張春玉 趙延林 陳 勇 左敬巖 孟祥民

(黑龍江科技大學建筑工程學院,黑龍江 哈爾濱 150022)

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基于“翻轉課堂”的土木工程專業(yè)實驗教學改革研究★

張春玉 趙延林 陳 勇 左敬巖 孟祥民

(黑龍江科技大學建筑工程學院,黑龍江 哈爾濱 150022)

結合調整后的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，針對實驗室在人才培養(yǎng)方面存在的問題和不足，提出了翻轉課堂教學模式，并調整了實驗教學體系和教學內容，同時明晰了翻轉課堂的教學流程，實踐證明，翻轉課堂教學模式對于提高學生工程實踐能力的作用明顯。

翻轉課堂,應用型人才,實踐能力，土木工程

0 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，土木工程領域對專業(yè)技術人才的工程實踐能力和創(chuàng)新能力要求越來越高。對于在校大學生而言，實驗室是培養(yǎng)其工程實踐能力和創(chuàng)新意識的重要基地，與課堂教學互相補充的實驗教學可以更好地培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，提高其分析問題和解決問題的能力[1]。但是，現(xiàn)階段大學生個性的鮮明化、能力的差異化以及建筑市場人才需求的多樣化，給傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)實驗教學模式帶來了巨大的沖擊，使其越來越難以滿足社會對人才培養(yǎng)質量的需求。

此外，黑龍江科技大學土木工程實驗室在2008年國家教育部本科教學水平評估之后，實驗室建設達到了新的高度，人員的職稱結構和學歷結構更加合理、儀器設備得到更新?lián)Q代、實驗室面積得到增加，實驗室開展實驗教學的條件都得到了改善。為了更好地發(fā)揮實驗室的作用，提高人才培養(yǎng)質量，實驗室進行了一系列的教學改革[2]，并取得了一定的成效，但是由于近期人才培養(yǎng)方案進行了調整，加之在教學運行中發(fā)現(xiàn)了一些新問題，因此有必要對現(xiàn)有實驗教學進行進一步的改革。在實驗教學改革進程中，嘗試了翻轉課堂(FCM)的教學模式，并據(jù)此對實驗教學體系和實驗教學內容進行了調整。

1 “翻轉課堂”教學模式的核心理念

翻轉課堂教學模式(簡稱FCM教學模式)最初由美國教師在2007年提出，目前已受到國內外教師的廣泛關注。FCM教學模式最突出的特點是強調學生學習的積極和主動性，從教學方式和方法上力求學生成為課堂主體。該教學模式借助網(wǎng)絡平臺將教學任務提前于課堂教學進行布置，要求學生在進入課堂前利用網(wǎng)絡資源完成指定的學習任務，而課堂上教師主要和學生有針對性地討論解決自主學習中遇到的問題，并突出學生在課堂上的“前臺”地位，進而活躍課堂氣氛，提高學習效率[3]。

目前，我校土木工程專業(yè)實驗仍然是“課前教師準備→課中教師講解示范而學生機械重復→課后學生撰寫報告”的傳統(tǒng)教學模式?？梢钥闯?，在實驗教學進程中學生完全處于從屬地位，成了名副其實的配角，這嚴重影響了學生工程實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。為了提高土木工程專業(yè)實驗的教學效果，使學生由“幕后”走到“臺前”進而成為課堂的主體，提高學生對土木工程專業(yè)實驗的學習熱情，課題組進行了翻轉課堂教學模式的嘗試。同時，為了迎接高校本科教學水平評估，我校積極鼓勵教師在教學中采用新教法引導學生進行自主學習，激發(fā)學生的學習興趣，從“以教為主”向“以學為主”轉變，這種教學氛圍為FCM教學模式在實驗教學中的應用提供了有利的條件。

2 實驗教學體系的重構

近期我校對人才培養(yǎng)方案進行了調整，調整后“大學科”下土木工程專業(yè)實驗訓練平臺被打破，各實驗教學項目又重新以課程為依托，學時被嚴重縮減，實驗項目被割裂。為了在有限的學時內完成教學大綱的訓練要求，真正提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識，實驗室決定嘗試采用FCM教學模式，將實驗進程前移延伸至課前，讓學生在課前以實驗主體的身份充分準備，以節(jié)省課上實驗進程的時間。同時，為了便于FCM教學模式的運行，實驗室按照專業(yè)基礎和專業(yè)技術兩個模塊重構了教學體系，在專業(yè)基礎模塊下放置土木工程建筑材料、混凝土結構基本原理、建筑工程結構、鋼結構基本原理等課程實驗，在專業(yè)技術模塊下放置鋼結構工程設計、混凝土結構工程設計、高層建筑結構抗震設計、鋼—混凝土組合結構設計、砌體結構設計等課程實驗。考慮學生能力的差異以及自身發(fā)展的需要，實驗室根據(jù)教學內容難易程度的不同將實驗項目劃分為三個層次，即最低人才培養(yǎng)標準的基礎型實驗、面向工程的綜合(設計)型實驗、開發(fā)思維的創(chuàng)新(研究)型實驗等[4]。

基礎型實驗的訓練目的是使學生加深對相關理論的理解，掌握儀器設備使用的基本技能，通常以單門課程為依托，屬于人才培養(yǎng)的基本要求。綜合(設計)型實驗的訓練目的是要求學生以工程實際為背景，融合多門課程的相關理論，自行設計、制作構件，并驗證相關理論，屬于專業(yè)素質的加強訓練。創(chuàng)新(研究)型實驗以大學生素質教育項目和教師的科研項目為依托，面向專業(yè)素質好、學有余力且有專研精神的學生，重在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維[5,6]。實驗室重新建立的教學體系如圖1所示。

在重新調整后的實驗教學體系中，由易到難的三個層次中的實驗項目均采用開放式教學，并根據(jù)市場需求和學科專業(yè)的發(fā)展及時更新實驗內容。實驗教學中，學生可結合個人的發(fā)展目標和就業(yè)意向對應進行教學任務的選擇，并接受相應的實踐訓練，利于提高工程實踐能力與科研創(chuàng)新意識。

3 實驗教學內容的調整

實驗教學的開展離不開硬件條件的支撐。經過多輪的建設工作，實驗室儀器設備的數(shù)量和功能實現(xiàn)了質的飛躍。截至目前，實驗室的大型設備有多通道協(xié)調加載伺服控制系統(tǒng)、數(shù)控液壓長柱試驗系統(tǒng)、數(shù)控萬能實驗機等，并配有高低頻振動信號采集及分析系統(tǒng)、高速靜(動)態(tài)應變測試分析系統(tǒng)先進儀器。同時，近期還更新了非金屬探傷儀、金屬探傷儀等大量的結構檢測儀器。為了FCM教學模式的運行，為了提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識，為了充分發(fā)揮儀器設備的作用，實驗室全面更新了實驗內容。

在前期的實驗室建設中，雖然在傳統(tǒng)實驗教學內容基礎上，根據(jù)課程改革的需要調整了部分實驗內容，但是總體上仍然無法跟上新型建筑材料、建筑結構及建筑技術的發(fā)展。因此，實驗室以本輪培養(yǎng)方案調整為契機，根據(jù)學科的總體發(fā)展更新實驗教學內容，尤其是增加混凝土結構、鋼結構、結構抗震等方向的實踐性強、利于創(chuàng)新意識培養(yǎng)的實驗內容。此外，將教師科研課題納入實驗教學環(huán)節(jié)，讓學生參與教師的課題研究，既可以節(jié)省課題的研究成本，又可以快速提高學生的實踐及創(chuàng)新能力。

黑龍江科技大學始終以培養(yǎng)“能吃苦、上手快、動手能力強”的應用型人才為主要特色[2]，因此在實驗教學改革中始終圍繞這一主導思想。在本次教學改革中，除依托于單門課程的基礎實驗之外，實驗室融合混凝土結構基本原理與設計、土木工程建筑材料、鋼結構基本原理與設計、土木工程施工技術、鋼—混凝土組合結構、高層建筑結構以及土木工程結構試驗等相關課程的核心理論設計了一系列綜合設計型和創(chuàng)新研究型的實驗項目。例如，在基礎型的混凝土矩形截面簡支梁加載實驗中融合回彈超聲無損檢測的內容，項目升級為綜合(設計)型，繼續(xù)融合鋼纖維混凝土、輕骨料的內容，則升級為創(chuàng)新(研究)型。經過本輪教學改革，根據(jù)實驗內容設置的實驗項目共計21項，其中綜合(設計)型實驗17項，達到80%以上。

4 實驗教學的課堂翻轉

在傳統(tǒng)的實驗教學中，學生處于從屬、被動的地位，由于缺少身處工作環(huán)境的實驗氛圍，導致學生參與實驗教學的積極性不高，這嚴重影響學生實踐能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，因此有必要在實驗教學中嘗試FCM教學方法，力求改變學生在實驗中的角色，使之實現(xiàn)由被動學習向主動學習的過渡，提高學生參與實驗教學的積極性，進而提高學生實踐能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)質量。

翻轉土木工程專業(yè)實驗的傳統(tǒng)課堂主要包括“課前設計”“課堂設計”和“考核設計”[7]，其流程如圖2所示?！罢n前設計”環(huán)節(jié)實驗教師應設計制作教學資源，包括儀器設備的操作規(guī)程、實驗應用的理論、實驗方案設計、實驗數(shù)據(jù)的記錄及處理、實驗報告的整理分析等相關內容?！罢n堂設計”主要是根據(jù)教學大綱要求，結合學生課前反饋，梳理實驗要點，引導并協(xié)助學生完成實驗任務。“考核設計”以督促學生自主學習、自主實驗為主要目的，從課前、課中和課后三個方面來衡量學生的實驗完成質量。

翻轉課堂可以將傳統(tǒng)教學模式中課堂上的大部分教學內容延伸至課前，既可以提高學生的學習主動性，又可以適應人才培養(yǎng)方案調整導致實驗課時大幅縮減的狀況，因此實驗室在調整實驗項目、優(yōu)化實驗內容的同時，努力探索翻轉實驗課堂的途徑，力求在短時間內實現(xiàn)實驗教學的課堂翻轉。

5 結語

在人才培養(yǎng)方案調整后，為了能夠更好地發(fā)揮實驗室人才培養(yǎng)基地的作用，繼續(xù)培養(yǎng)能吃苦、上手快、動手能力強的應用型人才，實驗室嘗試在教學中采用了翻轉課堂的教學模式，并取得了一定的效果。但是，由于翻轉課堂教學模式與傳統(tǒng)教學模式有著顯著的區(qū)別，因此在運行過程中也發(fā)現(xiàn)了一定的問題，突出表現(xiàn)在以下幾點：

1)實驗教師的工作壓力過大。除了學生自主學習的視頻等資料外，每次實驗之前教師還需要進行任務布置、反饋匯總、教學設計等工作，相對傳統(tǒng)教學方式而言，時間上的投入將增大5倍左右。同時，由于制作視頻等自主學習資料的要求，實驗教師還需要學習專業(yè)以外的其他技能，導致心理壓力增大。

2)學生的學習習慣轉變困難。傳統(tǒng)的教學模式已經使學生養(yǎng)成了“張嘴待食”的被動學習習慣，將大部分教學內容放到課下讓學生去主動學習，絕大多數(shù)學生一時間還無法適應，導致課前的學習任務大多數(shù)無反饋或反饋不準，影響課堂的討論及進程，進而無法實現(xiàn)課堂的翻轉。

3)實驗室儀器及設備數(shù)量相對不足。為了更好地翻轉實驗教學的課堂，實驗分組的人數(shù)要遠小于傳統(tǒng)實驗教學模式下的單組人數(shù)，這就造成實驗室儀器設備的臺套數(shù)相對不足。

雖然目前翻轉課堂教學模式的運行存在一定的困難，但是不可否認該模式能夠更好地促進學生學習的積極性和主動性，能夠更好地提高學生工程實踐能力和創(chuàng)新意識。因此，學校、學院和實驗室必須三級聯(lián)動，高度重視翻轉課堂的實驗教學改革，鼓勵支持教師的有益嘗試，協(xié)調統(tǒng)一在教學運行中遇到的困難和問題。只有這樣，翻轉課堂的教學模式才可能有效執(zhí)行，學生才可能真正受益。

[1] 錢紅萍，李書進，史貴才.土木工程專業(yè)實驗教學新體系的構建與實踐[J].實驗室研究與探索,2012,31(10):122-125.

[2] 張春玉，陳 勇，左敬巖，等.土木工程專業(yè)實驗教學改革與實踐[J].山西建筑,2014,40(10):268-269.

[3] 張艷美，楊文東，俞然剛，等.基于個性化和翻轉課堂的土木工程專業(yè)實驗教學研究[J].實驗技術與管理，2015,32(7)：183-185.

[4] 陳奕柏，楊東全，韓建剛,等.地方高校土木工程專業(yè)實驗教學內容體系改革實踐[J].高等建筑教育,2013,22(1):138-140.

[5] 蔣曉曙，史貴才，黃小紅,等.土木工程專業(yè)開放性實驗教學的探索[J].常州工學院學報,2012,25(5):89-91.

[6] 劉子振.地方高校土木工程專業(yè)開放性實驗項目教學探討[J].臺州學院學報,2013,35(3):83-86.

[7] 萬虹宇.如何翻轉土木工程專業(yè)課程的傳統(tǒng)課堂[J].當代教育理論與實踐,2017,9(1):56-58.

Research on the reform of experimental teaching of civil engineering based on “classroom flip”★

Zhang Chunyu Zhao Yanlin Chen Yong Zuo Jingyan Meng Xiangmin

(CollegeofCivilEngineering，HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150022，China)

Around the adjusted talent training scheme of civil engineering major and aiming at the problems and insufficiency of talents training in experimental teaching, the teaching mode of classroom flip was adopted, the experiment teaching system and teaching content were adjusted and the teaching process of classroom flip was clear. The practice shows that the teaching mode of classroom flip can improve the students’ engineering practical ability obviously.

classroom flip, applied talents, practice ability, civil engineering

1009-6825(2017)13-0232-03

2017-02-22★:黑龍江省教育科學“十二五”規(guī)劃課題(GJC1215061)研究成果

張春玉(1971- )，男，博士，碩士生導師，教授

TU311

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