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土木工程材料混合式案例教学模式研究

2024-07-26 14 上传者：管理员

摘要：本文以土木工程材料课程为例，基于课程类型、教学问题、教学逻辑设计、课堂教学组织结构重构、评价优化等方面的研究分析，结合混合式教学的线上优势，解决专业课程教学中抽象原理不易理解、实践操作难以精准指导等问题，提出包含“案例分析-探究操作-交流剖析-巩固提升”四个环节的案例教学流程，构建专业课程混合式案例教学模式。

关键词：
教学模式
教育现代化建设
智能工具
案例教学
混合式教学
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线上线下混合式教学是教育现代化建设的发展方向，教育部近几年来，在加强高等学历继续教育、课程思政、精品在线课程建设、建设学习型社会等一系列指导性文件中，强调突出重点加紧促进线上线下教育融合发展，推动教育数字转型、智能升级、融合创新，支撑教育高质量发展。《中国教育现代化2035》提出要充分利用现代信息技术，丰富和创新课程形式，创新人才培养方式，推广启发式、探究式、参与式、合作式等教学方式。

实践性是一切工程教育的本质属性，将实际工程问题以案例教学的方式引入到工程教育之中，能够有效培养学生独立解决复杂工程问题能力。在混合式教学飞速发展的环境下，采用案例教学模式，能在激发学生主体性同时有效解决传统教学模式中，诸如案例成本高、不直观、难以理解等问题。探索混合式教学条件下案例教学模式，有助于学生完成学习知识构建、思维培养和能力提升。

国内外众多教育学家相关研究成果主要有：考虑学生个性化学习需求，突出教学案例资源设计人性化特征；基于数字化学习环境技术特征，对教学案例进行可视化描述；大力投入相关课件和教学案例的开发。相关研究主要发展方向包括：从学生素质、教师能力、教学环境、课程特征等方面分析影响案例教学效果的主要因素；将学生并入课程建设者中，设计智慧型、友好型等教学案例方法；从学生的主体性、参与程度、学习兴趣探索学生从传统学习方式向信息化学习方式转变的途径。

1、土木工程材料课程案例教学模式构建研究设计

1.1 课程类型确定

土木工程材料是土木工程的物资基础，土木工程材料课程是土木工程各类专业的必修基础课，在工程实用性与学术理论性两方面特色突出。根据课程教学内容和教学目标，课程分为工程基本概念类和工程分析及能力提升类两类。工程基本概念类以教师讲授为主，主要针对土木工程材料组成、及结构特征与其力学性能、物理性能、热学性能、耐久性能等的各种概念、设计规范、计算公式及工程应用的学习，使学生了解基础科学概念。工程分析及能力提升类以师生互动为主，强调学生自主完成，将零散知识构建为知识体系，并对实际工程案例可以进行清晰独立的分析、设计和验证，能够根据工程实际情况合理选择和使用材料，以培养学生系统性思维能力。

1.2 教学模式构建路径

以培养学生关于土木工程材料相关知识的运用能力、思维能力以及实践能力为目的，探索教学模式的改进。工程概念类课型主要在于激发学生的学习动机、掌握工程知识、理解工程问题，最后开展与完成工程案例教学活动。强调提供学习框架和探究环境，构建以问题驱动的教学模式。工程分析及能力提升类课型，主要提供相应的思维导图，梳理知识体系，结合讲授和训练，利用线上教学提供工程案例的学习环境，并利用平台的智能诊断与指导功能，及时为学生提供反馈。

1.3 教学模式构建实证

教学模式使用过程中进行滚动式效果实证。实证工作主要考虑：考虑提高教学效率、改变学习方式等，对教学活动途径和方法作系统调查与改进；利用教学平台数据对教学路径进行优化探索；对学生工程案例线上完成过程中得到指导的途径方法进行探索；线下教学对线上教学应用的反应和配合方法。

2、学生接受混合式案例教学模式的可能性分析

对2022级学生采用混合式教学，由于平时长期接触网络，加上疫情期间网上学习的经历，网络工具运用在他们学习中有着重要作用。通过问卷调查，拥有智能手机的比例达到100%,拥有笔记本电脑或平板电脑的比例也达到79.6%,在开展混合式教学所需的硬件设施方面没有障碍。学生使用网络学习并解决学习问题的比例为：经常性23.7%,时常性43.2%,偶尔19.4%,从不13.7%。说明学生比较熟练地使用电脑或手机学习和提交作业。学生认可网络学习的便利性和互动性且充满兴趣。

案例教学是提升学生逻辑思维能力与独立进行工程任务、解决工程问题的能力，培养良好的工作习惯和科学态度。传统教学模式中，工程案例依靠教师通过线下教学的方式进行演示讲解，以文字或图片为主要媒介，直观性差，教学效果不佳。混合式教学可以为学生提供工程情境，利用多种方式亲历、感知、参与等活动来完成提出假设、验证假设、得出结论的流程，从而理解知识内涵。促使学生通过沉浸式学习，提升认知能力。受访学生普遍认可类似教学方式。

3、教学活动流程设计

基于混合式教学的案例教学模式和课程教学内容的特点与要求，设计主要包含“案例分析-探究操作(核心环节)-交流剖析-巩固提升”4个环节的教学流程。

案例分析环节基于基础工程知识，教师进行学情和学习任务分析，设计学习逻辑，编制学习任务单，通过线上预习的方式，以文档、图片和视频为载体，向学生推送具体案例情境视频与问题清单，布置工程案例任务，创设学习情境，在情境中引入问题，激发学生的好奇心和求知欲，启发学生独立思考探究问题，鼓励学生先行提出猜想与假设，为后续研究作准备。案例分析部分，为突出混合式教学线上教学直观性强的优势，以线上发布视频为主。视频要“短而精”,时长以60秒左右为宜，最长不宜超过120秒，以体现“碎片式学习”的特点。视频内容要能引起学生的好奇心、学习欲。视频以传统工艺和现代创新问题呈现，激发学生想了解、想学习、想知道、想利用所学专业解决问题的热情。

在探究操作(核心环节)环节中，教师设置线上课前猜想与问题，线上线下教学并行，组织学生自主设计方案并根据方案探究操作，引导学生思考完成工程案例方案。利用线下教学“面对面”的特点，使用场景化案例深化学生对知识的理解，引导学生从全局的角度理解材料相关问题和知识，形成系统化的知识体系。组织学生分小组进行相关讨论，交流自己的观点与困惑。期间教师可以进行巡视或参与讨论，不急于下定论，注意结合线上系统采集学生过程性的数据与资料，观察学生在讨论中的陈述和反应，对有困难的同学及时提供视频讲解或指导。在学生形成初步结论阶段，注意引导学生思考可能发生的变数或不同解决办法，提出改进方法和策略。此环节可能需要经历多轮反复，确保学生经历知识凝练、问题发现、解决问题。在现代智慧校园普及化的趋势下，教学形式上提倡“能用视频就不用图片，能用图片就不用文字”,利用现代化教学手段，使用视频，动画，有条件时可以考虑使用VR等方式进行展现，形式上由呆板枯燥转为生动活泼。可利用现今学生热衷拍摄短视频的风潮，鼓励学生借助视频剪辑等方式剪辑教学短片，由学生做教案，在师生的互动中，培养学生的学习热情和学习习惯。

交流剖析环节在线下教学中完成，教师可以与学生交流评估，充分理解案例工程问题并总结解决情境中的实际工程问题的方法原理。从教师方面进行拓展提升，对学生方案进行分析、改进及拓展，深入交流和探讨，并作出评价。学生可以通过组间交流交流，以及教师引导讲解，进一步深化知识的理解和认识。

巩固提升环节旨在通过工程案例深化扩展训练，构建知识理论与实际工程问题深入的联系。着重考虑学生在充分掌握知识的基础上，培养解决实际问题的能力。教师在线上平台上提供知识测试题和网络资料资源。线下组织学生回顾知识点，通过思维导图的方式帮助学生构建知识体系。学生在线上完成教师发布的教学复习任务并接收反馈结果，对于掌握尚不到位的知识内容通过观看网络资料资源等方式进行差异化、个性化的复习巩固，线下教学中利用思维导图进行知识梳理，构建学科知识体系。

4、教学环境技术支持

教学环境的技术支持主要是针对线上教学部分而言。混合式教学中的案例教学模式主要功能包括智能学习功能、线上仿真教室、预习复习操作系统功能三类。

案例分析环节中，需要利用实际工程视频支持教师创设问题情境，帮助学生感知问题情境，激发学生思考。线上学习要体现“碎片式学习”特点，选择的工程案例视频展示必须“短而精”,切忌体量大时间长。学生需要思考的主要问题为项目案例基本情况、相关问题设计、存在的困难等，核心是相关问题设计。

探究操作环节中，需要突出工程案例的实时性，抛出一个或一类工程中出现的问题或现象，再从土木工程材料的角度，进行线上讨论，解决现实问题或解释工程现象。讨论中鼓励不同的意见和解释，以达到举一反三，提炼和升华知识点。支持学生利用虚拟仿真教室，进行独立探究；利用虚拟智能功能，对学生在完成过程中操作正误给予相应的及时反馈；利用数据统计与分析功能，分析与检测学生完成情况，帮助教师进行个性化指导；利用网课、微课资源，提供包括方法原理、知识铺垫、解决纲要、参考思维导图等视频内容，使学生在探究过程中，可以随时进行微视频学习，并在视频指导下完成自主学习；利用交流展示功能，支持学生小组内合作交流，补充和完善结论。

交流剖析环节，利用交流展示功能，鼓励学生展示阶段性学习成果，促进学生进行自评与互评；利用演示功能支持教师演示，辅助学习。可以利用随机点名、抢答、卡牌式互问等游戏式练习方式活跃学习氛围。

巩固提升环节，利用知识梳理功能，支持学生梳理本节课程知识体系，总结知识点之间的关联关系，利用思维可视化的呈现，构建化学学科的知识体系。利用信息化技术手段，定期将学生单元练习转化为数据图表化，并实时反馈学生，教师依据学生学习情况针对性地进行个性化答疑辅导。教学模式建构如图1所示。

图1 土木工程材料案例教学模式构建

5、教学实施效果

为验证教学效果，把同一年级先修课程成绩相近的两个班级分为实验班和对照班，其中实验班进行混合式案例教学，对照班进行传统教学。学期结束后，对学生进行闭卷考试，整理考试成绩结果，并进行独立样本T统计检验，表示显著水平的P值为0.002,远小于0.05,说明实验班和对照班成绩有显著差异性。检验结果如表1所示。

表1 土木工程材料课程考试成绩对比分析

教学课程组邀请资深教师、专家，深入教学各阶段，听课、评课和课后深入访谈并进行课程成效分析。对于参与课程教学的同学，以问卷调查和访谈结合的方式，从学习兴趣、学习动机、课堂学习情况、信息技术支撑资源及工具、学习资源需求等方面分析目前教学主要的问题。最后请教师和学生从教学目标、教学内容、教学策略、教学过程等4个方面展开系统评价。评价体系如表2所示。

表2 课程评价体系

教师普遍反应，课程组针对土木工程材料课程内容，在智慧学习环境下，通过智能技术支持、发挥学生主体性、开展有效合作交流、支撑深度学习、支撑数据采集、支撑精准评价等方面构建解决学生深度理解知识、体验应用知识、归纳探究知识问题的智慧教学模式。依据土木工程材料课程核心素养、知识本体和技术赋能教学融合点及方式,通过案例设计与应用实践,验证所提出的混合案例教学模式、智能支撑功能的有效性。

6、结语与建议

从教学理念、课程类型和内容、教学组织重构与优化、教学活动实施方法、信息技术应用方式等方面,构建线上线下混合教学案例教学模式。通过将知识还原为问题和任务的方式激发学习动力,为智慧教学实践提供参考。

以土木工程材料课程为例,分析学生在专业课程学习中应用信息化技术和手段将专业学习数据化、直观化,设计智能技术支持下的教学模式,从学习逻辑设计、数字赋能教学、课堂教学组织结构重构等方面提出专业课程案例教学模式的构建思路。

线上线下混合式教学模式要求教师要有较高信息化教学水平,案例式教学方式需要教师不断关注学科前沿技术与成果,深入企业调研实务工作,更新、发展、完善课程资源。

参考文献:

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基金资助:江西省高等学校教学改革研究项目“混合式教学模式下《土木工程材料》课程思政的教学改革与实践”(JXJG-22-10-23)阶段性成果;