張春玉 杜文學(xué) 孟麗巖 李長鳳 王 濤

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

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鋼結(jié)構(gòu)實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革的探索與實踐★

張春玉 杜文學(xué) 孟麗巖 李長鳳 王 濤

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在的問題，以培養(yǎng)方案修訂為契機，從調(diào)整教學(xué)流程、豐富教學(xué)內(nèi)容、增加項目類型、增長實驗室開放時間四方面，對鋼結(jié)構(gòu)實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施進行了調(diào)整和優(yōu)化。實踐證明，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以明顯提升學(xué)生的鋼結(jié)構(gòu)綜合素質(zhì)，有利于學(xué)生的就業(yè)。

鋼結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)課堂，教學(xué)模式，實驗室

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境問題的日益突出，鋼結(jié)構(gòu)這種工業(yè)化程度高、施工周期短、性能優(yōu)越、造型優(yōu)美、可回收利用的“綠色結(jié)構(gòu)”，在我國已受到越來越多的關(guān)注。1998年我國把鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)列為重點推廣技術(shù)，1999年成立了國家建筑用鋼領(lǐng)導(dǎo)小組，由專家組專門研究鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用問題，可以說我國政府在鋼結(jié)構(gòu)建筑的推廣應(yīng)用上做了大量卓有成效的工作。但是，與發(fā)達國家相比，我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工領(lǐng)域的高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人員相對缺乏，從事相關(guān)工作的大學(xué)畢業(yè)生缺乏工程實踐能力，需較長時間的培訓(xùn)才能上崗。在大學(xué)生就業(yè)形式不景氣的今天，各高校應(yīng)抓住契機，除了重視鋼結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)質(zhì)量以外，應(yīng)高度重視鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)對學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)問題。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式目前逐漸為我國教師所熟悉并接納。翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)模式最大的區(qū)別就是學(xué)生成為課堂主體，教師成為課堂的指導(dǎo)者，實現(xiàn)師生之間角色的互換，全面增強師生及學(xué)生之間的互動，教師不再是知識的唯一傳授者，學(xué)生之間也可以相互學(xué)習(xí)[1]。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，強調(diào)師生角色的互換問題，重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，進而提高教學(xué)效果。現(xiàn)階段我校大力提倡在教學(xué)中摒棄照本宣科的灌輸式教學(xué)模式，推廣啟發(fā)式、研究式、互動式等教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從“以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變，這種教學(xué)氛圍為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)中的應(yīng)用提供了有利的條件。同時，我校人才培養(yǎng)方案的調(diào)整，也為嘗試翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式提供了契機。

1 鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)存在的問題

目前，國內(nèi)土木工程專業(yè)本科院校大多數(shù)設(shè)有土木工程結(jié)構(gòu)實驗，或依附于課程設(shè)置實驗項目，或獨立設(shè)置實驗平臺整合實驗內(nèi)容。但無論哪種形式，都存在鋼結(jié)構(gòu)實驗缺失或弱化的現(xiàn)象。由于近些年鋼結(jié)構(gòu)得到快速的發(fā)展，受到重視的程度得到大幅提升，因此開設(shè)鋼結(jié)構(gòu)實驗的院校也越來越多。但是，大多數(shù)院校在開展鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)的過程中仍然存在一些共性的問題，集中體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)實驗流程中學(xué)生的角色地位過低。

對于開設(shè)了鋼結(jié)構(gòu)實驗的高校而言，絕大多數(shù)仍然采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即便是一些“985”和“211”院校，也仍然在重復(fù)著“開始上課→相關(guān)理論復(fù)習(xí)→講解實驗?zāi)康摹v解實驗設(shè)計過程→實驗準(zhǔn)備→正式實驗→講解實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果、布置作業(yè)→下課”的流程。在教師做好實驗準(zhǔn)備的條件下，學(xué)生進入實驗室后處于被動從屬的地位，按照規(guī)定的實驗步驟機械地重復(fù)，所用實驗試件和所得實驗數(shù)據(jù)幾乎完全一致，學(xué)生缺乏實驗積極性，應(yīng)付了事、走馬觀花的現(xiàn)象非常嚴重。

2)實驗項目的類型過于單一。

多數(shù)高校的鋼結(jié)構(gòu)實驗以演示型驗證性為主。傳統(tǒng)意義上的本科教學(xué)實驗以認識為主要目的，實驗構(gòu)件的制作、加載裝置及量測儀器的安裝在實驗開始前已經(jīng)由教師全部完成，實驗進行時學(xué)生要做的事情就是觀察破壞現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)，幾乎沒有動手的機會，這種演示型的實驗不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。而且，大部分鋼結(jié)構(gòu)實驗項目以驗證設(shè)計理論和構(gòu)件破壞特征為目的，實驗結(jié)果已知，很難激發(fā)學(xué)生的興趣[2]。

3)實驗內(nèi)容的選取過于枯燥。

由于學(xué)時所限，多數(shù)高校(尤其是實驗條件較差的高校)鋼結(jié)構(gòu)實驗只能選取經(jīng)典的軸心受壓構(gòu)件和簡支受彎構(gòu)件的內(nèi)容，這樣的構(gòu)件非常經(jīng)典，但是由于日常生活中比較常見，很難引起學(xué)生的興趣，因此實驗教學(xué)的效果會大打折扣。

4)實驗室的開放程度不夠。

各高校實驗室對學(xué)生開放的程度有限或根本不開放，實驗前學(xué)生幾乎沒有機會接觸設(shè)備和儀器，進入實驗室后，學(xué)生也只能通過老師的介紹來大致了解儀器設(shè)備的使用方法，因此實驗過程中即使個別同學(xué)有幸進行實驗操作，也會手忙腳亂故障連連。此外，由于實驗室開放時間短或根本無開放，在進行實驗時，教師只能在有限的時間內(nèi)增加每組的人數(shù)，經(jīng)常是每組10人以上，導(dǎo)致大部分同學(xué)沒有機會進行實操，降低了工程實踐能力的培養(yǎng)質(zhì)量。

2 鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革措施

“翻轉(zhuǎn)課堂”(Flipping Classroom)的起源應(yīng)歸功于美國科羅拉多州落基山林地公園高中的兩位化學(xué)教師。在2007年前后，為了解決由于生病或其他原因而缺課的學(xué)生跟不上教學(xué)進度的問題，他們將錄制的音視頻教學(xué)資料上傳到網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生下載進行課下自主學(xué)習(xí)。由于這些在線教學(xué)視頻也被其他無須補課的學(xué)生所接受，經(jīng)過一段時間的運行，兩位教師逐漸形成了“學(xué)生課下看視頻、老師課上為完成作業(yè)或?qū)嶒炗欣щy的學(xué)生提供幫助”的教學(xué)模式。這樣，就使“課堂上聽教師講解，課后回家做作業(yè)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式發(fā)生了“翻轉(zhuǎn)”，變成“課前在家里聽看教師的視頻講解，課堂上在教師指導(dǎo)下做作業(yè)(或?qū)嶒?”的現(xiàn)代教學(xué)模式[3]。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的核心理念主要可概括為“學(xué)生自主學(xué)習(xí)”和“學(xué)生成為課堂主體”兩個方面。翻轉(zhuǎn)課堂后，學(xué)生利用教學(xué)資料(特別是教學(xué)視頻)，可以根據(jù)自身情況來安排和控制學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和主動性。結(jié)合新一輪培養(yǎng)方案的調(diào)整，我校鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進行了嘗試，并針對存在的問題進行了相應(yīng)的改革。

1)調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)的流程。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的特點是將教學(xué)過程前移，也就是在進入課堂前學(xué)生應(yīng)該掌握全部的理論學(xué)習(xí)任務(wù)，進入課堂的任務(wù)就是結(jié)合理論進行動手實踐。鋼結(jié)構(gòu)實驗為了適應(yīng)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，重新設(shè)計了教學(xué)流程，流程圖如圖1所示。從圖1中可以看出，教學(xué)環(huán)節(jié)大致劃分為“課前”“課中”和“課后”三個階段。在進入“課前”階段之前，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)任務(wù)準(zhǔn)備大量的音視頻資料和相關(guān)的文檔，并上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺供學(xué)生下載自主學(xué)習(xí)，相對于傳統(tǒng)教學(xué)模式而言，教師的工作量和工作難度都大幅加大?！罢n前”階段師生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)情況進行互動，學(xué)生根據(jù)任務(wù)的掌握程度判斷能否進入操作環(huán)節(jié)，教師則根據(jù)反饋問題和培養(yǎng)要求進行課堂教學(xué)設(shè)計。“課中”階段師生討論反饋問題、學(xué)生進行實驗操作，最后形成教學(xué)小結(jié)，并據(jù)此完善課前在線資料。“課后”階段學(xué)生形成實驗報告，教師則完成成績評定、進行實驗總結(jié)并據(jù)此完善課前在線資料。

2)豐富了實驗教學(xué)的內(nèi)容。

開設(shè)鋼結(jié)構(gòu)實驗的各高校實驗室，通常都會選取基礎(chǔ)的、常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行實驗教學(xué)，如軸心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件等等，存在的弊端就是學(xué)生實驗積極性不高，教學(xué)效果不理想。近年來，隨著冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、H型鋼框架結(jié)構(gòu)、金屬拱形波紋屋蓋結(jié)構(gòu)、輕型門式剛架結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架、網(wǎng)殼以及內(nèi)容豐富的各種預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)落后于鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢日益凸顯。因此，實驗室可以根據(jù)軟硬件條件，結(jié)合學(xué)生的興趣和學(xué)科的發(fā)展，適當(dāng)增設(shè)一些綜合設(shè)計型和創(chuàng)新研究型實驗，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。

3)增加了實驗項目的類型。

實驗室為實現(xiàn)“課堂翻轉(zhuǎn)”教學(xué)理念中學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”的目的，根據(jù)土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，結(jié)合學(xué)生的個體差異和發(fā)展意愿，設(shè)置了覆蓋土木工程一級學(xué)科各發(fā)展方向、難度包括高中低三檔結(jié)合的實驗教學(xué)體系，按照基礎(chǔ)訓(xùn)練型、綜合設(shè)計型以及創(chuàng)新研究型分類進行實驗項目的設(shè)計，改變了單純以演示型驗證性項目進行實驗教學(xué)的方式，重新設(shè)計后的鋼結(jié)構(gòu)實驗項目如表1所示[4]。

表1 鋼結(jié)構(gòu)實驗項目表

目前實驗室設(shè)置的實驗項目共計12項，其中基礎(chǔ)訓(xùn)練型4項，綜合設(shè)計型5項，創(chuàng)新研究型3項。由于實驗室翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革剛剛起步，因此目前僅開發(fā)了基礎(chǔ)訓(xùn)練型的實驗項目，其他實驗項目陸續(xù)開發(fā)中。

4)增大了實驗室開放時長。

開放高校的實驗室對于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識有著極大的益處，可以為學(xué)生提供更多的機會進行工程實踐，利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識，最主要的是為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中課前階段學(xué)生熟悉設(shè)備儀器提供了條件。開放性實驗教學(xué)實現(xiàn)了由演示、驗證型向綜合型、研究創(chuàng)新型的轉(zhuǎn)變，為學(xué)生的自主性和主動性實驗搭建了理想的平臺[5]。為此，在本次教學(xué)改革中全面開放了實驗室的所有空閑時段，學(xué)生只需提前預(yù)約即可進入實驗室。學(xué)生經(jīng)常進入實驗室，不僅可以了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作加工過程，還可以進一步熟悉結(jié)構(gòu)構(gòu)件的節(jié)點構(gòu)造、受力特性、破壞形式，進而增強學(xué)生畢業(yè)后從事鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域工作的信心，提高其就業(yè)競爭能力。

3 結(jié)語

相對于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式而言，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式無法充分發(fā)揮實驗室培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識的功能。實驗室以培養(yǎng)方案修訂為契機，優(yōu)化了實驗流程、豐富了實驗內(nèi)容、增加了項目類型、增大了開放時長，為鋼結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)的課堂翻轉(zhuǎn)創(chuàng)造了條件。經(jīng)過兩屆的教學(xué)運行，取得了不錯的教學(xué)效果，如學(xué)生的積極性和主動性提高了，進入實驗室后行為目的性增強了，茫然不知所為的學(xué)生人數(shù)大幅減少，教學(xué)效果明顯得到提升。

但是，通過翻轉(zhuǎn)課堂模式的運行，也發(fā)現(xiàn)了一些應(yīng)引起重視的問題。如教師的隱性工作量數(shù)倍增加的問題、實驗儀器設(shè)備故障頻次增多問題、實驗室開放學(xué)生的指導(dǎo)問題等等，這些因采用新的教學(xué)模式所帶來的負面問題，若得不到合理有效的解決，將會影響教學(xué)改革的進程和效果。

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

[2] 任翠玲，王恒華.鋼結(jié)構(gòu)本科教學(xué)實驗課的改革探索[J].山西建筑，2015,41(34):238-239.

[3] 何克抗.從“翻轉(zhuǎn)課堂”的本質(zhì)，看“翻轉(zhuǎn)課堂”在我國的未來發(fā)展[J].電化教育研究，2014,7(1):5-9.

[4] 郭小農(nóng)，王 偉，將首超，等.鋼結(jié)構(gòu)基本原理實驗教學(xué)探討[J].高等建筑教育，2011,20(1):149-152.

[5] 肖 鵬.土木工程專業(yè)開放性實驗教學(xué)改革探討[J].高等建筑教育,2011,20(4):128-131.

Research and practice of flipped classroom teaching of the steel structure experiment★

Zhang Chunyu Du Wenxue Meng Liyan Li Changfeng Wang Tao

(CollegeofCivilEngineering，HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150022,China)

Aimed at the problems of the traditional experimental teaching model and based on the revision of the training plan, from adjusting the teaching process, enriching the teaching content, increasing the project type, increasing the opening time of laboratory four aspects, the adjustment and optimization of flipped classroom teaching mode of steel structure experiment were carried out. It is proved by practice that the flipped classroom teaching mode can obviously improve the students’ comprehensive quality of steel structure and benefit the students’ employment.

steel structure， flipped classroom， model of teaching, laboratory

1009-6825(2017)18-0228-03

2017-04-01★：黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(GJC1215061)研究成果

張春玉(1971- )，男，博士，碩士生導(dǎo)師，教授

G642.0

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