基于MOOC的混凝土結構課程混合式教學設計與實踐

徐禮華，池 寅，劉素梅，方 梅，胡曉斌

(武漢大學 土木建筑工程學院，湖北 武漢 430072)

課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量。課程建設是高等學校基本建設的核心內容，是人才培養落實落細的關鍵環節，也是推進高等教育創新、深化教育教學改革、全面提高教學質量的重要途徑。2019年教育部發布《關于一流本科課程建設的實施意見》(教高〔2019〕8號)指出，一流課程建設的內容要以新理念引領課程建設，以目標為導向加強課程建設，“實施學生線上自主學習，與線下面授有機結合，開展翻轉課堂、混合式教學，打造在線課程與本校課堂教學相融合的混合式‘金課’”。混合式教學模式集中了線下和線上教學各自的優勢，而翻轉課堂要想取得良好的教學效果就必然要求高質量的線上教學資源。

MOOC (Massive Open Online Course，大規模開放在線課程) 的出現，掀起了教育界教學模式的大變革。這場變革不僅僅是教育技術的革新，更是帶來了教育觀念、教育體制、教學方式、人才培養過程等方面的深刻變化。自2008 年大規模開放式在線課程MOOC的首次出現以來，MOOC的迅速發展對高校、教師和學生都產生了很大的影響，結合“互聯網+”的時代背景，教師的授課方式和學生的學習方式都發生了很大的改變。同時，MOOC的出現也為混合式教學提供了新的發展機遇。

目前，混合式教學已成為高等教育創新的熱點，它整合了在線教學與傳統課堂教學的雙重體驗，將傳統教學的優勢與網絡化教學的優勢相結合，既發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。

武漢大學混凝土結構課程組秉持“以學生為中心、以成果為導向”的教學理念，依托 MOOC 平臺提供的“富媒體”教學資源，以土木工程專業為試點，結合專業基礎課程混凝土結構基本原理，開展了線上教學與線下教學相融合的混合式教學設計與實踐。線上教學以MOOC為核心，輔以作業、測試、討論、答疑，配備了5名助教，協助主講教師開展線上教學工作，與學生互動保證線上教學效果。線下教學采用多媒體課件與板書相結合的方式進行，利用“雨課堂”工具，通過課堂交流、分組討論、分工合作等形式，營造互動、開放的“教”與“學”氛圍，有效提高教學質量。

一、基于OBE理念的混合式教學內涵

我國提出新工科建設旨在應對新一輪科技革命和產業變革 ，培養適應第四次工業革命發展的具有創新能力的工程科技人才。為適應“新工科”建設要求，很多高等院校對學生的培養模式做出了相應的改革。同時，在“互聯網+”的時代背景下，伴隨著各大網絡教學平臺的推廣應用，如何借助新興教學平臺輔以培養學生的實踐能力和創新能力是急需解決的問題。興起于20世紀90年代的OBE教學理念(Outcome-Based Education，成果導向教育或目標導向教育)，指引教師以培養學生能力為導向開展教學活動，近年來被國內廣大高校所借鑒與運用，并在人才培養方案制定和教學改革中取得了較好的成效。OBE理念提倡以學生為中心，以成果為導向，開展教學過程設計并持續改進。而在“新工科”建設背景下，要求從學生的知識、能力、素養培養三方面規劃課程目標，培養復合應用型創新人才，整個教學過程需要緊緊圍繞設定的課程目標進行。基于OBE理念的教學是一種教育范式的創新。在這種教育模式下，對學生的知識、能力、素養三方面的培養主要涵蓋：(1)記憶與理解，培養扎實的專業理論基礎和知識技能；(2)動手與實踐，培養自主學習、主動探索和應用知識的能力，進而培養思辨和創新能力；(3)自省與內化，培養求真的學術素養和寬廣的專業視野。這使得教學過程必然會產生師生雙方頻繁的溝通、講解、評價、研討活動，而MOOC的出現使得這些交流互動成為可能，為OBE教學模式的實施提供了便利。基于MOOC的混合式教學，不僅是線上網絡教學形式和線下實體課堂教學形式的混合，更是線上與線下教學方式、教學內容等的深度融合。它包含“教”與“學”兩個層面。其中，“教”強調教師在混合式教學過程中的教學設計，“學”則是混合式教學的主要內涵。師生間的新型交往關系成為混合式教學的主體基礎。學生并不單純是消極被動的和被改造的客體，而是在理解的基礎上具有主觀能動地接受教師的教育。這種新型教學范式下，強調“以學生為主體、以教師為主導”， 課堂是共享智慧的課堂，每個學生都是參與者，都是教學的主體。一方面，在整個教學活動中能夠充分發揮學生的主動性，激勵學生勤學、悅學、會學，讓學生積極參與課程教學活動。另一方面，教師已不再是知識的唯一傳播者，而是作為整個課程學習的引路者與指導者，根據實際教學需求與學生的反饋及時調整教學內容與教學方法，進而實現教師愛教、樂教、善教，達成探索性和啟發性教學。此外，基于MOOC的混合式教學形式亦是多樣的，既可以將MOOC的部分內容應用于課程教學，也可以將一整門MOOC打包到課程教學之中；既可以整合多門MOOC，也可以將MOOC和其他教育資源融入傳統教學。它同樣涵蓋了線上和線下的混合，課內和課外的混合，主動與被動的混合。師生的交往關系已不再局限于課堂和教室，突破了傳統課堂對教學時間和空間的限制，通過信息化手段把傳統課堂與在線課堂有機結合，制作微課，翻轉課堂，選擇適合的課堂教學方法和手段，科學設計課程考核內容和方式，使學生不僅能夠突破被動灌輸知識的局限，而且能潛移默化收獲科學的思維方式，全面提升自我學習和管理能力。教師也能有更多機會與學生保持良好關系，最終使學生更好地掌握專業技術技能。

二、MOOC課程建設

混凝土結構是土木工程專業的核心專業課程，其目的是通過講授混凝土和鋼材的物理力學性能、各類基本構件及結構的受力性能與設計方法，培養學生的工程意識、創新意識，以及應用所學知識解決實際問題的能力。混凝土結構是一門理論性、實踐性、邏輯性、嚴密性、綜合性都很強的課程，內容涉及數學、材料力學、結構力學、土木工程材料，涵蓋結構、構件、構件截面、材料等多個相關聯、不同層次的研究對象。此外，課程必須符合我國現行的10余部相關規范和規程，如《混凝土結構設計規范》等。

武漢大學混凝土結構課程于2009年獲批“國家精品課程”，2013年獲批“國家級精品資源共享課程”“湖北省精品資源共享課程”。2019年3月獲批武漢大學MOOC課程建設項目。該MOOC課程建設的資源包含教學大綱、課件、視頻、作業及測試題庫。MOOC課程的設計與制作過程主要涵蓋知識點分割、腳本設計、課件制作、視頻錄制、后期編輯及上線運行六個部分。課程組針對MOOC課程的特點，基于OBE(Outcomes-based Education)理念，根據本課程對土木工程專業畢業要求的支撐，明確本課程的目標和教學內容，圍繞主要教學內容，以知識點為基本單元，對原有知識進行劃分、重組，保證每一個知識點的相對獨立性并體現知識點之間的前后關聯性，突出重點和難點，共梳理了32個知識點，每個知識點內容在20分鐘以內。在此基礎上，從學生的視野思考如何講授每個知識點，考慮學生的思路和認識問題的方法，把空洞的知識點和枯燥的知識結合實際，盡量以口語化的語言寫成腳本，然后由課程組集體討論，經過反復修改后定稿。課件的制作過程中，將展現內容與腳本一一對應，同時美化課件中數學公式、特殊符號及關系圖等。在錄制視頻之前，課程組反復討論錄制方式及注意事項；錄制過程中，堅持以突出教學效果、有效溝通為原則，選擇最佳教學呈現模式。后期編輯階段，課程組仔細觀看每個視頻，并通過討論提出修改意見，再由制作公司進行針對性修改。最后，為學生創造自主學習的良好環境，精心編寫教學大綱、習題、試卷及他學習資料，并將其與錄制的視頻一起作為線上資源，依托愛課程網站的中國大學MOOC上線運行。

三、混合式教學設計與實踐

(一)混合式教學設計

傳統的教學模式以教師為中心，以傳授知識為主，不利于激發學生學習的積極性和主動性。混合式教學模式由“以教為主”轉向“以學為主”。教師由課堂講授者轉變為“導學者”和“助學者”，教師的主導作用體現在“學習環境的創造、學習進程的促進及學習活動的管理等方面”。混合式教學在教育理念、教學設計、教學過程、教學策略、教學評價等方面都要求教師保持與時俱進的精神狀態、培育改革創新的基本素養、投入持續而長久的精力和時間。在高校的混合式教學實踐中，教師發揮著重要作用，設計混合式教學的實施過程是關鍵。

設計混合式教學實施過程的首要任務就是理解學生的觀點，把提升學生學習動力作為整個設計的指導原則。從學生的角度出發，設計的模式和解決問題的方案與學生所關心的事物完美契合，那么學生就會有動力學習并渴望學習。

為了給學生提供一個體驗式學習，線下課堂授課采用多媒體課件及板書相結合的方式進行，采用互動模式開展課堂問答及討論，“線上”觀看視頻(微課), 知識點專題講解，布置作業，以鞏固課堂教學效果，改變以往“課前放任、課上放松、課后放羊、課考放水”的局面，如圖1所示。

圖1 混合式教學模式

教師的水平顯著影響學生的成績。混合式教學能否發展壯大，教師至關重要。可以采取以下方法重塑教師的職責，最大程度激發教師的工作熱忱。(1)培育優秀教師并擴大優秀教師的影響力；(2)促進教師個體的專業化分工，即讓教師選擇以下工作：專注于教學內容設計和負責課程建設的專家；擔任小班班主任；設計工程試驗的教師，為在線教學補充內容；為學生帶來生活智慧和人生導引的導師；評判作業或設計評估模式的教師；(3)讓教師組建教學團隊或課程組，分工協作；(4)向混合式教學團隊放權。

(二)混合式教學實踐

(1)合理安排，明確目標。針對課程的特點和總學時數，課程組集體討論課程的教學安排，確定線上教學和線下教學的內容及學時，制訂教學日歷；根據MOOC中32個知識點的學習內容和學生具體情況，提出自學目標和任務。學生根據學習目標和任務，觀看視頻，可自主控制學習的時間、地點、方式及進度，完成線上自主學習和對應的作業、測試，并及時參加線上討論，提出線上學習遇到的問題。安排一位在線教師和數名研究生助教，完全通過網絡指導學生，與學生互動、批改作業，引導學生獨立思考，提高學生分析問題、解決問題的能力。并根據平臺統計數據和學生的反饋信息及時了解學生自學情況，為下一階段的課堂教學提供參考。在線教學可以是同步的，學生和老師實時互動，也可以是異步的，學生和老師的交流不同步。在當下移動互聯時代，課程組利用線上網絡交流工具，以了解和掌握學生的學習狀態為出發點，提供針對性更強的教學服務，進行更加合理的教學安排，提出明確的教學目標。這種模式對教師而言，可以減少對教師課堂教學技能的依賴性，提升教師課堂知識傳授效率。對學生而言，重要的是他們在教室中能夠以較高的思維活躍水平與授課教師開展交流，從“帶著耳朵”上課向“帶著腦子”上課轉變。

(2)突出重點，用心引導。由助教收集學生在線學習過程中遇到的問題，并歸類整理，主講教師根據學生反饋信息、課程目標要求，突出課程的重點、難點，以及學生共同感到困難的問題，把知識概念化、條理化和系統化。按照結構—構件—材料這一主線幫學生理清思路，認識結構，知道結構是由構件組成的空間體系，構件是由材料制作的，如何制作就涉及設計方法的問題。在材料層次，重點是鋼筋的應力-應變關系曲線的特點和數學模型，混凝土的強度和在荷載作用下的變形性能、應力-應變關系曲線的特點和數學模型，鋼筋與混凝土的粘結，這是兩種物理力學性能完全不同的材料能夠一起工作的基礎。在構件層次，重點是構件(受彎、受壓、受拉、受扭)的受力特點、破壞形態、承載力計算的截面內力計算簡圖及計算方法等。其中，受彎構件正截面受彎承載力是混凝土結構設計原理中最重要的一部分，這是因為：(1)適筋梁正截面受彎的三個受力階段具有普遍意義，它揭示了混凝土結構的基本屬性；(2)學生從學習均質彈性材料的材料力學課程到鋼筋混凝土材料的混凝土結構基本原理課程，在基本概念、計算方法及構造要求等方面都需要有一個轉變的過程，在這一過程中，這一部分內容起著關鍵性的作用；(3)對學習偏心受壓和偏心受拉具有重要的影響；(4)受彎構件正截面受彎承載力計算是實際工程設計的“基本功”，為引導學生運用所學的力學知識，理解和掌握受彎構件正截面受彎承載力的內容，課程組對這部分內容進行了條目式梳理(圖2)，將均質彈性材料梁和鋼筋混凝土材料梁的正截面受彎性能進行了對比分析，如表1。

圖2 鋼筋混凝土適筋梁正截面承載力基本知識的梳理

表1 鋼筋混凝土適筋梁與均質彈性材料梁正截面受彎性能的比較

在線下授課時，課程組教師在班級中利用清華大學“雨課堂”工具開展教學互動。重點講解學生預習中反饋的問題和預習教學資源中標記“不懂”的地方，精準解決學生模糊不懂的知識點。同時針對每節課中涉及的重要知識點，大約設置2～3個簡單練習題(類型涉及選擇題、主觀題和判斷題，以選擇題為主)，需要學生用手機在限定時間內(0.5～2 分鐘)完成答題。隨后，教師對每道題答案分布的柱狀圖進行PPT投屏，實時了解課堂上學生對知識點的掌握情況。學生自己也能實時了解課堂中自己以及其他學生對重難點知識的理解情況。當正確率較低時，教師還可進行實時調整，及時找到學生錯誤認知的原因，開展互動交流，并加以更正和引導，實現課堂知識的消化。與此同時，教師可以在課后針對性地進行教學總結，一方面改進教學方法，提高教學水平。另一方面，幫助學生及時發現問題并開展有針對性的復習。學生課堂回答問題的正確率將與期末成績掛鉤，以此引導學生注重平時學習，避免考前臨時抱佛腳現象。

(3)布置案例，精心點評。按照OBE理念，以學生為中心，課程教學設計主要取決于學什么，教學過程主要取決于怎么學。教師不僅教授學生知識，更要注重培養學生運用知識解決實際問題的能力。課程組在線上布置案例式作業，以學生所在的教室為例，在給定樓面梁的幾何尺寸、活荷載、恒荷載，讓學生進行梁的設計，包括選擇混凝土強度等級、鋼筋級別，求受力鋼筋等。學生完成作業后，教師在課堂上講解、點評，指出不對之處并講解正確做法。在點評中啟發學生思考問題，尤其在一些關鍵點上和學生面對面交流。鼓勵學生積極、愉快地參與，激發內驅力，甚至主動發起課堂互動交流，從而真正融入到課堂教學中。

(4)分組討論，掌握知識。學生要真正掌握知識，就要通過討論、辯論了解知識的內涵，培養舉一反三的能力和運用知識解決復雜工程問題的能力。課程組根據課程內容，結合最新科研成果，設計開放式題目，如：“分析混凝土結構的優缺點，談談如何揚長補短”“基于可持續發展理念淺談混凝土結構未來發展”“根據結構設計原則，談談如何在安全可靠與經濟合理之間尋求最佳平衡點”等。對學生進行分組(自由組合或教師安排)，每組學生針對開放式題目展開討論、辯論，在此基礎上總結形成解決方案，然后由教師評價和講解。當講解告一段落后，教師適當留給學生一定的討論時間，在討論中發現新的問題，也可以向學生提出新的問題，然后師生共同參與討論。教師最好提前準備一些難度較大但又不超出學習內容的問題，增強討論的針對性，避免因為目標不明確而盲目討論。教師還可開啟“雨課堂”投票功能，讓學生投票，增強學生學習的信心，激發學生參與討論的熱情和學習的主觀能動性，提高課堂的專注度和興奮度，充分發揮學生在教學中的主體地位。

(5)分工合作，培養能力。通過項目合作，培養學生的團隊協作能力和探索研究能力。課程組根據課程教學目標，以“鋼筋混凝土受彎構件斜截面破壞形態及破壞機理”“鋼筋混凝土偏心受壓構件正截面破壞形態及破壞機理”研究項目為載體，讓學生以組為單位，圍繞項目討論研究方案，分析關鍵問題，自己設計試驗，基于試驗數據進行分析，在分析的基礎上總結破壞形態，闡明破壞機理，突破關鍵問題，達成研究目標。

(6)反饋信息，評價效果。在教學過程中，為加強師生之間的溝通和交流，課程組建立了QQ群以方便學生在學習過程中與主講教師或助教在線交流，反饋學習情況。此外，組織召開專題座談會，主講教師、助教和學生代表就混合式教學中存在的問題進行坦誠交流。根據反饋信息，及時改進教學方式方法，并建立教學效果評價方法。將線上學習(B1)和線下學習(B2)設為準則層，將平時作業成績(C1)、討論區表現成績(C2)、期中測試成績(C3)、反饋問題成績(C4)和期末考試成績(C5)作為指標層，采用層次分析法建立各指標權重，運用模糊綜合評價法進行多層次綜合評價，從而對混合式教學效果進行有效分析評價。同時通過學生問卷調查，分析學生學習效果。

課程組在基于MOOC的混凝土結構混合式教學實踐中，提升了學生課堂內的思維活躍水平，形成了師生之間、學生與學生之間的多方信息互通交換。開展混合式教學改革無疑對教師的教學技能提出了新的要求，若要駕馭這些看似“混亂”又頗有章法的教學設計，教師必然需要投入更多的時間和精力，教師在教學過程中持續創新和改進教學方法，將在處理課堂時間、協調在線教學內容、提供充足的課外支持、評價學生的學習準備情況、熟練運用移動互聯新技術等方面面臨更大的挑戰。

四、結語

教學實踐表明，依托混凝土結構基本原理MOOC 進行線上線下混合式教學，讓學生走上講臺、參與課堂教學，有助于實現“以教為主”轉向“以學為主”，實現知識、能力、素質的有機結合，培養學生解決土木工程專業復雜工程問題的能力，確保了學生在學習過程中的主體性。通過“雨課堂”開展互動，既可以讓教師實時了解學生對知識點的掌握情況，又可以鼓勵學生之間充分交流，實現小組協同學習，幫助學生理解和掌握課程內容，實現探究學習，主動建構知識。在混合式教學模式下，教師作為學生的引路者與指導者，可以根據實際教學需求與學生的反饋信息，及時調整教學內容、改進教學方法，真正實現以學生為中心的教學理念。