于 洋，張連英，梁化強(qiáng)，朱 炯，宗德媛

（徐州工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221111）

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020 年）》明確提出：要充分利用信息技術(shù)促進(jìn)教育發(fā)展，要以創(chuàng)新教育理念為目標(biāo)，注重信息技術(shù)與教育全面深度融合，構(gòu)建多種形式的學(xué)習(xí)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享和學(xué)習(xí)個(gè)性化和終身化[1-3]。當(dāng)前，現(xiàn)代信息技術(shù)為我國(guó)高等教育模式改革和創(chuàng)新提供了強(qiáng)大技術(shù)支撐，促使教師教學(xué)手段與學(xué)生學(xué)習(xí)方法發(fā)生深刻變革，信息化是國(guó)家和社會(huì)對(duì)高等教育發(fā)展提出的新要求。

我國(guó)地下空間的開(kāi)發(fā)和利用潛力巨大，地下工程行業(yè)發(fā)展需要高校持續(xù)的人才培養(yǎng)產(chǎn)出作為支撐。其中，掌握地下工程施工技術(shù)是保障學(xué)生由理論知識(shí)學(xué)習(xí)走向工程實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。扎實(shí)的地下工程專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技能，可以有效消除學(xué)生對(duì)地下空間災(zāi)害的恐懼感和模糊認(rèn)知，賦予學(xué)生投入國(guó)家重大工程建設(shè)的歷史使命感。在此背景下，結(jié)合應(yīng)用型本科院校城市地下空間工程專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，以地下工程施工課程為例，融入現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)方法，在教學(xué)實(shí)踐中探索混合式教學(xué)模式，加速專業(yè)課程理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革，滿足新時(shí)代學(xué)生對(duì)成長(zhǎng)和成才的需要，有效提升課堂教學(xué)質(zhì)量和效果，為類似課程的教學(xué)改革與研究提供有益的參考與借鑒。

一、地下工程專業(yè)課程存在的問(wèn)題

（一）行業(yè)發(fā)展與人才培養(yǎng)脫節(jié)

錢七虎院士提出：“21 世紀(jì)將是地下空間開(kāi)發(fā)利用的世紀(jì)。”近年來(lái)，我國(guó)城市地下空間資源得到快速開(kāi)發(fā)和利用，在傳統(tǒng)隧道工程的基礎(chǔ)上陸續(xù)出現(xiàn)了以軌道交通和綜合管廊為代表的新興地下工程產(chǎn)業(yè)形態(tài)[4-5]。相比于傳統(tǒng)地上空間建設(shè)，地下工程是理論和實(shí)踐綜合性強(qiáng)，涉及學(xué)科門類眾多的領(lǐng)域，其建設(shè)時(shí)間短、施工經(jīng)驗(yàn)少，存在設(shè)計(jì)和管理等眾多安全問(wèn)題，具有隱蔽性、復(fù)雜性和多樣性等顯著特征[6-8]。目前，相關(guān)領(lǐng)域?qū)Φ叵鹿こ虒I(yè)人才的需求量與日俱增，全國(guó)高校的辦學(xué)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，但是，當(dāng)前地下工程專業(yè)人才培養(yǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程建設(shè)的需要，理論知識(shí)更新的時(shí)效性差，實(shí)踐教學(xué)手段單一，這給專業(yè)課程教學(xué)方法和質(zhì)量提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

（二）專業(yè)課程教學(xué)資源相對(duì)匱乏

現(xiàn)有專業(yè)課程的教學(xué)資源和方法不能完全滿足行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的新要求。地下工程施工過(guò)程中普遍存在高危險(xiǎn)、高復(fù)雜、高成本及過(guò)程不可逆等顯著特點(diǎn)，各種典型的地下工程物理空間重現(xiàn)困難[9-10]。地下工程掘進(jìn)方法和支護(hù)工藝復(fù)雜，程序繁多，例如地下硐室圍巖變形涉及地質(zhì)構(gòu)造、巖體屬性、應(yīng)力環(huán)境、溫度和濕度等多種因素相互耦合作用，災(zāi)變機(jī)理和控制對(duì)策十分復(fù)雜。因此，傳統(tǒng)課堂講授模式導(dǎo)致工程理論晦澀難懂，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)又開(kāi)展困難，教學(xué)質(zhì)量難以保證。除此之外，現(xiàn)階段成熟的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備滯后于工程實(shí)踐，學(xué)生對(duì)地下結(jié)構(gòu)的理解和施工工藝的認(rèn)知度普遍不高，難以將感性概念上升為理性認(rèn)識(shí)，因此，急需建設(shè)和豐富地下工程教學(xué)資源，引入先進(jìn)的教學(xué)理念和方法。

（三）地下工程施工課程群急需建設(shè)

地下建筑結(jié)構(gòu)、地下工程施工和隧道工程等是地下工程專業(yè)必修課程。其中，專業(yè)核心課程地下工程施工以礦山巷道、地鐵隧道、水下結(jié)構(gòu)和綜合管廊等地下建筑物為研究對(duì)象，系統(tǒng)講授各類地下工程施工方法的概念、原理、適用范圍、工藝流程、工程監(jiān)測(cè)和災(zāi)害防護(hù)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)[11-12]。由于知識(shí)雜、工法多和工藝繁，課堂教學(xué)難以真實(shí)再現(xiàn)地下工程施工實(shí)際場(chǎng)景，學(xué)生難以系統(tǒng)理解和掌握，學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力不高。因此，需要將信息化技術(shù)融入到課程建設(shè)過(guò)程，探索虛擬仿真技術(shù)與數(shù)字教學(xué)云平臺(tái)結(jié)合，關(guān)聯(lián)映射地下工程課堂教學(xué)內(nèi)容，突破時(shí)空限制，拓展學(xué)生對(duì)地下建筑的認(rèn)知范圍，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)和工程實(shí)踐融會(huì)貫通。

二、地下工程施工課程教學(xué)模式探索

（一）教學(xué)模式的構(gòu)建

針對(duì)地下工程施工課程知識(shí)點(diǎn)多、抽象性強(qiáng)及實(shí)踐色彩濃等特點(diǎn)，結(jié)合團(tuán)隊(duì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累與思考，提出依托當(dāng)前主流移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)：微信公眾號(hào)、超星學(xué)習(xí)通APP 和虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目，樹(shù)立“以學(xué)生學(xué)/發(fā)展為中心”的教學(xué)理念，以問(wèn)題為導(dǎo)向、任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建了有線上支持的線下課堂混合式三階段教學(xué)模式，如圖1所示。

圖1 教學(xué)模式框架

1.課前，教師將學(xué)習(xí)內(nèi)容推送至移動(dòng)平臺(tái)，發(fā)布通告明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)，學(xué)生利用移動(dòng)終端進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，教師對(duì)學(xué)習(xí)情況、問(wèn)題形成、在線測(cè)驗(yàn)和任務(wù)完成等行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)后臺(tái)反饋數(shù)據(jù)掌握課前學(xué)習(xí)效果，基于暴露的問(wèn)題開(kāi)展針對(duì)性備課和授課。

2.課中，教師圍繞學(xué)生課前形成的問(wèn)題開(kāi)展目標(biāo)教學(xué)，首先利用移動(dòng)平臺(tái)檢測(cè)學(xué)生線上學(xué)習(xí)效果，依據(jù)結(jié)果導(dǎo)入新的課程重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)講解。其間，開(kāi)展全員參與的師生和生生互動(dòng)討論與協(xié)同任務(wù)等形式隨時(shí)感知學(xué)習(xí)效果，引導(dǎo)學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)形成“發(fā)現(xiàn)—思考—分析—解決”的學(xué)習(xí)慣性。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)。

3.課后，教師通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)推送作業(yè)，借助后臺(tái)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。學(xué)生根據(jù)課內(nèi)學(xué)習(xí)效果一方面回歸到線上教學(xué)平臺(tái)回看教學(xué)視頻進(jìn)行課程復(fù)習(xí)，另一方面通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)尋求與教師在線答疑和討論；教師根據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)反饋評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，開(kāi)展針對(duì)性的教學(xué)干預(yù)和預(yù)警工作，并進(jìn)行課程教學(xué)反思和改進(jìn)。

（二）教學(xué)難題的解決

1.有效解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)缺失的頑疾。借助學(xué)習(xí)通的問(wèn)題搶答、主題討論、在線測(cè)驗(yàn)、分組任務(wù)和作業(yè)評(píng)分等功能，軟件后臺(tái)全程記錄學(xué)生課程學(xué)習(xí)表現(xiàn)，并根據(jù)教師設(shè)定的分項(xiàng)比重自動(dòng)輸出學(xué)生平時(shí)成績(jī)，解決了傳統(tǒng)課堂教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)缺失和成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)隨意的問(wèn)題，提高了課堂教學(xué)效率和成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的科學(xué)性。

2.滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，提高理論知識(shí)傳授效率。借助超星網(wǎng)絡(luò)課程豐富的線上教學(xué)資源，突破傳統(tǒng)課堂物理時(shí)空限制，將教與學(xué)從課內(nèi)向課外延伸，達(dá)到隨時(shí)隨地個(gè)性化學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)課堂構(gòu)建在標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)基礎(chǔ)上，所有學(xué)生被迫按照統(tǒng)一進(jìn)度學(xué)習(xí)，教師無(wú)法對(duì)學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)。通過(guò)學(xué)習(xí)通直播功能將整個(gè)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)全部記錄下來(lái)，學(xué)生根據(jù)自身知識(shí)掌握情況隨時(shí)隨地回看教學(xué)錄像，并且借助于微信公眾號(hào)的在線答疑實(shí)現(xiàn)與教師的實(shí)時(shí)溝通，學(xué)生學(xué)習(xí)效率和效果顯著提升。

3.打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)理念和方式的禁錮。教師教學(xué)理念從傳統(tǒng)課堂“以教定學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔劢淌摇耙詫W(xué)定教”。課前通過(guò)學(xué)習(xí)通問(wèn)卷功能充分了解學(xué)生的需求和疑問(wèn)，有針對(duì)性地備課，將部分知識(shí)點(diǎn)放在課前自主學(xué)習(xí)；課中采用重點(diǎn)講解、自由討論及分組任務(wù)等手段與學(xué)生深入互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的潛能；課后在移動(dòng)平臺(tái)發(fā)布作業(yè)任務(wù)，形成知識(shí)擴(kuò)展與應(yīng)用，開(kāi)展在線答疑討論活動(dòng)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程充分貫徹以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。

4.采用虛實(shí)結(jié)合的輔助教學(xué)手段提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。建立了以學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)作為主的地下工程模型實(shí)驗(yàn)室，基于課程內(nèi)容學(xué)生動(dòng)手制作不同類型的地下工程施工模型，深刻理解地下工程施工技術(shù)；借助教師研發(fā)“地下工程新奧法施工”和“巖石巷道錨注支護(hù)設(shè)計(jì)與施工”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，構(gòu)建具有沉浸性和真實(shí)感的三維地下空間場(chǎng)景，真實(shí)還原和模擬地下工程施工全過(guò)程，拓展學(xué)生對(duì)地下工程的認(rèn)知范圍，關(guān)聯(lián)映射地下工程課堂教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

5.組建創(chuàng)新活動(dòng)小組，破解學(xué)習(xí)差異性難題。踐行應(yīng)用型高校本科生學(xué)業(yè)導(dǎo)師制度，針對(duì)學(xué)習(xí)能力突出的學(xué)生群體組建“地下工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，開(kāi)展創(chuàng)新能力提升工程，聚焦地下工程領(lǐng)域熱點(diǎn)和前沿，引導(dǎo)學(xué)生深度參與教師科研項(xiàng)目，指導(dǎo)開(kāi)展大創(chuàng)項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和科研能力，啟迪和激發(fā)學(xué)生探索未知的勇氣和興趣，為學(xué)生后續(xù)進(jìn)入更高平臺(tái)繼續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。

6.思政育人貫穿教學(xué)全過(guò)程，思想教育與專業(yè)素養(yǎng)有機(jī)融合。學(xué)生在地下工程施工課程實(shí)踐環(huán)節(jié)遇到技術(shù)難題，教師引導(dǎo)學(xué)生勇于面對(duì)，不向困難屈服的精神，培養(yǎng)學(xué)生正確價(jià)值導(dǎo)向。此外，在高強(qiáng)度的學(xué)科競(jìng)賽訓(xùn)練環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生艱苦奮斗氣魄和大國(guó)工匠氣質(zhì)，在緊張的比賽環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)和敬業(yè)樂(lè)群精神，深刻感受和體會(huì)集體榮譽(yù)感。

三、地下工程施工課程混合式教學(xué)模式實(shí)踐

地下工程施工課程混合式教學(xué)模式自2016 年初首先提出，經(jīng)過(guò)5 年多的教學(xué)探索不斷發(fā)展成形，分別在2014—2018 級(jí)地下空間等班級(jí)進(jìn)行了實(shí)踐，取得了顯著的教學(xué)效果。

（一）課程考核與評(píng)價(jià)機(jī)制

課程考核綜合采用了多種評(píng)價(jià)方式激勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)、情感和價(jià)值觀的均衡發(fā)展，形成“問(wèn)診—過(guò)程—總結(jié)”的三元化綜合考核評(píng)價(jià)機(jī)制。移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)強(qiáng)大的后臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析能力協(xié)助教師全程跟蹤學(xué)生的線上和線下學(xué)習(xí)效果，綜合學(xué)生整體表現(xiàn)輸出成績(jī)，教學(xué)過(guò)程材料完整，提高了教師教和學(xué)生學(xué)的效率。考核評(píng)價(jià)指標(biāo)具體見(jiàn)表1。

表1 考核評(píng)價(jià)指標(biāo)

（二）教學(xué)考核方案

基于課程教學(xué)大綱，將課程內(nèi)容劃分為若干關(guān)鍵理論模塊，并根據(jù)考核題型劃分成不同達(dá)成度量級(jí)。判斷和選擇題等劃分為正確和錯(cuò)誤兩個(gè)達(dá)成度量級(jí)，填空和計(jì)算題等劃分為多個(gè)達(dá)成度量級(jí)，考試后計(jì)算試卷中關(guān)鍵理論模塊對(duì)應(yīng)題目的得分情況，據(jù)此評(píng)價(jià)課程目標(biāo)達(dá)成度，課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)見(jiàn)表2。

表2 地下工程課程學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)表

（三）課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)

統(tǒng)計(jì)近3 年不同班級(jí)對(duì)地下工程施工課程的認(rèn)知程度，如圖2 所示。由圖2 可知，不同班級(jí)對(duì)同一課程認(rèn)知程度表現(xiàn)出一定的相似性，3 個(gè)年級(jí)均超過(guò)70%以上的學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握程度較好。但是，仍超過(guò)15%的學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)并沒(méi)有基本了解。此外，不同年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知程度出現(xiàn)差異：2018 級(jí)地下空間的學(xué)生在5 和4 等級(jí)的比例要高于2017 級(jí)和2016 級(jí)地下空間的學(xué)生；2018 級(jí)地下空間的學(xué)生在1 和2 等級(jí)的比例要低于2017 級(jí)和2016 級(jí)地下空間的學(xué)生。說(shuō)明2018 級(jí)地下空間學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知程度較高，學(xué)習(xí)效果相對(duì)較好。

圖2 不同班級(jí)對(duì)課程的認(rèn)知程度

不同班級(jí)對(duì)課程理論知識(shí)的掌握程度如圖3 所示。由圖3 可知，不同年級(jí)學(xué)生對(duì)知識(shí)模塊的掌握情況呈現(xiàn)差異性。2016 級(jí)地下空間在知識(shí)點(diǎn)①的掌握程度最好，2017 級(jí)地下空間在知識(shí)點(diǎn)⑨的掌握程度最好，而2018 級(jí)地下空間在專業(yè)技能知識(shí)點(diǎn)⑦的掌握程度最好，這反映了不同班級(jí)對(duì)課程理論知識(shí)的興趣點(diǎn)和掌握程度，教師必須利用學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律差異合理調(diào)整課程講解方式，使得教學(xué)內(nèi)容更加契合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

圖3 不同班級(jí)對(duì)理論知識(shí)的掌握程度

地下工程施工課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)如圖4 所示。由圖4 可知，不同班級(jí)在相同課程達(dá)成度上表現(xiàn)不同。2016 級(jí)和2017 級(jí)地下空間分別在專業(yè)知識(shí)和專業(yè)素養(yǎng)的達(dá)成度最好，而2018 級(jí)地下空間在專業(yè)技能的達(dá)成度最好，他們?cè)趯I(yè)技能和專業(yè)素質(zhì)方面的顯著提高，課程三個(gè)目標(biāo)達(dá)成度之間表現(xiàn)均衡，綜合素養(yǎng)更高。通過(guò)深度融合移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)混合式教學(xué)模式的探索與完善，在強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，學(xué)生自我表達(dá)、溝通協(xié)調(diào)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、思維深度及創(chuàng)新意識(shí)等綜合能力逐漸提升，說(shuō)明教師在教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和調(diào)控是有效的。

圖4 課程目標(biāo)達(dá)成度

四、結(jié)束語(yǔ)

以地下工程施工課程為例，通過(guò)課堂內(nèi)外教學(xué)實(shí)踐，不斷汲取最新教學(xué)理念，反思改進(jìn)教學(xué)思路和方法，構(gòu)建了深度融合移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的地下工程施工課程的混合式教學(xué)模式，并進(jìn)行了有益的探索實(shí)踐，形成以下結(jié)論。

（1）堅(jiān)持“以學(xué)生學(xué)/發(fā)展為中心”的教學(xué)理念，以問(wèn)題為導(dǎo)向、任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建了有線上支持的線下課堂混合式三階段教學(xué)模式，提出了貫穿教學(xué)全程的過(guò)程性和多元化的考核評(píng)價(jià)機(jī)制；

（2）深入挖掘?qū)W習(xí)通軟件的各項(xiàng)功能，開(kāi)發(fā)了“地下工程施工課堂”微信公眾號(hào)，結(jié)合線下教學(xué)環(huán)境，從課堂教學(xué)、課程作業(yè)和課程前沿等方面搭建了基于移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的混合式教學(xué)路徑和方法；

（3）建立了以學(xué)生獨(dú)立制作為主的地下工程模型實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了地下工程施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，踐行了“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)踐教學(xué)理念，突破了教與學(xué)雙向時(shí)空限制，擴(kuò)展了實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施路徑。