融合移动学习平台的地下工程施工课程混合式教学模式探索与实践

于 洋，张连英，梁化强，朱 炯，宗德媛

（徐州工程学院 土木工程学院，江苏 徐州 221111）

《教育信息化十年发展规划(2011—2020 年）》明确提出：要充分利用信息技术促进教育发展，要以创新教育理念为目标，注重信息技术与教育全面深度融合，构建多种形式的学习平台，实现优质教育资源共享和学习个性化和终身化[1-3]。当前，现代信息技术为我国高等教育模式改革和创新提供了强大技术支撑，促使教师教学手段与学生学习方法发生深刻变革，信息化是国家和社会对高等教育发展提出的新要求。

我国地下空间的开发和利用潜力巨大，地下工程行业发展需要高校持续的人才培养产出作为支撑。其中，掌握地下工程施工技术是保障学生由理论知识学习走向工程实践应用的关键环节。扎实的地下工程专业知识和实践技能，可以有效消除学生对地下空间灾害的恐惧感和模糊认知，赋予学生投入国家重大工程建设的历史使命感。在此背景下，结合应用型本科院校城市地下空间工程专业学生的特点，以地下工程施工课程为例，融入现代信息技术创新教学方法，在教学实践中探索混合式教学模式，加速专业课程理论与实验教学方式改革，满足新时代学生对成长和成才的需要，有效提升课堂教学质量和效果，为类似课程的教学改革与研究提供有益的参考与借鉴。

一、地下工程专业课程存在的问题

（一）行业发展与人才培养脱节

钱七虎院士提出：“21 世纪将是地下空间开发利用的世纪。”近年来，我国城市地下空间资源得到快速开发和利用，在传统隧道工程的基础上陆续出现了以轨道交通和综合管廊为代表的新兴地下工程产业形态[4-5]。相比于传统地上空间建设，地下工程是理论和实践综合性强，涉及学科门类众多的领域，其建设时间短、施工经验少，存在设计和管理等众多安全问题，具有隐蔽性、复杂性和多样性等显著特征[6-8]。目前，相关领域对地下工程专业人才的需求量与日俱增，全国高校的办学规模也不断扩大，但是，当前地下工程专业人才培养远远落后于工程建设的需要，理论知识更新的时效性差，实践教学手段单一，这给专业课程教学方法和质量提出了更高的要求和挑战。

（二）专业课程教学资源相对匮乏

现有专业课程的教学资源和方法不能完全满足行业对人才培养的新要求。地下工程施工过程中普遍存在高危险、高复杂、高成本及过程不可逆等显著特点，各种典型的地下工程物理空间重现困难[9-10]。地下工程掘进方法和支护工艺复杂，程序繁多，例如地下硐室围岩变形涉及地质构造、岩体属性、应力环境、温度和湿度等多种因素相互耦合作用，灾变机理和控制对策十分复杂。因此，传统课堂讲授模式导致工程理论晦涩难懂，而实验教学又开展困难，教学质量难以保证。除此之外，现阶段成熟的实验教学设备滞后于工程实践，学生对地下结构的理解和施工工艺的认知度普遍不高，难以将感性概念上升为理性认识，因此，急需建设和丰富地下工程教学资源，引入先进的教学理念和方法。

（三）地下工程施工课程群急需建设

地下建筑结构、地下工程施工和隧道工程等是地下工程专业必修课程。其中，专业核心课程地下工程施工以矿山巷道、地铁隧道、水下结构和综合管廊等地下建筑物为研究对象，系统讲授各类地下工程施工方法的概念、原理、适用范围、工艺流程、工程监测和灾害防护等相关专业知识[11-12]。由于知识杂、工法多和工艺繁，课堂教学难以真实再现地下工程施工实际场景，学生难以系统理解和掌握，学习兴趣和动力不高。因此，需要将信息化技术融入到课程建设过程，探索虚拟仿真技术与数字教学云平台结合，关联映射地下工程课堂教学内容，突破时空限制，拓展学生对地下建筑的认知范围，实现理论知识和工程实践融会贯通。

二、地下工程施工课程教学模式探索

（一）教学模式的构建

针对地下工程施工课程知识点多、抽象性强及实践色彩浓等特点，结合团队教学经验积累与思考，提出依托当前主流移动学习平台：微信公众号、超星学习通APP 和虚拟仿真教学项目，树立“以学生学/发展为中心”的教学理念，以问题为导向、任务为驱动，构建了有线上支持的线下课堂混合式三阶段教学模式，如图1所示。

图1 教学模式框架

1.课前，教师将学习内容推送至移动平台，发布通告明确学习目标和任务，学生利用移动终端进行课前预习，教师对学习情况、问题形成、在线测验和任务完成等行为进行监测，通过后台反馈数据掌握课前学习效果，基于暴露的问题开展针对性备课和授课。

2.课中，教师围绕学生课前形成的问题开展目标教学，首先利用移动平台检测学生线上学习效果，依据结果导入新的课程重点知识点讲解。其间，开展全员参与的师生和生生互动讨论与协同任务等形式随时感知学习效果，引导学生遇到问题时形成“发现—思考—分析—解决”的学习惯性。同时，实验内容依托虚拟仿真实验项目开展实践教学。

3.课后，教师通过移动平台推送作业，借助后台数据准确掌握学生的学习情况。学生根据课内学习效果一方面回归到线上教学平台回看教学视频进行课程复习，另一方面通过移动平台寻求与教师在线答疑和讨论；教师根据平台数据反馈评价学习效果，开展针对性的教学干预和预警工作，并进行课程教学反思和改进。

（二）教学难题的解决

1.有效解决传统课堂教学过程数据缺失的顽疾。借助学习通的问题抢答、主题讨论、在线测验、分组任务和作业评分等功能，软件后台全程记录学生课程学习表现，并根据教师设定的分项比重自动输出学生平时成绩，解决了传统课堂教学过程数据缺失和成绩评定依据随意的问题，提高了课堂教学效率和成绩评价的科学性。

2.满足学生个性化学习需求，提高理论知识传授效率。借助超星网络课程丰富的线上教学资源，突破传统课堂物理时空限制，将教与学从课内向课外延伸，达到随时随地个性化学习。传统课堂构建在标准化教学基础上，所有学生被迫按照统一进度学习，教师无法对学生提供个性化的指导。通过学习通直播功能将整个课堂教学环节全部记录下来，学生根据自身知识掌握情况随时随地回看教学录像，并且借助于微信公众号的在线答疑实现与教师的实时沟通，学生学习效率和效果显著提升。

3.打破传统课堂教学理念和方式的禁锢。教师教学理念从传统课堂“以教定学”转变为智慧教室“以学定教”。课前通过学习通问卷功能充分了解学生的需求和疑问，有针对性地备课，将部分知识点放在课前自主学习；课中采用重点讲解、自由讨论及分组任务等手段与学生深入互动，激发学生主动学习的潜能；课后在移动平台发布作业任务，形成知识扩展与应用，开展在线答疑讨论活动，整个教学过程充分贯彻以学生为中心的教学理念。

4.采用虚实结合的辅助教学手段提升实践教学质量。建立了以学生独立创作为主的地下工程模型实验室，基于课程内容学生动手制作不同类型的地下工程施工模型，深刻理解地下工程施工技术；借助教师研发“地下工程新奥法施工”和“岩石巷道锚注支护设计与施工”虚拟仿真实验项目开展实践教学，构建具有沉浸性和真实感的三维地下空间场景，真实还原和模拟地下工程施工全过程，拓展学生对地下工程的认知范围，关联映射地下工程课堂教学内容，增强课程实验教学效果。

5.组建创新活动小组，破解学习差异性难题。践行应用型高校本科生学业导师制度，针对学习能力突出的学生群体组建“地下工程创新实验室”，开展创新能力提升工程，聚焦地下工程领域热点和前沿，引导学生深度参与教师科研项目，指导开展大创项目、学科竞赛和科学实验等活动，重点培养学生创新思维和科研能力，启迪和激发学生探索未知的勇气和兴趣，为学生后续进入更高平台继续深造奠定基础。

6.思政育人贯穿教学全过程，思想教育与专业素养有机融合。学生在地下工程施工课程实践环节遇到技术难题，教师引导学生勇于面对，不向困难屈服的精神，培养学生正确价值导向。此外，在高强度的学科竞赛训练环节培养学生艰苦奋斗气魄和大国工匠气质，在紧张的比赛环节锻炼学生的团结协作意识和敬业乐群精神，深刻感受和体会集体荣誉感。

三、地下工程施工课程混合式教学模式实践

地下工程施工课程混合式教学模式自2016 年初首先提出，经过5 年多的教学探索不断发展成形，分别在2014—2018 级地下空间等班级进行了实践，取得了显著的教学效果。

（一）课程考核与评价机制

课程考核综合采用了多种评价方式激励和引导学生，促进学生的知识、情感和价值观的均衡发展，形成“问诊—过程—总结”的三元化综合考核评价机制。移动学习平台强大的后台统计分析能力协助教师全程跟踪学生的线上和线下学习效果，综合学生整体表现输出成绩，教学过程材料完整，提高了教师教和学生学的效率。考核评价指标具体见表1。

表1 考核评价指标

（二）教学考核方案

基于课程教学大纲，将课程内容划分为若干关键理论模块，并根据考核题型划分成不同达成度量级。判断和选择题等划分为正确和错误两个达成度量级，填空和计算题等划分为多个达成度量级，考试后计算试卷中关键理论模块对应题目的得分情况，据此评价课程目标达成度，课程目标达成度评价见表2。

表2 地下工程课程学习目标达成度评价表

（三）课程教学效果评价

统计近3 年不同班级对地下工程施工课程的认知程度，如图2 所示。由图2 可知，不同班级对同一课程认知程度表现出一定的相似性，3 个年级均超过70%以上的学生对知识点掌握程度较好。但是，仍超过15%的学生对知识点并没有基本了解。此外，不同年级学生的认知程度出现差异：2018 级地下空间的学生在5 和4 等级的比例要高于2017 级和2016 级地下空间的学生；2018 级地下空间的学生在1 和2 等级的比例要低于2017 级和2016 级地下空间的学生。说明2018 级地下空间学生对课程的认知程度较高，学习效果相对较好。

图2 不同班级对课程的认知程度

不同班级对课程理论知识的掌握程度如图3 所示。由图3 可知，不同年级学生对知识模块的掌握情况呈现差异性。2016 级地下空间在知识点①的掌握程度最好，2017 级地下空间在知识点⑨的掌握程度最好，而2018 级地下空间在专业技能知识点⑦的掌握程度最好，这反映了不同班级对课程理论知识的兴趣点和掌握程度，教师必须利用学生的认知规律差异合理调整课程讲解方式，使得教学内容更加契合专业人才培养目标。

图3 不同班级对理论知识的掌握程度

地下工程施工课程目标达成度评价如图4 所示。由图4 可知，不同班级在相同课程达成度上表现不同。2016 级和2017 级地下空间分别在专业知识和专业素养的达成度最好，而2018 级地下空间在专业技能的达成度最好，他们在专业技能和专业素质方面的显著提高，课程三个目标达成度之间表现均衡，综合素养更高。通过深度融合移动学习平台混合式教学模式的探索与完善，在强化专业知识的同时，学生自我表达、沟通协调、团队协作、思维深度及创新意识等综合能力逐渐提升，说明教师在教学过程中对学生的引导和调控是有效的。

图4 课程目标达成度

四、结束语

以地下工程施工课程为例，通过课堂内外教学实践，不断汲取最新教学理念，反思改进教学思路和方法，构建了深度融合移动学习平台的地下工程施工课程的混合式教学模式，并进行了有益的探索实践，形成以下结论。

（1）坚持“以学生学/发展为中心”的教学理念，以问题为导向、任务为驱动，构建了有线上支持的线下课堂混合式三阶段教学模式，提出了贯穿教学全程的过程性和多元化的考核评价机制；

（2）深入挖掘学习通软件的各项功能，开发了“地下工程施工课堂”微信公众号，结合线下教学环境，从课堂教学、课程作业和课程前沿等方面搭建了基于移动学习平台的混合式教学路径和方法；

（3）建立了以学生独立制作为主的地下工程模型实验室，联合开发了地下工程施工虚拟仿真实验项目，践行了“虚实结合”的实践教学理念，突破了教与学双向时空限制，扩展了实践教学的实施路径。