混合式教学模式下“土木工程材料”课程的改革与实践

钟金兔 何勇毅 薛志成

摘   要：针对“土木工程材料”课程教学中存在的教学内容庞杂散乱、学生课堂参与度低、差异化教学和个性化学习不足等问题，可采用线上线下混合式教学模式，以拓宽学生自主学习渠道；应以学生为中心，引入合作学习法优化教学模式；注重与工程应用相结合，创新实验教学内容与环节；紧扣人才培养目标，改革课程考核评价方法，从而激发学生学习积极性，培养学生创新实践能力，提升学习效果，最终实现培养土木工程专业应用型高级工程技术人才的目标。

关键词：土木工程材料；混合式教学；教学改革；以学生为中心

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2024）07-0056-05

习近平总书记在2018年的全国教育大会上指出：“新时代新形势，改革开放和社会主义现代化建设、促进人的全面发展和社会全面进步对教育和学习提出了新的更高的要求。”因此，高校教育教学方式必须做出相应的调整，进一步提升高校教育能力，以落实习近平总书记针对教育的讲话精神[1]。

混合式教学概念最早起源于国外的培训机构，其核心理念是采用线上与线下混合的教学模式开展教学活动。这一理念首先由北京师范大学何克抗教授引入国内并进行了教学改革实践研究，其研究表明，混合式教学兼具传统教学方式与网络教学的优势，既能发挥教师的主导作用，又能体现学生作为学习主体的主动性、创造性和积极性[2]。

随着计算机与互联网技术的不断发展，各类在线学习平台发展迅速。雨课堂、超星平台、中国大学慕课（MOOC）及SPOC等公共在线学习平台为公众提供了大量优质的线上学习资源，极大地降低了大学生的学习成本，同时为教师提供了多样化的教学资源选择。在线教育的学习时间、地点和方式灵活，能实现学习资源反复观看，这给教育行业带来了一次重大变革[3]。线上教学资源如何与线下教学相结合，以提高课程教学质量，提升学生学习效果并实现人才培养目标，是一个值得高校土木工程专业教师进行研究和探讨的重要课题。

一、课程教学现状与问题分析

（一）课程特点和学习要求

“土木工程材料”是土木工程专业学生的一门必修专业基础课程，涉及理论教学和实验教学。该课程的教学目的是使学生掌握“土木工程材料”相关的基本理论和基础知识，为其后续专业课程的学习以及为将来在从事土木工程建设工作时能正确选择与使用材料奠定一定的理论基础[4]。本课程介绍当前土木工程中常用材料的基本性质及应用方法，包括石灰、石膏、水玻璃、水泥、建筑砂浆、混凝土、砖、砌块、木材、石材、钢材、沥青、高分子材料、复合材料及多功能材料等。课程学习内容庞杂散乱，各章之间知识点的关联性较弱[5]；大部分现有教材以描述内容为主，专业术语和概念词汇众多，与工程实际结合紧密的定性描述或者经验规律总结较多，给土木工程专业新生的学习带来很大困难。同时，随着建筑工业化发展，“土木工程材料”向着轻质高强、绿色化、智能化和多功能化的方向发展，大量新型“土木工程材料”不断涌现并被应用推广，“土木工程材料”课程的教材内容迫切需要与时俱进。此外，教学内容所涉及的各种材料的标准、试验和使用规范等也应随着建筑工业化、智能化、信息化的发展而不断修订，教材与标准修订之间的不同步也会给学生的学习效果造成一定影响。

基于上述特点，土木工程专业学生对本课程的学习目标除了掌握“土木工程材料”的基本性质、基本规律、材料组成与性能改善的途径、制备与质量要求、试验与检测方法等，还要求学生了解“土木工程材料”的发展趋势，以便完成知识的迭代更新。在能力需求方面，学生需具备独立学习、分析和解决与“土木工程材料”相关问题的能力，还需养成终身学习的习惯和标准化意识，以更好地适应应用型高校对合格工程师的培养要求。教师也需要及时调整教学方法和手段，在教学内容上融入学科前沿知识，注重与思政教育相融合，培养学生的自主探索能力与责任意识，力争做到“授人以渔”。

（二）课程教学的主要问题

1.教学方式老套，学生的学习兴趣不足。在教学过程中，学生通常反馈“土木工程材料”课程内容繁杂难记，其存在对本课程的学习兴趣不高、学习信心不强等问题。目前，该课程仍采用以教师“教”为中心的传统课堂教学方式开展教学活动，以讲授法为主，教师使用

PPT给学生讲解课程重难点知识，学生被动接受教师传递的信息，课堂师生互动学习环节较少，学生课堂参与度较低，导致学生在学习过程中容易产生枯燥乏味的学习感受，进一步削弱了学生的学习兴趣。

2.实验教学安排不合理，实验内容设置综合性不强。实验教学在高校培养应用型人才过程中起着至关重要的作用。目前，该课程的实验课教学存在两大弊端：第一是理论教学与实验教学的分离，容易造成实验教学内容和理论课程内容不同步；第二是实验教学大纲以验证性实验项目为主，实验教学内容陈旧、单调乏味，难以激发学生的创新性和动手实践的积极性。课前教师给学生提供实验指导书；课中先由教师讲解实验目的、实验原理并演示实验内容，再由学生根据教师的演示进行机械性、重复性的模仿实验；课后学生根据实验指导书抄写实验报告，教师批改实验报告。虽然验证性实验教学对于学生基础知识的巩固具有一定的益处，但并不能提升实验教学的质量，同时难以激发出学生的探索欲和求知欲，不利于学生启发性和创造性思维的培养[6]。实验指导书内容分为建筑材料基本性能、水泥试验、混凝土用骨料试验、混凝土试验及建筑砂浆试验，明确列举了实验题目、实验目的、实验内容和实验步骤等信息，其中实验目的明确、实验内容清晰、实验步骤详细，即使学生缺少实验指导教师的演示，亦能够按照实验步骤独立完成实验内容。根据教师的实验报告批改情况，绝大部分学生能够机械地按照实验步骤操作并得出正确的实验结果，但没有对实验原理进行认真思考，教师根据学生的实验结果也难以判定其是否掌握了实验原理和方法，因此实验教学活动未能达到目的。

3.课程评价方法单一，与人才培养目标不匹配。该课程的考核方式通常仅考虑学生考勤、课后作业、实验报告和期末考试卷面成绩等四方面因素，且期末考试成绩占总成绩的权重偏大。该课程评价方法侧重于学生的应试能力水平，忽略了对学生的课程参与度、实践能力和创新意识的评价，虽能较为客观地评价学生对“土木工程材料”知识点的掌握程度，但过于单一、片面，未能与本专业培养应用型高级工程技术人才的目标相匹配，也难以更好地满足建筑工业化背景下的土木工程行业对人才的要求。

二、教学改革方式与实践

（一）以学生为中心，引入合作学习法优化教学模式

合作学习是以学生为中心，强调课堂互动的教学模式，学生分组后为了共同的学习任务开展分工明确的互助性学习，从而给单一的传统课堂注入全新的活力[7-9]。合作学习小组人员数量应适宜，通常以4～6人为一组，小组人数过多会导致组内知识交流沟通不充分且容易浪费时间，人数过少则不利于形成集体学习效应。每个小组根据教师提供的大作业课题展开合作研究，小组学生分工合作查阅资料后互教互学，在知识交流过程中形成团结意识，锻炼了协作能力、人际沟通能力和自主学习能力。教师在小组学习的过程中以顾问身份进行指导，充分激发学生的内在学习兴趣和研究动力，以学生为中心促进学生主动思考、探索和创新协作。“土木工程材料”课程在课程思政思想指导下，结合知识章节内容，共设置了11个大作业作为学生合作学习的研究课题；学生根据兴趣选择课题并形成学习小组，按要求完成合作学习任务。课题设置如表1所示。

（二）线下线上相结合，打破教室边界

随着现代信息技术的快速发展，移动网络实现了城市范围内全覆盖，智能手机、平板电脑等便携式上网设备也逐渐在大学生群体中被广泛使用，因此具有直观性、高效性、及时性等优势的信息化教育手段也应该逐渐成为课堂教学必不可少的辅助工具[10-12]。采用线上线下结合的混合式教学模式，能增加学生参与课程学习的自由度，丰富课堂教学的多样性。

1.借助雨课堂教学平台，组建线上线下结合的混合式课堂。雨课堂是清华大学和学堂在线共同推出的新型智慧教学解决方案，是教育部在线教育研究中心的最新研究成果，能为教学过程提供数据化、智能化的信息支持。“土木工程材料”课程借助功能齐全的雨课堂教学平台组建混合式课堂，教师通过网络提供课前预习内容及优秀慕课学习视频，引导学生进行课前学习，课中通过雨课堂实现师生有效互动及知识掌握程度考察，课后实现无纸化作业批改和课程答疑；学生则可以通过电脑、智能手机或其他具有通信功能的设备，随时随地参与课程的全周期学习，打破了传统课堂局限于教室的弊端，提升了课程的信息化程度（如图1）。特别是在特殊时期，教师能通过雨课堂平台进行课程直播线上教学，充分发挥了混合式课堂的教学优势。

2.引入翻转课堂教学模式，提升学生课程参与度。翻转课堂是一种现代新型教学模式，区别于传统教学，学生在课前通过慕课视频预习、课上在教师指导下完成课程学习，这种教学方式有助于构建新型师生关系，体现生本思想和混合式学习的优势。“土木工程材料”课程在改革后，教师在课前给学生布置小组大作业课题，学生通过小组研究方式对教师布置的课题进行资料查阅和整理；课上设置“新课导入展示”环节，先由小组推荐的汇报人进行成果展示，再由教师或其他小组同学进行提问并进行各小组间交流，最后教师对该环节进行点评、知识补充和重难点内容讲解。通过翻转课堂，学生在小组合作学习阶段更加主动投入、兴趣更高，锻炼了学生的自学能力，提高了学生的独立研究精神，提升了学生对土木工程材料课程的参与度。例如，教师结合“混凝土材料”章节内容设置了课外小组大作业——“混凝土搅拌站的环保措施设计”，一方面可以锻炼学生合作学习的能力，调动学生对课程的学习兴趣；另一方面，学生在课题研究中形成绿色低碳的工程环保意识，从而培养学生形成中国特色社会主义绿色发展观。此外，结合茂名油页岩炼油背景，在拓展问题中设置“油页岩渣是否适合混凝土骨料”等问题，鼓励学生结合区域经济背景做课外创新实践调研思考，激发学生对广东石油化工学院“石化特色高校”的认同感。

3.优化教学环节布置，强化师生全周期互动学习氛围。在教学环节安排上，“土木工程材料”课程采用“课前推送基本问题和优秀慕课视频预习+引导式课堂讨论+教师重点、难点问题讲授+课后作业巩固及拓展

问题思考”的全周期教学形式。课前让学生根据优秀慕课视频进行基本问题预习；课中引入“翻转课堂”理念，引导学生参与调研，充分调动学生自主学习的积极性；同时利用雨课堂平台的随机点名、弹幕、随堂练习题等多种师生互动功能，提高学生课堂学习的专注度。

学生管理方面，采用雨课堂平台的课前预习和课后作业信息统计功能，通过大数据分析学生的学习动态，把握学生对课程知识的掌握程度。学生可以在课程QQ群或者雨课堂讨论区上对教学进行及时反馈。课程大作业环节培养学生的团队合作意识及自主学习能力、创新意识和辩证思维。

（三）理论与实践相结合，推行实验创新

著名教育家苏霍姆林斯基认为，能力和才干来自指尖，其关于劳动教育的思想，可以指导实验教学的开展。实验教学是对理论教学内容的必要补充，学生通过实验过程中的动手实践获得能力的提升，同时加深了对理论知识的理解。因此，在“土木工程材料”课程的教学设计中优化实验教学环节，对于土木工程专业学生的培养十分关键。

1.优化验证性实验，加强学生理论知识学习的记忆和理解。对于水泥试验、砂石试验等土木工程材料验证性实验内容，学生均反馈因实验内容单一而兴趣不高。但是，验证性实验的开展可以加深学生对材料的基本性能和材料检验方法的认识与理解，是十分重要且必要的实验教学内容。通过验证性实验内容的改革与创新，增加实验项目的外延性，能够提升学生主动参与实验课程的积极性[13-14]。例如，在硅酸盐水泥的存储和应用小节中提到：“水泥的存放期一般不应超过3个月，超过6个月的水泥必须经过试验后方能使用。”因此，在开展水泥试验时，可在实验课程中增加分组对比环节，不同小组分别选用新出厂的、已存放1个月、已存放3个月和已存放6个月的不同水泥样本，对其细度、标准稠度用水量、安定性及强度等指标进行检验。试验结果的直观对比，可以加深学生对水泥存储条件的记忆和理解，也加强了学生在水泥使用过程中的质量控制工程质量管理意识。

2.增加综合设计性实验，培养学生联系工程实际的能力。为了更好地培养学生的工程应用能力，进一步提高学生对实验课程的积极性和参与度，激发学生的自主创新潜力，可以增加“土木工程材料”课程的综合设计性实验教学内容[15]。例如，参考全国大学生混凝土材料设计大赛的比赛内容，开设混凝土设计综合性实验、混凝土耐久性综合实验等实验项目，让学生充分掌握高性能混凝土和易性的调节方法，以及熟悉各种常见外加剂对混凝土和易性的影响。为了突出学校办学特色及适应区域发展需求，开设“油页岩矿渣混凝土配合比设计实验”项目，培养学生固废处理利用的环保意识，提升学生自主研究学习的创新能力。

（四）紧扣人才培养目标，改革课程考核评价方法

教学的目的不是考核，而是让学生掌握更多的知识和提高创新能力，考核则在于对教学效果和学生的掌握进行全面评价，而非简单依靠试卷进行考核[16-17]。“土木工程材料”课程围绕全面育人构建多元考核评价方法，评价指标覆盖教学的各个环节。

广东石油化工学院“土木工程材料”课程原考核方式为：期末考试成绩占50%，实验课程成绩占30%，平时成绩占20%。其中，平时成绩主要根据学生考勤情况、提交作业情况综合确定，实验课程成绩按学生提交的实验报告评判。该考核方式考试成绩占比较高，很多学生通过期末考试前的突击复习、背诵理论知识点，抄袭实验报告等手段完成课程考核，并达到及格标准，严重违背了本课程教学目标及人才培养目标。因此，紧扣培养土木工程专业应用型高级工程技术人才的目标，对“土木工程材料”课程的考核评价方法进行改革十分必要。

构建多元考核评价体系。第一，更加注重过程性评价，将学生的课堂参与度、小组合作学习贡献度、线上自主学习投入等理论知识学习的过程性指标融入课程考核方式中，在实验课程成绩判定中加入实验答辩考核环节以评估学生对实验过程的投入程度。第二，通过期末考试对学生系统知识掌握程度进行总结性评价。第三，通过学生参与小组合作学习的表现对其进行团队合作能力评价。第四，通过学生提交的实验报告对其进行项目化评价[18]。从而形成过程性评价、总结性评价、团队合作能力评价和项目化评价的多元综合评价体系，更好地考核学生的课程学习效果。通过课程多元考核评价方法的改革，可以促进学生对“土木工程材料”课程学习的重视，激发学生学习主动性。通过学生课外延伸的时间投入弥补本课程教学学时较少的痛点，能够培养学生思考解决问题的研究学习能力。多元考核评价体系的具体构成如图2。

通过上述教学模式的改革和教学方法、评价体系的完善，“土木工程材料”课程教学效果得到一定的提

升。近三届土木工程专业学生本课程的平均分呈上升趋势，雨课堂教学平台学生预习、课件回看和课后讨论等版块的参与程度逐渐提高，学生对本课程的教学评价分数从95.7上升到98.9。从小组合作学习的成果展示汇报环节可以看出，学生对自主探究学习方式很感兴趣，成果具有较强的科学性、完整性和叙述性，不但激发了学生对本课程的学习兴趣，还让学生在合作学习中锻炼了合作能力、知识搜索能力和创新能力，整体教学效果良好。

三、结语

采用线上线下混合式教学模式改革后，实现了课堂从“以教师为中心”到“以学生为中心”的教学模式转变，实现了课程从“重考试”到“重实践创新”的考核评价方式转变，实现了学生从“埋头苦读死记硬背”到“合作学习活学活用”的学习方法转变，在一定程度上释放了学生的学习天性，学生在课前预习、课中学习和课后完成作业等课程全生命周期的参与度得到提高。引入合作学习法、翻转课堂教学模式及采用多元考核评价体系，能更好地培养学生的自学能力、合作精神、创新研究能力和实践实操能力，教学效果提升良好，学生学习积极性、主动性和创新性能在一定程度上得到提高，对类似土木工程专业课程的教学具有一定的参考价值。

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收稿日期：2024-02-29

作者简介：钟金兔，广东石油化工学院土木工程系讲师，博士

基金项目：广东省高等教育教学改革项目“基于‘4+0协同育人的土木工程专业应用型人才培养体系重构与实践”（234518）；广东石油化工学院高职扩招教育教学改革研究与实践项目“基于‘4+0的高职院校土木工程专业人才培养体系重构与实践”（234483）；广东省普通高校青年创新人才项目“基于精细化有限元模型的钢绞线索断丝损伤力学特性研究”（2019KQN

CX086）