基于“翻转课堂”的土木工程专业实验教学改革研究★

张春玉 赵延林 陈 勇 左敬岩 孟祥民

(黑龙江科技大学建筑工程学院,黑龙江 哈尔滨 150022)



基于“翻转课堂”的土木工程专业实验教学改革研究★

张春玉 赵延林 陈 勇 左敬岩 孟祥民

(黑龙江科技大学建筑工程学院,黑龙江 哈尔滨 150022)

结合调整后的土木工程专业人才培养方案，针对实验室在人才培养方面存在的问题和不足，提出了翻转课堂教学模式，并调整了实验教学体系和教学内容，同时明晰了翻转课堂的教学流程，实践证明，翻转课堂教学模式对于提高学生工程实践能力的作用明显。

翻转课堂,应用型人才,实践能力，土木工程

0 引言

随着我国经济的快速发展，土木工程领域对专业技术人才的工程实践能力和创新能力要求越来越高。对于在校大学生而言，实验室是培养其工程实践能力和创新意识的重要基地，与课堂教学互相补充的实验教学可以更好地培养学生理论联系实际的能力，提高其分析问题和解决问题的能力[1]。但是，现阶段大学生个性的鲜明化、能力的差异化以及建筑市场人才需求的多样化，给传统的土木工程专业实验教学模式带来了巨大的冲击，使其越来越难以满足社会对人才培养质量的需求。

此外，黑龙江科技大学土木工程实验室在2008年国家教育部本科教学水平评估之后，实验室建设达到了新的高度，人员的职称结构和学历结构更加合理、仪器设备得到更新换代、实验室面积得到增加，实验室开展实验教学的条件都得到了改善。为了更好地发挥实验室的作用，提高人才培养质量，实验室进行了一系列的教学改革[2]，并取得了一定的成效，但是由于近期人才培养方案进行了调整，加之在教学运行中发现了一些新问题，因此有必要对现有实验教学进行进一步的改革。在实验教学改革进程中，尝试了翻转课堂(FCM)的教学模式，并据此对实验教学体系和实验教学内容进行了调整。

1 “翻转课堂”教学模式的核心理念

翻转课堂教学模式(简称FCM教学模式)最初由美国教师在2007年提出，目前已受到国内外教师的广泛关注。FCM教学模式最突出的特点是强调学生学习的积极和主动性，从教学方式和方法上力求学生成为课堂主体。该教学模式借助网络平台将教学任务提前于课堂教学进行布置，要求学生在进入课堂前利用网络资源完成指定的学习任务，而课堂上教师主要和学生有针对性地讨论解决自主学习中遇到的问题，并突出学生在课堂上的“前台”地位，进而活跃课堂气氛，提高学习效率[3]。

目前，我校土木工程专业实验仍然是“课前教师准备→课中教师讲解示范而学生机械重复→课后学生撰写报告”的传统教学模式。可以看出，在实验教学进程中学生完全处于从属地位，成了名副其实的配角，这严重影响了学生工程实践能力和创新意识的培养。为了提高土木工程专业实验的教学效果，使学生由“幕后”走到“台前”进而成为课堂的主体，提高学生对土木工程专业实验的学习热情，课题组进行了翻转课堂教学模式的尝试。同时，为了迎接高校本科教学水平评估，我校积极鼓励教师在教学中采用新教法引导学生进行自主学习，激发学生的学习兴趣，从“以教为主”向“以学为主”转变，这种教学氛围为FCM教学模式在实验教学中的应用提供了有利的条件。

2 实验教学体系的重构

近期我校对人才培养方案进行了调整，调整后“大学科”下土木工程专业实验训练平台被打破，各实验教学项目又重新以课程为依托，学时被严重缩减，实验项目被割裂。为了在有限的学时内完成教学大纲的训练要求，真正提高学生的工程实践能力和创新意识，实验室决定尝试采用FCM教学模式，将实验进程前移延伸至课前，让学生在课前以实验主体的身份充分准备，以节省课上实验进程的时间。同时，为了便于FCM教学模式的运行，实验室按照专业基础和专业技术两个模块重构了教学体系，在专业基础模块下放置土木工程建筑材料、混凝土结构基本原理、建筑工程结构、钢结构基本原理等课程实验，在专业技术模块下放置钢结构工程设计、混凝土结构工程设计、高层建筑结构抗震设计、钢—混凝土组合结构设计、砌体结构设计等课程实验。考虑学生能力的差异以及自身发展的需要，实验室根据教学内容难易程度的不同将实验项目划分为三个层次，即最低人才培养标准的基础型实验、面向工程的综合(设计)型实验、开发思维的创新(研究)型实验等[4]。

基础型实验的训练目的是使学生加深对相关理论的理解，掌握仪器设备使用的基本技能，通常以单门课程为依托，属于人才培养的基本要求。综合(设计)型实验的训练目的是要求学生以工程实际为背景，融合多门课程的相关理论，自行设计、制作构件，并验证相关理论，属于专业素质的加强训练。创新(研究)型实验以大学生素质教育项目和教师的科研项目为依托，面向专业素质好、学有余力且有专研精神的学生，重在培养学生的创新思维[5,6]。实验室重新建立的教学体系如图1所示。

在重新调整后的实验教学体系中，由易到难的三个层次中的实验项目均采用开放式教学，并根据市场需求和学科专业的发展及时更新实验内容。实验教学中，学生可结合个人的发展目标和就业意向对应进行教学任务的选择，并接受相应的实践训练，利于提高工程实践能力与科研创新意识。

3 实验教学内容的调整

实验教学的开展离不开硬件条件的支撑。经过多轮的建设工作，实验室仪器设备的数量和功能实现了质的飞跃。截至目前，实验室的大型设备有多通道协调加载伺服控制系统、数控液压长柱试验系统、数控万能实验机等，并配有高低频振动信号采集及分析系统、高速静(动)态应变测试分析系统先进仪器。同时，近期还更新了非金属探伤仪、金属探伤仪等大量的结构检测仪器。为了FCM教学模式的运行，为了提高学生的工程实践能力和创新意识，为了充分发挥仪器设备的作用，实验室全面更新了实验内容。

在前期的实验室建设中，虽然在传统实验教学内容基础上，根据课程改革的需要调整了部分实验内容，但是总体上仍然无法跟上新型建筑材料、建筑结构及建筑技术的发展。因此，实验室以本轮培养方案调整为契机，根据学科的总体发展更新实验教学内容，尤其是增加混凝土结构、钢结构、结构抗震等方向的实践性强、利于创新意识培养的实验内容。此外，将教师科研课题纳入实验教学环节，让学生参与教师的课题研究，既可以节省课题的研究成本，又可以快速提高学生的实践及创新能力。

黑龙江科技大学始终以培养“能吃苦、上手快、动手能力强”的应用型人才为主要特色[2]，因此在实验教学改革中始终围绕这一主导思想。在本次教学改革中，除依托于单门课程的基础实验之外，实验室融合混凝土结构基本原理与设计、土木工程建筑材料、钢结构基本原理与设计、土木工程施工技术、钢—混凝土组合结构、高层建筑结构以及土木工程结构试验等相关课程的核心理论设计了一系列综合设计型和创新研究型的实验项目。例如，在基础型的混凝土矩形截面简支梁加载实验中融合回弹超声无损检测的内容，项目升级为综合(设计)型，继续融合钢纤维混凝土、轻骨料的内容，则升级为创新(研究)型。经过本轮教学改革，根据实验内容设置的实验项目共计21项，其中综合(设计)型实验17项，达到80%以上。

4 实验教学的课堂翻转

在传统的实验教学中，学生处于从属、被动的地位，由于缺少身处工作环境的实验氛围，导致学生参与实验教学的积极性不高，这严重影响学生实践能力和创造能力的培养，因此有必要在实验教学中尝试FCM教学方法，力求改变学生在实验中的角色，使之实现由被动学习向主动学习的过渡，提高学生参与实验教学的积极性，进而提高学生实践能力和创造能力的培养质量。

翻转土木工程专业实验的传统课堂主要包括“课前设计”“课堂设计”和“考核设计”[7]，其流程如图2所示。“课前设计”环节实验教师应设计制作教学资源，包括仪器设备的操作规程、实验应用的理论、实验方案设计、实验数据的记录及处理、实验报告的整理分析等相关内容。“课堂设计”主要是根据教学大纲要求，结合学生课前反馈，梳理实验要点，引导并协助学生完成实验任务。“考核设计”以督促学生自主学习、自主实验为主要目的，从课前、课中和课后三个方面来衡量学生的实验完成质量。

翻转课堂可以将传统教学模式中课堂上的大部分教学内容延伸至课前，既可以提高学生的学习主动性，又可以适应人才培养方案调整导致实验课时大幅缩减的状况，因此实验室在调整实验项目、优化实验内容的同时，努力探索翻转实验课堂的途径，力求在短时间内实现实验教学的课堂翻转。

5 结语

在人才培养方案调整后，为了能够更好地发挥实验室人才培养基地的作用，继续培养能吃苦、上手快、动手能力强的应用型人才，实验室尝试在教学中采用了翻转课堂的教学模式，并取得了一定的效果。但是，由于翻转课堂教学模式与传统教学模式有着显著的区别，因此在运行过程中也发现了一定的问题，突出表现在以下几点：

1)实验教师的工作压力过大。除了学生自主学习的视频等资料外，每次实验之前教师还需要进行任务布置、反馈汇总、教学设计等工作，相对传统教学方式而言，时间上的投入将增大5倍左右。同时，由于制作视频等自主学习资料的要求，实验教师还需要学习专业以外的其他技能，导致心理压力增大。

2)学生的学习习惯转变困难。传统的教学模式已经使学生养成了“张嘴待食”的被动学习习惯，将大部分教学内容放到课下让学生去主动学习，绝大多数学生一时间还无法适应，导致课前的学习任务大多数无反馈或反馈不准，影响课堂的讨论及进程，进而无法实现课堂的翻转。

3)实验室仪器及设备数量相对不足。为了更好地翻转实验教学的课堂，实验分组的人数要远小于传统实验教学模式下的单组人数，这就造成实验室仪器设备的台套数相对不足。

虽然目前翻转课堂教学模式的运行存在一定的困难，但是不可否认该模式能够更好地促进学生学习的积极性和主动性，能够更好地提高学生工程实践能力和创新意识。因此，学校、学院和实验室必须三级联动，高度重视翻转课堂的实验教学改革，鼓励支持教师的有益尝试，协调统一在教学运行中遇到的困难和问题。只有这样，翻转课堂的教学模式才可能有效执行，学生才可能真正受益。

[1] 钱红萍，李书进，史贵才.土木工程专业实验教学新体系的构建与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(10):122-125.

[2] 张春玉，陈 勇，左敬岩，等.土木工程专业实验教学改革与实践[J].山西建筑,2014,40(10):268-269.

[3] 张艳美，杨文东，俞然刚，等.基于个性化和翻转课堂的土木工程专业实验教学研究[J].实验技术与管理，2015,32(7)：183-185.

[4] 陈奕柏，杨东全，韩建刚,等.地方高校土木工程专业实验教学内容体系改革实践[J].高等建筑教育,2013,22(1):138-140.

[5] 蒋晓曙，史贵才，黄小红,等.土木工程专业开放性实验教学的探索[J].常州工学院学报,2012,25(5):89-91.

[6] 刘子振.地方高校土木工程专业开放性实验项目教学探讨[J].台州学院学报,2013,35(3):83-86.

[7] 万虹宇.如何翻转土木工程专业课程的传统课堂[J].当代教育理论与实践,2017,9(1):56-58.

Research on the reform of experimental teaching of civil engineering based on “classroom flip”★

Zhang Chunyu Zhao Yanlin Chen Yong Zuo Jingyan Meng Xiangmin

(CollegeofCivilEngineering，HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150022，China)

Around the adjusted talent training scheme of civil engineering major and aiming at the problems and insufficiency of talents training in experimental teaching, the teaching mode of classroom flip was adopted, the experiment teaching system and teaching content were adjusted and the teaching process of classroom flip was clear. The practice shows that the teaching mode of classroom flip can improve the students’ engineering practical ability obviously.

classroom flip, applied talents, practice ability, civil engineering

1009-6825(2017)13-0232-03

2017-02-22★:黑龙江省教育科学“十二五”规划课题(GJC1215061)研究成果

张春玉(1971- )，男，博士，硕士生导师，教授

TU311

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