基于积件设计思想的土木工程专业课程体系整合

雷进生+刘章军+郭永成+张京穗

摘要：现代教育技术为土木工程课程体系融合和优化提供了改革平台。认识课程间知识点的关联和逻辑关系，按照积件设计思想，构建以知识点为主线的教学资源，开展土木工程课程体系整合构想与教学设计。借助网络课程教学平台和建筑工程三维实训教学平台构建和实习基地建设，通过专业课程集成和体系优化，推动土木工程专业课程的立体化教学体系改革和个性化的微型自主学习策略。

关键词：土木工程；知识点；网络教学平台；课程体系；积件设计

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）05-0092-02

卓越土木工程师创新人才培养计划提出，要建立以创新能力为核心的人才培养模式，改革课程内容、学习方式、考核方式和评价标准，加强实践教学及能力培养方式等关键环节。理解知识的认识过程，利用信息技术和计算机辅助手段，梳理课程内和课程间知识点的内在联系，构建立体化教学体系，是教育工作者面临的一项重要任务。基于积件设计思想加强网络课程教育平台、三维实训教学平台构建和实习基地建设，推动课程群优化与教学资源开发，有利于推动立体化教学研究与改革。

一、专业知识体系与积件化设计思想

课程知识的教学过程可分解成知识点单元的过渡和复合进程，这种过渡在时间维度上是单向的，在知识体系的结构空间上是纵横交错的。课程间知识点存在交叉和关联，利用知识点关联和逻辑关系在课程间建立思维和实践上的联系，构建完整的专业知识体系，可使专业课的课堂教学和网络平台更加完善、流畅，对专业课的理解更趋本质化。积件是根据教学需要组合运用的教学信息和教学处理策略库与工作平台[1]。积件库是教学资料和表达方式的集合，包括多媒体教学资料库、微教学单元库、网上环境积件资料库、资源呈现方式库、教与学策略库等。积件化的学习平台借助于面向对象的设计思想，以积件作为起点，通过导航关系组成千变万化的学习路径。积件设计思想就是将课程知识内容分解成许多标准知识点（积件，相当于玩具积木），成为教学资源库的组成部分。一个标准积件就是一个标准知识点，是同时包含知识呈现方式、学习练习及相关知识链的完整教学单元。将标准知识点按积件方式设计，以一定的顺序连接，就成为课程，遵从一定规则组合就形成课程体系。将这些知识点以积件方式组合成一系列课程，或通过知识点之间的网状关系来学习专业体系，可摆脱单一课程或具体教材的限制。

二、土木工程课程体系整合构想与教学设计

1.重视知识点的归类与逻辑关系融合。研究专业课程和课程之间知识点的联系，根据其类型、性质和特征进行总结归类，把握知识点乃至知识链的构成，进而指导教学设计，可有效提高教学质量。李国强等[2]考虑知识类型提出了结构工程课程体系六大模块，包括结构分析、荷载与结构设计准则、结构设计基本原理、结构工程设计、结构试验与测试、结构工程施工。按模块分类整合可达到课程体系整体优化的目的，又能构成较宽的结构设计知识平台。把专业课程体系作为一个系统来研究，探索课程体系中知识点的逻辑关联，完整地把握课程的研究方法，不断进行小范围的知识贯通、融合和相互渗透，可有效引导学生理清课程体系中理论间的脉络，理解课程和专业知识体系的层次结构锻炼逻辑思维能力与综合分析能力，使学生越学越有兴趣。如可以所在教学楼为钢筋混凝土刚架结构引入刚架、排架和桁架的概念，门窗过梁可简化成简支梁等为例引入，钢屋架的焊接、木屋架的榫接以及现浇钢筋混凝土屋架，当弯矩和剪力较小时，常简化为光滑圆柱铰，杆件简化为链杆，屋架则抽象为理想桁架。这也正是不同课程间知识点的关联和逻辑关系。利用知识点之间的联系建立课程内容链接，可以更好地使学生认识知识体系架构。创新思维教育过程中，通过知识点的联系更可发现思维的创新点。

2.构建以知识点为主线的教学资源。基于积件设计思想进行课程体系融合设计，要在教学资源（课件、网络）建设过程中站在专业角度而不是课程角度，确定知识点的各种特性和关联关系，合理分解和规划知识点，并按照对专业体系的理解和教学设计来构建知识点之间的逻辑关系。在土木工程施工模块教学过程中，在施工问题讲解中多引入结构设计思想和力学概念，可让面向施工企业去向的学生同样感觉到力学和专业在工程施工技术中的重要性。而围绕多次超静定框架体系的求解、无剪力分配法、塑性铰等力学专题，可以看成是涉及多门课程关联的知识点重组的教学过程和方法。以标准知识点为单元，按积件方式建立积件库，教师仍可按自己的教学安排组织和生成有个人特色的课件。每个知识点反映典型的相关内容，各个知识点相对独立，并对不同课程具有通用性。

3.深化课程知识链的关联与重组。同一个知识点可具有不同的存在状态，既可进一步细分，又可被包含在一个容量更大的知识点中。力学类课程和后续专业课程有重要关联和衔接关系，如“土木工程材料”、“混凝土结构原理”和“钢结构”等课程都涉及材料力学性能，“钢结构”和“材料力学”课程都涉及截面几何性质部分，“基础力学”课程中连接件计算、压杆稳定计算等专业内容“钢结构”课程仍有涉及，结构动力计算部分是后续“工程结构抗震”课程教学的重要铺垫。教学上应避免内容重复讲授或知识点的缺位，更应基于积件思想注重知识再现、重组和深化。现在诸如三峡大学求索学堂等网络学习平台都是以知识点为中心来组织网络课程素材的。一个知识点除呈现其文字材料外，还能呈现该知识点与前驱和后继知识点链接，学生可快速查看相关知识点以及其重要程度、要求掌握程度、帮助理解该知识点的例题和多媒体课件（可包含动画、视频、音频等）。深入研究课程群间知识点的联系，进行课程的整合和关联知识重组，有助于帮助学生形成完整的专业知识链条和知识树结构。基于知识点的教学资源库建设，可为资源重复利用和扩展带来极大的灵活性，为不同教师从开放的积件库中选择资源或按积件化模式共享教学资源提供便利。但目前网络课程平台并不能帮助专业教师实现课程间的关联和重组。目前一些针对建筑工程专业实训课程开发的商业仿真软件，运用现代多媒体技术、网络技术、虚拟现实技术等手段多渠道多方法地创设出生动活泼的教学情景。基于具体建筑工程仿真，在理论课程和实习实践、在校学习和毕业工作间搭设互通立交桥梁，更可以具体工程为背景，以建筑施工为主线，串联土木工程材料、地基与基础、混凝土结构设计等多门主干课程的诸多知识点，为土木工程专业课程关联与重组提供教学新思路。endprint

4.建立以积件设计思想的专业课程集成与立体化教学体系。伴随着教学艺术的发挥和教学理念的探索，现代教学媒体的应用为教学手段改革提供了突破口。教学媒体从视听教育、计算机辅助教学到多媒体计算机辅助教学课件的演变过程，标志着人们对计算机辅助教学的认识上升到一个新的阶段。传统课件固化了教学内容、教学策略和知识的呈现方式，素材数据的重复利用率和数据共享率不高，学生的参与度也较低。以知识点的表示、管理和利用为基础的课程建设是今后数字化教学的主要方向。基于知识点关联的土木工程专业网络教学平台其实就是积件化的设计思想和网状的结构，这需要有网状的教学软件与其相适应。利用数据挖掘技术推导出教学中的共性问题，可引导教师改进教学，引导学生自主地进行个性化学习。基于积件设计思想的课程体系改革，可促进课程体系的融合和优化和立体化教学体系的建立。

5.探索积件设计的微型学习策略。按照积件设计思想建设开放式教学资源平台，符合以学生为中心的教学理论的发展，有助于学生自己选择学习目标和学习策略。基于课程知识点关联和积件设计思想来设计实用、短小、微型的标准知识点进行课程内容组块，由简到繁、由易到难、循序渐进、再到创新提高的学习资源设计符合人才培养规律，便于学生对专业知识体系的掌握。利用基于知识点关联的网络教学平台进行学习，具有人机交互性、学习的便利性和灵活性。教学平台导学功能应体现在两个方面：一是通过知识点逻辑关系和基于知识点的结构链接，学生可以确定自己学习顺序和掌握情况，二是对知识点关联度密切的前驱专业知识点进行复习和巩固。

6.核心知识点与实时实习模式。基于积件设计思想的课程整合同样可适用于实践教学。实践教学环节可按知识点进行学习和跟踪考核，以学习的核心知识点进行归纳梳理，实施以核心知识点为主的弹性小学分制和实时实习模式[3]。通过丰富专业教学资源，完善实习指导手册，采用多媒体教学、网络教学、实训课程、求索学堂等现代化教学手段，建立以工程照片、视频资料为主的实习资料库和实习基地建设，使学生全阶段不间断地进行实践教学，实现与理论教学全过程同步的“实习”，实现理论课程（课本）—电子视听和仿真资源（视频、软件）—工地实践（实物）三者的有机互联，强化理论与实践的相互渗透和反复交替过程，使理论教学与实践教学实现无缝实时衔接，学生理论学习和实践教学系统化、完整化，构建立体化教学体系。

土木工程专业课程体系改革探索是一项庞大的系统工程，牵扯到方方面面的改革。结合土木工程专业课程体系特点，在保证课程体系连贯性和知识教育循序渐进基础上，基于以知识点逻辑关系为基线的积件化设计思想，进行网络课程教育平台构建和知识点库建设的专业教学资源开发，推动课程整合和知识融合优化，建立立体化教学体系。

参考文献：

[1]余胜泉，杨现民.辨析“积件”“学习对象”与“学习活动”——教育资源共享的新方向[J].中国电化教育，2007，（12）：60-65.

[2]李国强，陈以一，朱合华，等.土木工程专业结构工程课程体系与教学内容改革总体方案[J].高等建筑教育，2002，（2）：53-54.

[3]雷进生，张京穗，杨俊.土木工程实习教学动态立体模式研究[J].高等建筑教育，2010，19（6）：136-140.endprint