基于混合式学习的混凝土结构实验教学综合改革

刘建平 张大富 张 众

山东理工大学建筑工程学院 山东淄博 255049

混凝土结构实验在土木工程专业教学中占有十分重要的地位，它不仅有利于加深对相关课程基本概念、基本理论的理解，同时也可以更好地培养学生分析问题能力、工程实践能力和创新意识。然而，从目前国内大多数高校的混凝土结构实验教学现状来看，仍处于一个比较薄弱的环节，普遍存在如下主要问题。(1)实验教学采用“讲授式”教学模式，缺乏启发性。教师讲解实验内容、实验步骤，学生按照实验指导书完成实验，学生处于被动学习的状态。(2)实验项目单一，缺乏系统性和实用性。目前大多数高校中混凝土结构开设的实验主要包括钢筋混凝土梁受弯实验、钢筋混凝土梁受剪实验，实验项目缺少系统性[1]，以演示性、验证性实验为主[2]，这样的实验方式没有给学生思考和设计的空间，学生无法参与整个实验，达不到对理论知识的巩固、对基本技能的强化的作用，不利于学生动手实践能力和创新思维、创新意识的培养。(3)实验考核方式单一，缺乏科学性和导向性。以往的实验成绩以实验报告成绩为主，使学生对实验课程重视程度降低。

混合式学习是将传统课堂教学的优势和网络化学习的优势结合起来，二者优势互补，从而获得更佳的教学效果[3]。混合式学习模式既可以发挥教师的主导作用，又可以满足学生学习主体地位的需要，尤其适用于实验教学[4]。因此，本文针对混凝土结构实验教学中存在的主要问题，将信息技术与实验教学改革深度融合，构建以学生为中心的混合教学实验模式，设计学生全程参与综合性、设计性探究实验，建立起以“考能力”为主的考核评价体系，培养学生的实践能力及工程素质。

1 融通线上线下两个空间 构建混合式实验教学模式

针对混凝土结构实验课程特点，将混合式教学理念应用于混凝土结构实验教学中，将在线学习活动与实验室教学活动进行整合，建设教学资源，创建信息化学习环境，设计“主导—主体”式实验教学活动，重构实验教学过程，构建了课前在线预习、课中内化知识、课后在线复习和提升的翻转课堂式实验教学，促进学生自主学习、主动建构知识。具体的教学设计方案如表1所示。

表1 钢筋混凝土简支梁静载实验混合式教学设计

(1)课前预习知识。教师提前布置实验设计任务，并通过网络教学平台上传相关的实验教学资源，学生通过研读实验任务书、指导书、实验指导课件，观看实验录像等资源进行学习，采取小组协作的方式，在实验课前完成实验设计报告，教师审阅实验方案设计报告。所有的环节结束后，学生独立完成在线测试以检测学习的效果。

(2)课中内化知识。教师根据学生的分组名单随机抽取一位学生汇报展示实验设计的相关内容，时间控制在8～10分钟，然后是对方案设计中遇到的问题进行生生交流，教师针对大多数学生存在的共性问题进行课堂反馈和交流，学生修改、完善实验设计报告。

(3)课后巩固知识。学生实验操作完成后，利用教学资源进行在线复习和提升，通过网络教学平台中的主题讨论区对疑难问题师生、生生间进行广泛的交流和讨论，促进学生对实验教学内容的理解，培养学生的实践能力和创新能力。

2 优化实验内容 开发综合性设计性探究实验

为了发挥学生学习的主动性，培养学生初步科学实验的能力。结合土木工程专业的特点，对混凝土结构实验进行整合，将相关的实验内容、实验知识和实验方法有机结合，形成一个分阶段、分步骤的综合性、设计性探究实验。采取任务驱动，课内、课外相结合的方式[5]，在教师的引导下，学生自主完成实验方案设计、实验准备、实验操作、实验分析及实验报告的撰写，具体的实验过程及组织如表2所示。学生通过综合性、设计性实验加深对混凝土结构设计理论的理解，达到掌握混凝土结构实验的一般方法和实施步骤的目的。

2.1 实验方案设计

2.1.1 实验试件设计

根据实验任务书提供的荷载和计算跨度要求，选择梁的混凝土强度等级，分组按适筋梁、超筋梁、少筋梁进行截面尺寸和配筋设计，编写设计计算说明书，并绘制施工图。

2.1.2 实验加载及观测方案设计

学生根据实验梁的材料强度、截面尺寸、截面配筋，预先估算出梁的开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩，并据此制订实验方案。内容包括：(1)加载方案的设计，包括试验梁的安装方式、加载的图式和顺序、加载分级的确定；(2)观测方案设计，即挠度测量设计、应变测量设计、裂缝测量设计，包括量测项目的确定、仪器选择及标定、测点的选择及布置并设计原始记录表。

2.2 实验准备

根据实验设计结果及要求，学生应用土木工程材料、土木工程施工、结构实验的相关知识完成以下准备工作：(1)钢筋骨架的绑扎；(2)钢筋应变片的粘贴；(3)钢筋混凝土简支梁的浇注成型、养护；(4)混凝土试块抗压强度实验；(5)加载装置系统及构件就位。

2.3 实验实施

实验时，首先由学生讲解实验内容、实验步骤及注意事项(如图1所示)，教师进行重难点点拨，然后按照预先设计好的实验方案安装试验梁和试验的仪器设备(如图2所示)，按照设计的荷载分级加载，观察梁的裂缝开展情况并做好标记，记录实验现象和破坏过程。

图1 学生讲解实验内容、实验步骤

图2 学生进行实验仪器的连接

2.4 实验分析

实验结束后，学生进行原始实验数据的处理与分析，绘制荷载—挠度曲线、应力—应变曲线、裂缝展开图，得出实验结论，完成实验报告。

表2 钢筋混凝土简支梁静载实验过程安排表

3 改革实验考核方式 构建全过程考核体系

实验考核方式的构建以能力评价为中心，对学生的实验技能、学习能力、动手能力、协作能力及创新思维等方面进行综合评定，采用“预习测试成绩＋实验准备、实验操作＋实验报告成绩”全过程考核方式。

改革的方案主要包括以下几方面。(1)预习测试占实验总成绩的30%，主要考查学生实验前预习的情况，促进学生主动地学习。利用网络教学平台、在线测试的方式进行，试题主要体现实验的重要知识点。(2)实验准备、操作占实验总成绩的30%，主要考查学生仪器使用及实验操作是否规范，促使学生准确掌握实验的全过程。(3)实验报告占实验总成绩的40%，实验报告包括实验设计报告和实验成果分析报告，改变传统的实验报告书写形式，通过实验报告的书写达到培养学生分析问题能力、总结能力、写作能力的目的。

4 改革的成效

本混凝土结构实验教学改革，整合相关实验内容，构建系列化实验，节约了教学成本，取得了良好的教学效果，学生的收获较大，主要体现在以下几方面。

(1)开展混合式实验教学，积累了较丰富的实验网络教学资源，增加了师生互动，改变了学生学习的习惯，提升了学生学习兴趣和效果，也有利于学生开展综合性、设计性探究实验。

(2)本实验内容多、周期长，学生自主设计，探究式完成实验任务，加深了学生对理论知识的理解，学生的设计能力、实验操作能力都得到有效锻炼，提高了学生分析、解决工程问题的能力，培养了学生的沟通交流能力和团队协作精神。

(3)采用全过程考核方式，有利于教师组织、管理实验教学活动进程，较好地调动了学生的主动性，激发了学生的学习热情，保证了学习效果。