多維度改進工科類專業課程教學的思考與實踐
——以土木工程結構試驗課程教改為例

程小春，傅 軍，李 潔

（1.浙江廣廈建設職業技術大學 浙江 東陽 322100；2.浙江理工大學建筑工程學院 浙江 杭州 310018）

國務院印發的《中國教育現代化2035》文件指出，重大科技創新正在引領社會生產新變革，互聯網、人工智能等新技術的發展正在不斷重塑教育形態，知識獲取方式和傳授方式、教和學關系正在發生深刻變革[1]。當前高等教育已進入以提升質量內涵、運用信息化教育手段、接軌國際工程師認證模式的新時代，教師需與時俱進，動態完善教學的內容、方法、采用多元化手段改革教學實踐，強化OBE理念（以學生為中心、成果導向、持續改進）、打造金課、開展互聯網教學。

基于上述背景，筆者以土木工程結構試驗這門課為載體進行了多維度教改實踐，總結出基于多種手段輔助的課程教學實踐。

1 工科類專業課程教學現狀

工科類專業課程教學因其專業培養方案不同，帶來教學方法和手段呈現出個性化：以“土木工程結構試驗”為例，這是一門具有較強工程實踐性的基礎專業課程，包括理論和實踐兩部分教學內容。課程特點是：學時少、交叉和基礎知識點多、實踐性強。課程實踐中存在若干短板：一是實驗室的建設無法滿足日益增多的實驗項目開展，已開展的部分實驗項目具有一定的局限性；二是理論課程的教學方式單一，不利提高學生自主學習積極性和學生科研設計創新能力；三是考核方式單一，無法對學生團隊合作試驗的積極性進行有效監控，也不能真實體現出學生個體對課程內容的掌握程度。上述培養短板往往帶來學生的主動學習興趣不濃、工程意識薄弱、實踐能力差等影響，進而使其對實際工程的掌握和處理能力受到極大的制約[2]。

2 工科類專業課程教學改革策略

參考分析了兩種國外教學模式：SPOC 和BOPPPS。這兩種模式以新的理念和方式重塑大學課堂，實現課堂教學的有效性。

SPOC (Small Private Online Courses)是一種基于學習和合作概念的教學模式。由三個部分組成：理論演示部分、案例分析部分和培訓監督部分[3]。SPOC 是一種可持續發展模式。它創新了教學模式，讓學生和導師共同互動以解決任何問題，這樣不僅提高學生對課程內容的理解，還強調學生完整、深入的學習體驗。BOPPPS 教學模式是一種教學能力提升模式，這種教學模式以學生的需求為教學核心，教師運用現代教育技術，設計出具有創造性、創新性或原創性的微課，發現教學盲點，深化參與式課堂互動理解，提高教學信息反饋能力，從而提高教學質量和學生的學習效果。

結合上述模式，有如下幾個改革實踐點：①將SPOC和BOPPPS 教學模式和翻轉課堂等多種教學模式結合，應用于土木工程結構試驗課程當中，深化教師與學生課堂互動參與，解決課程實踐中存在的問題；②SPOC和BOPPPS模式都強調學生的重要性，在教學模式改革實踐中強調學生在教學過程中的學習體驗，構建有效的深度學習模式，提高課程完成率；③基于兩種教學模式，樹立新的教學觀念，建立新的教學體系。

3 工科類專業課程教學改革思路

3.1 教材建設

傅軍主編的《建筑結構試驗基礎》屬于機械工業出版社的原規劃教材[4]，已經在學校課程中使用8 年。擬在如下幾個方面進行修訂：①土木工程行業許多規范規程已經改版，部分新技術已經廣泛應用，需要在全章節中融入修訂；我國現行基礎設施建設發展迅猛，其中市政公路橋梁工程有著大量的試驗檢測技術需要納入教學內容；隨著我國抗震水準的提高，部分新型試驗內容需要融入修訂；②進行立體化教材和動態化教材建設：例如建設網絡資源、建設微課和云教材等，以此提高教材內容完整性，并且不斷融入專業前沿知識。

3.2 信息化建設

①APP 二次開發：將手機端、電腦客戶端APP 軟件集成，把傳統的課堂教學內容融入現代化的信息設備中，以此來提高傳統的教學效果，增強學生學習主動性；②智慧課堂實現：“土木工程結構試驗”課程采用“翻轉課堂”的教學模式進行教學[5]，提供課堂互動的智能云教學工具，開展互動式、參與式教學，并實現教學行為、學習行為全過程記錄應用。

3.3 試驗內容完善

①增加探究性試驗：結合學生特點與興趣分類開展探究性試驗，試驗設計內容可以參照教師的科研課題、大學生結構設計競賽活動[6]、大學生創新訓練計劃等，并以撰寫論文的形式來檢驗學生探究性實驗的成果；②構建虛擬仿真實驗體系：學生結合已學的建模、有限元、結構電算等知識，對自建BIM 模型進行數值仿真分析，建立自主實踐新模式融入“課堂研討―研學項目―競賽展示―工程實踐”四位一體的培養模式，強化學生的動手實踐能力。

3.4 考評機制改進

為了綜合考核學生學習行為全過程，可從以下幾方面進行考核：①課前考核：考核學生在APP 中電子資源的學習情況，每個學生根據給定的資料，結合所學知識，查閱相關規范，完成相應課前作業，提交指導老師審核批閱；②課中考核：學生出勤情況可采用智慧課堂進行記錄，對每位成員進行試驗過程考核，了解每位成員試驗掌握程度，達到相應的教學考核目的，加強團隊合作的作用；③課后考核：驗證性試驗主要考核學生提交的試驗報告完成情況，探究性試驗則為審核學生完成的相關試驗論文；④達成度評價：根據教學大綱，對教學內容進行劃分，制訂不同的教學目標，對考勤、大作業、開卷考試、實踐技能、評價等方面完成達成度評價。

4 工科類專業課程教學改革實施

4.1 教材修訂

教材按照土木工程專業新規范規程系列編寫，縮減不必要的敘述和案例介紹以及陳舊的內容，增加市政公路橋梁檢測、抗震試驗兩個章節內容。為了避免教材附錄中實驗報告內容千篇一律，教師自主設計常用試驗內容，學生自我選題完成加載方案、測量方案、數據處理、實驗報告的編寫等一系列任務；增加注冊結構工程師考試卷題庫的思考題和案例分析題來與卓越工程師培養目標相對應。根據課程性質引入動態數字教材（云教材），通過二次開發集合到課程APP 云端，方便學生和教師隨時進行調用。

4.2 信息化二次開發

為了使信息化工具更好地契合工科類專業課程，本次改革實踐的重點將放在針對互聯網課程建設工具二次開發方面，采用校企協同建設。具體環節包括：①開發團隊組建：高校方面將組建熟悉軟件客戶端開發過程且對教學理念、方法、內容改革有研究的人員參與團隊；企業方面與有豐富多媒體教學資源制作和客戶端開發經驗的企業合作；②研發路徑設計：高校團隊將根據新教材建設提交課程大綱，合作企業根據需求將相關信息進行整合，進行課程APP 客戶端二次開發設計和調試。

4.3 教學手段二次設計

基于信息化教學的“土木工程結構試驗”教學手段的二次開發設計，是指教師和學生在課程實施過程中，根據課程標準適當刪除、調整和處理內容，采取有效、科學的方法，合理選擇和制訂教學計劃，從而更好地適應具體的教學情況和學生的學習需求。“土木工程試驗”教學二次開發包括基于輔助教學平臺的線上試驗理論、視頻教學和預習效果反饋，試驗操作全面講解，改進虛擬仿真平臺，可視化資源收集，資源與教材的有機整合，習題與配套資源制作等。

5 成效

根據上述思路，在浙江理工大學土木工程專業兩屆學生的課程中進行了實踐，實踐的成效分析如下：

5.1 達成度提高

①立體化教材和動態教材的達成：完成了紙質教材和云教材的緊密結合，也實現了教材內容的實時更新和多元化展示，形成“課前先知、課中感知、課后探知”的學習系統模式，交互式課堂提升；②信息化技術反哺教學能力的達成：互聯網多工具學習平臺建設，對學習內容進行媒體編排與交互設計，以移動終端進行新設計與展示，形成了和諧寬松的教學氣氛，也為教師提供了多元育人的舞臺，使OBE 方式得以實現；③人工智能教學工具的達成：通過檢測系統和反饋機制，全面詳細記錄學生各個教學環節的學習情況、學習進度、學習行為，對學生進行動態和科學考核與評價。

5.2 質量工程提高

①開設探索探究性實驗：轉變學生角色，充分發揮學生的自主性和創造性；同時轉變課堂組織方式，鍛煉學生的自學能力；培養學生勇于探索理論知識的精神；②引入建筑結構試驗應用實例：虛擬實驗/BIM 模型，土木工程試驗與檢測若干完整案例。通過虛擬實驗系統實現知識、活動、實驗、習題等方面的延伸，不斷縮短各類知識與學生接受能力之間的差距。

5.3 消除短板

課程教學改革后，“土木工程結構試驗”課程短板消除情況如下：①實驗室項目單一：結合實際案例設計、云班課設計、數字實驗模擬仿真，豐富實驗項目內容；②理論課程教學方式單一：教學模式改革、立體化教材和動態化教材建設，形成智慧化教學模式，使教學方式多樣化；③考核方式單一：應用云班課經驗值、達成度等形式形成動態科學的考核和評價方案；④課時少、課程內容缺乏系統性：引入云班課、增加了課時和趣味性、提高效率、充實學習內容，加強與其他課程之間連貫性。

6 展望

后期還要持續改進的環節包括：①完善虛擬仿真實驗存在的弊端，需要改進研發標準、完善運行機制、提高資源共享和利用率，針對虛擬仿真實驗，大力開發基于軟件工具的二次開發技術；②強化網絡教學平臺開發，提高用戶操作響應要求，增大系統設計最大用戶數及同時在線人數；③改善工具界面，設計新呈現模形式，使信息單元多以模塊化、專題化形式展現。