土木工程专业课程混合式教学模式探究

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摘要：土木工程是一个应用型较强的专业。在工程教育认证理念的驱动下，在疫情防控常态化的现实背景下，以东北电力大学土木工程专业开设的钢结构设计课程为例，介绍了专业课程开展混合式教学设计的方法和和疫情期间的教学实践经验。研究表明，在工程教育认证理念下混合式教学模式可以更好地培养学生解决复杂土木工程问题的能力和团队协作能力。

关键词：工程教育认证；土木工程；混合式教学；成果导向教育

一、概述

我国从2016年成为工程教育“华盛顿协议”的第18个成员国以来，工程教育认证工作开展的如火如荼。土木工程专业从1995年即开始开展专业评估，取得了良好的效果[1]，经过多年摸索，很好地实现了由专业评估向工程教育认证的过渡。工程教育专业认证的核心理念是以学生为中心、以能力产出为导向和持续概念。这三大理念经过实践证明，在提高人才培养质量方面成效显著，已逐渐深入人心[2-3]。混合式教学是面授与在线教学的有意融合[4]，从MOOC（大规模在线开放课程）概念被国内接受，到“后慕课”时代的SPOC（小规模限制性在线课程）的强势崛起，尤其是2020年，全世界都经历了疫情的考验，一方面极大推动了这种教学模式在中国的发展步伐[5]，但另一方面也面临着迅速扩张所造成的“水土不服”和“生搬硬套”等问题[6]。如何引入工程认证核心理念，全面拓展混合式教学模式的内涵，提高混合式教学在学生能力培养方面的成效具有重要意义，也是高等教育研究者、实践者和管理者应该共同关注的焦点[7-8]。

二、课程混合式教学设计

土木工程课程体系包括通识教育课、专业基础课和专业课三部分，其中专业课普遍体现出理论性弱而实践性强的特点。如《钢结构设计》课程，该课程在大三下学期开设，40学时，其涉及的基础理论已在之前开设的《钢结构基本原理》课程中完成了学习。本文将以《钢结构设计》课程为例，提出了将工程认证理念引入专业课程混合式教学设计的一种新模式，并介绍疫情期间课程的混合式教学探索和实践。

（一）教学目标设计。开展课程教学设计首先需要明确课程的教学目标。从传统角度来说，课程的教学目标在于使学生掌握钢结构设计的具体方法，熟悉设计规范的应用和概念设计基本规定。在本专业开展了工程教育认证后，对课程在人才培养中的地位和课程教学内容进行了深度的分析，确定了以“问题分析能力、工程设计能力、团队协作能力和终身学习能力”为导向的四位一体的教学目标，着重培养学生工程意识和解决复杂土木工程问题能力。具体如下：

1.能够通过文献检索和资料查询，对钢结构厂房、大跨结构和多高层结构的结构体系及主要构件进行选型和方案对比，并能够确定合理的设计方案（支撑毕业要求中的第2条：问题分析能力）；2.能够设计符合构造要求的钢屋架杆件和节点，能够在了解荷载、钢结构设计等相关技术标准的基础上，设计钢结构轻型门式刚架和吊车梁结构，并理解规范规程在设计中的作用和地位（支撑毕业要求中的第3条：工程设计能力）；3.具备优秀的团队协作能力（支撑毕业要求中的第9条：团队协作能力）；4.具备高效地自主学习能力（支撑毕业要求中的第12条：终身学习能力）。

（二）教学设计思路。为了实现上述课程目标，基于工程教育认证理念，按照如下思路进行了课程的教学设计：1.以学生为中心，以能力培养为导向，重点培养学生解决实际工程问题的能力。将课程的核心教学内容设计为五项任务。学生是完成任务的主角，通过自学和团队协作完成五项任务。教师主要扮演三个角色，第一，布置任务，并结合教材和规范，对设计的重点和难点进行讲解；第二，组织学生进行讨论，回答学生提出的疑问；第三，对学生完成任务的情况和存在的问题进行总结。2.注重课程的高阶性、创新性和挑战度的设计。设计的任务各组均不相同，任务具有开放性，体现复杂土木工程问题，工作量饱满，不提供“模板”，需要学生花费较大精力，经过深入思考、讨论和文献查阅工作才能完成，具有较高挑战度。3.注重团队协作能力的培养，各任务环节都要求通过团队协作的方式完成。4.积极探索课程思政在钢结构设计课程中的实施方案。

（三）信息技术在混合式教学中的应用。通过“线上MOOC+线上面授+线下学习监控+线下讨论”四个平台开展疫情期间的SPOC混合式教学：1.平台1：“学堂在线平台”，作为学生进行线上慕课学习的主要平台。MOOC选用了西安建筑科技大学杨俊芬等老师主讲的“钢结构设计”课程。2.平台2：“钉钉直播平台”，作为对学生进行线上面授的主要平台。用于课程总结、难点讲解、重点强调和课上答疑讨论。3.平台3：“超星网络教学平台（学习通）”，作为学生线下学习和教师对学生学习质量监控的主要平台。用于课程资源（包括课程ppt、教学视频、规范、图集和设计手册等参考资料）、课堂管理、测验、作业布置和提交。4.平台4：“聊天软件平台（QQ群/微信群）”，用于通知、线下答疑和合作学习讨论。钢结构设计课程共计40学时，MOOC，直播课和合作线下学习的比例如下图1所示。

（四）课堂教学设计。为了确保MOOC学习的效果，加强对学生混合式学习的引导和监控，“面授”环节是不可或缺的。一般情况下，面授应该在线下“面对面”进行，主要进行课程重难点解析，答疑，作业总结和布置任务等。在疫情背景下，可以采用包括钉钉直播、腾讯会议等平台进行。网络直播课可分为三类：第一类为成果展示与任务总结型直播课堂；第二类为重点知识讲解强调型直播课堂；第三类为答疑讨论型直播课堂。第一类：成果展示与任务总结型直播课堂，共8学时。其中，钢屋盖设计的两个任务（任务1和任务2）完成后，用4学时进行展示和总结；吊车梁设计（任务4）完成后用2学时展示和总结；轻钢结构设计（任务5）完成后用2学时展示和总结。第二类：重点知识讲解强调型直播课堂，共5学时，对五个任务相关的重点、难点，分别用1学时进行讲解。第三类：答疑讨论型直播课堂，共2学时，期中安排了一次针对钢结构屋盖设计的讨论答疑，期末安排了一次针对吊车梁、轻钢结构、大跨结构设计的讨论答疑。另外，为了体现以学生为中心和能力导向，发挥课程对学生的团队协作能力的培养，本课程共设计了5个循序渐进的合作学习任务，如图2所示。这些任务不是简单的课后作业，任务中体现了开放性、综合性、创新性和挑战性，不是简单的套用公式就可以完成的，也不是一个人就可以完成的，需要学生充分的发挥主观能动性和团队合作完成。虽然只安排了10个学时，但学生需要花费数倍的时间去思考和准备，具有一定的挑战性。使用了学习通中的“分组任务”功能，每2-3人为一组，每个小组都要求建立自己的微信群聊，方便合作学习的沟通交流。这种合作学习的方式可以极大调动学生的学习热情，锻炼学生解决问题的能力和团队协作能力。

（五）评价体系与过程考核。正常情况下，课程的期末成绩由以下三部分组成：1.期末试卷（50%），主要考核学生对概念设计的理解和对重要规范条文的运用能力，题型参考注册结构工程师考试试题。2.合作学习表现（25%），其中每次学习任务的完成情况占5分，由教师进行评分，小组所有人都得到同样的分数。另外，期末由组员依据各自在合作学习中的表现进行互评，结合教师课堂观察，对学生在小组中的表现给予评价，并依据评价结果对合作学习表现得分进行折减。3.自主学习表现（25%），其中慕课学习表现占10分，由结课后学生给出平台的成绩明细截图确定；网络教学平台测验占10分，依据学习通的5次课堂测验成绩给出；网上讨论占5分，依据学生在课程QQ群发言的活跃度评价。由于疫情原因，期末考试这种考核方式效果不佳，因此对考核评价方式进行了调整，取消了期末考试，建立了能够综合衡量学生疫情期间线上学习表现的成效的评价体系。课程的期末成绩由以下三部分组成：1.合作学习表现（占50%），其中每次学习任务的完成情况占10分，由教师进行评分，小组所有人都得到同样的分数。另外，在结课后，由组员依据各自在合作学习中的表现进行互相评价，依据互评结果给定合作学习表现的贡献系数。组员互评结果分为四档，A（能引领小组完成任务），贡献系数为1.0，B（能积极参与小组任务，做出重要贡献），贡献系数为0.8，C（能参与小组任务但积极性不足，对任务有贡献），贡献系数为0.6，D（拒绝参加小组任务，对任务没有贡献），贡献系数为0。将贡献系数与合作学习任务成绩的乘积做为这部分的成绩。2.自主学习表现（占30%），其中“学堂在线”学习表现占10分，由结课后学生给出平台的成绩明细截图确定；课堂测验占10分，依据学习通的5次课堂测验成绩给出；钉钉直播平台课堂提问表现占5分，由教师记录；QQ群的讨论参与情况占5分，由QQ群统计的学生发言活跃情况判定。3.学习成果答辩（占20%），主要考核学生对概念设计的理解和对重要规范条文的运用能力，采用钉钉直播的在线会议功能进行。答辩包括1道必答题和1道选答题，必答题由教师制作题库和题签，学生抽签答题，重点考核学生对课程重要概念和知识点的掌握，以考核“术”为主要目标，即重点考核学生怎么做的问题；而选答题具有一定难度，需要学生对概念有较深的理解，以考核“道”为主要目标，重点考核学生为什么做的问题。另外，通过答辩，教师也可以判断学生互评结果的可靠性。

（六）引入课程思政。2020年3月7日，福建省泉州市一钢结构宾馆发生倒塌，本课程立刻布置作业，让学生上网检索事故原因，并安排学生观看了一些事故视频。并安排了专题课，为学生讲解宾馆倒塌的原因。一方面，对事故原因的分析使他们对钢结构稳定、结构体系概念等的理解更深了一层；另一方面，事故造成29人死亡的事实和现场的一片废墟对学生造成了巨大的冲击，使他们更加认识到了作为一名土木工程师身上的责任之重。这项教学活动很好地将课程思政融入了教学中，起到了很好的效果。

三、混合式教学成效

（一）直播课堂效果。直播“面授”是在学生开展了自主学习和合作学习之后进行的，教师对重难点的讲解更有针对性，学生能够带着问题听课；针对作业和合作学习任务的讲解也能让学生对号入座，清楚找到自己作业中的问题；答疑环节能够及时回答学生的疑问。学生整体上对直播面授这种形式是非常认可的，认为这种方式与线下面授基本能够达到“实质等效”。

（二）慕课学习效果。慕课学习后台具有大数据统计功能，可以监测学生的学习效果。期末统计后，学生均观看慕课视频时间12.7小时，课后习题平均得分率83%。学生们对慕课的反响都很好，觉得慕课“重点突出”“可以重复多次学习”“资源丰富”等。

（三）合作学习效果。使用学习通进行合作学习任务的布置、提交和评分，确保按时提交合作学习成果，从提交的成果看，虽然任务很重，但学生完成的都非常认真，图文并茂。在完成任务的过程中发现问题，看慕课、找资料、同学间讨论、问老师等，真正做到了“做中学”，学生解决复杂工程问题的能力得到了很好的锻炼。学生能够根据任务进行合理的团队分工，团队协作能力也得到了很好的锻炼。

（四）线下讨论效果。使用腾讯QQ群作为线下讨论的主要平台，布置讨论任务，60%以上的学生能够在群众积极发言讨论。针对泉州钢结构宾馆倒塌的讨论除了让学生对钢结构稳定有了更深层次的理解外，也有效培养了学生的责任感。另外，QQ群自带的成员管理功能也为定量统计学生讨论的活跃度提供了方便。

四、结束语

综上所述，混合式教学模式统筹利用了各类网络教育和服务平台，绝大多数学生都能够积极参与和反馈，学习效果较为理想，从学生的反馈看，多数同学对线上教学效果非常满意。但从持续改进角度，在结课之后也采集了学生的反馈意见。学生反映的问题主要集中在以下几个方面：1.团队合作学习中，随机分组的方式使组员之间不熟悉，也有个别组员参与度不高。2.课程合作学习任务较大，尤其是多门课程同时开展混合式教学，学习压力较大。可见，合作学习中小组预热是非常有必要的，另外，混合式教学模式也未必就要每门课都采用，这样会加重学生的学习负担。本文提出的混合式教学模式仍存在着一些不足，在新常态背景下，如何进一步凝练抗“疫”期间混合式教学的模式的特色仍值得继续研究。

作者:曾聪 刘卫星 陈榕 程玲 李曰兵 单位:东北电力大学建筑工程学院