基于混合式教学的钢桥课程教学改革探索与实践

基金项目：湖北省高等学校省级教学研究项目“新工科背景下土木工程专业一流课程建设与专业教学改革实践”（2021113）；武汉理工大学校级教学研究项目“基于混合式教学理念的在线开放课程考核与学习效果评价方式研究——以《钢桥》为例”（w2018085）

第一作者简介：秦世强（1987-），男，汉族，安徽肥西人，工学博士，副教授。研究方向为结构健康监测。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.12.033

摘  要：钢桥是土木工程专业道桥方向一门与工程实践紧密联系的专业课，教学过程需要引入大量教学案例和实践案例。采用混合式教学模式改革传统教学模式，通过引入线上教学资源，引导学生主动学习、团队学习和探索学习，提升课程教学效率。以武汉理工大学土木工程专业道桥方向钢桥教学为例，阐述钢桥线上教学资源建设、混合教学模式实践与课程改革成效，并介绍持续改进方向。问卷调查显示，学生对钢桥混合式教学模式较为认可；钢桥混合式教学模式实践表明，相比传统单一讲授教学模式，混合式教学模式下学生主动性更强、师生互动良好、课堂效率更高。

关键词：土木工程；钢桥；混合式教学；在线开放课程；课程考核方式

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）12-0138-04

Abstract： Steel Bridge is a professional course in the direction of roads and bridges in civil engineering， which is closely related to engineering practice. A large number of teaching cases and practical cases need to be introduced into the teaching process. This study adopts the mixed teaching mode to reform the traditional teaching mode， through the introduction of online teaching resources to guide students to take the initiative to learn， team learning and exploration learning， to improve the teaching efficiency of the course. Taking the teaching of Steel Bridge in the direction of road and bridge of civil engineering major in Wuhan University of Technology as an example， this paper expounds the construction of on-line teaching resources of Steel Bridge， the practice of mixed teaching mode and the effect of curriculum reform， and introduces the direction of continuous improvement. The questionnaire survey shows that the students agree with Steel Bridge mixed teaching mode， and the practice of the steel bridge mixed teaching mode shows that compared with the traditional single teaching mode， under the mixed teaching mode， students have stronger initiative， good interaction between teachers and students and higher classroom efficiency.

Keywords： civil engineering; Steel Bridge; blended learning; open online course; course assessment method

近年来，在线开放课程和网络学习平台在全世界范围迅速兴起，得到了广泛的关注和应用。相比传统课堂面对面授课方式，网络课程拓展了教学的时空，增强了教学的吸引力，激发了学习者的主动性，正在促进教学内容、教学模式和方法、教学管理体制的全方位变革[1-2]。在此背景下，教育部和各高校通过一些政策引导，鼓励高校一线教师建设在线开放课程，促进高校教学方法和模式的变革。例如教育部在2015年出台《关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见》，明确了在线开放课程的建设要求、重点任务和组织管理方法；2018年，新时代全国高等学校本科教育工作会议在成都召开，发布《一流本科教育宣言（成都宣言）》，标志着高等教育进入了一个新的征程。武汉理工大学从2016年开始大规模建设在线开放课程，并陆续投入实际教学使用。与社会人士完全自主在线学习模式不同，高校学生在利用在线开放课程的同时，也会接受老师面授课程，即混合教学模式（Blended Learning）[3-5]。混合教学是指学生先利用网络资源对课程内容进行学习，然后教师在课堂上授课、组织学生讨论的一种学习模式，这种学习模式使学生变被动学习为主动学习，极大地提高了学生的参与感和主动性，让学生回归教学主体地位，有利于学生更好地掌握相关知识[6-8]。尽管已有一批在线开放课程建成运行，但大多在线课程仅作为线上资源供学生学习参考，并未真实投入混合式教学，亦未形成成熟的混合式教学考核方式和学生学习效果评价机制。一方面，混合教学与传统教学有较大区别，需要学生主动在线学习，线上提交作业并完成测试，学生参与度较高，在考核中要充分体现学生主动学习的作用；另一方面，学生学习效果的客观评价是对课程持续改进的重要依据；清华大学高等教育研究院的研究表明：随着国内混合教学改革的深入和推进，如何有效评价高等学校混合式教学的教学效果是当前急需解决的问题[9-10]。

钢桥是土木工程专业（道路与桥梁工程方向）的一门专业课，其既涉及到基本的钢材材料属性和连接方式，也涉及到钢桥结构体系、构造特征与设计计算方法，并且与工程实际和设计规范紧密联系。对学生而言，在课堂上要消化吸收钢桥构造与设计基本理论是颇有难度的。因此，教学模式的选择对钢桥的教学效果会有显著的影响。传统教学模式为课堂面授结合课后作业巩固，在钢桥教学过程中主要存在如下弊端：一是学生主体地位容易被忽视，学生的学习兴趣难以被激发，导致学生处于被动学习状态；二是在当前通识教育的大背景下，专业课的学时进一步压缩；在有限的课时内，难以将钢桥复杂的构造特征和设计理论讲解清楚，特别是一些工程案例分析、视频案例及构造细节图片等，都需要充足的课时予以支撑，这就要求学生在课后投入一定的时间；三是钢桥是一门与实际工程紧密联系的专业课，不同学生的学习进度可能存在较大差异，传统教学模式难以为学生提供差异化、个性化的培养模式。因此，钢桥课程迫切需要进行教学模式创新，采取混合式教学模式，让学生回归学习主体地位，激发学生的学习兴趣和主动性，为学生提供个性化的培养方案。

一  混合式教学线上资源建设

（一）  课程现状分析

在进行混合式教学建设之前，需要对课程进行现状分析，明确混合式教学能否对课程教学效果起到促进的作用。钢桥是土木工程专业道桥方向的一门专业选修课，开课时间为第6学期（大三下学期），1.5学分24学时，每周3学时，前8周完成课程学习。钢桥主要选课对象为土木工程专业道桥方向的学生，共计两个班，选课人数为60人左右。课程教学内容为钢桥结构体系、钢桥连接方式、桥面结构、钢板梁桥、钢箱梁桥、钢桁梁桥及组合梁桥7个章节，教学目标为让学生掌握钢桥基本概念、结构类型及构造特征，熟悉典型钢桥的设计计算原则。

如前所述，在传统教学模式下，钢桥教学存在三方面的问题，这些问题能否通过混合式教学解决，是首先需要思考的。首先，关于学生学习主体地位问题，由于混合式教学要求学生在课前进行课程预习和部分内容自主学习，收集整理学习过程中遇到的问题；在课堂上，教师针对本单元教学内容进行设计，结合学生遇到的问题，采取引导式、启发式的手段解决学生学习中的问题，同时对重点内容进行细化讲解。可以看出，混合式教学模式下学生需要主动学习、主动提出问题，避免了传统教学中的被动学习模式。其次，混合式教学能够有效弥补课程学时不足的问题。通过将部分基本概念放到线上，采用学生自主学习的方式，教师在课堂上能够就重点难点内容进行展开讲解。最后，混合式教学通过分析线上学习数据、课堂中学生的提问，能够让教师做到差异化、个性化的培养。

（二）  线上线下内容划分

1  线上线下内容

混合式教学是通过线上自主学习和线下教师讲解及研讨完成的，需要对线上线下教学内容进行划分。钢桥共计7个章节，将每个章节作为一个教学单元。混合式教学具体实践过程中，各教学单元均有线上和线下教学内容；但根据教学内容的特点，分三种形式完成具体教学内容，即线上教学为主、线上线下相结合、线下教学为主。如图1所示，钢桥课程前三个单元包括绪论、钢桥连接、桥面结构，这部分内容主要以基本概念为主，将以学生线上自主学习、课堂研讨的方式完成教学。对于钢板梁桥、钢箱梁桥和组合梁桥三个教学单元，这部分内容包括构造特征和计算原理，将通过线上线下相结合的方式完成教学，其中，线上部分学生自主学习相关概念、结构构造特征，线下部分教师主讲计算原理。钢桥最后一个教学单元为钢桁梁桥，该教学单元采用案例教学的方式，要求学生完成一座简支钢桁梁的设计和计算分析，撰写计算报告。由于涉及到规范阅读、设计参数确定、有限元建模与调试、报告撰写等内容，该教学单元以线下教学为主。

图1  钢桥课程教学内容结构

2  单元知识点

在明确各教学的线上线下教学内容后，进一步对各教学单元的知识点进行梳理。考虑到混合式教学的特点，单个知识点既要有一定的独立性，确保能够在一个8～15分钟的视频里讲清楚，也要让知识点与前后知识连接起来，将课程内容由点及面地串联起来。以单元二为例，介绍单元知识点的分解。单元二钢桥连接共设计了9个知识点，即钢桥的三种连接方式、三种连接方式的优缺点、焊缝分类方法、焊缝适用范围、角焊缝计算、高强螺栓的分类与表示方法、两种高强螺栓连接特点与适用范围和高强螺栓三种设计方法、高强螺栓承载力计算。

（三）  单元教学目标

为了让学生明确学习目标，实现学习效果的准确评价，在混合式教学实施过程中，有必要针对各学习单元和知识点制定具体的教学目标。钢桥的教学目标按照ABCD法制定，即从对象（Audience）、行为（Behavior）、条件（Condition）和标准（Degree）四个基本要素出发，制定具体的教学目标。采用ABCD法设计教学目标，可以使教学目标做到具体、明确、便于操作，有利于进行教学效果评价。以单元五钢箱梁桥为例，对“钢箱梁桥结构形式”制定如下的教学目标：学生通过观看教学视频及课堂讨论，能够正确描述钢箱梁结构形式及其主要优点，正确率90%。该教学目标中，对象为学生，对象行为是通过自行观看教学视频和参与课堂讨论，条件是正确描述钢箱梁结构形式及主要优点；标准是全体学生的正确率达到90%；正确率可根据知识点的难易程度综合考虑。在制定单元教学目标时，尝试考虑将教学活动融入教学目标。例如上述教学目标过程中涉及课堂讨论，拟讨论的话题就作为教学活动进行提前设计。

二  钢桥混合式教学实践

（一）  混合式教学模式

以武汉理工大学土木工程专业（道桥方向）2017—2019级学生为对象进行钢桥混合式教学实践。混合式教学模式包括线上自主学习和传统线下课堂两个部分，通过学生线上自主学习，促进传统线下课堂教学模式的改革，将传统课堂的单一教师讲课模式变革为教师讲授、翻转课堂和课堂研讨模式，激发学生学习动力，提升传统课堂效率。在此过程中，所有教学环节均围绕学生设计和开展，突出了学生学习主体地位。为实现上述混合式教学模式，学生和教师需要在“课前”“课中”和“课后”三个维度分别完成课程学习任务，以保障混合式教学的顺利开展。如图2所示，在课前，教师依托在线教学资源，提前下发任务，监督学生学习进度，并进行答疑；学生需要完成老师指定的学习任务，包括阅读教材、观看视频、完成在线练习题和记录学习疑问等。在课中，教师根据在线平台记录的学生学习情况，对掌握薄弱的知识进行加强讲解；重点讲授课程中关于钢桥计算原理、案例部分；根据不同单元知识特点，设计翻转课堂或小组讨论，并点评学生成果，加强学生对相关知识点的理解；学生则根据教师指引，完成听课、课堂讨论和课堂演示等环节内容。课后，学生在线上平台完成作业，在讨论区与同学和教师交流；教师则需要依托线上作业和课堂表现评估学生对知识点的掌握情况，并进行答疑。时间投入上，课前、课中和课后的时间比例约为1∶1∶1，即学生在课下需要投入两倍的课程总学时。