基于混合式教學的鋼橋課程教學改革探索與實踐

秦世強 王秋萍

基金項目：湖北省高等學校省級教學研究項目“新工科背景下土木工程專業(yè)一流課程建設與專業(yè)教學改革實踐”（2021113）；武漢理工大學校級教學研究項目“基于混合式教學理念的在線開放課程考核與學習效果評價方式研究——以《鋼橋》為例”（w2018085）

第一作者簡介：秦世強（1987-），男，漢族，安徽肥西人，工學博士，副教授。研究方向為結構健康監(jiān)測。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.12.033

摘? 要：鋼橋是土木工程專業(yè)道橋方向一門與工程實踐緊密聯系的專業(yè)課，教學過程需要引入大量教學案例和實踐案例。采用混合式教學模式改革傳統(tǒng)教學模式，通過引入線上教學資源，引導學生主動學習、團隊學習和探索學習，提升課程教學效率。以武漢理工大學土木工程專業(yè)道橋方向鋼橋教學為例，闡述鋼橋線上教學資源建設、混合教學模式實踐與課程改革成效，并介紹持續(xù)改進方向。問卷調查顯示，學生對鋼橋混合式教學模式較為認可；鋼橋混合式教學模式實踐表明，相比傳統(tǒng)單一講授教學模式，混合式教學模式下學生主動性更強、師生互動良好、課堂效率更高。

關鍵詞：土木工程；鋼橋；混合式教學；在線開放課程；課程考核方式

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）12-0138-04

Abstract： Steel Bridge is a professional course in the direction of roads and bridges in civil engineering， which is closely related to engineering practice. A large number of teaching cases and practical cases need to be introduced into the teaching process. This study adopts the mixed teaching mode to reform the traditional teaching mode， through the introduction of online teaching resources to guide students to take the initiative to learn， team learning and exploration learning， to improve the teaching efficiency of the course. Taking the teaching of Steel Bridge in the direction of road and bridge of civil engineering major in Wuhan University of Technology as an example， this paper expounds the construction of on-line teaching resources of Steel Bridge， the practice of mixed teaching mode and the effect of curriculum reform， and introduces the direction of continuous improvement. The questionnaire survey shows that the students agree with Steel Bridge mixed teaching mode， and the practice of the steel bridge mixed teaching mode shows that compared with the traditional single teaching mode， under the mixed teaching mode， students have stronger initiative， good interaction between teachers and students and higher classroom efficiency.

Keywords： civil engineering; Steel Bridge; blended learning; open online course; course assessment method

近年來，在線開放課程和網絡學習平臺在全世界范圍迅速興起，得到了廣泛的關注和應用。相比傳統(tǒng)課堂面對面授課方式，網絡課程拓展了教學的時空，增強了教學的吸引力，激發(fā)了學習者的主動性，正在促進教學內容、教學模式和方法、教學管理體制的全方位變革[1-2]。在此背景下，教育部和各高校通過一些政策引導，鼓勵高校一線教師建設在線開放課程，促進高校教學方法和模式的變革。例如教育部在2015年出臺《關于加強高等學校在線開放課程建設應用與管理的意見》，明確了在線開放課程的建設要求、重點任務和組織管理方法；2018年，新時代全國高等學校本科教育工作會議在成都召開，發(fā)布《一流本科教育宣言（成都宣言）》，標志著高等教育進入了一個新的征程。武漢理工大學從2016年開始大規(guī)模建設在線開放課程，并陸續(xù)投入實際教學使用。與社會人士完全自主在線學習模式不同，高校學生在利用在線開放課程的同時，也會接受老師面授課程，即混合教學模式（Blended Learning）[3-5]。混合教學是指學生先利用網絡資源對課程內容進行學習，然后教師在課堂上授課、組織學生討論的一種學習模式，這種學習模式使學生變被動學習為主動學習，極大地提高了學生的參與感和主動性，讓學生回歸教學主體地位，有利于學生更好地掌握相關知識[6-8]。盡管已有一批在線開放課程建成運行，但大多在線課程僅作為線上資源供學生學習參考，并未真實投入混合式教學，亦未形成成熟的混合式教學考核方式和學生學習效果評價機制。一方面，混合教學與傳統(tǒng)教學有較大區(qū)別，需要學生主動在線學習，線上提交作業(yè)并完成測試，學生參與度較高，在考核中要充分體現學生主動學習的作用；另一方面，學生學習效果的客觀評價是對課程持續(xù)改進的重要依據；清華大學高等教育研究院的研究表明：隨著國內混合教學改革的深入和推進，如何有效評價高等學校混合式教學的教學效果是當前急需解決的問題[9-10]。

鋼橋是土木工程專業(yè)（道路與橋梁工程方向）的一門專業(yè)課，其既涉及到基本的鋼材材料屬性和連接方式，也涉及到鋼橋結構體系、構造特征與設計計算方法，并且與工程實際和設計規(guī)范緊密聯系。對學生而言，在課堂上要消化吸收鋼橋構造與設計基本理論是頗有難度的。因此，教學模式的選擇對鋼橋的教學效果會有顯著的影響。傳統(tǒng)教學模式為課堂面授結合課后作業(yè)鞏固，在鋼橋教學過程中主要存在如下弊端：一是學生主體地位容易被忽視，學生的學習興趣難以被激發(fā)，導致學生處于被動學習狀態(tài)；二是在當前通識教育的大背景下，專業(yè)課的學時進一步壓縮；在有限的課時內，難以將鋼橋復雜的構造特征和設計理論講解清楚，特別是一些工程案例分析、視頻案例及構造細節(jié)圖片等，都需要充足的課時予以支撐，這就要求學生在課后投入一定的時間；三是鋼橋是一門與實際工程緊密聯系的專業(yè)課，不同學生的學習進度可能存在較大差異，傳統(tǒng)教學模式難以為學生提供差異化、個性化的培養(yǎng)模式。因此，鋼橋課程迫切需要進行教學模式創(chuàng)新，采取混合式教學模式，讓學生回歸學習主體地位，激發(fā)學生的學習興趣和主動性，為學生提供個性化的培養(yǎng)方案。

一? 混合式教學線上資源建設

（一）? 課程現狀分析

在進行混合式教學建設之前，需要對課程進行現狀分析，明確混合式教學能否對課程教學效果起到促進的作用。鋼橋是土木工程專業(yè)道橋方向的一門專業(yè)選修課，開課時間為第6學期（大三下學期），1.5學分24學時，每周3學時，前8周完成課程學習。鋼橋主要選課對象為土木工程專業(yè)道橋方向的學生，共計兩個班，選課人數為60人左右。課程教學內容為鋼橋結構體系、鋼橋連接方式、橋面結構、鋼板梁橋、鋼箱梁橋、鋼桁梁橋及組合梁橋7個章節(jié)，教學目標為讓學生掌握鋼橋基本概念、結構類型及構造特征，熟悉典型鋼橋的設計計算原則。

如前所述，在傳統(tǒng)教學模式下，鋼橋教學存在三方面的問題，這些問題能否通過混合式教學解決，是首先需要思考的。首先，關于學生學習主體地位問題，由于混合式教學要求學生在課前進行課程預習和部分內容自主學習，收集整理學習過程中遇到的問題；在課堂上，教師針對本單元教學內容進行設計，結合學生遇到的問題，采取引導式、啟發(fā)式的手段解決學生學習中的問題，同時對重點內容進行細化講解。可以看出，混合式教學模式下學生需要主動學習、主動提出問題，避免了傳統(tǒng)教學中的被動學習模式。其次，混合式教學能夠有效彌補課程學時不足的問題。通過將部分基本概念放到線上，采用學生自主學習的方式，教師在課堂上能夠就重點難點內容進行展開講解。最后，混合式教學通過分析線上學習數據、課堂中學生的提問，能夠讓教師做到差異化、個性化的培養(yǎng)。

（二）? 線上線下內容劃分

1? 線上線下內容

混合式教學是通過線上自主學習和線下教師講解及研討完成的，需要對線上線下教學內容進行劃分。鋼橋共計7個章節(jié)，將每個章節(jié)作為一個教學單元。混合式教學具體實踐過程中，各教學單元均有線上和線下教學內容；但根據教學內容的特點，分三種形式完成具體教學內容，即線上教學為主、線上線下相結合、線下教學為主。如圖1所示，鋼橋課程前三個單元包括緒論、鋼橋連接、橋面結構，這部分內容主要以基本概念為主，將以學生線上自主學習、課堂研討的方式完成教學。對于鋼板梁橋、鋼箱梁橋和組合梁橋三個教學單元，這部分內容包括構造特征和計算原理，將通過線上線下相結合的方式完成教學，其中，線上部分學生自主學習相關概念、結構構造特征，線下部分教師主講計算原理。鋼橋最后一個教學單元為鋼桁梁橋，該教學單元采用案例教學的方式，要求學生完成一座簡支鋼桁梁的設計和計算分析，撰寫計算報告。由于涉及到規(guī)范閱讀、設計參數確定、有限元建模與調試、報告撰寫等內容，該教學單元以線下教學為主。

圖1? 鋼橋課程教學內容結構

2? 單元知識點

在明確各教學的線上線下教學內容后，進一步對各教學單元的知識點進行梳理。考慮到混合式教學的特點，單個知識點既要有一定的獨立性，確保能夠在一個8～15分鐘的視頻里講清楚，也要讓知識點與前后知識連接起來，將課程內容由點及面地串聯起來。以單元二為例，介紹單元知識點的分解。單元二鋼橋連接共設計了9個知識點，即鋼橋的三種連接方式、三種連接方式的優(yōu)缺點、焊縫分類方法、焊縫適用范圍、角焊縫計算、高強螺栓的分類與表示方法、兩種高強螺栓連接特點與適用范圍和高強螺栓三種設計方法、高強螺栓承載力計算。

（三）? 單元教學目標

為了讓學生明確學習目標，實現學習效果的準確評價，在混合式教學實施過程中，有必要針對各學習單元和知識點制定具體的教學目標。鋼橋的教學目標按照ABCD法制定，即從對象（Audience）、行為（Behavior）、條件（Condition）和標準（Degree）四個基本要素出發(fā)，制定具體的教學目標。采用ABCD法設計教學目標，可以使教學目標做到具體、明確、便于操作，有利于進行教學效果評價。以單元五鋼箱梁橋為例，對“鋼箱梁橋結構形式”制定如下的教學目標：學生通過觀看教學視頻及課堂討論，能夠正確描述鋼箱梁結構形式及其主要優(yōu)點，正確率90%。該教學目標中，對象為學生，對象行為是通過自行觀看教學視頻和參與課堂討論，條件是正確描述鋼箱梁結構形式及主要優(yōu)點；標準是全體學生的正確率達到90%；正確率可根據知識點的難易程度綜合考慮。在制定單元教學目標時，嘗試考慮將教學活動融入教學目標。例如上述教學目標過程中涉及課堂討論，擬討論的話題就作為教學活動進行提前設計。

二? 鋼橋混合式教學實踐

（一）? 混合式教學模式

以武漢理工大學土木工程專業(yè)（道橋方向）2017—2019級學生為對象進行鋼橋混合式教學實踐。混合式教學模式包括線上自主學習和傳統(tǒng)線下課堂兩個部分，通過學生線上自主學習，促進傳統(tǒng)線下課堂教學模式的改革，將傳統(tǒng)課堂的單一教師講課模式變革為教師講授、翻轉課堂和課堂研討模式，激發(fā)學生學習動力，提升傳統(tǒng)課堂效率。在此過程中，所有教學環(huán)節(jié)均圍繞學生設計和開展，突出了學生學習主體地位。為實現上述混合式教學模式，學生和教師需要在“課前”“課中”和“課后”三個維度分別完成課程學習任務，以保障混合式教學的順利開展。如圖2所示，在課前，教師依托在線教學資源，提前下發(fā)任務，監(jiān)督學生學習進度，并進行答疑；學生需要完成老師指定的學習任務，包括閱讀教材、觀看視頻、完成在線練習題和記錄學習疑問等。在課中，教師根據在線平臺記錄的學生學習情況，對掌握薄弱的知識進行加強講解；重點講授課程中關于鋼橋計算原理、案例部分；根據不同單元知識特點，設計翻轉課堂或小組討論，并點評學生成果，加強學生對相關知識點的理解；學生則根據教師指引，完成聽課、課堂討論和課堂演示等環(huán)節(jié)內容。課后，學生在線上平臺完成作業(yè)，在討論區(qū)與同學和教師交流；教師則需要依托線上作業(yè)和課堂表現評估學生對知識點的掌握情況，并進行答疑。時間投入上，課前、課中和課后的時間比例約為1∶1∶1，即學生在課下需要投入兩倍的課程總學時。

（二）? 課程考核方式

傳統(tǒng)教學模式下，鋼橋的課程考核由平時作業(yè)（占總評30%）和閉卷考試（占總評70%）組成，這種考核方式的弊端是忽視了學習過程，無法激發(fā)學生學習動力和興趣，導致大部分學生僅在考試前臨時復習備考。在進行混合式教學改革后，鋼橋的課程考核方式變更為線上學習、課堂演示與討論、課程大作業(yè)3個方面，其中線上學習占比20%，主要考核學生線上預習與學習、線上作業(yè)情況；課堂演示與討論占比30%，主要考核學生就某一知識點的調研、資料整理、團隊合作和課堂演示情況；課程大作業(yè)占比50%，要求學生完成一座指定跨徑的下承式簡支鋼桁梁橋梁的設計、有限元建模和復核驗算，并提交計算書。通過上述考核方式改革，有效支撐了混合式教學形成性評價，引導學生從課程開始到結束的全過程學習。

圖2? 混合式教學模式下教師和學生任務分配

三? 混合教學改革成效

采用問卷調查評價鋼橋混合式教學改革成效。以2017—2019級選課學生為對象，發(fā)放調查問卷，邀請學生評價混合式教學效果。根據2020—2022年問卷調查統(tǒng)計結果可知：大部分學生認可混合式教學模式，認為混合式教學比傳統(tǒng)課堂教學有改進；同時，學生就混合式教學模式給出了建議：①增加線上教學資源，特別是希望能增加一些鋼橋課程知識相關的實際工程案例，以及往屆學生課堂演示成果；②針對鋼橋建模大作業(yè)，增加建模指導資料；③更合理地評價課堂演示和討論成績，如小組成員互評等。課程教學團隊根據上述建議，進行鋼橋混合式教學的持續(xù)改進。

此外，根據工程教育專業(yè)認證理念，本課程按照面向產出的教學質量評價，每學年進行課程目標達成情況評價，并根據評價結果對課程進行持續(xù)改進。2020—2022年的本課程的教學目標均能達成，且在能力目標方面有小幅提升，本課程有效支撐了本專業(yè)畢業(yè)要求的達成。2020—2022年的學生評教上，學生對課程認可度較高，普遍認為課程有挑戰(zhàn)性和收獲感。

四? 結束語

針對鋼橋課程特點及現狀，以武漢理工大學土木工程專業(yè)道橋方向學生為對象，探索了混合式教學模式在鋼橋教學實踐的應用。從鋼橋線上資源建設、教學目標重構、課程考核方式和改革成效方面系統(tǒng)闡述了鋼橋混合式教學改革實踐。可以看出，混合式教學模式在傳統(tǒng)課堂教學模式的基礎上，增加了網絡教學環(huán)節(jié)，對學生的自主學習和全過程學習提出了更高的要求；這就要求教學團隊精心設計課程知識點和課堂研討主題，并從傳統(tǒng)的教師單一授課模式轉變成引導學生學習的模式。混合式教學的教學設計以學生學什么、怎么學和學得怎么樣為主線，充分貫徹了以學生為中心的教學理念。未來，鋼橋課程教學團隊將根據學生建議，加大線上教學資源建設；同時，對標工程教育認證要求，持續(xù)改進鋼橋混合式教學模式。

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