多维度改进工科类专业课程教学的思考与实践——以土木工程结构试验课程教改为例

程小春，傅 军，李 洁

（1.浙江广厦建设职业技术大学 浙江 东阳 322100；2.浙江理工大学建筑工程学院 浙江 杭州 310018）

国务院印发的《中国教育现代化2035》文件指出，重大科技创新正在引领社会生产新变革，互联网、人工智能等新技术的发展正在不断重塑教育形态，知识获取方式和传授方式、教和学关系正在发生深刻变革[1]。当前高等教育已进入以提升质量内涵、运用信息化教育手段、接轨国际工程师认证模式的新时代，教师需与时俱进，动态完善教学的内容、方法、采用多元化手段改革教学实践，强化OBE理念（以学生为中心、成果导向、持续改进）、打造金课、开展互联网教学。

基于上述背景，笔者以土木工程结构试验这门课为载体进行了多维度教改实践，总结出基于多种手段辅助的课程教学实践。

1 工科类专业课程教学现状

工科类专业课程教学因其专业培养方案不同，带来教学方法和手段呈现出个性化：以“土木工程结构试验”为例，这是一门具有较强工程实践性的基础专业课程，包括理论和实践两部分教学内容。课程特点是：学时少、交叉和基础知识点多、实践性强。课程实践中存在若干短板：一是实验室的建设无法满足日益增多的实验项目开展，已开展的部分实验项目具有一定的局限性；二是理论课程的教学方式单一，不利提高学生自主学习积极性和学生科研设计创新能力；三是考核方式单一，无法对学生团队合作试验的积极性进行有效监控，也不能真实体现出学生个体对课程内容的掌握程度。上述培养短板往往带来学生的主动学习兴趣不浓、工程意识薄弱、实践能力差等影响，进而使其对实际工程的掌握和处理能力受到极大的制约[2]。

2 工科类专业课程教学改革策略

参考分析了两种国外教学模式：SPOC 和BOPPPS。这两种模式以新的理念和方式重塑大学课堂，实现课堂教学的有效性。

SPOC (Small Private Online Courses)是一种基于学习和合作概念的教学模式。由三个部分组成：理论演示部分、案例分析部分和培训监督部分[3]。SPOC 是一种可持续发展模式。它创新了教学模式，让学生和导师共同互动以解决任何问题，这样不仅提高学生对课程内容的理解，还强调学生完整、深入的学习体验。BOPPPS 教学模式是一种教学能力提升模式，这种教学模式以学生的需求为教学核心，教师运用现代教育技术，设计出具有创造性、创新性或原创性的微课，发现教学盲点，深化参与式课堂互动理解，提高教学信息反馈能力，从而提高教学质量和学生的学习效果。

结合上述模式，有如下几个改革实践点：①将SPOC和BOPPPS 教学模式和翻转课堂等多种教学模式结合，应用于土木工程结构试验课程当中，深化教师与学生课堂互动参与，解决课程实践中存在的问题；②SPOC和BOPPPS模式都强调学生的重要性，在教学模式改革实践中强调学生在教学过程中的学习体验，构建有效的深度学习模式，提高课程完成率；③基于两种教学模式，树立新的教学观念，建立新的教学体系。

3 工科类专业课程教学改革思路

3.1 教材建设

傅军主编的《建筑结构试验基础》属于机械工业出版社的原规划教材[4]，已经在学校课程中使用8 年。拟在如下几个方面进行修订：①土木工程行业许多规范规程已经改版，部分新技术已经广泛应用，需要在全章节中融入修订；我国现行基础设施建设发展迅猛，其中市政公路桥梁工程有着大量的试验检测技术需要纳入教学内容；随着我国抗震水准的提高，部分新型试验内容需要融入修订；②进行立体化教材和动态化教材建设：例如建设网络资源、建设微课和云教材等，以此提高教材内容完整性，并且不断融入专业前沿知识。

3.2 信息化建设

①APP 二次开发：将手机端、电脑客户端APP 软件集成，把传统的课堂教学内容融入现代化的信息设备中，以此来提高传统的教学效果，增强学生学习主动性；②智慧课堂实现：“土木工程结构试验”课程采用“翻转课堂”的教学模式进行教学[5]，提供课堂互动的智能云教学工具，开展互动式、参与式教学，并实现教学行为、学习行为全过程记录应用。

3.3 试验内容完善

①增加探究性试验：结合学生特点与兴趣分类开展探究性试验，试验设计内容可以参照教师的科研课题、大学生结构设计竞赛活动[6]、大学生创新训练计划等，并以撰写论文的形式来检验学生探究性实验的成果；②构建虚拟仿真实验体系：学生结合已学的建模、有限元、结构电算等知识，对自建BIM 模型进行数值仿真分析，建立自主实践新模式融入“课堂研讨―研学项目―竞赛展示―工程实践”四位一体的培养模式，强化学生的动手实践能力。

3.4 考评机制改进

为了综合考核学生学习行为全过程，可从以下几方面进行考核：①课前考核：考核学生在APP 中电子资源的学习情况，每个学生根据给定的资料，结合所学知识，查阅相关规范，完成相应课前作业，提交指导老师审核批阅；②课中考核：学生出勤情况可采用智慧课堂进行记录，对每位成员进行试验过程考核，了解每位成员试验掌握程度，达到相应的教学考核目的，加强团队合作的作用；③课后考核：验证性试验主要考核学生提交的试验报告完成情况，探究性试验则为审核学生完成的相关试验论文；④达成度评价：根据教学大纲，对教学内容进行划分，制订不同的教学目标，对考勤、大作业、开卷考试、实践技能、评价等方面完成达成度评价。

4 工科类专业课程教学改革实施

4.1 教材修订

教材按照土木工程专业新规范规程系列编写，缩减不必要的叙述和案例介绍以及陈旧的内容，增加市政公路桥梁检测、抗震试验两个章节内容。为了避免教材附录中实验报告内容千篇一律，教师自主设计常用试验内容，学生自我选题完成加载方案、测量方案、数据处理、实验报告的编写等一系列任务；增加注册结构工程师考试卷题库的思考题和案例分析题来与卓越工程师培养目标相对应。根据课程性质引入动态数字教材（云教材），通过二次开发集合到课程APP 云端，方便学生和教师随时进行调用。

4.2 信息化二次开发

为了使信息化工具更好地契合工科类专业课程，本次改革实践的重点将放在针对互联网课程建设工具二次开发方面，采用校企协同建设。具体环节包括：①开发团队组建：高校方面将组建熟悉软件客户端开发过程且对教学理念、方法、内容改革有研究的人员参与团队；企业方面与有丰富多媒体教学资源制作和客户端开发经验的企业合作；②研发路径设计：高校团队将根据新教材建设提交课程大纲，合作企业根据需求将相关信息进行整合，进行课程APP 客户端二次开发设计和调试。

4.3 教学手段二次设计

基于信息化教学的“土木工程结构试验”教学手段的二次开发设计，是指教师和学生在课程实施过程中，根据课程标准适当删除、调整和处理内容，采取有效、科学的方法，合理选择和制订教学计划，从而更好地适应具体的教学情况和学生的学习需求。“土木工程试验”教学二次开发包括基于辅助教学平台的线上试验理论、视频教学和预习效果反馈，试验操作全面讲解，改进虚拟仿真平台，可视化资源收集，资源与教材的有机整合，习题与配套资源制作等。

5 成效

根据上述思路，在浙江理工大学土木工程专业两届学生的课程中进行了实践，实践的成效分析如下：

5.1 达成度提高

①立体化教材和动态教材的达成：完成了纸质教材和云教材的紧密结合，也实现了教材内容的实时更新和多元化展示，形成“课前先知、课中感知、课后探知”的学习系统模式，交互式课堂提升；②信息化技术反哺教学能力的达成：互联网多工具学习平台建设，对学习内容进行媒体编排与交互设计，以移动终端进行新设计与展示，形成了和谐宽松的教学气氛，也为教师提供了多元育人的舞台，使OBE 方式得以实现；③人工智能教学工具的达成：通过检测系统和反馈机制，全面详细记录学生各个教学环节的学习情况、学习进度、学习行为，对学生进行动态和科学考核与评价。

5.2 质量工程提高

①开设探索探究性实验：转变学生角色，充分发挥学生的自主性和创造性；同时转变课堂组织方式，锻炼学生的自学能力；培养学生勇于探索理论知识的精神；②引入建筑结构试验应用实例：虚拟实验/BIM 模型，土木工程试验与检测若干完整案例。通过虚拟实验系统实现知识、活动、实验、习题等方面的延伸，不断缩短各类知识与学生接受能力之间的差距。

5.3 消除短板

课程教学改革后，“土木工程结构试验”课程短板消除情况如下：①实验室项目单一：结合实际案例设计、云班课设计、数字实验模拟仿真，丰富实验项目内容；②理论课程教学方式单一：教学模式改革、立体化教材和动态化教材建设，形成智慧化教学模式，使教学方式多样化；③考核方式单一：应用云班课经验值、达成度等形式形成动态科学的考核和评价方案；④课时少、课程内容缺乏系统性：引入云班课、增加了课时和趣味性、提高效率、充实学习内容，加强与其他课程之间连贯性。

6 展望

后期还要持续改进的环节包括：①完善虚拟仿真实验存在的弊端，需要改进研发标准、完善运行机制、提高资源共享和利用率，针对虚拟仿真实验，大力开发基于软件工具的二次开发技术；②强化网络教学平台开发，提高用户操作响应要求，增大系统设计最大用户数及同时在线人数；③改善工具界面，设计新呈现模形式，使信息单元多以模块化、专题化形式展现。