翻转课堂和案例分析在《桥梁电算》课程教学模式中的实践研究

文/章芳芳 武汉科技大学城市学院 湖北武汉 430083

1、引言

翻转课堂是新时代背景下的一种新型教学模式，是传统教学模式的颠倒，课外讲授知识，课堂内化知识。以学生为中心，课前学生根据学习任务单通过教师提供的视频、音频、PPT、文本、图形等资料进行新知识的自学和检测；课堂上教师通过学生的汇报讨论、练习和提问等进行答疑解惑，进行知识点的总结，让学生在课上完成知识的内化。翻转课堂教学模式强调了学生的认知主体作用，充分发挥了教师的主导作用，提高了学生的学习积极性，增加了学生和教师的互动，改善了教学效果。

案例分析教学是将与课程相关的实际案例作为教学内容，学生参与到案例分析和讨论中，而不是作为旁观者置身于教学过程之外。通过案例教学，可以改变枯燥的填鸭式理论知识灌输，通过师生互动分析实际案例，达到有效消化新知识点和提高分析实际问题的能力。

2、桥梁电算课程教学现状

《桥梁电算》是我院土木工程专业路桥方向的一门重要应用型专业课，分为理论和实践上机环节。该课程的任务是使学生掌握有限元基本理论，熟练使用桥梁有限元软件的基本功能，并能进行简单桥梁结构的建模受力分析，培养学生解决工程实际问题的能力，同时为毕业设计论文和就业打下基础。

结合本院历届学生学习情况，《桥梁电算》课程的教学效果不佳，尤其在进行桥梁毕业设计时，学生普遍运用MIDAS软件建模应用能力较差。通过分析，主要原因为两方面：

（1）传统的教学方法导致学生学习热情度不高，与教师互动少，学生有问题也很少在课堂上提问。

（2）例题讲解以简单的力学结构为主，代表性的实际工程案例分析偏少，导致学生对实际工程如何简化建模、设计和分析不了解，进行毕业设计时无从下手，对具体桥型的桥梁设计和建模分析水平能力有限，影响毕业论文质量。

因此，改变传统教学方法，提高教学质量势在必行。基于上述现状，将“翻转课堂”和“案例分析”教学理念引入到《桥梁电算》课程教学中，根据教学内容和学习情况加以灵活运用。

3、翻转课堂和案例分析教学模式在桥梁电算课程中的应用

3.1 翻转内容和工程案例的选取

本院《桥梁电算》共32学时，理论10学时，实践22学时。选用桥梁专用软件MIDAS。本课程需要提前精心编排教学内容，确定翻转内容和传统教学内容，并非每节课中翻转，首先通过传统教学使学生掌握了基本的概念和原理后，再进行课堂的翻转。在编排教学内容时，理论和实践内容在课堂上可互相穿插。

通过对国内几所开设桥梁电算课程的教师和学生调研发现，学生不再满足书本上的简单例题建模，对工程案例建模分析更感兴趣。学习真实工程案例，可提高学生CAD识图能力，加深对基本桥梁结构基本概念、原理、配筋、施工过程和受力的理解。由简到难引入工程实例，依次为钢筋混凝土简支梁桥、预应力混凝土梁桥、拱桥和斜拉桥，进行Midas软件的案例教学。

根据学生学习现状，结合MIDAS的特点，确定本课程的教学内容和教学顺序为：

（1）采用传统课堂教学，介绍软件有限元知识、midas Civil基本概念。

（2）采用翻转课堂学习软件基本操作。包括材料定义、截面定义、时间依存材料定义、建立节点、建立单元、边界条件定义；自重定义、节点荷载定义、单元荷载定义、温度荷载定义、预应力荷载定义移动荷载、变截面和变截面组、组及施工阶段的定义；PSC截面钢筋定义；PSC截面设计流程。

（3）采用传统课堂，结合教材，讲授教材例题——简单结构中的应用、在桥梁施工临时结构中的应用、PC连续刚构桥。

（4）采用翻转课堂学习四个实际工程案例建模。

3.2 课前共享资料和课前练习的准备

（1）课前视频准备

自主学习的课前视频应针对性强，便于学生理解，时间不宜过长。课堂教学效果很大程度上取决于课前视频学习的好坏。课前需要学生按要求自主学习。桥梁电算课程的课前视频分为两类，知识点视频和工程案例操作视频。上课前三天将视频上传至共享平台，学生可直接观看或者下载学习。

知识点视频和工程案例操作视频均主要采用网上收集整理编辑为主，自行制作为辅的方式。视频应具有回放、加快和暂停等基本视频播放功能。

知识点视频主要是关于MIDAS基本操作方面的内容，根据教学内容安排，知识点包括材料定义、截面定义、节点定义、单元定义、边界条件定义、时间依存材料定义、多种荷载施加等。知识点视频时间一般在十分钟以内。工程案例操作视频是对具体工程案例的建模进行全程演示，时间较长，包括梁桥、拱桥、刚构桥、斜拉桥四种桥型。

（2）课前文档准备

课前文档是针对翻转课堂内容，提供给学生的非视频资料，包括翻转课堂内容中各知识点的说明以及建模中的具体操作步骤。课前文档主要PDF文档形式。课前文档和课前视频配合使用，学生自学学习效果会更佳。

（3）MIDAS模型mcb文件准备

包括工程案例的完整模型以及习题模型，以便学生自行建模完成后，进行检查和比较。

（4）课前练习

课前练习应和课前视频及文档内容对应，以便检查学生的掌握情况。学生观看完视频和学习完文档后，应在课前自主完成布置的练习，既可加强对当次知识点的掌握，又可以发现自学中存在的问题。

3.3 课前自学疑问的搜集和整理

每次翻转课堂前，学生自主学完共享资料和做完课前联系后，通过师生交流平台将疑问汇报给教师，教师搜集所有学生的疑问进行整理，进行课堂以供课堂教学中有针对性的答疑。

3.4 翻转课堂教学活动设计

课程第一堂课向学生介绍翻转课堂的特点和要求，以及交流平台的使用方法。并进行班级分组，方便各组成员今后课堂讨论和课后学习。

翻转课堂活动按下表1中的环节依次进行：

当翻转课堂中采用工程案例教学时，每组学生课前应熟悉工程概况和CAD图纸，讨论建模要点，共同进行结构建模。课堂上各组代表向全班同学进行阐述介绍，强调建模中的注意事项、未解决内容和疑惑。其他组对该组的未解决问题和疑惑，进行讨论和回答。最后老师对案例进行重点分析、答疑和总结。

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结语：

以2014级路桥方向学生为实践对象，基于翻转课堂理念和案例分析相结合的教学模式，在2017-2018学年第一学期的《桥梁电算》课程中取得了较好的教学效果。85%以上的学生能课前自主学习，完成布置的课前任务。跟往届学生相比，课堂上能大胆主动地汇报、回答提问和讨论，学习积极性、表达能力、工程图纸识图能力和案例建模水平都得到了显著提高。同时，通过分组讨论学习，加强了相互间的团队协作能力。

因此，结合“翻转课堂”和“案例分析”教学理念，进行《桥梁电算》课程教学改革，可激发学生学习积极性、提高学生应用MIDAS软件的水平，并通过具体桥梁工程案例教学，巩固和加深了学生对桥梁设计的理解，达到了较理想的教学效果。

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