基于个性化和翻转课堂的土木工程专业实验教学研究

张艳美, 杨文东, 俞然刚, 栾雅琳

(中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院, 山东 青岛 266580)

基于个性化和翻转课堂的土木工程专业实验教学研究

张艳美, 杨文东, 俞然刚, 栾雅琳

(中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院, 山东 青岛 266580)

基于土木工程的专业特点和学生个人能力的差异,以培养学生的创新能力、实践能力和职业能力为目标,构建了土木工程专业实验的“三三三”教学体系，即3层实验教学、3方教学结合、3种能力培养,实现因材施教、个性化实验教学,转变传统的实验教学模式,引入翻转课堂教学模式的核心理念,使学生成为实验课堂主体,激发了学生学习的主动性,提升了学生的创新意识和实践能力。

个性化教学； 实验教学； 翻转课堂

《高等学校土木工程本科指导性专业规范》的培养目标指出,培养具有较强的实践能力和创新能力,能面向未来的高级专门人才。土木工程是理论性和实践性很强的专业,土木工程专业实验(包括专业基础试验和专业实验)在土木工程专业教学中占有重要地位,是土木工程专业培养创新型、应用型人才不可或缺的重要组成部分[1]。当今,90后已成为大学校园的主体,鲜明的个性化特征和较大的能力差异等现象,给传统的土木工程专业实验教学模式带来巨大冲击,仅仅让学生按照教师规定的操作步骤完成实验已经难以满足当今社会对土木工程人才培养的要求。

1 土木工程专业“三三三”实验教学体系构建

为了提升学生的创新能力、实践能力和职业能力,实现创新型、应用型人才培养目标,针对土木工程专业特点,基于个性化和个人能力差异,我们构建了土木工程专业“三三三”实验教学体系,见图1。

图1 “三三三”实验教学体系

1.1 三层实验教学

大部分土木工程专业课在大学三年级开设。经过2年的基础课学习,学生已经有了一定程度的区分,有的学生理论基础扎实，展现出一定的创新能力,有的学生基础较好但创新意识较差,还有少数学生甚至难以适应大学学习；有的学生展现出较好的工程素养,而有的学生这方面意识淡薄等。如果继续沿用传统的实验教学模式,将会出现有些学生吃不饱、有些学生跟不上的局面[2-3]。

为了提高实验教学的质量,满足不同层次学生的要求,实现因材施教、个性化教学[4-5],提出了3个层次的土木工程专业实验教学,即将实验项目和实验要求分为3个层次,学生可根据自己的能力进行选择。

1.1.1 实验项目分类

将实验项目分为必做型实验、观摩型实验和研究型实验3类[6-7]。必做型实验是专业规范要求的本科阶段应掌握的实验,这类实验所有学生必须完成；研究型实验是由学生自己提出实施方案并设计完成的实验,教师主要对实验过程中学生遇到的问题和困难加以指点和协助,这类实验学生可根据自己的能力选择；观摩型实验是根据具体情况组织学生参观现场实验或观看现场实验录像、虚拟仿真实验等,这类实验学生可根据自己的兴趣选择。

1.1.2 实验要求分类

针对必做实验,考虑到学生能力的差异,把实验要求分为A、B、C三类。

A类实验,要求学生在实验课前观看相关实验录像，自主学习实验技术标准,熟悉实验的目的、原理、仪器和操作步骤等，尽可能自己制作试样或准备实验材料。可以向教师提出申请在实验课前完成实验,这样也可以让教师有更多的精力指导能力相对较差的学生。学生自主完成整个实验,教师仅对实验做引导。实验结束后,学生独立撰写实验报告,对实验现象和结果进行分析,对实验过程中存在的问题进行说明并给出解决建议,提出新的实验方法构想并进行实验验证。

B类实验,要求学生在实验课前观看相关实验录像，自主学习实验技术标准,熟悉实验的目的、原理、仪器和操作步骤等。学生自主完成整个实验过程,教师仅作为实验的指导者。实验结束后,学生独立撰写实验报告,对实验结果和现象进行分析,对实验过程中存在的问题进行说明并给出解决建议。

C类实验,要求学生在实验课前观看相关实验录像，自主学习实验技术标准,了解实验的目的、原理、仪器和操作步骤等。实验时,教师做详细的讲解并演习实验操作过程,学生按照教师的讲解及规定的步骤完成实验。实验结束后,学生独立撰写实验报告,对实验结果进行分析。

对于研究型实验,要求学生结合所学理论知识和专业知识,通过查阅资料,自主提出实验方案、制定实验步骤,自选(或改进)实验设备、申请科研课题(如大学生创新项目)、自主完成实验数据的处理、实验结果的分析和评价等。

对于观摩型实验,要求学生了解实验的目的、实验步骤,熟悉相关实验规范(或标准)的要求或实验模拟的工程问题,结合工程应用撰写实验报告。

1.2 三方教学结合

由于土木工工程专业很多计算公式和设计理论来源于实践或实验,为了让学生易于理解,教师可以把相关理论课堂搬到实验室,通过对实验现象分析、实验数据处理、实验过程仿真，如模拟地震时梁柱的破坏等,让学生通过直观的感悟来深入理解所学的理论知识,实现实验教学与理论教学结合。

为了提高学生的学习兴趣和解决实际问题的能力,在实验教学过程中注意与实际工程应用结合,如在做常规土工实验时,会发给学生实际工程的“岩土工程勘察报告”,通过研读勘察报告,让学生了解土工实验在实际工程中的用途和重要性,并对勘察报告中的相关内容做讲解,不仅提高了学生的学习兴趣,也为今后从事相关的工作奠定基础。

我校土木工程专业实验室为开放实验室,校、院、系等也出台了一系列政策和措施,鼓励学生申报大学生创新项目、参与教师的科研课题、选择研究型实验等。借助这些平台,实现实验教学与科研课题结合,培养学生的创新能力。

2 基于翻转课堂核心理念的实验教学模式

《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》重申了创新教育教学方法,倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学。尽管这些教学方法在组织形式和内涵上存在一些差别,但是都强调了以学生为中心,课堂教学从“以教为主”向“以学为主”转变[8]。

传统的土木工程专业实验教学模式以教师教为主,学生只是按照教师规定的实验步骤机械地重复,缺乏创新和质疑意识。为了改变这一现状,在土木工程专业实验教学中引入了翻转课堂教学模式的核心理念,使学生成为课堂主体,以激发学生自主学习、主动探究、永不满足、追求卓越。

2.1 翻转课堂教学模式的核心理念

翻转课堂教学模式由美国教师Jon Bergmann 和Aaron Sams在2007年提出[9-11],并在美国、日本等一些国家流行,目前已成为全球教育界关注的一种教学模式,也已逐渐为我国许多教师熟悉。

与传统的课堂教学模式不同,翻转课堂要求学生首先在课下完成相关知识的学习,课堂则以师生之间、学生之间互动交流为主。翻转课堂教学模式的核心理念主要可概括为2点:

(1) 学生自主掌控学习。翻转课堂后,利用教学资料,特别是教学视频,学生可以根据自身情况来安排和控制学习(不是简单的预习),从而提高了学生学习的自主性和主动性。

(2) 学生成为课堂主体。翻转课堂与传统教学模式最大的区别就是学生成为课堂主体,教师成为课堂的指导者,实现师生之间角色互换,全面增强了师生及学生之间的互动,教师不再是知识的唯一传授者,学生之间也可以相互学习。

2.2 引入翻转课堂核心理念的实验教学

针对传统实验教学的弊端,将翻转课堂核心理念引入土木工程专业实验教学,使学生自主掌控学习、成为课堂主体和学习的承担者,教师成为学生学习的促进者和指导者[12]。基于翻转课堂核心理念的实验教学方法的主要步骤是:提前把相关实验视频(必做型实验)、实验要求、实验标准等资料发给学生,学生在上实验课之前可根据自己的时间安排观看和学习,然后根据自己的学习情况进行实验类型选择。由于课前自主学习,对实验内容和步骤等比较熟悉,在实验时学生更容易掌控实验、成为实验课堂的主体,对于实验过程中遇到的问题,学生之间、师生之间更易于讨论。在这种教学模式下,教师除了对少数能力差的学生进行重点指导,不再是实验课堂的主导者,也有效地提升了学生自主学习的兴趣和能力。

3 结束语

基于个性化和翻转课堂的土木工程专业实验教学方法,通过分层次实验教学,照顾到不同层次的学生需求,实现了个性化教学；通过3方面的教学结合,提高了学生的创新能力和实践能力；将翻转课堂的核心理念引入实验教学,使学生成为实验主体,激发了他们自主学习的兴趣。目前,翻转课堂还是一种新兴的教学模式,尽管已逐渐被更多的人认可,但是如何在实验教学中更有效地实现翻转课堂,还存在一定困难,如有些学校缺乏实验视频,以及如何进行考核,特别是对课下自主学习部分的考核等,因此,还需要针对不同专业的特点进行深入研究。

References)

[1] 邵晓玲,陈永泰,杜建国,等.实验教学与创新人才培养[J].实验科学与技术,2011,9(1):169-172.

[2] 冯清.“营养化学”公选课开放式分层实验教学模式研究[J].高等建筑教育,2014,31(1):147-148,152.

[3] 余文森.试析传统课堂教学的特征及弊端[J].教育研究,2001(5):50-52.

[4] 王丽梅.基于创新性应用型人才培养的实验教学方法研究[J].实验技术与管理,2014,31(1):19-21.

[5] 邓丽荣,王晓刚,陆树河,等.省级矿物材料实验教学示范中心的建设与管理[J].实验技术与管理,2013,30(3):120-122.

[6] 卢萍,王宁.土力学创新实验的教学改革研究[J].科技信息,2011(20):533-534.

[7] 谌芸,史东梅,何丙辉.基于建构主义的土力学实践教学改革研究[J].安徽农业科学,2011,39(14):8784-8786.

[8] 顾建民,沈其娟.以教促学推进课堂教学改革[J].中国高等教育,2013(增刊2):48-49,65.

[9] 张金磊,王颖,张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志,2012,30(4):46-51.

[10] 张跃国,张渝江.透视“翻转课堂”[J].中小学信息技术教育,2012(3):9-10.

[11] 皱景平.翻转课堂的起源与成功[J].中国远程教育,2012(14):81-82.

[12] 伊达.对“翻转课堂”的再认识[J].当代教育与文化,2014,6(2):64-67.

Research on experimental teaching of Civil Engineering specialty based on personalization and flipped classroom

Zhang Yanmei, Yang Wendong, Yu Rangang, Luan Yalin

(College of Pipeline and Civil Engineering,China University of Petroleum (Huadong), Qingdao 266580,China)

Based on the civil engineering features and the difference of personal ability, taking the innovative ability,practical ability and professional ability as the training goal, a “333” civil engineering experimental teaching system was made,including three layers experimental teaching,three teaching combination and three ability training.The teaching students in accordance with their aptitude and individualized teaching are realized.Changing the traditional experimental teaching mode,the core concept of flipped classroom teaching mode is introduced. The students become the experimental class master.The learning initiative,innovative consciousness and practical ability are enhanced greatly.

personalized teaching; experimental teaching；flipped classroom

2014- 12- 11 修改日期：2015- 02- 02

国家自然科学基金项目(51208510)；山东省重点教学改革项目(2012017)；中国石油大学(华东)校级教改项目(JY-B201246,YK201412)；中国石油大学(华东)研究生教改重点项目(YJ-A1408)；中国石油大学研究生教育建设项目(XWS130005)；中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院研究性教改项目和考试改革项目(2014)

张艳美(1972—),女,山东滨州,博士,副教授,系主任,主要从事土木工程方面的教学与研究工作.

E-mail：zhangym@upc.edu.cn

TU；G642

A

1002-4956(2015)7- 0183- 03