钢结构实验翻转课堂教学改革的探索与实践★

张春玉 杜文学 孟丽岩 李长凤 王 涛

(黑龙江科技大学建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022)



钢结构实验翻转课堂教学改革的探索与实践★

张春玉 杜文学 孟丽岩 李长凤 王 涛

(黑龙江科技大学建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022)

针对传统实验教学模式存在的问题，以培养方案修订为契机，从调整教学流程、丰富教学内容、增加项目类型、增长实验室开放时间四方面，对钢结构实验翻转课堂教学模式的实施进行了调整和优化。实践证明，翻转课堂教学模式可以明显提升学生的钢结构综合素质，有利于学生的就业。

钢结构，翻转课堂，教学模式，实验室

0 引言

随着经济的发展和环境问题的日益突出，钢结构这种工业化程度高、施工周期短、性能优越、造型优美、可回收利用的“绿色结构”，在我国已受到越来越多的关注。1998年我国把钢结构技术列为重点推广技术，1999年成立了国家建筑用钢领导小组，由专家组专门研究钢结构在建筑领域的应用问题，可以说我国政府在钢结构建筑的推广应用上做了大量卓有成效的工作。但是，与发达国家相比，我国钢结构设计、施工领域的高素质专业技术人员相对缺乏，从事相关工作的大学毕业生缺乏工程实践能力，需较长时间的培训才能上岗。在大学生就业形式不景气的今天，各高校应抓住契机，除了重视钢结构课堂教学质量以外，应高度重视钢结构实验教学对学生工程实践能力和创新意识的培养问题。

翻转课堂教学模式目前逐渐为我国教师所熟悉并接纳。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，实现师生之间角色的互换，全面增强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[1]。翻转课堂教学模式突出学生在教学中的主体地位，强调师生角色的互换问题，重视培养学生的学习积极性和主动性，进而提高教学效果。现阶段我校大力提倡在教学中摒弃照本宣科的灌输式教学模式，推广启发式、研究式、互动式等教学模式，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，这种教学氛围为翻转课堂教学模式在钢结构实验教学中的应用提供了有利的条件。同时，我校人才培养方案的调整，也为尝试翻转课堂教学模式提供了契机。

1 钢结构实验教学存在的问题

目前，国内土木工程专业本科院校大多数设有土木工程结构实验，或依附于课程设置实验项目，或独立设置实验平台整合实验内容。但无论哪种形式，都存在钢结构实验缺失或弱化的现象。由于近些年钢结构得到快速的发展，受到重视的程度得到大幅提升，因此开设钢结构实验的院校也越来越多。但是，大多数院校在开展钢结构实验教学的过程中仍然存在一些共性的问题，集中体现在以下几个方面：

1)实验流程中学生的角色地位过低。

对于开设了钢结构实验的高校而言，绝大多数仍然采取传统的教学模式，即便是一些“985”和“211”院校，也仍然在重复着“开始上课→相关理论复习→讲解实验目的→讲解实验设计过程→实验准备→正式实验→讲解实验现象、分析实验结果、布置作业→下课”的流程。在教师做好实验准备的条件下，学生进入实验室后处于被动从属的地位，按照规定的实验步骤机械地重复，所用实验试件和所得实验数据几乎完全一致，学生缺乏实验积极性，应付了事、走马观花的现象非常严重。

2)实验项目的类型过于单一。

多数高校的钢结构实验以演示型验证性为主。传统意义上的本科教学实验以认识为主要目的，实验构件的制作、加载装置及量测仪器的安装在实验开始前已经由教师全部完成，实验进行时学生要做的事情就是观察破坏现象、记录数据，几乎没有动手的机会，这种演示型的实验不利于培养学生的实践能力。而且，大部分钢结构实验项目以验证设计理论和构件破坏特征为目的，实验结果已知，很难激发学生的兴趣[2]。

3)实验内容的选取过于枯燥。

由于学时所限，多数高校(尤其是实验条件较差的高校)钢结构实验只能选取经典的轴心受压构件和简支受弯构件的内容，这样的构件非常经典，但是由于日常生活中比较常见，很难引起学生的兴趣，因此实验教学的效果会大打折扣。

4)实验室的开放程度不够。

各高校实验室对学生开放的程度有限或根本不开放，实验前学生几乎没有机会接触设备和仪器，进入实验室后，学生也只能通过老师的介绍来大致了解仪器设备的使用方法，因此实验过程中即使个别同学有幸进行实验操作，也会手忙脚乱故障连连。此外，由于实验室开放时间短或根本无开放，在进行实验时，教师只能在有限的时间内增加每组的人数，经常是每组10人以上，导致大部分同学没有机会进行实操，降低了工程实践能力的培养质量。

2 钢结构实验教学改革措施

“翻转课堂”(Flipping Classroom)的起源应归功于美国科罗拉多州落基山林地公园高中的两位化学教师。在2007年前后，为了解决由于生病或其他原因而缺课的学生跟不上教学进度的问题，他们将录制的音视频教学资料上传到网络供学生下载进行课下自主学习。由于这些在线教学视频也被其他无须补课的学生所接受，经过一段时间的运行，两位教师逐渐形成了“学生课下看视频、老师课上为完成作业或实验有困难的学生提供帮助”的教学模式。这样，就使“课堂上听教师讲解，课后回家做作业”的传统教学模式发生了“翻转”，变成“课前在家里听看教师的视频讲解，课堂上在教师指导下做作业(或实验)”的现代教学模式[3]。

翻转课堂教学模式的核心理念主要可概括为“学生自主学习”和“学生成为课堂主体”两个方面。翻转课堂后，学生利用教学资料(特别是教学视频)，可以根据自身情况来安排和控制学习，从而提高学生学习的自主性和主动性。结合新一轮培养方案的调整，我校钢结构实验教学对翻转课堂教学模式进行了尝试，并针对存在的问题进行了相应的改革。

1)调整钢结构实验教学的流程。

翻转课堂教学模式的特点是将教学过程前移，也就是在进入课堂前学生应该掌握全部的理论学习任务，进入课堂的任务就是结合理论进行动手实践。钢结构实验为了适应翻转课堂的教学模式，重新设计了教学流程，流程图如图1所示。从图1中可以看出，教学环节大致划分为“课前”“课中”和“课后”三个阶段。在进入“课前”阶段之前，教师应根据教学任务准备大量的音视频资料和相关的文档，并上传到网络平台供学生下载自主学习，相对于传统教学模式而言，教师的工作量和工作难度都大幅加大。“课前”阶段师生根据学习任务和学习情况进行互动，学生根据任务的掌握程度判断能否进入操作环节，教师则根据反馈问题和培养要求进行课堂教学设计。“课中”阶段师生讨论反馈问题、学生进行实验操作，最后形成教学小结，并据此完善课前在线资料。“课后”阶段学生形成实验报告，教师则完成成绩评定、进行实验总结并据此完善课前在线资料。

2)丰富了实验教学的内容。

开设钢结构实验的各高校实验室，通常都会选取基础的、常见的结构构件进行实验教学，如轴心受压构件和受弯构件等等，存在的弊端就是学生实验积极性不高，教学效果不理想。近年来，随着冷弯薄壁型钢结构、H型钢框架结构、金属拱形波纹屋盖结构、轻型门式刚架结构、索膜结构、网架、网壳以及内容丰富的各种预应力钢结构的迅速发展，钢结构实验教学落后于钢结构发展的趋势日益凸显。因此，实验室可以根据软硬件条件，结合学生的兴趣和学科的发展，适当增设一些综合设计型和创新研究型实验，以培养学生的实践能力和创新意识。

3)增加了实验项目的类型。

实验室为实现“课堂翻转”教学理念中学生“自主学习”的目的，根据土木工程专业人才的培养要求，结合学生的个体差异和发展意愿，设置了覆盖土木工程一级学科各发展方向、难度包括高中低三档结合的实验教学体系，按照基础训练型、综合设计型以及创新研究型分类进行实验项目的设计，改变了单纯以演示型验证性项目进行实验教学的方式，重新设计后的钢结构实验项目如表1所示[4]。

表1 钢结构实验项目表

目前实验室设置的实验项目共计12项，其中基础训练型4项，综合设计型5项，创新研究型3项。由于实验室翻转课堂教学改革刚刚起步，因此目前仅开发了基础训练型的实验项目，其他实验项目陆续开发中。

4)增大了实验室开放时长。

开放高校的实验室对于培养学生的实践能力和创新意识有着极大的益处，可以为学生提供更多的机会进行工程实践，利于培养学生的动手能力和创新意识，最主要的是为翻转课堂教学模式中课前阶段学生熟悉设备仪器提供了条件。开放性实验教学实现了由演示、验证型向综合型、研究创新型的转变，为学生的自主性和主动性实验搭建了理想的平台[5]。为此，在本次教学改革中全面开放了实验室的所有空闲时段，学生只需提前预约即可进入实验室。学生经常进入实验室，不仅可以了解结构构件的制作加工过程，还可以进一步熟悉结构构件的节点构造、受力特性、破坏形式，进而增强学生毕业后从事钢结构领域工作的信心，提高其就业竞争能力。

3 结语

相对于翻转课堂教学模式而言，传统的实验教学模式无法充分发挥实验室培养学生实践能力和创新意识的功能。实验室以培养方案修订为契机，优化了实验流程、丰富了实验内容、增加了项目类型、增大了开放时长，为钢结构实验教学的课堂翻转创造了条件。经过两届的教学运行，取得了不错的教学效果，如学生的积极性和主动性提高了，进入实验室后行为目的性增强了，茫然不知所为的学生人数大幅减少，教学效果明显得到提升。

但是，通过翻转课堂模式的运行，也发现了一些应引起重视的问题。如教师的隐性工作量数倍增加的问题、实验仪器设备故障频次增多问题、实验室开放学生的指导问题等等，这些因采用新的教学模式所带来的负面问题，若得不到合理有效的解决，将会影响教学改革的进程和效果。

[1] 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.

[2] 任翠玲，王恒华.钢结构本科教学实验课的改革探索[J].山西建筑，2015,41(34):238-239.

[3] 何克抗.从“翻转课堂”的本质，看“翻转课堂”在我国的未来发展[J].电化教育研究，2014,7(1):5-9.

[4] 郭小农，王 伟，将首超，等.钢结构基本原理实验教学探讨[J].高等建筑教育，2011,20(1):149-152.

[5] 肖 鹏.土木工程专业开放性实验教学改革探讨[J].高等建筑教育,2011,20(4):128-131.

Research and practice of flipped classroom teaching of the steel structure experiment★

Zhang Chunyu Du Wenxue Meng Liyan Li Changfeng Wang Tao

(CollegeofCivilEngineering，HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150022,China)

Aimed at the problems of the traditional experimental teaching model and based on the revision of the training plan, from adjusting the teaching process, enriching the teaching content, increasing the project type, increasing the opening time of laboratory four aspects, the adjustment and optimization of flipped classroom teaching mode of steel structure experiment were carried out. It is proved by practice that the flipped classroom teaching mode can obviously improve the students’ comprehensive quality of steel structure and benefit the students’ employment.

steel structure， flipped classroom， model of teaching, laboratory

1009-6825(2017)18-0228-03

2017-04-01★：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

G642.0

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