張治國 毛敏東 陳有亮 邵 俐 李 寧

（上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院 上海 200093）

0 引言

隨著我國高校高等教學(xué)工程新工科課程建設(shè)的不斷發(fā)展，進一步探索高等學(xué)校教學(xué)模式，將是國家推進教育改革和增進高校畢業(yè)生高質(zhì)量就業(yè)的重大措施[1-2]。一方面，我國開展的工程教育認證提出以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進的三大理念，旨在迫切需要各高校向社會輸送大量高質(zhì)量高素質(zhì)土木類工程技術(shù)人才[1-2]。另一方面，新媒體時代的各種網(wǎng)絡(luò)媒介工具為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和工程實踐能力方面提供了軟件支持，其中網(wǎng)絡(luò)媒介與翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)的耦合顯得尤為重要[3-5]。上海理工大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院在近幾年合理使用新時代網(wǎng)絡(luò)工具，教師由“教”轉(zhuǎn)化為“引導(dǎo)”，學(xué)生由“被動學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)化為“主動探究”，為土木行業(yè)人才培養(yǎng)與課程模式探索優(yōu)化貢獻出一份力量。

上海理工大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院針對當(dāng)前地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題，進行了網(wǎng)絡(luò)媒介與翻轉(zhuǎn)課堂耦合的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)模式的新探索。地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程作為當(dāng)代土木工程專業(yè)人才必須掌握的一門課程，同時也作為土木工程類專業(yè)高校教育中最為重要的一環(huán)。對于學(xué)術(shù)研究而言，該課程為部分土木工程相關(guān)專業(yè)后續(xù)深入研究提供基礎(chǔ)；對于日后工作而言，地下結(jié)構(gòu)設(shè)計和實際工程中結(jié)合就顯得極其重要。但在傳統(tǒng)教學(xué)方法中存在諸多不足，如人才培養(yǎng)方案定位模糊、課程設(shè)置不夠科學(xué)、教材部分內(nèi)容不夠前沿等缺陷，不利于學(xué)生對知識的融會貫通和綜合利用，以致人才培養(yǎng)計劃不能體現(xiàn)現(xiàn)代城市地下結(jié)構(gòu)工程的特點，人才培養(yǎng)質(zhì)量也不能完全滿足時代發(fā)展和企業(yè)的需求[6-8]。因此，結(jié)合我校的土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，充分利用優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)媒介資源，合理通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，積極進行教學(xué)模式的新探索，進一步提升了地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)質(zhì)量。

1 地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程在傳統(tǒng)教學(xué)中的主要缺陷

地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的主要目的是為了了解地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范與設(shè)計的基本理論，掌握地下結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算的基礎(chǔ)理論和技能[9-10]。目前，針對上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式，主要為教師對照教材，通過板書與PPT講授理論課程，學(xué)生輔以課后練習(xí)加深對理論設(shè)計知識的理解。但翻轉(zhuǎn)課堂作為新時代課程教學(xué)模式的一種探索，是指在課前學(xué)生自主觀看網(wǎng)絡(luò)平臺視頻，教師在課中和學(xué)生一起互助探究，解決難題的一種教學(xué)模式，較好的滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的要求。筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)教師講而學(xué)生聽的被動教學(xué)模式的弊端在引入學(xué)生積極參加而老師輔助引導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂新模式后得到了較好的解決。同時，筆者總結(jié)了傳統(tǒng)教學(xué)中三個方面的主要缺陷：

1.1 課程晦澀難懂，學(xué)生興趣不高

地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程具有理論性和綜合性較強的特點，一方面表現(xiàn)為多學(xué)科交叉，例如，在地下結(jié)構(gòu)荷載計算時涉及土力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)知識，在地下結(jié)構(gòu)截面計算時又涉及混凝土專業(yè)知識；另一方面表現(xiàn)為涉及面廣，課程主要講解了基坑、隧道、管道、支護等多種地下結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計方法，對學(xué)生數(shù)學(xué)和力學(xué)的能力要求較高。由于地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程授課時間有限，學(xué)生通過課堂中老師展示的圖片和視頻，無法得到最直觀的認識，導(dǎo)致其缺乏主動參與學(xué)習(xí)的機會，且學(xué)生在課下消化知識過程中無法及時與教師溝通，在接觸如此復(fù)雜且枯燥的理論知識時難免失去耐心，興趣不高，學(xué)生主觀能動性缺乏。

1.2 理論與實際結(jié)合不夠緊密，工程應(yīng)用較少

地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程具有很強的實踐性和應(yīng)用性，其理論體系需要與實踐經(jīng)驗相結(jié)合。例如，在基坑支護、盾構(gòu)隧道、沉井結(jié)構(gòu)、箱涵結(jié)構(gòu)和頂管結(jié)構(gòu)等地下結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，許多學(xué)生由于不清楚基本概念與結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，只是一味地照搬設(shè)計模板，甚至抄襲其他同學(xué)的設(shè)計，導(dǎo)致設(shè)計書中出現(xiàn)許多原則性錯誤，畢業(yè)生進入工作單位后仍然看不懂地下結(jié)構(gòu)施工圖紙。

1.3 研究性和前沿性內(nèi)容偏少，部分授課內(nèi)容偏舊

對于畢業(yè)后主要從事地下結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的學(xué)生來說，有必要了解當(dāng)前地下結(jié)構(gòu)工程界的正在使用的先進設(shè)計方法。但目前地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)仍然以傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和經(jīng)典的解析公式為主體，而對于現(xiàn)代地下設(shè)計工程領(lǐng)域廣泛使用的數(shù)值分析軟件，如基坑設(shè)計使用的啟明星軟件，課上的講解寥寥無幾。同時，當(dāng)代工程上前沿的設(shè)計方法也沒有及時進入教學(xué)課堂中，例如，國內(nèi)外在大型基坑中廣泛采用的大直徑多層環(huán)形支撐等新型支護形式，在課堂教學(xué)中的基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計還局限于傳統(tǒng)的懸臂擋土墻，顯然教學(xué)內(nèi)容已不能適應(yīng)日益復(fù)雜的實際工程實際和施工要求。

綜上所述，傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足現(xiàn)代化地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)目標，但網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下的課堂教學(xué)新模式可以較好地解決上述缺陷，兩者間主要對比如圖1所示。2020年，教育部高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會特別推薦了中國大學(xué)MOOC、智慧樹、學(xué)堂在線和學(xué)銀在線四個網(wǎng)絡(luò)媒介平臺[11]，為翻轉(zhuǎn)課堂的實現(xiàn)提供了重要的保障，課前學(xué)生通過以上網(wǎng)絡(luò)媒介平臺自主學(xué)習(xí)；課中更多的采用分組討論、合作及展示，引導(dǎo)學(xué)生逐漸形成“發(fā)現(xiàn)問題、思考分析、繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新問題—小組討論—解決問題”的思路；課后通過具體練習(xí)、校企合作模式等檢驗學(xué)生掌握程度。最終形成網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)課程新教學(xué)模式，具體思路如下節(jié)所示。

圖1：網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下的課程教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的對比圖

2 網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)模式思路

如何改變地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式？如何探索并建立網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下教學(xué)模式新思路？筆者以上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院20人小班《地下結(jié)構(gòu)設(shè)計》教學(xué)為實踐主體，就其中“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計”章節(jié)，從整體上將教學(xué)模式思路劃分為三個板塊，即課前自主學(xué)習(xí)、課中合作探究和課后鞏固拓展，如圖2所示。

圖2：網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下的課程教學(xué)模式思路

2.1 課前自主學(xué)習(xí)

課前教學(xué)環(huán)節(jié)具體通過上海理工建立的超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或微信平臺發(fā)布本周學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生提前預(yù)習(xí)“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計”章節(jié)的內(nèi)容，主要由觀看視頻、線上測試、討論與反饋三個部分組成。

地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課前觀看的視頻主要是以網(wǎng)絡(luò)媒介的課前學(xué)習(xí)的資源和場所為主。筆者選定慕課上崔振東教授主講的《地下結(jié)構(gòu)設(shè)計》，作為課前學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)媒介資源。教師根據(jù)學(xué)校的教學(xué)大綱和教學(xué)計劃，將慕課教學(xué)視頻的內(nèi)容與學(xué)時進行合理分配發(fā)布給學(xué)生。其中，“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計”章節(jié)內(nèi)容主要包括盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計流程、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計、隧道防水及處理、盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計算例四大部分，而學(xué)校安排3個學(xué)時不足以細講盾構(gòu)隧道設(shè)計這一章節(jié)的課程知識，學(xué)生在課前一周的時間內(nèi)通過慕課資源平臺進行學(xué)習(xí)，觀看視頻的時間控制在90分鐘到120分鐘之間，將視頻分為10-15段進行觀看，使得學(xué)生可以在課下充分采用碎片學(xué)習(xí)的方式，完成一部分內(nèi)容的自主學(xué)習(xí)。針對“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計”章節(jié)筆者一共分為12個知識點，共110分鐘，如表1所示。

表1：課前線上知識點自主學(xué)習(xí)內(nèi)容

學(xué)生在通過自學(xué)，觀看微視頻、查閱相關(guān)文獻后，接著完成線上的啟發(fā)性思維的線上測試。針對難度較低的盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，采用課前測試來評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；對于實踐性更強的隧道防水及處理，則采用發(fā)布導(dǎo)學(xué)案及圖片鏈接等方式，來引導(dǎo)學(xué)生完成慕課視頻學(xué)習(xí)。此外，由于“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計”章節(jié)部分涉及很多受力性能分析與力學(xué)推導(dǎo)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)及抽象邏輯思維能力要求較高，課前慕課學(xué)習(xí)的進度控制和效果監(jiān)測主要采用學(xué)校超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或微信平臺。

2.2 課中合作探究

課中教學(xué)環(huán)節(jié)和傳統(tǒng)教學(xué)課堂完全不同，這一環(huán)節(jié)主要為教師和學(xué)生之間討論互動，分小組討論及匯報，最終教師進行講解，協(xié)作分析重點難點，建立“以學(xué)生為中心”合作探索思路。需要指出的是，學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)是課中合作探索的必要條件，課中合作探索同時作為課前自主學(xué)習(xí)的有機組成部分和延伸。

通過重新設(shè)計課堂教學(xué)的流程，主要包括課前回顧、互動活動、小組匯報、課堂總結(jié)四個部分，讓相應(yīng)的活動建立在課前充分自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上，進一步提升課堂效果。在“盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計”章節(jié)的翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計中：首先可在課前回顧，對學(xué)生起到承上啟下的作用；接著進行簡單的互動問答，讓學(xué)生快速進入上課的狀態(tài)；然后，將學(xué)生分為5人一組，共4個小組，分別為盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計流程、襯砌結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、隧道防水及處理四個小組，進行共同討論與學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)交流之后，分組講授探究學(xué)習(xí)的成果；最后，在學(xué)生小組匯報結(jié)束后，教師進行總結(jié)講解重點知識，可以增強學(xué)生的語言表達能力，防止以后在工作和科研中出現(xiàn)不善于言語表達的窘境。

2.3 課后鞏固擴展

課后教學(xué)環(huán)節(jié)階段，首先為確保學(xué)生所學(xué)知識、概念及原理在課后進一步鞏固，教師把課堂中學(xué)生難點和易錯點進行概括，并上傳到學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺討論區(qū)，以布置教材背后練習(xí)題為主，適當(dāng)補充一些針對性和實踐性的課后思考題；其次，為使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和解決實際項目能力等得到進一步提升，結(jié)合國內(nèi)外多起地下結(jié)構(gòu)工程事故或重大工程項目，每學(xué)期布置1-2次小組擴展性項目作業(yè)，學(xué)生通過查詢文獻和調(diào)查研究，以研究報告的形式網(wǎng)上提交，并采用線下課堂的方式，由教師組織交流研討。上述課后任務(wù)在實踐過程中，大數(shù)據(jù)手段作為不錯的手段可對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和進度進行督促，對學(xué)習(xí)效果不佳的學(xué)生進行線下輔導(dǎo)與幫助。

此外，還可將校企合作模式融入到課后教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過邀請企業(yè)技術(shù)人員舉辦講座，虛擬平臺模擬實訓(xùn)，讓每一位學(xué)生都可以了解行業(yè)中盾構(gòu)隧道設(shè)計概況，而且校企合作模式已經(jīng)在我校連續(xù)幾屆學(xué)生中重復(fù)教學(xué)，大大降低了老師的教學(xué)成本。同時可利用虛擬平臺模擬盾構(gòu)隧道設(shè)計的實際工況，讓學(xué)生親手操作，檢驗學(xué)習(xí)效果。

3 基于網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的思考

3.1 網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)的適用條件

為保證網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)的成功應(yīng)用，首先，應(yīng)以一部分難度適中的章節(jié)作為基礎(chǔ)，確保課前自學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的成功完成，對于高難度內(nèi)容可在課堂內(nèi)重點講解；其次，將具有思考性的內(nèi)容進行課堂小組討論與匯報，確保課中合作探索環(huán)節(jié)可以順利實施，提高學(xué)生創(chuàng)新性；最后，不是所有的章節(jié)都適合翻轉(zhuǎn)課堂新模式，例如，緒論、地下結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析方法、地下結(jié)構(gòu)可靠度理論等內(nèi)容不適合翻轉(zhuǎn)。教學(xué)實踐過程中，什么章節(jié)適合？具體如何實施？教師的認真設(shè)計與思考是十分有必要的。

3.2 網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)實施的保障措施

網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課堂中的每個教學(xué)環(huán)節(jié)都需要教師精選設(shè)計。首先，教師在課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)中，要明確學(xué)習(xí)目標，考慮到不同教師和班級的多樣性，提出的在線思考題要能在課前視頻中找到答案；其次，也應(yīng)重視課前視頻的選擇，做到內(nèi)容簡單有趣，保證學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；最后，課中教學(xué)環(huán)節(jié)成功的教學(xué)作為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式順利開展的最重要的保證也必須得到重視。同時，地下結(jié)構(gòu)作為一門高等學(xué)校土木工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)規(guī)劃課程，必須要有一定的課后訓(xùn)練和知識擴展，學(xué)生才能更好的掌握和應(yīng)用。

此外，針對監(jiān)管機制與學(xué)習(xí)交流平臺的構(gòu)建，上海理工大學(xué)在2020年春季線上教學(xué)期間對原網(wǎng)絡(luò)課程中心進行重建，接入超星泛雅平臺，更名為上海理工超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，現(xiàn)已實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的整合，可以與慕課平臺結(jié)合使用，為地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)新模式提供了重要保障。

4 結(jié)語

地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程作為土木工程專業(yè)和地下工程專業(yè)高校必修的一門專業(yè)課程，在上海理工大學(xué)環(huán)境建筑學(xué)院土木工程專業(yè)課程體系中占有較大比例。在新時代發(fā)展的浪潮中，上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院的教學(xué)團隊積極探索網(wǎng)絡(luò)媒介和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)耦合下地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的教學(xué)模式，根據(jù)學(xué)校教學(xué)大綱深入探討了教學(xué)新模式中的設(shè)計與組織。通過教學(xué)實踐獲得了學(xué)生們的一致好評，使得枯燥難懂的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程變得形象生動，即使得學(xué)生在快樂學(xué)習(xí)氛圍中接受書本知識，又使得學(xué)生培養(yǎng)了工程應(yīng)用實踐能力，為今后進一步提高地下結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有知識、能力、素養(yǎng)的土木工程專業(yè)人才奠定基礎(chǔ)，為兄弟院校進行此類教學(xué)的探索提供了新思路。