土木工程專業(yè)課程混合式教學模式探究

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摘要：土木工程是一個應用型較強的專業(yè)。在工程教育認證理念的驅動下，在疫情防控常態(tài)化的現實背景下，以東北電力大學土木工程專業(yè)開設的鋼結構設計課程為例，介紹了專業(yè)課程開展混合式教學設計的方法和和疫情期間的教學實踐經驗。研究表明，在工程教育認證理念下混合式教學模式可以更好地培養(yǎng)學生解決復雜土木工程問題的能力和團隊協作能力。

關鍵詞：工程教育認證；土木工程；混合式教學；成果導向教育

一、概述

我國從2016年成為工程教育“華盛頓協議”的第18個成員國以來，工程教育認證工作開展的如火如荼。土木工程專業(yè)從1995年即開始開展專業(yè)評估，取得了良好的效果[1]，經過多年摸索，很好地實現了由專業(yè)評估向工程教育認證的過渡。工程教育專業(yè)認證的核心理念是以學生為中心、以能力產出為導向和持續(xù)概念。這三大理念經過實踐證明，在提高人才培養(yǎng)質量方面成效顯著，已逐漸深入人心[2-3]。混合式教學是面授與在線教學的有意融合[4]，從MOOC（大規(guī)模在線開放課程）概念被國內接受，到“后慕課”時代的SPOC（小規(guī)模限制性在線課程）的強勢崛起，尤其是2020年，全世界都經歷了疫情的考驗，一方面極大推動了這種教學模式在中國的發(fā)展步伐[5]，但另一方面也面臨著迅速擴張所造成的“水土不服”和“生搬硬套”等問題[6]。如何引入工程認證核心理念，全面拓展混合式教學模式的內涵，提高混合式教學在學生能力培養(yǎng)方面的成效具有重要意義，也是高等教育研究者、實踐者和管理者應該共同關注的焦點[7-8]。

二、課程混合式教學設計

土木工程課程體系包括通識教育課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課三部分，其中專業(yè)課普遍體現出理論性弱而實踐性強的特點。如《鋼結構設計》課程，該課程在大三下學期開設，40學時，其涉及的基礎理論已在之前開設的《鋼結構基本原理》課程中完成了學習。本文將以《鋼結構設計》課程為例，提出了將工程認證理念引入專業(yè)課程混合式教學設計的一種新模式，并介紹疫情期間課程的混合式教學探索和實踐。

（一）教學目標設計。開展課程教學設計首先需要明確課程的教學目標。從傳統角度來說，課程的教學目標在于使學生掌握鋼結構設計的具體方法，熟悉設計規(guī)范的應用和概念設計基本規(guī)定。在本專業(yè)開展了工程教育認證后，對課程在人才培養(yǎng)中的地位和課程教學內容進行了深度的分析，確定了以“問題分析能力、工程設計能力、團隊協作能力和終身學習能力”為導向的四位一體的教學目標，著重培養(yǎng)學生工程意識和解決復雜土木工程問題能力。具體如下：

1.能夠通過文獻檢索和資料查詢，對鋼結構廠房、大跨結構和多高層結構的結構體系及主要構件進行選型和方案對比，并能夠確定合理的設計方案（支撐畢業(yè)要求中的第2條：問題分析能力）；2.能夠設計符合構造要求的鋼屋架桿件和節(jié)點，能夠在了解荷載、鋼結構設計等相關技術標準的基礎上，設計鋼結構輕型門式剛架和吊車梁結構，并理解規(guī)范規(guī)程在設計中的作用和地位（支撐畢業(yè)要求中的第3條：工程設計能力）；3.具備優(yōu)秀的團隊協作能力（支撐畢業(yè)要求中的第9條：團隊協作能力）；4.具備高效地自主學習能力（支撐畢業(yè)要求中的第12條：終身學習能力）。

（二）教學設計思路。為了實現上述課程目標，基于工程教育認證理念，按照如下思路進行了課程的教學設計：1.以學生為中心，以能力培養(yǎng)為導向，重點培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力。將課程的核心教學內容設計為五項任務。學生是完成任務的主角，通過自學和團隊協作完成五項任務。教師主要扮演三個角色，第一，布置任務，并結合教材和規(guī)范，對設計的重點和難點進行講解；第二，組織學生進行討論，回答學生提出的疑問；第三，對學生完成任務的情況和存在的問題進行總結。2.注重課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的設計。設計的任務各組均不相同，任務具有開放性，體現復雜土木工程問題，工作量飽滿，不提供“模板”，需要學生花費較大精力，經過深入思考、討論和文獻查閱工作才能完成，具有較高挑戰(zhàn)度。3.注重團隊協作能力的培養(yǎng)，各任務環(huán)節(jié)都要求通過團隊協作的方式完成。4.積極探索課程思政在鋼結構設計課程中的實施方案。

（三）信息技術在混合式教學中的應用。通過“線上MOOC+線上面授+線下學習監(jiān)控+線下討論”四個平臺開展疫情期間的SPOC混合式教學：1.平臺1：“學堂在線平臺”，作為學生進行線上慕課學習的主要平臺。MOOC選用了西安建筑科技大學楊俊芬等老師主講的“鋼結構設計”課程。2.平臺2：“釘釘直播平臺”，作為對學生進行線上面授的主要平臺。用于課程總結、難點講解、重點強調和課上答疑討論。3.平臺3：“超星網絡教學平臺（學習通）”，作為學生線下學習和教師對學生學習質量監(jiān)控的主要平臺。用于課程資源（包括課程ppt、教學視頻、規(guī)范、圖集和設計手冊等參考資料）、課堂管理、測驗、作業(yè)布置和提交。4.平臺4：“聊天軟件平臺（QQ群/微信群）”，用于通知、線下答疑和合作學習討論。鋼結構設計課程共計40學時，MOOC，直播課和合作線下學習的比例如下圖1所示。

（四）課堂教學設計。為了確保MOOC學習的效果，加強對學生混合式學習的引導和監(jiān)控，“面授”環(huán)節(jié)是不可或缺的。一般情況下，面授應該在線下“面對面”進行，主要進行課程重難點解析，答疑，作業(yè)總結和布置任務等。在疫情背景下，可以采用包括釘釘直播、騰訊會議等平臺進行。網絡直播課可分為三類：第一類為成果展示與任務總結型直播課堂；第二類為重點知識講解強調型直播課堂；第三類為答疑討論型直播課堂。第一類：成果展示與任務總結型直播課堂，共8學時。其中，鋼屋蓋設計的兩個任務（任務1和任務2）完成后，用4學時進行展示和總結；吊車梁設計（任務4）完成后用2學時展示和總結；輕鋼結構設計（任務5）完成后用2學時展示和總結。第二類：重點知識講解強調型直播課堂，共5學時，對五個任務相關的重點、難點，分別用1學時進行講解。第三類：答疑討論型直播課堂，共2學時，期中安排了一次針對鋼結構屋蓋設計的討論答疑，期末安排了一次針對吊車梁、輕鋼結構、大跨結構設計的討論答疑。另外，為了體現以學生為中心和能力導向，發(fā)揮課程對學生的團隊協作能力的培養(yǎng)，本課程共設計了5個循序漸進的合作學習任務，如圖2所示。這些任務不是簡單的課后作業(yè)，任務中體現了開放性、綜合性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性，不是簡單的套用公式就可以完成的，也不是一個人就可以完成的，需要學生充分的發(fā)揮主觀能動性和團隊合作完成。雖然只安排了10個學時，但學生需要花費數倍的時間去思考和準備，具有一定的挑戰(zhàn)性。使用了學習通中的“分組任務”功能，每2-3人為一組，每個小組都要求建立自己的微信群聊，方便合作學習的溝通交流。這種合作學習的方式可以極大調動學生的學習熱情，鍛煉學生解決問題的能力和團隊協作能力。

（五）評價體系與過程考核。正常情況下，課程的期末成績由以下三部分組成：1.期末試卷（50%），主要考核學生對概念設計的理解和對重要規(guī)范條文的運用能力，題型參考注冊結構工程師考試試題。2.合作學習表現（25%），其中每次學習任務的完成情況占5分，由教師進行評分，小組所有人都得到同樣的分數。另外，期末由組員依據各自在合作學習中的表現進行互評，結合教師課堂觀察，對學生在小組中的表現給予評價，并依據評價結果對合作學習表現得分進行折減。3.自主學習表現（25%），其中慕課學習表現占10分，由結課后學生給出平臺的成績明細截圖確定；網絡教學平臺測驗占10分，依據學習通的5次課堂測驗成績給出；網上討論占5分，依據學生在課程QQ群發(fā)言的活躍度評價。由于疫情原因，期末考試這種考核方式效果不佳，因此對考核評價方式進行了調整，取消了期末考試，建立了能夠綜合衡量學生疫情期間線上學習表現的成效的評價體系。課程的期末成績由以下三部分組成：1.合作學習表現（占50%），其中每次學習任務的完成情況占10分，由教師進行評分，小組所有人都得到同樣的分數。另外，在結課后，由組員依據各自在合作學習中的表現進行互相評價，依據互評結果給定合作學習表現的貢獻系數。組員互評結果分為四檔，A（能引領小組完成任務），貢獻系數為1.0，B（能積極參與小組任務，做出重要貢獻），貢獻系數為0.8，C（能參與小組任務但積極性不足，對任務有貢獻），貢獻系數為0.6，D（拒絕參加小組任務，對任務沒有貢獻），貢獻系數為0。將貢獻系數與合作學習任務成績的乘積做為這部分的成績。2.自主學習表現（占30%），其中“學堂在線”學習表現占10分，由結課后學生給出平臺的成績明細截圖確定；課堂測驗占10分，依據學習通的5次課堂測驗成績給出；釘釘直播平臺課堂提問表現占5分，由教師記錄；QQ群的討論參與情況占5分，由QQ群統計的學生發(fā)言活躍情況判定。3.學習成果答辯（占20%），主要考核學生對概念設計的理解和對重要規(guī)范條文的運用能力，采用釘釘直播的在線會議功能進行。答辯包括1道必答題和1道選答題，必答題由教師制作題庫和題簽，學生抽簽答題，重點考核學生對課程重要概念和知識點的掌握，以考核“術”為主要目標，即重點考核學生怎么做的問題；而選答題具有一定難度，需要學生對概念有較深的理解，以考核“道”為主要目標，重點考核學生為什么做的問題。另外，通過答辯，教師也可以判斷學生互評結果的可靠性。

（六）引入課程思政。2020年3月7日，福建省泉州市一鋼結構賓館發(fā)生倒塌，本課程立刻布置作業(yè)，讓學生上網檢索事故原因，并安排學生觀看了一些事故視頻。并安排了專題課，為學生講解賓館倒塌的原因。一方面，對事故原因的分析使他們對鋼結構穩(wěn)定、結構體系概念等的理解更深了一層；另一方面，事故造成29人死亡的事實和現場的一片廢墟對學生造成了巨大的沖擊，使他們更加認識到了作為一名土木工程師身上的責任之重。這項教學活動很好地將課程思政融入了教學中，起到了很好的效果。

三、混合式教學成效

（一）直播課堂效果。直播“面授”是在學生開展了自主學習和合作學習之后進行的，教師對重難點的講解更有針對性，學生能夠帶著問題聽課；針對作業(yè)和合作學習任務的講解也能讓學生對號入座，清楚找到自己作業(yè)中的問題；答疑環(huán)節(jié)能夠及時回答學生的疑問。學生整體上對直播面授這種形式是非常認可的，認為這種方式與線下面授基本能夠達到“實質等效”。

（二）慕課學習效果。慕課學習后臺具有大數據統計功能，可以監(jiān)測學生的學習效果。期末統計后，學生均觀看慕課視頻時間12.7小時，課后習題平均得分率83%。學生們對慕課的反響都很好，覺得慕課“重點突出”“可以重復多次學習”“資源豐富”等。

（三）合作學習效果。使用學習通進行合作學習任務的布置、提交和評分，確保按時提交合作學習成果，從提交的成果看，雖然任務很重，但學生完成的都非常認真，圖文并茂。在完成任務的過程中發(fā)現問題，看慕課、找資料、同學間討論、問老師等，真正做到了“做中學”，學生解決復雜工程問題的能力得到了很好的鍛煉。學生能夠根據任務進行合理的團隊分工，團隊協作能力也得到了很好的鍛煉。

（四）線下討論效果。使用騰訊QQ群作為線下討論的主要平臺，布置討論任務，60%以上的學生能夠在群眾積極發(fā)言討論。針對泉州鋼結構賓館倒塌的討論除了讓學生對鋼結構穩(wěn)定有了更深層次的理解外，也有效培養(yǎng)了學生的責任感。另外，QQ群自帶的成員管理功能也為定量統計學生討論的活躍度提供了方便。

四、結束語

綜上所述，混合式教學模式統籌利用了各類網絡教育和服務平臺，絕大多數學生都能夠積極參與和反饋，學習效果較為理想，從學生的反饋看，多數同學對線上教學效果非常滿意。但從持續(xù)改進角度，在結課之后也采集了學生的反饋意見。學生反映的問題主要集中在以下幾個方面：1.團隊合作學習中，隨機分組的方式使組員之間不熟悉，也有個別組員參與度不高。2.課程合作學習任務較大，尤其是多門課程同時開展混合式教學，學習壓力較大。可見，合作學習中小組預熱是非常有必要的，另外，混合式教學模式也未必就要每門課都采用，這樣會加重學生的學習負擔。本文提出的混合式教學模式仍存在著一些不足，在新常態(tài)背景下，如何進一步凝練抗“疫”期間混合式教學的模式的特色仍值得繼續(xù)研究。

作者:曾聰 劉衛(wèi)星 陳榕 程玲 李曰兵 單位:東北電力大學建筑工程學院