土木工程材料課程教學改革研究

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0引言

土木工程材料課程是我國土木工程本/?？茖W生及相關專業(yè)學生大二年級必修的專業(yè)基礎課程。該課程作為一門理論與實踐并重的課程，以混凝土、鋼材、砌體等工程結構材料為教學重點，在課程的學習過程中要求學生熟悉各類土木工程材料概念與分類，掌握常用土木工程材料的組成與基本性能，從而在不同工程中根據(jù)實際需要選擇和設計合適的土木工程材料。與其他土木工程專業(yè)基礎課特別是力學類課程相比，土木工程材料課程理論推導與計算少，專業(yè)名詞和概念多，知識點瑣碎且邏輯性較差，章節(jié)之間獨立性較強[1]。該課程可分為理論課時和實驗課時兩類，教學內(nèi)容豐富，知識點較多但較為瑣碎，且部分章節(jié)無明顯邏輯關系。由于課程教學過程中學時較為緊張，為保證知識點的覆蓋，教師的授課進度相對較快，部分內(nèi)容必須依靠學生自學，而學生普遍反映在授課過程中對知識點印象不深，課后復習重點不明確[1-2]。并且，長期灌輸式教學致使學生的學習興趣與積極性較低，進而導致學生學習效果較差，缺乏明確的學習目標，出現(xiàn)疲憊學習甚至厭學情緒。此外，土木工程材料授課過程中普遍存在教學重難點不突出、課堂效果沉悶、師生交流互動少等現(xiàn)象?？傮w來看，與其他專業(yè)基礎課相比，目前土木工程材料課程教學質(zhì)量相對較低且其傳統(tǒng)教學方式局限性較大，亟需開展基于新型教學模式的改革與實踐。

1教學改革思路探索

傳統(tǒng)教學方式一般以教師課堂現(xiàn)場講授為主完成知識的傳授，學生通過課后作業(yè)、練習或實踐完成的知識的理解與內(nèi)化，而翻轉課堂則是將老師由知識傳授者與課堂管理者轉變?yōu)閷W習督導者與課堂評論者[3]。教師在課堂上通過對學生在課下自主學習中產(chǎn)生的問題進行評判和探究指導幫助學生完成知識的進一步理解與內(nèi)化[4]。因此，翻轉課堂有別于傳統(tǒng)課堂的最顯著特征即為學生身份由被動學習中的知識接受者轉變?yōu)橹鲃訉W習中的知識研究者。思維導圖（TheMindMap）是以關鍵詞或想法為中心，采用輻射線形連接所有的代表性字詞、想法、任務或其他關聯(lián)項目構成的圖形，其實質(zhì)為一種將思維形象化的方法，即通過圖形捕捉表達發(fā)散性思維，將人類的思考過程進行外部表達和呈現(xiàn)[5-6]。因此，采用思維導圖作為可視化學習工具，可引導和創(chuàng)造個人在學習過程中的思考，這不僅可以提高學生的學習效率，還可以提高學生的創(chuàng)造力與學習興趣。目前，已有學者開始嘗試將翻轉課堂這一新的授課方式應用于土木工程材料課程中進行教學改革，并初步取得成效[7-8]。在初期借鑒翻轉課堂進行土木工程材料課程教學改革探索中發(fā)現(xiàn)，該方法仍存在一些明顯問題，如學生課前學習過程中學習目標不明確，知識學習缺乏邏輯性，知識點掌握模糊或碎片化，對概念原理理解不到位，認知體系架構混亂等。盡管采用翻轉課堂教學一定程度上改善了課程教學質(zhì)量，但上述問題仍阻礙了土木工程材料課程教學改革目標的實現(xiàn)。將思維導圖和翻轉課程進行有機結合，以期解決上述土木工程材料翻轉課堂教學中存在的問題。

2基于思維導圖與翻轉課堂的教學實踐

2.1思維導圖教學指引在土木工程材料課程教學前，教師根據(jù)課程學習內(nèi)容和已有課件資料，首先通過MindMaster、XMind、GitMind等商業(yè)軟件繪制課程章節(jié)內(nèi)容思維導圖，作為學生翻轉課堂教學前的自主學習指引材料。該思維導圖在繪制過程中應采用文字、符號、形狀、顏色、連接線等形式，著重突出課程學習中應注意的重點難點、前后章節(jié)邏輯關系、需要思考的問題。通過思維導圖讓學生在翻轉課堂學習前對所學內(nèi)容有所了解并提高認知程度，特別是通過形象思維理清所學關鍵內(nèi)容之間的邏輯關系，從而幫助學生加深對課程中的重難點印象并引起關注，激發(fā)學生對所學內(nèi)容的興趣和好奇心，進而讓學生在可視化思維過程中產(chǎn)生一系列待解答的問題，最終大大提高學生在下一步翻轉課堂學習過程中求知欲和主動性。在課程學習結束后，教師將下次課程學習中需要的紙質(zhì)或電子版思維導圖發(fā)給學生，從而讓學生對下次課程所學內(nèi)容產(chǎn)生初步印象。此外，教師在教學過程中鼓勵學生通過思維導圖在翻轉課堂自主學習階段中提出和記錄問題，在翻轉課堂教學階段中對思維導圖進行批注，并在課后予以整理。圖1為采用MindMaster軟件制作的土木工程材料課程中水泥章節(jié)的一張典型思維導圖。圖1主要基于原材料的組成對不同類型通用硅酸鹽水泥進行分類和對比，著重強調(diào)不同類型水泥的定義和特點，并強調(diào)不同類型水泥的技術指標和應用特點。通過圖1，可與水泥生產(chǎn)工藝及礦物組成、混合材種類和特點與水泥水化產(chǎn)物形成模塊化教學內(nèi)容。例如，學生可通過該思維導圖回顧上節(jié)課中水泥原材料的選擇及比例控制、“兩磨一燒”具體生產(chǎn)工藝、水泥熟料中硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣4種礦物組成特點，進而重點復習水泥熟料中這4種礦物相的不同水化硬化特性，明確水泥熟料在通用硅酸鹽水泥中的主導作用，最終為課程中不同類型的通用硅酸鹽水泥技術指標和應用特點學習構筑堅實的理論基礎。因此，通過思維導圖進行模塊化學習，有助于提高學生對知識點的掌握程度并構建章節(jié)整體知識體系。教學實踐中一般以章節(jié)作為基本單位，通過多張思維導圖把各部分相對獨立的教學模塊形成具有較強系統(tǒng)性與邏輯性的教學整體，這不僅有利于學生在后續(xù)翻轉課堂中對課程重難點內(nèi)容的掌握，而且有利于教師指導學生進行課堂討論和工程案例學習。同時，在課程知識復習過程中，教師指導學生批注后的思維導圖可作為原始資料，幫助學生快速整理和鞏固課程中的重難點，大大提高學生的后續(xù)學習與考前復習效率。

2.2翻轉課堂教學設計在翻轉課堂教學階段，教師首先根據(jù)所學章節(jié)內(nèi)容在課前通過慕課、學堂在線、雨課堂、超星學習通、Bilibili等在線教育教學或視頻平臺，為學生選擇剪輯或直接錄制教學視頻，讓學生對照思維導圖在課前通過電腦或手機進行有目的、有邏輯的自主學習，即通過思維導圖和課件視頻及其他學習資料將部分課堂教學內(nèi)容提前到課前進行。課前學習課件一般通過視頻剪輯以“微課”形式提供給學生，每段視頻課件時長應控制在20min左右，配合制作的思維導圖，力求讓學生在自主學習過程中初步構建知識體系架，從而讓學生發(fā)散思維，尋找興趣點與問題，同時要求學生對照思維導圖進行自主批注。在教學實踐中，一般每個微課視頻對應1~2張思維導圖，每次翻轉課堂課程（2課時）對應2~3個微課視頻。在課程水泥章節(jié)教學過程中，以重慶大學土木工程材料網(wǎng)絡教學公開課為范例，教師通過微課視頻可直接給學生講解通用硅酸鹽水泥抗凍、干燥收縮、耐高溫、抗碳化、耐磨、耐腐蝕等多項具體性能知識，并與思維導圖（見圖1）中的通用硅酸鹽水泥應用特點相呼應。學生通過觀看學習微課視頻可在掌握各類通用硅酸鹽水泥分類與組成的基礎上，明確通用硅酸鹽水泥的應用特點，并與通用硅酸鹽水泥的各項技術指標進行對比，從而有效增進知識點的理解與內(nèi)化。在課堂教學階段，首先鼓勵學生提出在自主學習遇到的難點與問題，并予以歸納與總結。然后教師基于思維導圖、微課視頻及課件資料利用25~30min的時間對課程內(nèi)容中的重難點內(nèi)容與學生的問題進行講解及評述。最后教師進一步提出問題，結合具體工程案例與學生展開15~20min的課堂互動討論，通過師生雙方自由討論，讓學生體會課程內(nèi)容對工程案例的指導作用，從而讓學生理解所學知識對未來學習和工作的重要意義和價值，并進一步增強學生對土木工程材料課程的興趣。同時，布置適當?shù)恼n后作業(yè)讓學生進一步鞏固課程重難點，加強知識的內(nèi)化，通過作業(yè)讓學生完成對課程知識點的梳理，并盡可能結合具體案例提高學生應用理論知識解決實際問題的能力，增進學生對學習目標的認識。此外，教師課后根據(jù)課堂教學與學生反饋情況，可進一步為學生補充相關資料或鼓勵學生主動查閱相關書籍文獻進行自主學習，形成師生互動求知的良好教學氛圍。

2.3教學效果評估與分析結合學生課后作業(yè)完成情況與科目考試成績，并通過學生問卷、訪談會等形式對基于思維導圖與翻轉課堂土木工程材料課堂教學改革效果進行調(diào)查與評估。根據(jù)評價結果發(fā)現(xiàn)，采用該新型教學模式后，學生完成課后作業(yè)的積極性顯著增加，課程考試卷面成績與最終加權平均分較改革前有所提高，且課程學習成績優(yōu)良人數(shù)明顯增多。約80%學生認為，該新型混合教學模式可以讓他們較好地掌握土木工程材料課程的重點知識與概念原理，增進他們對土木工程材料學習目標的理解，較好地完成預期教學目標；大部分學生認為，新型教學模式大大增加他們對土木工程材料課程的興趣；部分學生還表示，在課程學習中閱讀相關的文獻資料，讓他們對走進實驗室參與學科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目產(chǎn)生較高的熱情；甚至有學生通過學習課程，對土木工程材料科研產(chǎn)生濃厚興趣；此外，學生普遍反映在新的授課模式下語言表達能力得到鍛煉和提高。在教學改革過程中，各位老師通過備課學習也可提升和更新自身的專業(yè)知識，增強個人綜合教學能力，提高教學熱情和教學改革的積極性，實現(xiàn)師生雙方一舉多得的教學效果。因此，基于思維導圖和翻轉課堂對土木工程材料課程進行教學改革，可有效提升整體教學質(zhì)量，較好地完成預期的課程教改目標。值得注意的是，在教改調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，目前學生往往對實際工程建設仍缺乏了解，這導致課堂中結合專業(yè)知識對具體工程案例的討論多停留于表面。同時，部分學生參與案例討論程度有限，并且由于缺少實踐，對于工程應用直接相關的知識點的理解仍存在一定的不足和局限。因此，在未來基于思維導圖和翻轉課堂的土木工程材料課程教學改革過程中，應著重考慮通過提供內(nèi)容豐富和細節(jié)貼切的工程實踐案例作為教學素材，通過漸進式學習和分組討論，鼓勵學生參與課堂交流互動環(huán)節(jié)，加強學生對課程專業(yè)知識及技能實踐與應用能力的培養(yǎng)，提高學生綜合能力和核心素養(yǎng)，從而進一步提升課程教學改革效果。

3結語

介紹了結合思維導圖與翻轉課堂對土木工程材料課程教學改革的具體方法和實踐經(jīng)驗。課前利用思維導圖幫助學生建立知識點邏輯關系，加深學生對課程中的重難點印象并引起關注，進而基于思維導圖結合微課視頻及課件資料進行翻轉課堂教學，激發(fā)學生對課程內(nèi)容的學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習和互動交流能力，提高整體學習效率。教學實踐與調(diào)研結果表明，基于思維導圖與翻轉課堂進行教學改革明顯提高了學生對課程知識及技能的掌握程度，增強了學生把課堂理論知識應用于工程實踐的能力，明確了課程學習目的與作用，進一步強化了學生綜合能力和核心素養(yǎng)。因此，基于思維導圖與翻轉課堂進行教學改革有效提高了土木工程材料課程教學質(zhì)量。

參考文獻

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作者:吳萌 施鑫 薛維培 蔡海兵 單位:安徽理工大學