基于微课的混凝土结构设计原理课程教学模式改革

涂义亮 曾恺平 张益铭

摘 要：作为土木类专业的一门核心专业课，混凝土结构设计原理具有知识点多、公式符号多、设计结果多、工程经验多、教学课时少等特点，是学生普遍反映很难学习的一门课程。作为一种新兴的数字化教育资源和教育模式，微课在课前、课中、课后为学生提供了一种个性化的自主学习模式，可显著提高学生的学习兴趣和学习效率。但这种教学模式的研究和应用还处于探索阶段，尤其是在混凝土结构设计原理课程中。文章探索性地将微课引入其传统教学模式中，以期为该课程教学质量的提高提供有益参考。

关键词：微课;混凝土结构设计原理;教学改革;教学质量

一、引言

混凝土结构设计原理课程是土木类专业最核心的专业基础课之一，通常在大三学年开设，它是学好大四后续专业课程和毕业设计的必备基础。该课程主要研究混凝土基本构件的设计计算方法，具有知识点丰富、公式符号多、设计结果不唯一、实践性强和教学课时有限等特点。学生大多反映该课程学习难度大，期末考试合格率通常较低。传统的面授教学方法已经无法从根本上解决学生学习难和教师教课难的两难局面。

微课是一种以短视频记录教师针对某个重难点的授课过程，并在课前、课中、课后供教师和学生教与学之用，是2012年引入我国的新兴教学模式。学生可以通过微课有针对性地自主学习重难点知识，不仅提高了学生的学习兴趣，而且显著地提高了学习效率。近年来，微课在高等教育领域应用已逐渐增多，但这种教学模式的研究和应用还处于探索阶段，尤其是在混凝土结构设计原理课程中。

二、微课的特点

微课是美国圣胡安学院的学者David Penrose在2008年为了便于在线学习或移动学习而提出的一种时长约1分钟的在线课程，其关键思想是将教学知识点与教学目标紧密相连，从而产生“更聚焦的教学体验”。随后美国学者Salman Khan通过互联网免费与学生分享他制作的时长约10分钟的教学视频，达到异地授课辅导目的，这引起了广大教师的关注和效仿，2010年我国学者胡铁生首次将微课的概念引入国内。微课是根据课程标准和教学目的，以教学视频为主要载体记录教师在课程教学过程中针对某个重难点内容，而实施的教与学活动中所需各种教学资源的有机结合体[1]。与传统教学模式相比，微课具有以下特点：

1.知识点少，针对性强

一个微课视频通常只介绍一个知识点，时长大多控制在10分钟左右，微课便于学生利用碎片化时间进行针对性的高效学习。

2.方便学习，易于传播

微课学习极为方便，只需一台智能手机或iPad等移动终端即可在线下载和移动学习微课视频，不受时间和地域的限制。此外，微课属于一种免费的网络学习资源，易在网络中广泛传播。

3.易于控制，效果显著

学生可根据自己的基础和学习能力控制视频的播放速度，并可随时暂停和反复回放，最终达到完全消化知识点的目的。

三、混凝土结构设计原理课程教学特点

1.知识点多，综合性强

混凝土结构设计原理课程主要讲述混凝土结构基本构件的受力性能和设计计算方法，具有知识点丰富的特点。该课程同时涉及理论推导、试验分析和经验总结，且紧密联系设计规范和工程实际，因此综合性很强，要求已熟练掌握高等数学、概率论、建筑材料、工程制图、三大力学等基础课程。此外，混凝土结构设计原理课程亦是学好高层结构设计、建筑结构抗震、土木工程施工、工程项目管理、结构电算等课程的必要基础。

2.公式多、符號多、构造规定多

钢筋混凝土结构的设计分析与材料力学和结构力学等基本假定为弹性不同，其计算方法主要以试验成果为基础，事先引入若干基本假定条件，利用数学和力学等工具建立起半理论半经验计算公式，具有计算公式多和符号多的特点，且计算公式具有一定的适用条件。此外，同类型的受力构件的设计中，通常都涉及关于截面形式和尺寸，钢筋间距、直径和布置的诸多构造规定，这些规定理论性和逻辑性不强、内容较分散，学生通常较难理解和掌握。

3.设计结果不唯一

由于混凝土结构在结构选型和布置方案、混凝土和钢筋选择、计算方法和构造措施等方面的灵活性非常大，这些因素都可能对最终设计结果产生影响，因此设计的构件或结构并不像数学或力学可计算出唯一的结果，通常呈现出许多种设计结果。

4.经验和实践性强

本课程是一门理论与实践紧密相连的课程，不仅要求学生熟练掌握基本原理，而且要能够将基本原理熟练应用于工程实践，是一门非常“工程”的课程，这就要求培养学生的工程素质，提高学生的工程经验。

5.教学课时有限

混凝土结构设计原理是土木类学生最为核心的专业课之一，早期的培养方案中该门课程学时较多，大多为80学时，甚至达到120学时。然而，随着土木概念的强化和专业分流的影响，该课程在许多高校被缩减为64学时，甚至只有32学时，导致该课程无法完整讲授，大多教师通常是选择重点内容进行授课，从而造成学生知识体系不完整，阻碍了后续专业课程的顺利学习。

基于混凝土结构设计原理课程的以上特点及目前的教学情况，可以发现传统的教学模式和方法主要是由教师在课堂上将知识点传授给学生并安排一定的课后作业，但是传统教学方法的实际完成效果与预期目标差异较大。

将微课引入混凝土结构设计原理课程中，丰富了传统教学模式和教学方法，可显著提高学生的学习兴趣和学习效率，促进个性化教学的发展。利用10分钟左右的微课视频重点讲授该课程的各个重难点，学生课堂上无法掌握的内容可以在课后进行再学习和再吸收，有效降低学生对本课程的抗拒心理，实现课程的优化和深化。因此，微课的应用对混凝土结构设计原理课程教学质量的提高具有十分重要的意义。

四、微课资源的开发

1.知识点梳理和微课内容设计

混凝土结构设计原理课程包含大小知识点近百个，而微课仅包含1～2个知识点，在制作微课之前先应梳理、细化该课程的主要知识点，并分割出课程的重难点。对于易于掌握的简单知识点，学生在课堂上即可轻松消化，因此，微课中讲授的知识点应选择重难点内容，如 “受弯构件正截面承载力计算原理”等。

微课知识点确定后，然后是分析学习者的特征和教学目标。微课的整体风格很大程度上取决于学习者的特征，如对于应用型本科学生，可以将更多的施工技术和工法融入微课视频中，适当偏重工程应用;对于研究型本科学生，可以重点讲授现象背后的原因、研究的思路方法、理论的推导和公式的演绎，并适当地加入一些工程资料。教学目标的确定是推动教学计划制订的前提，是教师选择何种教学方法和运用什么教学手段的纲领。

2.微课制作与资源构建

首先根据微课设计知识点和思路，开始搜集和整理各种素材，并准备微课的制作工具。其次是围绕教学目标、教学风格、教学方法和教学计划编写脚本[2]。再次根据搜集的素材和制作好的脚本，利用制作工具开始制作微课。最后将制作好的微课上传到微课资源库或者网络上，亦可通过社交软件直接发给学生学习。

3.微课应用

微课可运用于学生课前、课中、课后的整个学习阶段。学生课前通过单独或分组学习微课达到预习知识点的作用，独立搜索解决可能遇到的问题，并将预习中不能解决的疑问带到课堂中[3]。教师在课堂中接受学生的提问并进行一一解答，或者通过学生分组讨论的形式使问题得到一一化解，随后开始课堂知识点的进一步教学。学生在课后根据自己对知识点的掌握程度，有选择地对已教知识点进行复习，直到完全消化为止[4]。课后，教师开始制作下一微课，产生良性循环。

4.微课评价和修改

在微课完成应用后，教师要主动从学生那里得到关于微课内容的评价和学习效果的反馈，并根据评价和反馈及时做出调整，不断打磨和完善微课质量，从而避免微课教学以教师为中心的不良局面，真正做到从学生的切身体验和需求出发解决学生的学习问题。

五、案例分析

笔者以“受弯构件正截面计算—相对界限受压区高度ξb”微课为例，进行微课设计[5]，如下表所示。相对界限受压区高度ξb是结构设计原理中非常重要的一个参数，笔者首先以正截面受弯构件的三种破坏形态类型为切入点，吸引学生的学习兴趣，进而引入相对界限受压区高度ξb的概念。其次，教师介绍工程中的设计应选择适筋梁破坏类型为准则，介绍相对界限受压区高度ξb的意义和作用。再次，从概念出发，推导ξb的计算过程，再以某种情况为例，得到《公路桥规》规定的ξb值表格。最后，教师对微课内容进行回顾，并提出思考题，强化微课学习效果。

六、结语

微课是随着计算机和信息技术的发展而产生的一种新兴教学方法、教学模式和教学资源，它的针对性强、方便学习、易于传播等特点给传统面授教学模式带来了较大的影响，一方面提高了学生的自学能力，另一方面促进了教师的专业技能增长，近年来逐渐成为一种热门的教学方法。但是，如何将微课应用于传统教学模式中还有待广大教师进一步探索。混凝土结构设计原理课程与工程联系紧密、知识点多、构造规定多，尤其适合在传统教学模式中融入微课。混凝土结构设计原理微课的设计与开发不仅要求教师精准地梳理和分割每个知识点，掌握教学对象的特点，而且还需掌握一定的制作动画和剪辑视频的技能。教师应努力研究微课设计与制作的新方法，构建以学生学习为中心的微课资源库，与传统教学模式互补互助，达到提高教学质量的目的。

参考文献：

[1]胡铁生.“微课”：区域教育信息资源发展的新趨势[J].电化教育研究，2011（10）：61-65.

[2]端茂军，魏洋，李建慧，等.基于微课协同教学的结构设计原理课程教学改革与实践[J].高等建筑教育，2017（6）.

[3]朱思静.微课在高职混凝土结构教学中的应用研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2016（8）.

[4]孙明.应用型高校结构力学“翻转课堂”教学改革研究[J].高教学刊，2017（9）.

[5]夏冬生，于彦，朱公志，等.工程力学微课设计和制作的探讨[J].中国现代教育装备，2016（1）：73-76.