关于土木工程材料课程混合式教学的几点思考与实践

摘  要：以土木工程材料课程为例，分析线上线下教学特点，针对土木工程材料课程线下教学存在的问题，提出利用线上资源，增加课程训练频次和训练方式，辅助学生对课堂知识的掌握；通过线下实操与虚拟试验的对比，促进学生对试验技能的精细化掌握，巩固试验效果；实现课堂线下授课与APP自学的结合，培养学生在庞杂的知识系统中建立逻辑的技能，拓展课程容量。所提出措施的有效性在实际课堂中进行验证。设计手段的实施能够有效解决线下教学痛点，有效活化教学资源，丰富教学手段，助力符合OBE工程教育理念应用型人才的培养。

关键词：混合式教学；土木工程材料；试验教学；无纸化办公；OBE工程教育

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）34-0041-04

Abstract： This paper analyzes the characteristics of online and offline teaching， and in view of the problems existing in the offline teaching of the Civil Engineering Materials course， proposes to utilize online resources， increase the frequency and methods of course training， and assist students in mastering classroom knowledge; through the comparison between offline practical operation and virtual experiments， promote students' refined mastery of experimental skills and consolidate the experimental effect; realize the combination of offline classroom teaching and self-study through the APP， cultivate students' skills in establishing logic in the complex knowledge system， and expand the course capacity. The effectiveness of the proposed measures has been verified in actual classrooms. The implementation of the design means can effectively solve the pain points of offline teaching， effectively activate teaching resources， enrich teaching methods， and contribute to the cultivation of application-oriented talents in line with the OBE engineering education concept.

Keywords： hybrid teaching; Civil Engineering Materials; experimental teaching; paperless working; OBE engineering education

随着科技的迅猛进步，互联网技术的日新月异，我们见证了众多在线教学平台的崛起与成熟。如果能利用这些平台服务于教学实践，发展混合式教学模式，能够为学生提供更加灵活多样的学习体验，使他们能够根据自己的节奏和兴趣进行学习，同时也使得教师能够更好地管理课堂并适应不同学习者的需求。此外，其还有助于提高教学资源的利用效率，促进教学内容的更新和优化，从而为师生带来更多的教与学机会，激发创新思维，提升教学质量。实际上，线下和线上教学各有优势，具体来说，表现在以下方面。

线下教学学习氛围浓厚，师生沟通及时。线上教学时，由于学生分散，听课时容易做与学习无关的事情，分散注意力。另外，线上教学虽然突破了空间的障碍，但是学生与教师沟通不如线下及时，深度互动困难，再加上部分学生不习惯课后向老师请教，从而导致学生在学习中不懂的地方逐渐积累，显著降低学习兴趣，使学习效果大打折扣。这也是绝大部分课堂使用线下方式的原因所在。

数字化学习方式对学生学习产生了越来越深刻的影响。电脑、手机和网络的普及为网络学习提供了硬件保证；网络教学平台打破了地域的限制，方便学生在任何地点学习，甚至自主安排学习计划[1]。同时网络环境的开放性、资源的丰富性和易获取性等特征也为学生提供了更加灵活多样的知识获取渠道，且可反复观看学习直至完全掌握，能够克服课堂教学中由于课时紧张无法充分思考的缺陷。

由以上分析可见，线上教学各有优势也各有缺陷，因此可以通过发展线上线下混合式教学，实现资源互补，提升课程的教学质量。接下来结合土木工程材料这门课程，来具体分析实行混合式教学模式的必要性。

一  土木工程材料课程现状分析

（一）  土木工程材料的课程特点

土木工程材料课程为土木类专业中专业基础必修课程，其课程内容是构成整个土木工程项目的基石，能够提供学科基础理论知识、解决基础学科困惑[2-3]。此门课程的特点是课程课时少、教学内容繁杂且各类材料之间联系少。比如每一种土木工程材料的内容都包含原材料的生产、组成结构、性质、应用、检验及储运等方面内容，较为抽象的公式推导少，经验表格及标准多，理论与实践紧密结合等[4-6]。课程的传统教学方式为线下课堂讲授理论知识，实验课强化动手能力，布置作业进行内容训练和考察为主。开设该课程的时间较早，比如深圳大学在大二第一学期开课，所以大部分学生还未建立专业知识概念，缺少工程实践经验，而且参观建筑工地机会有限。由于课程的这些特点，学生常常反映该课程需要记忆的内容多，内容繁杂没有系统，学习内容难以掌握。

（二）  土木工程材料的教学现状

1  传统教学模式下，教学内容训练较少，过程考核方式较为单一

土木工程材料这门课程在深圳大学共2.5学时，每学期的课程除了绪论之外，用于讲授的章节共13～16个。每个章节对于学生来说都是新内容，有大量知识点需要学习，因此学生对于教学内容需要及时复习与消化才能充分掌握。传统教学模式下，采用布置线下作业的方式进行教学内容训练和衡量掌握情况是常用手段。如果采用纸质作业布置方式，对每个章节的内容都进行考核，一方面会用到大量的纸张（每学期约200个学生，每次作业平均3页，按13次作业计约8 000张，10年8万张），纸张消耗大，不利于环保，同时也给档案储存造成压力。另外也存在批改后的作业学生希望分发下去，学校又要求存档以备教学检查的矛盾，这时可能需要额外的复印作业进一步加大纸张消耗。此外，作业的收集与分发也需要额外耗时耗力。

在这种情况下，如果能够借助数字化线上平台进行作业布置，一方面能够增加教学内容训练的频率，节省纸张的消耗，学生能及时看到作业批改反馈，数字化档案的保存也更节省空间；另一方面也可以拓展训练和考核的方式，增加课前预习测验模块，从而实现对学生学习效果的全面衡量，指导课堂讲授内容动态调整，从而有利于教学内容和教学目标的准确设定。

2  由于空间和时间限制，实验课更像走过场，无法与科研或工程实践对接

实验课是土木工程材料课程的重要组成部分，其中常见土木工程材料的基本性能及测试方法等都是课程大纲中重要的组成部分。课程中实验课涉及水泥试验、骨料试验、普通混凝土试验等，以验证性试验为主，试验过程以教师讲述试验方法、演示、分组试验的模式进行。土木工程材料实验与工程实际联系紧密，能够帮助学生理论联系实际，所培养的实验技能无论学生以后从事科研或者走上工程相关岗位，都是重要的知识储备。然而，在实际的实验课开展过程中，由于实验课场地有限，通常学生需要分批来进行实验，比如深圳大学每批学生用于操作的时间除去讲解可能只剩半个小时左右，在这个时间段内，需要完成3～4个教学试验，因此学生为了在规定的时间内完成试验内容，试验操作仓促，用于观察体会消化的时间减少，如果没有预习甚至还需要时间回忆查阅相关知识点，大大影响了试验效果。导致的后果是，虽然看似完成了试验操作与实验报告，但实际走上科研或者工程岗位时，操作不规范，需要注意的关键点没有注意，从而导致测试结果不合理或者没有规律，实验结果无法使用。

实际上，材料实验是一门异常严谨的学科，每个实验通常包括十几甚至数十个步骤。任何一个步骤的失误，可能会导致实验结果的巨大偏差。因此，在有限的时间和场地下，如果能够借助数字化平台开发试验示范视频模块，通过课前预习提高试验效率，课后将实操过程与示范视频做对比，通过查找异同以及分析原因，充分明确各步骤的作用，达到使学生能够学以致用，精细化掌握实验技能，培养良好的试验习惯，走上工程或者科研岗位后立即学以致用的效果。

3  较少的学时数与相对较多的讲授内容有矛盾

为适应素质教育的需要，土木工程专业的课程学时一再压缩。深圳大学土木工程专业该课程的理论教学学时目前只有36学时，试验教学9学时。但该课程内容复杂，各类材料自成体系，各章之间联系弱。让学生在有限的学时里掌握繁多的土木工程材料，这对于惯用逻辑思维分析和解决问题的理工科学生来说有一定难度。这也导致学生常常反映该课程需要掌握的内容繁多，关联性弱，难以有效掌握。如果能够借助数字化教学平台的辅助，课内主要带领学生梳理最核心的逻辑关系，并结合案例进行示范在实际工程中的应用，而将零星的知识拓展放在平台上交由学生自学，培养学生自主学习能力，则有望解决这一矛盾。

（三）  土木工程材料实行混合式教学的必要性和意义

混合式教学模式能够赋予学生更加自主化探究的空间，教师的教学方式也能够打破讲授性为主的固定程式而更加灵活[5]。以往的网课建立经验和手机、电脑等电子设备的普及为实行混合式教学提供了软硬件支持。因此，在土木工程材料课程中能够实行混合式教学模式，具有以下必要性和意义：①此教学模式有望有效改善该课程在教学过程中存在的普遍问题，有效提升该课程的教学效果。②此项目的研究内容符合OBE工程教育理念。OBE工程教育称为“Outcome-based Education”，主要是以成果为导向或以学习产出为基础的教育，重点强调以学生毕业后应该具备的能力与掌握的技能来设计教学内容、教学方法、评价标准、保障体系并不断进行持续改革，是培养应用型人才的工程教育[7-8]。此项目中通过混合式教学，无论是加强学生对基础课程内容掌握的训练，还是对精细化试验技能的培养，亦或是加强学生逻辑分析能力，培养自主学习能力，都是以学生发展为中心，培养应用型人才，符合OBE工程教育理念。③混合式教学对实现“无纸化办公”打下了基础。无纸化办公的主要优点在于信息传播迅速、流动性强，便于数据的查询、维护、携带，节约办公成本，提高办公效率[9-10]。美国未来学家托夫勒在《在第三次浪潮》里预言：“后工业社会将必然进入无纸化办公的时代”[10]。将数字化教学平台引入传统教学，能够为学校教务将来有可能实施的“无纸化教务”提供支持和解决方案。

二  土木工程材料课程混合式教学改革探索

（一）  在课程内容训练和教学考察环节：增加训练频次和训练方式，实行无纸化

土木工程材料的所有考察内容中，占用纸质资源最多的是测试和课后作业两项。全课程总共13～16个讲授章节，每个章节都有对应的考察内容。因此这部分内容的无纸化，能够有效节约教学成本。而且通过构建数字化考察内容，扩充题库，能够增加考察知识点的深度和广度。因此可以针对每个章节设置对应的测验模块，通过这部分的设置，让学生自我评价预习和自学的效果。这部分的设置主要以客观题为主，比如选择题、判断题、填空题，学生通过系统线上答题，学生提交后，能够通过系统自动进行批改，学生能实时看到答题结果，同时也能减少批改工作量。另外每个章节设置作业模块，帮助学生巩固课堂教学的成果。这部分的设置可以加入主观题，包括简答题、论述题、计算题等。对于主观题，要求学生手写答题，拍照上传。由教师或者助教线上批改之后，学生可以看到成绩和答题情况。另外，可以将一些和试验相关的内容耦合进作业模块，将学生实验部分的分组行为转变为单个行为，加强学生对试验内容的掌握。比如要求学生实验课后将教学试验实操与试验视频进行比对，又如要求学生进行教学试验之前的准备工作：例如在新拌混凝土性能检验试验中，混凝土配合比需要学生在实验开始前提前算好。通过将配合比设计耦合进作业布置，可以实现对学生配合比设计的初步检查，避免由于结果不合理而现场重算从而占用大量实验时间的情况，同时避免了学生忘记带试算结果（分组手写试算时时有发生）而导致实验无法开展的情形。