基于混合式教學(xué)理念的“土木工程材料”課程教學(xué)設(shè)計與實踐

摘"要：隨著新工藝和材料的持續(xù)發(fā)展，“土木工程材料”課程的教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)需求相應(yīng)提升。傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足新形勢的教育要求，主要問題包括理論教學(xué)單調(diào)和實踐條件限制。為此，我們進(jìn)行了基于現(xiàn)代教學(xué)工具的雙維度教學(xué)改革嘗試。我們在理論教學(xué)上采用了結(jié)合多媒體、案例和互動的混合模式，采用生動的方式展現(xiàn)知識并與實踐環(huán)節(jié)相連接。在實驗教學(xué)上，我們改善了實驗室環(huán)境，增加了設(shè)計性的綜合實驗，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動手操作和工程設(shè)計技能。這次改革取得了明顯的成效，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鞏固了他們的專業(yè)基礎(chǔ)，并為進(jìn)一步開發(fā)多元化的工程專業(yè)教學(xué)模式提供了有價值的參考。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；課程改革；信息化教學(xué)；仿真模擬教學(xué)

1"概述

在當(dāng)下時代背景下，土木工程材料課程的教學(xué)面臨著空前的挑戰(zhàn)和需求?？萍嫉某掷m(xù)進(jìn)步和社會的迅速發(fā)展催生了無數(shù)新工藝和新材料，對于土木工程材料領(lǐng)域的專業(yè)知識和實踐能力，提出了更高的要求［1］。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無法完全適應(yīng)這一新形勢，存在著理論教學(xué)單一、實踐條件有限等問題［2］。

傳統(tǒng)教學(xué)方式在理論教學(xué)上過于單一，只關(guān)注灌輸知識，而忽視了實際應(yīng)用訓(xùn)練。學(xué)生只能在課堂上被動獲得知識，把理論和實際工程相聯(lián)系并掌握應(yīng)用知識變得困難［3］。實踐條件的限制也是制約教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力培養(yǎng)的因素之一［4］。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)往往受設(shè)備條件、資源等方面的制約，無法提供真實工程環(huán)境下的實踐操作和設(shè)計能力培養(yǎng)。因此，進(jìn)行“土木工程材料”課程的教學(xué)改革勢在必行。

教學(xué)改革的目標(biāo)是通過引入現(xiàn)代化教學(xué)手段和多元化教學(xué)模式，打破傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合能力［5］。這一改革的必要性體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，隨著新工藝和新材料的不斷涌現(xiàn)，學(xué)生只有了解最新的科技進(jìn)展和工程實踐，才能適應(yīng)和把握行業(yè)的發(fā)展趨勢。其次，培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作和工程設(shè)計能力是“土木工程材料”課程的重要任務(wù)，只有通過真實的實踐環(huán)境和設(shè)計性實驗，學(xué)生才能真正掌握和運用所學(xué)的知識。最后，通過引入現(xiàn)代化教學(xué)手段和多元化教學(xué)模式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高教學(xué)效果和學(xué)生參與度［6］。

教學(xué)改革進(jìn)行了基于教學(xué)手段現(xiàn)代化的雙維度教學(xué)改革實踐，旨在提升“土木工程材料”課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合能力。這一改革實踐為學(xué)生提供了更多實踐機(jī)會和真實工程情境，促使學(xué)生更好地理解和應(yīng)用所學(xué)的知識，為他們未來的工作和研究提供堅實的基礎(chǔ)。通過不斷改進(jìn)教學(xué)方法和推動教育體系創(chuàng)新，我們能夠更好地應(yīng)對時代的需求，培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展的優(yōu)秀土木工程材料人才。

2"理論教學(xué)現(xiàn)代化改革

2.1"多媒體教學(xué)手段應(yīng)用

為提升教學(xué)效果和學(xué)生參與度，我們在“土木工程材料”課程中引入了現(xiàn)代化教學(xué)手段，如微課、慕課、在線自測和討論區(qū)。微課通過生動的視頻形式簡化復(fù)雜理論，吸引了學(xué)生注意力，幫助他們更好地理解和記憶知識。慕課提供廣泛的學(xué)習(xí)資源和自主學(xué)習(xí)機(jī)會，學(xué)生可以自由選擇時間和地點學(xué)習(xí)，并通過在線作業(yè)和測驗鞏固知識、自我評估。在線自測讓學(xué)生通過小測驗或模擬考試檢驗知識掌握程度，便于調(diào)整學(xué)習(xí)策略和加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)；討論區(qū)則為學(xué)生提供交流平臺，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團(tuán)隊合作和溝通能力。

這些現(xiàn)代化教學(xué)手段豐富了課程內(nèi)容和形式，提供了靈活便捷的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生更好地掌握和應(yīng)用知識，同時增強(qiáng)了師生間和學(xué)生間的互動與合作。

2.2"案例教學(xué)法

為將理論知識與實際工程相結(jié)合，我們在“土木工程材料”課程中融入了典型工程案例，以加深學(xué)生對材料特性和行為的理解。通過橋梁、建筑物和道路工程案例，學(xué)生了解不同材料在實際中的應(yīng)用和性能要求，探討材料類型、特性及選用原因，理解材料選擇的依據(jù)和工程設(shè)計的考慮因素。在案例分析中，學(xué)生討論材料的優(yōu)缺點、適用范圍及與其他材料的比較，深入探討材料的特性、強(qiáng)度和耐久性，思考如何選擇滿足實際工程需求的材料。課程結(jié)合案例與理論知識，引導(dǎo)學(xué)生分析問題并提出解決方案，培養(yǎng)應(yīng)用材料知識解決實際問題的能力，提升工程實踐能力和創(chuàng)新思維能力。這種結(jié)合案例與理論的教學(xué)方法，使學(xué)生更好地理解材料的應(yīng)用和性能要求，提高學(xué)習(xí)的實用性和趣味性，培養(yǎng)工程思維和問題解決的能力。

2.3"互動式教學(xué)模式

為促進(jìn)師生互動，我們在“土木工程材料”課程中采用了多樣化的教學(xué)策略，包括提問、小組討論和反饋機(jī)制。提問可以刺激學(xué)生思考，鼓勵課堂討論，并通過開放性問題引導(dǎo)他們深入理解材料概念和原理，還能提升批判性思考和問題解決能力。小組討論通過合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團(tuán)隊合作和溝通能力，為學(xué)生提供互相學(xué)習(xí)和進(jìn)步的機(jī)會。反饋機(jī)制則使教師能及時評價學(xué)生表現(xiàn)，幫助他們發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)差距并調(diào)整策略，同時學(xué)生也能向教師尋求幫助，進(jìn)一步促進(jìn)互動。結(jié)合這些教學(xué)策略，我們成功加強(qiáng)了師生互動，提高了學(xué)生的參與度、批判性思維、團(tuán)隊合作和溝通能力。

3"實驗教學(xué)改革

3.1"優(yōu)化實驗室硬件條件

為了提升“土木工程材料”課程的實踐學(xué)習(xí)體驗，該課程致力于購置新的實驗設(shè)備和更新老舊設(shè)備。購置新的實驗設(shè)備能夠讓學(xué)生參與實際操作和進(jìn)行實驗，以探索材料的性質(zhì)和行為。引入先進(jìn)的測試儀器，如萬能試驗機(jī)、掃描電子顯微鏡等，可以提供更準(zhǔn)確和詳細(xì)的材料測試數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生深入理解材料的特性和性能。

同時，對老舊設(shè)備進(jìn)行更新和維護(hù)也是非常重要的。通過更新設(shè)備，可以提高其穩(wěn)定性、精度和功能，確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。這樣，學(xué)生在進(jìn)行實驗時能夠獲得更好的實驗效果，增加他們對材料行為的直觀認(rèn)識。

購置新實驗設(shè)備和更新老舊設(shè)備的舉措，使學(xué)生能夠親身參與實驗操作，深入了解材料的性質(zhì)和行為。這種實踐性的學(xué)習(xí)方式不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，還培養(yǎng)了他們的實驗技能和問題解決能力。通過這樣的設(shè)備更新和維護(hù)，“土木工程材料”課程能夠為學(xué)生提供更好的實驗平臺，使他們在未來的工程實踐中具備更強(qiáng)的能力和競爭優(yōu)勢。

3.2"增加設(shè)計性綜合實驗

為了培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計實踐能力，“土木工程材料”課程致力于模擬工程實際情境。通過模擬工程實際，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識應(yīng)用于實際問題的解決。課程中可以設(shè)計各種案例和項目，要求學(xué)生考慮材料選擇、設(shè)計參數(shù)和工程要求等方面的因素。學(xué)生需要運用他們所學(xué)的材料知識和技能，提出合理的解決方案，并進(jìn)行設(shè)計和分析。

在設(shè)計實踐的過程中，學(xué)生將面臨各種挑戰(zhàn)和抉擇，需要綜合考慮不同材料的特性、可行性和成本效益等因素。通過與其他同學(xué)的合作和討論，他們能夠共同解決問題，提出創(chuàng)新的解決方案，并評估其在實際工程中的可行性和效果。

模擬工程實際的學(xué)習(xí)過程，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計能力和技巧，還提升了他們的創(chuàng)造性思維和增強(qiáng)團(tuán)隊合作精神。學(xué)生在實踐中不斷探索和嘗試，從失敗中學(xué)習(xí)經(jīng)驗教訓(xùn)，并提升自己解決問題的能力。

通過這樣的設(shè)計實踐教學(xué)，“土木工程材料”課程為學(xué)生提供了一個真實的工程環(huán)境，培養(yǎng)了他們的設(shè)計實踐能力和工程思維。這種實踐性的學(xué)習(xí)方式使學(xué)生能夠更好地理解和應(yīng)用所學(xué)的材料知識，為他們未來的工程實踐打下堅實的基礎(chǔ)。

4"教學(xué)效果評價

根據(jù)以上的改革思維，在云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院兩屆本科生約120名學(xué)生的課程教學(xué)中進(jìn)行了實踐，從四個方面做了問卷調(diào)研，綜合評定學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。根據(jù)調(diào)查問卷的結(jié)果，主要從“理論知識獲取主動性提高”和“實踐操作能力得到鍛煉”討論對學(xué)生學(xué)習(xí)成效的提升。

關(guān)于學(xué)習(xí)興趣和積極性的問卷調(diào)查：

（1）該教學(xué)改革后，你對本課程的學(xué)習(xí)興趣有沒有提高？

A.明顯提高（15分）"B.有所提高（12分）

C.無變化（6分）D.下降（3分）

（2）你主動學(xué)習(xí)本課程的積極性如何？

A.非常積極（15分）B.比較積極（12分）

C.一般（6分）D.差（3分）

關(guān)于知識理解和運用的問卷調(diào)查：

（1）通過現(xiàn)代化教學(xué)手段（如多媒體、案例等），你對理論知識的理解程度如何？

A.理解很透徹（10分）B.比傳統(tǒng)教學(xué)理解深入（8分）

C.差不多（4分）D.理解不太好（2分）

（2）你對所學(xué)知識在實踐中的應(yīng)用能力如何？

A.很強(qiáng)（10分）B.比以前有所提高（8分）

C.一般（4分）D.較差（2分）

關(guān)于實踐動手能力的問卷調(diào)查：

（1）通過設(shè)計性綜合實驗，你的工程實踐操作能力得到鍛煉了嗎？

A.鍛煉很多（15分）B.有一定鍛煉（12分）

C.鍛煉不多（6分）D.幾乎沒鍛煉（3分）

（2）該實驗教學(xué)改革對提高你的動手能力作用如何？

A.作用很大（15分）B.有一定作用（12分）

C.作用一般（6分）D.基本沒作用（3分）

關(guān)于綜合評價的問卷調(diào)查：

（1）你對該雙維度教學(xué)改革的總體評價如何？

A.非常好（10分）B.不錯（8分）

C.一般（4分）D.較差（2分）

（2）你對該改革模式在其他課程推廣應(yīng)用持何種態(tài)度？

A.應(yīng)該大力推廣（10分）"B.可以適當(dāng)推廣（8分）

C.暫時保留（4分）D.不應(yīng)推廣（2分）

通過以上問卷調(diào)查，我們可以從學(xué)習(xí)興趣、知識理解、實踐能力、綜合評價四個維度了解學(xué)生對該改革的反饋意見，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。根據(jù)學(xué)生們的打分，100～90分認(rèn)定為課程改革非常有效，90～80分認(rèn)定為課程改革有效，80～70分認(rèn)定為課程改革對學(xué)習(xí)效率改善較小，70分及以下認(rèn)為該課程改革無意義。

學(xué)生對“土木工程材料”課程雙維度教學(xué)改革的綜合評價情況分布圖

4.1"理論知識獲取主動性提高

根據(jù)問卷調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，共有106位受訪學(xué)生（26位學(xué)生總分在90分以上，80位學(xué)生總分在80～90分）認(rèn)為這次教學(xué)改革提升了他們自主學(xué)習(xí)的積極性，占總受訪學(xué)生數(shù)的92.2%。該結(jié)果顯示，改革在鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)專業(yè)理論方面取得顯著成效。

這主要得益于教學(xué)改革中引入的多媒體視頻微課、案例教學(xué)法和互動式教學(xué)模式等現(xiàn)代教學(xué)手段。這些豐富而生動的教學(xué)方式使理論知識更加吸引人，與實際更加貼近，師生之間的互動也更為頻繁，從而極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和課堂參與度。

此外，微課和案例等教學(xué)資源也為學(xué)生自我在線學(xué)習(xí)提供了更多便利。學(xué)生可以按照自己的節(jié)奏進(jìn)行復(fù)習(xí)、鞏固知識，主動發(fā)現(xiàn)、查詢疑問，深入探索和拓展知識，以建立主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力。

4.2"實踐操作能力得到鍛煉

在培養(yǎng)實踐操作能力方面，問卷結(jié)果顯示，有95名學(xué)生（實踐動手能力部分得分超過24分）認(rèn)為設(shè)立設(shè)計性綜合實驗，挖掘了他們的實踐能力，占比達(dá)到82.6%。因此，改革后的實驗教學(xué)顯著改善了工程實踐能力的培養(yǎng)。設(shè)計型綜合實驗項目模擬工程的真實情況，內(nèi)容豐富多樣，需要學(xué)生涵蓋方案設(shè)計、操作實施、數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)。這不僅加強(qiáng)了理論知識的理解和應(yīng)用，更重要的是，它培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考和實踐操作的綜合能力。通過親身實踐，學(xué)生對實驗原理、操作流程、數(shù)據(jù)收集等環(huán)節(jié)有了更深的理解，實踐環(huán)節(jié)中遇到的問題和挑戰(zhàn)也增強(qiáng)了他們解決實際問題的能力。一些學(xué)生在反饋中提到，這些綜合實驗使他們實際體驗到專業(yè)知識與工程實踐之間的密切聯(lián)系，培養(yǎng)了實踐動手和工程設(shè)計意識?？偟膩碚f，理論與實踐改革已取得良好效果，從根本上提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。然而，仍有14.8%的學(xué)生對改革效果抱有保留態(tài)度或持否定觀點，我們將在未來的改革中認(rèn)真考慮他們的意見，不斷改進(jìn)和優(yōu)化，以實現(xiàn)更理想的教學(xué)成果。

5"結(jié)論

為提升“土木工程材料”課程教學(xué)質(zhì)量，適應(yīng)高素質(zhì)復(fù)合型人才需求，我們實施了基于教學(xué)手段現(xiàn)代化的雙維度教學(xué)改革。在理論教學(xué)方面，引入了多媒體教學(xué)、案例教學(xué)、互動式教學(xué)等混合式教學(xué)模式，以增加課堂活潑性和學(xué)生參與度。在實驗教學(xué)方面，優(yōu)化實驗室硬件設(shè)施，并加入了模擬實際工程狀況的設(shè)計綜合實驗項目，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。改革效果通過問卷調(diào)查進(jìn)行評估，結(jié)果表明，92.2%的學(xué)生認(rèn)為改革提升了自主學(xué)習(xí)的主動性，82.6%的學(xué)生認(rèn)為實踐操作能力得到了提高。

該改革的主要創(chuàng)新點包括：（1）理論教學(xué)采用現(xiàn)代化、多元化教學(xué)手段組合；（2）實驗教學(xué)增設(shè)實踐性綜合實驗提升動手能力；（3）實現(xiàn)理論與實踐教學(xué)的相互滲透和互補(bǔ)；（4）強(qiáng)調(diào)實際操作與理論相結(jié)合的能力培養(yǎng)；（5）關(guān)注提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和實踐操作能力?？偟膩碚f，雙維度的教學(xué)改革全面優(yōu)化了傳統(tǒng)模式，為高水平工程人才的培養(yǎng)奠定了堅實基礎(chǔ)，同時提供了探索多元化專業(yè)教學(xué)模式的參考。我們會繼續(xù)聽取師生建議，做出進(jìn)一步優(yōu)化，以獲得更理想的教學(xué)效果。

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基金項目：云南大學(xué)2022年教育教學(xué)改革研究項目，“新工科”視野下《土木工程材料》課程教學(xué)探索與實踐，編號：2022Y04

作者簡介：任駿（1986—"），男，漢族，北京人，工學(xué)博士，副教授，研究方向：綠色低碳土木工程材料。