以達到教學目標要求；此外，混凝土結構理論的不斷發展給本課程教學也帶來一定的難度，學生理論基礎薄弱，難以獨立自主地進行探索式學習。因此有必要對現行的教學模式進行改革，以提高混凝土結構基本原理課程的教學效果。

近年來，微課、微課程的出現推動了教育教學的不斷發展。微課是以5～10 分鐘微型教學視頻為主要載體，圍繞某一知識點而展開的供學生或大眾學習的視頻、動畫等教學資源的組合。微課程是由多個微課按照一定邏輯關系組合，針對一系列知識點而設計開發的在線課程資源。混凝土結構基本原理課程中一些教學單元內容艱澀、知識點繁多，在傳統的45 分鐘課堂教學模式中，學生認知負荷過高，注意力容易渙散，對重難點把握不準。針對混凝土結構基本原理課程的上述特點，微課（程）的“短小精悍”可以很好地解決這些問題，通過將教學內容碎片化、情景化地整合重組，制作一系列可融合于課堂并在線服務大眾的微型視頻單元，以取得更好的教學效果。

本文結合南京理工大學混凝土結構基本原理課程的教學實踐，對微課教學模式在本課程建設中的應用展開研究，以增加學生的課堂參與度并提高教學效率，使學生在有限的學時內獲得更多的專業知識。同時，微課教學模式在混凝土結構基本原理課程建設中的應用探索也可為其他土木工程專業課程建設提供參考與借鑒。

一、傳統混凝土基本原理課程教學存在的主要問題

（一）課時較少與內容較多的矛盾

混凝土結構基本原理課程涵蓋內容非常豐富，通常包括混凝土結構材料的一般性能，混凝土結構受彎構件、受壓構件、受拉構件和受扭構件等基本構件的承載力計算，裂縫和變形的計算原理和計算方法，預應力混凝土結構的分析計算。在本課程的教學過程中，常常伴隨著大量的概念、符號、公式和各類簡化假定；此外，結構構造內容煩瑣零散，規范性條文多，系統性較差。這些都給學生理解掌握相關知識帶來了困難。

混凝土結構理論的不斷發展也給本課程教學帶來一定的難度，既要重點講解計算的基本原理，又要根據混凝土規范的修訂情況介紹相關條文。此外，課程中還有必要根據工程實踐的進步增加對新結構、新技術的介紹，如鋼與混凝土組合構件和BIM 技術在混凝土結構設計中的應用等知識。目前有限的學時也對混凝土結構基本原理的教學方式提出了新的要求，學生既要掌握足夠的基本知識，又要了解一定的前沿知識以適應社會對人才的知識需求。

（二）教學過程師生互動不足

目前國內高等院校的混凝土結構基本原理課程主要采用班級講授式教學，一般采用教師板書、口述并結合以PPT 為主的多媒體教學模式。課堂教學以傳授知識為主，形式單一，師生間的交流互動較少。混凝土結構由于知識點多、難點多且綜合性強，學生不易準確定位重難點，積極性不高；被動接受知識為主的學習過程讓學生對知識掌握效果差，難以激發其學習興趣。

傳統的“教師為主體”的單向教學方式適合普適性知識的傳授，講究知識的層層拓展深入，如高等數學、線性代數等基礎課程。該方式雖然能較好地保證教學進度，但由于師生間缺少交流互動、學生參與度不夠，使其逐漸喪失學習的主動性。對于混凝土結構基本原理課程，許多知識點與工程實踐緊密相關，如結構的性能及構造問題。這些內容如果僅通過課堂講解，學生往往難以識記且對其工程應用理解不深刻。此外，混凝土結構課程由于知識點繁雜，傳統45 分鐘的一節課往往包含多個知識點的講解，較長時間的理論推導，使部分學生學習注意力下降，無法取得良好的學習效果。

信息時代下知識的快速傳播，使部分學生不再滿足于在固定的教學課時內獲取知識，他們的學習過程變得更加跳躍。比如在前期基礎理論教學階段，學生會通過網絡獲取后期復雜的應用知識，甚至對某些前沿技術產生興趣并進行學習；這種跳躍式的知識傳播，對循序漸進的傳統教學體系提出了挑戰。因此，如何在教學模式中加強與學生的互動，充分調動學生主動學習的積極性，使其在較短的學時內理解掌握相對較多的知識，以及采用何種方式將部分專業知識延伸到課外學習，都是值得進一步探討的問題。

（三）課程考核不能反映學生在教學過程的參與度

混凝土結構基本原理課程考核主要由課堂考勤、平時作業完成情況和考試成績組成。在實際教學中發現，考勤只能說明學生出現在教室里，無法體現其課堂的參與度；平時作業可能存在一定范圍的抄襲現象，教師難以準確評估學生的學習效果；考試成績側重于理論知識的考查，學生考前“突擊復習”也可能會取得較好的卷面成績，但無法有效激勵學生參與教學過程并獲得扎實的專業知識。因此，如何改進混凝土結構基本原理課程的考核方式，將考核內容和標準細化到學生對各知識點的掌握程度，使其能真實反映學生在教學過程中的參與程度和專業知識的掌握程度，還有待進一步摸索。

二、微課教學模式的構建

針對當前混凝土結構基本原理課程教學存在的主要問題，南京理工大學在混凝土類課程建設中引入一系列微課（程），通過整合部分關鍵知識點重塑傳統的教學內容，為學生準備“短、平、快”的“碎片化”學習資源，供其靈活自主地按需選擇學習，既可查漏補缺，又能強化鞏固知識，取得了良好的效果。

（一）知識點的選擇

混凝土結構基本原理課程教學單元內容艱澀、知識點繁多，學生在45 分鐘的課堂中，認知負荷過高，注意力容易渙散。本課程團隊在教學實踐中針對性地選擇課程的重點難點制作微課（程）視頻，單個時長約5～10 分鐘，集中講授某一關鍵知識點，促進學生自主學習。

表1 為微課（程）的知識點列表。微課由3 個系列組成，分別為前序課程重要知識點、本課程重/難點和關鍵試驗介紹；微課程包括2 個專題：基本構件的性能與計算和正常使用極限狀態知識，每個專題包括6～8 個視頻。正常使用極限狀態知識專題的首節微課視頻截圖如圖1 所示。

圖1 正常使用極限狀態概述微課視頻

表1 微課（程）知識點選擇

通過將課程中的重難點和關鍵試驗做成單個微課視頻上傳到網絡，要求學生在課前預習及課后復習過程中觀看視頻，明確課外學習的要求，配合課堂講授的同時將學習的主動權交給學生，有效地發揮學生的主體作用，提高課堂效率。在微課制作過程中，對試驗現象等感性認識的內容，采用錄像能讓學生加深印象；對抽象的受力機理等內容通過動畫的方式能使學生的認識更加深刻，從而加深對理論知識的理解。

由一系列視頻串聯組成的微課程自成體系，為本校土木專業學生和感興趣的大眾提供專題知識。在基本構件的性能與計算專題中，微課視頻可以將復雜難懂的問題形象地表達出來，便于學生理解。例如，鋼筋的布置、混凝土的澆筑等視頻形象地表現出了混凝土構件中鋼筋布置及其作用；構件的受力過程和材料應力應變的變化情況通過漸變的動畫播放，讓學習者了解受力破壞的全部過程。此外，在知識點的闡述中，把新方法、新技術和新工藝等前沿知識及時地融入課程之中，激發學生的創新意識，比如在正常使用極限狀態知識專題中，介紹最新的變形監測技術和基于人工智能的裂縫自動識別方法（圖2），以此來擴大學生的視野，激發其求知欲。在微課程專題策劃中，可以充分挖掘蘊含在相關知識點中的德育元素，實現專業教育與思政教育同向同行協同育人的目的，將知識傳授和思想引領融入微課程教學的全過程，潛移默化地培養學生形成良好的職業素養，形成愛國、敬業的情懷，全方位培養全面發展的高素質土木人才。

圖2 基于無人機平臺的裂縫自動識別技術

（二）教學方案的設計

根據課程特點確定微課選題后，需對每一節微課視頻進行教學方案設計。為了增加課程的生動性，應針對微課知識點整理素材課件，收集典型的工程圖片、視頻動畫等輔助資料。以“裂縫”微課為例（表2），在總時長約10 分鐘的教學視頻內包括片頭、課程引入、講解進程、課程總結和片尾共計五個部分。首先，通過圖片的形式介紹生活中常見的裂縫，并說明過寬裂縫的危害。在講解進程中，主要內容包括裂縫的成因、裂縫形成發展的過程、裂縫寬度的計算方法、國內外規范的限值對比和前沿知識介紹；講解的方式包括圖片說明、動畫演示和理論推導等，各部分內容力求言簡意賅，銜接自然。在完成裂縫寬度理論介紹后，通過對比國內外混凝土規范對裂縫寬度的控制標準及計算方法的異同，讓學生了解國內混凝土結構理論的進步，激發民族自豪感。此外，在講解進程的最后一個部分介紹混凝土裂縫識別與無人機、人工智能等其他學科內容交叉形成的新技術、新方法，啟發學生創新思考。結尾宣傳下一個微課，體現真正意義的“微課程”。

表2 “裂縫”微課教學設計

（三）微課效果檢驗

隨著同學期的課程教學，微課程在網絡平臺上線，學生在觀看微課程的同時可以發送彈幕交流，實現實時的線上反饋。此外，通過教學在線平臺發放調查問卷及釘釘群評論等方式，收集學生對微課教學模式的反饋意見，征求學生對教學內容及教學方法的建議。授課教師對線上的信息進行歸納總結，根據相關建議調整課程教學并改善微課質量，形成良性互動循環，以進一步提高混凝土結構基本原理的課程教學質量。

與傳統教學模式不同的是，每個微課單元都會包含一個簡單的考查環節，以考查學生對各知識點的掌握程度。課程建設過程中，考核成績雖然仍包含平時成績和期末考試成績兩部分，但期末考試成績的比例大幅降低；同時，增加微課學習的參與度統計、心得體會和拓展研究報告，并按一定權重進行疊加。通過新的考核方式，教師可以更清晰地了解學生學習的薄弱環節，更好地對課程教學進行調整改進。學生通過微課（程）的自主學習，鞏固課堂上的重難點和知識點，并通過隨堂測驗對學習效果進行檢測。通過“師”和“生”的互動，有效地提高了課程教學效果和學生學習能力。針對上課學生的訪談結果表明，學生對微課教學模式反饋良好；同學期采用線上調查問卷評價方式，學生評教為優秀；通過專題微課程的學習，學生的探索精神和創新精神得到了激發，本班級學生的自愈合式混凝土探索項目在江蘇省高校創新創業“金種子”孵育活動中榮獲五星級項目。

三、結束語

南京理工大學在混凝土結構基本原理的課程建設中，針對性地引入微課教學模式，通過對關鍵知識點的重塑，為學生準備一系列微課（程）教學視頻，供自主選擇學習，提高了學生學習的便捷性與主動性，增加了學生的課程參與度，取得了良好的教學效果。本課程今后仍需進一步在立體教材和線上課程資源方面加大建設力度，使混凝土結構基本原理課程成為深受校內外土木工程專業學生乃至本領域從業者歡迎的課程。