土木工程材料混合式案例教學模式研究

摘要：本文以土木工程材料課程為例，基于課程類型、教學問題、教學邏輯設計、課堂教學組織結構重構、評價優化等方面的研究分析，結合混合式教學的線上優勢，解決專業課程教學中抽象原理不易理解、實踐操作難以精準指導等問題，提出包含“案例分析-探究操作-交流剖析-鞏固提升”四個環節的案例教學流程，構建專業課程混合式案例教學模式。

關鍵詞：教學模式；混合式教學；智能工具；案例教學

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.16.094

線上線下混合式教學是教育現代化建設的發展方向，教育部近幾年來，在加強高等學歷繼續教育、課程思政、精品在線課程建設、建設學習型社會等一系列指導性文件中，強調突出重點加緊促進線上線下教育融合發展，推動教育數字轉型、智能升級、融合創新，支撐教育高質量發展。《中國教育現代化2035》提出要充分利用現代信息技術，豐富和創新課程形式，創新人才培養方式，推廣啟發式、探究式、參與式、合作式等教學方式。

實踐性是一切工程教育的本質屬性，將實際工程問題以案例教學的方式引入到工程教育之中，能夠有效培養學生獨立解決復雜工程問題能力。在混合式教學飛速發展的環境下，采用案例教學模式，能在激發學生主體性同時有效解決傳統教學模式中，諸如案例成本高、不直觀、難以理解等問題。探索混合式教學條件下案例教學模式，有助于學生完成學習知識構建、思維培養和能力提升。

國內外眾多教育學家相關研究成果主要有：考慮學生個性化學習需求，突出教學案例資源設計人性化特征；基于數字化學習環境技術特征，對教學案例進行可視化描述；大力投入相關課件和教學案例的開發。相關研究主要發展方向包括：從學生素質、教師能力、教學環境、課程特征等方面分析影響案例教學效果的主要因素；將學生并入課程建設者中，設計智慧型、友好型等教學案例方法；從學生的主體性、參與程度、學習興趣探索學生從傳統學習方式向信息化學習方式轉變的途徑。

1土木工程材料課程案例教學模式構建研究設計

1.1課程類型確定

土木工程材料是土木工程的物資基礎，土木工程材料課程是土木工程各類專業的必修基礎課，在工程實用性與學術理論性兩方面特色突出。根據課程教學內容和教學目標，課程分為工程基本概念類和工程分析及能力提升類兩類。工程基本概念類以教師講授為主，主要針對土木工程材料組成、及結構特征與其力學性能、物理性能、熱學性能、耐久性能等的各種概念、設計規范、計算公式及工程應用的學習，使學生了解基礎科學概念。工程分析及能力提升類以師生互動為主，強調學生自主完成，將零散知識構建為知識體系，并對實際工程案例可以進行清晰獨立的分析、設計和驗證，能夠根據工程實際情況合理選擇和使用材料，以培養學生系統性思維能力。

1.2教學模式構建路徑

以培養學生關于土木工程材料相關知識的運用能力、思維能力以及實踐能力為目的，探索教學模式的改進。工程概念類課型主要在于激發學生的學習動機、掌握工程知識、理解工程問題，最后開展與完成工程案例教學活動。強調提供學習框架和探究環境，構建以問題驅動的教學模式。工程分析及能力提升類課型，主要提供相應的思維導圖，梳理知識體系，結合講授和訓練，利用線上教學提供工程案例的學習環境，并利用平臺的智能診斷與指導功能，及時為學生提供反饋。

1.3教學模式構建實證

教學模式使用過程中進行滾動式效果實證。實證工作主要考慮：考慮提高教學效率、改變學習方式等，對教學活動途徑和方法作系統調查與改進；利用教學平臺數據對教學路徑進行優化探索；對學生工程案例線上完成過程中得到指導的途徑方法進行探索；線下教學對線上教學應用的反應和配合方法。

2學生接受混合式案例教學模式的可能性分析

對2022級學生采用混合式教學，由于平時長期接觸網絡，加上疫情期間網上學習的經歷，網絡工具運用在他們學習中有著重要作用。通過問卷調查，擁有智能手機的比例達到100%，擁有筆記本電腦或平板電腦的比例也達到79.6%，在開展混合式教學所需的硬件設施方面沒有障礙。學生使用網絡學習并解決學習問題的比例為：經常性23.7%，時常性43.2%，偶爾19.4%，從不13.7%。說明學生比較熟練地使用電腦或手機學習和提交作業。學生認可網絡學習的便利性和互動性且充滿興趣。

案例教學是提升學生邏輯思維能力與獨立進行工程任務、解決工程問題的能力，培養良好的工作習慣和科學態度。傳統教學模式中，工程案例依靠教師通過線下教學的方式進行演示講解，以文字或圖片為主要媒介，直觀性差，教學效果不佳。混合式教學可以為學生提供工程情境，利用多種方式親歷、感知、參與等活動來完成提出假設、驗證假設、得出結論的流程，從而理解知識內涵。促使學生通過沉浸式學習，提升認知能力。受訪學生普遍認可類似教學方式。

3教學活動流程設計

基于混合式教學的案例教學模式和課程教學內容的特點與要求，設計主要包含“案例分析-探究操作（核心環節）-交流剖析-鞏固提升”4個環節的教學流程。

案例分析環節基于基礎工程知識，教師進行學情和學習任務分析，設計學習邏輯，編制學習任務單，通過線上預習的方式，以文檔、圖片和視頻為載體，向學生推送具體案例情境視頻與問題清單，布置工程案例任務，創設學習情境，在情境中引入問題，激發學生的好奇心和求知欲，啟發學生獨立思考探究問題，鼓勵學生先行提出猜想與假設，為后續研究作準備。案例分析部分，為突出混合式教學線上教學直觀性強的優勢，以線上發布視頻為主。視頻要“短而精”，時長以60秒左右為宜，最長不宜超過120秒，以體現“碎片式學習”的特點。視頻內容要能引起學生的好奇心、學習欲。視頻以傳統工藝和現代創新問題呈現，激發學生想了解、想學習、想知道、想利用所學專業解決問題的熱情。

在探究操作（核心環節）環節中，教師設置線上課前猜想與問題，線上線下教學并行，組織學生自主設計方案并根據方案探究操作，引導學生思考完成工程案例方案。利用線下教學“面對面”的特點，使用場景化案例深化學生對知識的理解，引導學生從全局的角度理解材料相關問題和知識，形成系統化的知識體系。組織學生分小組進行相關討論，交流自己的觀點與困惑。期間教師可以進行巡視或參與討論，不急于下定論，注意結合線上系統采集學生過程性的數據與資料，觀察學生在討論中的陳述和反應，對有困難的同學及時提供視頻講解或指導。在學生形成初步結論階段，注意引導學生思考可能發生的變數或不同解決辦法，提出改進方法和策略。此環節可能需要經歷多輪反復，確保學生經歷知識凝練、問題發現、解決問題。在現代智慧校園普及化的趨勢下，教學形式上提倡“能用視頻就不用圖片，能用圖片就不用文字”，利用現代化教學手段，使用視頻，動畫，有條件時可以考慮使用VR等方式進行展現，形式上由呆板枯燥轉為生動活潑。可利用現今學生熱衷拍攝短視頻的風潮，鼓勵學生借助視頻剪輯等方式剪輯教學短片，由學生做教案，在師生的互動中，培養學生的學習熱情和學習習慣。

交流剖析環節在線下教學中完成，教師可以與學生交流評估，充分理解案例工程問題并總結解決情境中的實際工程問題的方法原理。從教師方面進行拓展提升，對學生方案進行分析、改進及拓展，深入交流和探討，并作出評價。學生可以通過組間交流交流，以及教師引導講解，進一步深化知識的理解和認識。

鞏固提升環節旨在通過工程案例深化擴展訓練，構建知識理論與實際工程問題深入的聯系。著重考慮學生在充分掌握知識的基礎上，培養解決實際問題的能力。教師在線上平臺上提供知識測試題和網絡資料資源。線下組織學生回顧知識點，通過思維導圖的方式幫助學生構建知識體系。學生在GnAD2NfzL//UPvMVFi273F0Iasjucdau0+WaC6FIsI4=線上完成教師發布的教學復習任務并接收反饋結果，對于掌握尚不到位的知識內容通過觀看網絡資料資源等方式進行差異化、個性化的復習鞏固，線下教學中利用思維導圖進行知識梳理，構建學科知識體系。

4教學環境技術支持

教學環境的技術支持主要是針對線上教學部分而言。混合式教學中的案例教學模式主要功能包括智能學習功能、線上仿真教室、預習復習操作系統功能三類。

案例分析環節中，需要利用實際工程視頻支持教師創設問題情境，幫助學生感知問題情境，激發學生思考。線上學習要體現“碎片式學習”特點，選擇的工程案例視頻展示必須“短而精”，切忌體量大時間長。學生需要思考的主要問題為項目案例基本情況、相關問題設計、存在的困難等，核心是相關問題設計。

探究操作環節中，需要突出工程案例的實時性，拋出一個或一類工程中出現的問題或現象，再從土木工程材料的角度，進行線上討論，解決現實問題或解釋工程現象。討論中鼓勵不同的意見和解釋，以達到舉一反三，提煉和升華知識點。支持學生利用虛擬仿真教室，進行獨立探究；利用虛擬智能功能，對學生在完成過程中操作正誤給予相應的及時反饋；利用數據統計與分析功能，分析與檢測學生完成情況，幫助教師進行個性化指導；利用網課、微課資源，提供包括方法原理、知識鋪墊、解決綱要、參考思維導圖等視頻內容，使學生在探究過程中，可以隨時進行微視頻學習，并在視頻指導下完成自主學習；利用交流展示功能，支持學生小組內合作交流，補充和完善結論。

交流剖析環節，利用交流展示功能，鼓勵學生展示階段性學習成果，促進學生進行自評與互評；利用演示功能支持教師演示，輔助學習。可以利用隨機點名、搶答、卡牌式互問等游戲式練習方式活躍學習氛圍。

鞏固提升環節，利用知識梳理功能，支持學生梳理本節課程知識體系，總結知識點之間的關聯關系，利用思維可視化的呈現，構建化學學科的知識體系。利用信息化技術手段，定期將學生單元練習轉化為數據圖表化，并實時反饋學生，教師依據學生學習情況針對性地進行個性化答疑輔導。

注：1、布置工程案例任務與要求；2、提供學習資源；3、學習與思考，提出初步設想；4、梳理學生設想結果，引導學生設計方案；5、學生組內交流與討論；6、學生自主進行設計；7、接收學生問題；8、提供探究工具和資源；9、發布學習視頻、引導學生體驗情境；10、自主完成工程案例方案設計；11、進行過程中，組內交流設計階段性結果，動態糾錯；12、組內交流中意見分歧或發現錯誤的修正；13、在學生遇到困難時，提供必要的輔導與支持；14、得到最終設計結果；15、組間交流、提出疑問；16、組織分享、總結擴展；17、展示交流、解決實際工程問題；18、工程案例學習總結；19、評價指導，系統梳理；20、學習反思、鞏固能力。

5教學實施效果

為驗證教學效果，把同一年級先修課程成績相近的兩個班級分為實驗班和對照班，其中實驗班進行混合式案例教學，對照班進行傳統教學。學期結束后，對學生進行閉卷考試，整理考試成績結果，并進行獨立樣本T統計檢驗，表示顯著水平的P值為0.002，遠小于0.05，說明實驗班和對照班成績有顯著差異性。檢驗結果如表1所示。

教學課程組邀請資深教師、專家，深入教學各階段，聽課、評課和課后深入訪談并進行課程成效分析。對于參與課程教學的同學，以問卷調查和訪談結合的方式，從學習興趣、學習動機、課堂學習情況、信息技術支撐資源及工具、學習資源需求等方面分析目前教學主要的問題。最后請教師和學生從教學目標、教學內容、教學策略、教學過程等4個方面展開系統評價。評價體系如表2所示。

6結語與建議

從教學理念、課程類型和內容、教學組織重構與優化、教學活動實施方法、信息技術應用方式等方面，構建線上線下混合教學案例教學模式。通過將知識還原為問題和任務的方式激發學習動力，為智慧教學實踐提供參考。

以土木工程材料課程為例，分析學生在專業課程學習中應用信息化技術和手段將專業學習數據化、直觀化，設計智能技術支持下的教學模式，從學習邏輯設計、數字賦能教學、課堂教學組織結構重構等方面提出專業課程案例教學模式的構建思路。

線上線下混合式教學模式要求教師要有較高信息化教學水平，案例式教學方式需要教師不斷關注學科前沿技術與成果，深入企業調研實務工作，更新、發展、完善課程資源。

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