水工程计算机技术与应用课程的线上-线下混合式教学研究探讨

李 稳 曹 艺 仲慧 赟

（1.常州大学环境与安全工程学院，江苏 常州213164；2.常州大学城市建设学院，江苏 常州213164；3.山西工程科技职业大学设备工程学院，山西 晋中030006）

0 引言

给排水科学与工程专业培养适应国家现代化建设需要，德智体美全面发展，具备较好的自然科学与人文社科基础，具备计算机和外语应用能力，掌握给排水科学与工程专业的理论和知识，获得工程师基本训练并具有创新精神的高级工程技术人才。毕业生应具有从事给排水科学与工程有关的工程规划、设计、施工、运营、管理等工作的能力，并具有初步的研究开发能力。

在信息化时代迅猛发展的当下，教学手段和教学形式发生了巨大变化，线上课堂、微课等网络课堂形式层出不穷，传统的课堂教学已不是掌握知识的唯一学习方式。针对2021年春季国内的“防疫”要求，在教育部“停课不停学”的指导方针下，国内高校暂时停止所有课程的面授教学，在学生返校前将所有课程转移到网络平台上。这就加快了信息化手段在教学当中的应用，形成了“信息技术+传统教学”的教学模式，“互联网+”“雨课堂”“慕课”“爱课堂”“超星学习通”“腾讯会议”等一系列在线教学模式和手段大量涌现，如何将“线上”教学的多元性、灵活性与“线下”传统教学的重点性、约束性有效结合，是当前工作者不断探索的领域[1]。“线上”教育和“线下”传统课堂教学并非两个独立存在的教育系统，两者应当相辅相成，相得益彰。“线上”教学模式更能开拓学生的思维和眼界，增强学生之间的合作沟通和表达能力，提高学生自主学习的积极性；“线下”教学模式所拥有的师生之间的情感互动却是线上教育无法替代的[2]。

《水工程计算机技术与应用》是一门建立在广泛的理论基础上，又依赖于专业课，且实践性很强的课程。其任务是通过本课程的学习使学生初步掌握专业应用程序设计的基本理论、基本步骤、基本方法以及上机操作的基本知识与技能，以便使学生能在毕业设计中使用计算机，使学生初步具备专业应用程序设计的能力，切实提高在专业工作中应用计算机的实际能力，以适应今后的工作。因为该课程本身就和计算机密切相关，所以采用线上教学不像其他课程，特别是实验课程，显得过于困难重重。根据2021年春季的“防疫”实际情况和政策，采用线上讲解理论知识、编程思路，在学生返校后进行线下上机实验的线上线下混合模式，更易对学生编程过程中发现的问题及时当面指导、订正和解决。

1 《水工程计算机技术与应用》课程体系

1.1 教学目标

发展学生采用多种方法特别是现代信息技术，收集、筛选社会信息以及解决问题的能力；培养学生乐于学习，具有科学态度和创新精神；培养学生掌握给排水中常用的数值计算及其程序设计基本思路；培养学生掌握计算机在给水工程和排水工程中的应用方法。

1.2 教学内容

1.2.1 教材选择

目前专门针对给排水科学与工程的计算机教材比较少，相关的可选择教材主要有：教材a——中国建筑工行业出版社出版的《给水排水工程计算机应用》（第二版）（彭永臻主编），教材b——机械工业出版社出版的《给排水工程计算机应用》（赵星明主编）等。考虑到教材a中编程大部分用的是FORTRAN语言，而学生按培养方案学习的是更常用的Visual Basic语言，而教材b选用的Visual Basic语言，是以该课程按照教材a的基础知识架构和思路，辅以教材b的相关内容，在对各种计算进行程序设计时采用Visual Basic语言进行[3，4]。

1.2.2 参考书

参考书主要是关于Visual Basic语言编程方面，电子工业出版社出版的《Visual Basic程序设计教程》（6.0版）（第5版）（刘瑞新主编），《Visual Basic程序设计教程》（陈华生主编）等，或者其他Visual Basic语言编程教程都可以。

1.2.3 先修课程

该课程为多门先修课程的综合运用。要求的先修课程如下：

数学方面：高等数学、线性代数、概率论和数理统计以及数值分析等；

专业课程：水力学、水文学与供水水文地质学、水泵与水泵站、给水排水管网系统、水质工程学、建筑给水排水等；

计算机语言：大学计算机基础及VB程序设计。

1.2.4 教学主要内容及知识架构

主要涉及内容包括：计算机在给水排水工程中的基本应用，VB程序设计基础、常用数值计算及其VB程序设计（函数插值与曲线拟合、非线性方程数值解、数值积分等），曝气池中氧转移系数的计算及其VB程序设计，城市给水管网平差的VB程序设计。

1.2.5 课程研究内容及重点

课程学习后，学生可在课程设计或毕业设计中的相关阶段运用计算机求解曝气池中氧转移系数或进行管网平差计算。

重点难点内容即为在计算机上按照教材中给出的编程思路，用VB语言做出函数插值与曲线拟合、非线性方程数值解、数值积分等数值计算方法的程序设计，并最终做出曝气池中氧转移系数计算的程序设计和城市给水管网平差的程序设计。

2 教学方法及考核

2.1 教学方法

该课程注重学生的实践能力，所以基础知识应结合动手能力进行。采用线上理论教学与线下实践教学相结合的混合式教学模式，通过线上布置预习任务、理论学习、课堂讨论、线下上机实践等教学环节，使学生在掌握专业理论知识的基础上，获得计算机程序设计技能，能够应用给排水科学与工程专业常用软件进行设计、分析和模拟计算，解决工程复杂计算问题的能力。

线上教学由“超星学习通”实现，将录制好的教学视频提前发布在学习通中，并发布预习任务、课后练习，学生带着问题预习，课后及时完成练习题任务，巩固课上知识。通过学生上课时间签到、超星后台的各学生学习时长和情况，来把控课堂质量，因无法在后台看到学生是否在“空看”视频，故在录制视频时会在重点内容处设置提问环节，提到的学生可以在QQ群中给出答案；同时引导学生在QQ群中展开讨论，从而实现学生的有效学习管理，并提高学生学习的积极性。

另外，录播回放是“线上”教学一大特色，学生们可以在课后进行复习时，对课堂进行“复盘”，查漏补缺，做到有的放矢、事半功倍。

2.2 考核

线上理论讲解各种计算方法的解题思路和编程思路，线下采用分组的形式进行上机实验，不同组采用不同的案例，进行VB程序设计。平时成绩根据上课表现、出勤情况、线上签到情况、作业（练习）质量等综合考评。

考试考核以笔试+上机的形式进行。具体实施情况见表1。

表1 考核成绩评价表

3 混合式教学模式下教学效果分析

采用平时成绩（30%）、上机考核（30%），以及试卷考核（40%）的考核方式，在考试难度与传统线下课堂教学相当的前提下，混合式教学模式下的班级学生成绩分数段显示成正态分布，80分以上的学生占比高于传统线下课堂教学将近10个百分点，学生整体掌握情况较好。传统线下课堂教学以面授为主，有利于教师把握学生学习过程，并及时解决学习中遇到的问题；而线上教学增加了教学手段的灵活性，特别是有助于教师与各种性格的学生交流沟通，在线下不好意思沟通时可以通过在线上无需“面对面”交流解决，激发了学生学习和探索的主动性。线上-线下混合式教学模式对于教学效果起到积极作用。

4 教学体会

春季课程结束后，发现学习成果和学生参与度超过预期，但线上教学存在的内在局限性，依然存在一些不足。

存在的问题及改进建议如下：

（1）课程课时24个学时，课时较少，理论和上机时间都有限，只能针对给水工程和排水工程中的个别问题进行程序设计，具有一定的局限性。可在开课前利用课下时间把VB编程的内容做个练习，回顾之前学过的VB语言编程知识点，尽量不占用本课程的课时时间。

（2）考核是对教学和学习效果的考察，合理考核尤为重要，如何充分考查学生学习掌握程度、杜绝死记硬背不加思考的复习方式，仍然需要思考、实践、改进。

（3）线上教学模式依然在摸索中，如何提高大多数学生的学习积极性和课堂参与度，也仍需要思考、实践及改进。

5 结语

水工程计算机技术与应用为应用型的专业课程，进行教学研究非常重要，并且适当时候要进行合适、合理的改革，力争在有限的课时时间，达到良好的培养效果，培养学生能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂给排水科学与工程问题；并能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

传统课堂是灌输式教学模式，学生习惯于盲目接受缺少思考，线上教学提供了更大的信息量，可以灵活运用线上教学的各种信息化方式，引导学生被动学习变主动学习。“线上”教学方式，是积极主动应对疫情的好做法，是创新也是探索，保障了教学秩序；“线下”教学方式，是根本，保障了教学质量。要发挥好“线上”的优势，让抽象的概念理论鲜活起来，让学生更容易理解接受，同时，要强化“线下”教学，师生面对面地互动交流，可以营造良好的学习氛围。

传统的线下教学具有不可替代性，新型的线上教学也具有独特的优势。利用互联网，为线下课堂插上“翅膀”。“网络对话代替不了面授机宜，传统课堂推翻不了网络教学”，“线上”与“线下”教学两者虽然形式上有区别，但存在共性更多，其实是相辅相成、相得益彰。如何开发“线上”教学的优势，更好地服务于“线下”教学，是教育工作者们正在探索、思考的课题。