融合移動學習平臺的地下工程施工課程混合式教學模式探索與實踐

于 洋，張連英，梁化強，朱 炯，宗德媛

（徐州工程學院 土木工程學院，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)促進教育發(fā)展，要以創(chuàng)新教育理念為目標，注重信息技術(shù)與教育全面深度融合，構(gòu)建多種形式的學習平臺，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享和學習個性化和終身化[1-3]。當前，現(xiàn)代信息技術(shù)為我國高等教育模式改革和創(chuàng)新提供了強大技術(shù)支撐，促使教師教學手段與學生學習方法發(fā)生深刻變革，信息化是國家和社會對高等教育發(fā)展提出的新要求。

我國地下空間的開發(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)是保障學生由理論知識學習走向工程實踐應用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。扎實的地下工程專業(yè)知識和實踐技能，可以有效消除學生對地下空間災害的恐懼感和模糊認知，賦予學生投入國家重大工程建設的歷史使命感。在此背景下，結(jié)合應用型本科院校城市地下空間工程專業(yè)學生的特點，以地下工程施工課程為例，融入現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)新教學方法，在教學實踐中探索混合式教學模式，加速專業(yè)課程理論與實驗教學方式改革，滿足新時代學生對成長和成才的需要，有效提升課堂教學質(zhì)量和效果，為類似課程的教學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 世紀將是地下空間開發(fā)利用的世紀?！苯陙?，我國城市地下空間資源得到快速開發(fā)和利用，在傳統(tǒng)隧道工程的基礎上陸續(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，地下工程是理論和實踐綜合性強，涉及學科門類眾多的領域，其建設時間短、施工經(jīng)驗少，存在設計和管理等眾多安全問題，具有隱蔽性、復雜性和多樣性等顯著特征[6-8]。目前，相關(guān)領域?qū)Φ叵鹿こ虒I(yè)人才的需求量與日俱增，全國高校的辦學規(guī)模也不斷擴大，但是，當前地下工程專業(yè)人才培養(yǎng)遠遠落后于工程建設的需要，理論知識更新的時效性差，實踐教學手段單一，這給專業(yè)課程教學方法和質(zhì)量提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

（二）專業(yè)課程教學資源相對匱乏

現(xiàn)有專業(yè)課程的教學資源和方法不能完全滿足行業(yè)對人才培養(yǎng)的新要求。地下工程施工過程中普遍存在高危險、高復雜、高成本及過程不可逆等顯著特點，各種典型的地下工程物理空間重現(xiàn)困難[9-10]。地下工程掘進方法和支護工藝復雜，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、應力環(huán)境、溫度和濕度等多種因素相互耦合作用，災變機理和控制對策十分復雜。因此，傳統(tǒng)課堂講授模式導致工程理論晦澀難懂，而實驗教學又開展困難，教學質(zhì)量難以保證。除此之外，現(xiàn)階段成熟的實驗教學設備滯后于工程實踐，學生對地下結(jié)構(gòu)的理解和施工工藝的認知度普遍不高，難以將感性概念上升為理性認識，因此，急需建設和豐富地下工程教學資源，引入先進的教學理念和方法。

（三）地下工程施工課程群急需建設

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)測和災害防護等相關(guān)專業(yè)知識[11-12]。由于知識雜、工法多和工藝繁，課堂教學難以真實再現(xiàn)地下工程施工實際場景，學生難以系統(tǒng)理解和掌握，學習興趣和動力不高。因此，需要將信息化技術(shù)融入到課程建設過程，探索虛擬仿真技術(shù)與數(shù)字教學云平臺結(jié)合，關(guān)聯(lián)映射地下工程課堂教學內(nèi)容，突破時空限制，拓展學生對地下建筑的認知范圍，實現(xiàn)理論知識和工程實踐融會貫通。

二、地下工程施工課程教學模式探索

（一）教學模式的構(gòu)建

針對地下工程施工課程知識點多、抽象性強及實踐色彩濃等特點，結(jié)合團隊教學經(jīng)驗積累與思考，提出依托當前主流移動學習平臺：微信公眾號、超星學習通APP 和虛擬仿真教學項目，樹立“以學生學/發(fā)展為中心”的教學理念，以問題為導向、任務為驅(qū)動，構(gòu)建了有線上支持的線下課堂混合式三階段教學模式，如圖1所示。

圖1 教學模式框架

1.課前，教師將學習內(nèi)容推送至移動平臺，發(fā)布通告明確學習目標和任務，學生利用移動終端進行課前預習，教師對學習情況、問題形成、在線測驗和任務完成等行為進行監(jiān)測，通過后臺反饋數(shù)據(jù)掌握課前學習效果，基于暴露的問題開展針對性備課和授課。

2.課中，教師圍繞學生課前形成的問題開展目標教學，首先利用移動平臺檢測學生線上學習效果，依據(jù)結(jié)果導入新的課程重點知識點講解。其間，開展全員參與的師生和生生互動討論與協(xié)同任務等形式隨時感知學習效果，引導學生遇到問題時形成“發(fā)現(xiàn)—思考—分析—解決”的學習慣性。同時，實驗內(nèi)容依托虛擬仿真實驗項目開展實踐教學。

3.課后，教師通過移動平臺推送作業(yè)，借助后臺數(shù)據(jù)準確掌握學生的學習情況。學生根據(jù)課內(nèi)學習效果一方面回歸到線上教學平臺回看教學視頻進行課程復習，另一方面通過移動平臺尋求與教師在線答疑和討論；教師根據(jù)平臺數(shù)據(jù)反饋評價學習效果，開展針對性的教學干預和預警工作，并進行課程教學反思和改進。

（二）教學難題的解決

1.有效解決傳統(tǒng)課堂教學過程數(shù)據(jù)缺失的頑疾。借助學習通的問題搶答、主題討論、在線測驗、分組任務和作業(yè)評分等功能，軟件后臺全程記錄學生課程學習表現(xiàn)，并根據(jù)教師設定的分項比重自動輸出學生平時成績，解決了傳統(tǒng)課堂教學過程數(shù)據(jù)缺失和成績評定依據(jù)隨意的問題，提高了課堂教學效率和成績評價的科學性。

2.滿足學生個性化學習需求，提高理論知識傳授效率。借助超星網(wǎng)絡課程豐富的線上教學資源，突破傳統(tǒng)課堂物理時空限制，將教與學從課內(nèi)向課外延伸，達到隨時隨地個性化學習。傳統(tǒng)課堂構(gòu)建在標準化教學基礎上，所有學生被迫按照統(tǒng)一進度學習，教師無法對學生提供個性化的指導。通過學習通直播功能將整個課堂教學環(huán)節(jié)全部記錄下來，學生根據(jù)自身知識掌握情況隨時隨地回看教學錄像，并且借助于微信公眾號的在線答疑實現(xiàn)與教師的實時溝通，學生學習效率和效果顯著提升。

3.打破傳統(tǒng)課堂教學理念和方式的禁錮。教師教學理念從傳統(tǒng)課堂“以教定學”轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔劢淌摇耙詫W定教”。課前通過學習通問卷功能充分了解學生的需求和疑問，有針對性地備課，將部分知識點放在課前自主學習；課中采用重點講解、自由討論及分組任務等手段與學生深入互動，激發(fā)學生主動學習的潛能；課后在移動平臺發(fā)布作業(yè)任務，形成知識擴展與應用，開展在線答疑討論活動，整個教學過程充分貫徹以學生為中心的教學理念。

4.采用虛實結(jié)合的輔助教學手段提升實踐教學質(zhì)量。建立了以學生獨立創(chuàng)作為主的地下工程模型實驗室，基于課程內(nèi)容學生動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“巖石巷道錨注支護設計與施工”虛擬仿真實驗項目開展實踐教學，構(gòu)建具有沉浸性和真實感的三維地下空間場景，真實還原和模擬地下工程施工全過程，拓展學生對地下工程的認知范圍，關(guān)聯(lián)映射地下工程課堂教學內(nèi)容，增強課程實驗教學效果。

5.組建創(chuàng)新活動小組，破解學習差異性難題。踐行應用型高校本科生學業(yè)導師制度，針對學習能力突出的學生群體組建“地下工程創(chuàng)新實驗室”，開展創(chuàng)新能力提升工程，聚焦地下工程領域熱點和前沿，引導學生深度參與教師科研項目，指導開展大創(chuàng)項目、學科競賽和科學實驗等活動，重點培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和科研能力，啟迪和激發(fā)學生探索未知的勇氣和興趣，為學生后續(xù)進入更高平臺繼續(xù)深造奠定基礎。

6.思政育人貫穿教學全過程，思想教育與專業(yè)素養(yǎng)有機融合。學生在地下工程施工課程實踐環(huán)節(jié)遇到技術(shù)難題，教師引導學生勇于面對，不向困難屈服的精神，培養(yǎng)學生正確價值導向。此外，在高強度的學科競賽訓練環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生艱苦奮斗氣魄和大國工匠氣質(zhì)，在緊張的比賽環(huán)節(jié)鍛煉學生的團結(jié)協(xié)作意識和敬業(yè)樂群精神，深刻感受和體會集體榮譽感。

三、地下工程施工課程混合式教學模式實踐

地下工程施工課程混合式教學模式自2016 年初首先提出，經(jīng)過5 年多的教學探索不斷發(fā)展成形，分別在2014—2018 級地下空間等班級進行了實踐，取得了顯著的教學效果。

（一）課程考核與評價機制

課程考核綜合采用了多種評價方式激勵和引導學生，促進學生的知識、情感和價值觀的均衡發(fā)展，形成“問診—過程—總結(jié)”的三元化綜合考核評價機制。移動學習平臺強大的后臺統(tǒng)計分析能力協(xié)助教師全程跟蹤學生的線上和線下學習效果，綜合學生整體表現(xiàn)輸出成績，教學過程材料完整，提高了教師教和學生學的效率。考核評價指標具體見表1。

表1 考核評價指標

（二）教學考核方案

基于課程教學大綱，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成度量級。判斷和選擇題等劃分為正確和錯誤兩個達成度量級，填空和計算題等劃分為多個達成度量級，考試后計算試卷中關(guān)鍵理論模塊對應題目的得分情況，據(jù)此評價課程目標達成度，課程目標達成度評價見表2。

表2 地下工程課程學習目標達成度評價表

（三）課程教學效果評價

統(tǒng)計近3 年不同班級對地下工程施工課程的認知程度，如圖2 所示。由圖2 可知，不同班級對同一課程認知程度表現(xiàn)出一定的相似性，3 個年級均超過70%以上的學生對知識點掌握程度較好。但是，仍超過15%的學生對知識點并沒有基本了解。此外，不同年級學生的認知程度出現(xiàn)差異：2018 級地下空間的學生在5 和4 等級的比例要高于2017 級和2016 級地下空間的學生；2018 級地下空間的學生在1 和2 等級的比例要低于2017 級和2016 級地下空間的學生。說明2018 級地下空間學生對課程的認知程度較高，學習效果相對較好。

圖2 不同班級對課程的認知程度

不同班級對課程理論知識的掌握程度如圖3 所示。由圖3 可知，不同年級學生對知識模塊的掌握情況呈現(xiàn)差異性。2016 級地下空間在知識點①的掌握程度最好，2017 級地下空間在知識點⑨的掌握程度最好，而2018 級地下空間在專業(yè)技能知識點⑦的掌握程度最好，這反映了不同班級對課程理論知識的興趣點和掌握程度，教師必須利用學生的認知規(guī)律差異合理調(diào)整課程講解方式，使得教學內(nèi)容更加契合專業(yè)人才培養(yǎng)目標。

圖3 不同班級對理論知識的掌握程度

地下工程施工課程目標達成度評價如圖4 所示。由圖4 可知，不同班級在相同課程達成度上表現(xiàn)不同。2016 級和2017 級地下空間分別在專業(yè)知識和專業(yè)素養(yǎng)的達成度最好，而2018 級地下空間在專業(yè)技能的達成度最好，他們在專業(yè)技能和專業(yè)素質(zhì)方面的顯著提高，課程三個目標達成度之間表現(xiàn)均衡，綜合素養(yǎng)更高。通過深度融合移動學習平臺混合式教學模式的探索與完善，在強化專業(yè)知識的同時，學生自我表達、溝通協(xié)調(diào)、團隊協(xié)作、思維深度及創(chuàng)新意識等綜合能力逐漸提升，說明教師在教學過程中對學生的引導和調(diào)控是有效的。

圖4 課程目標達成度

四、結(jié)束語

以地下工程施工課程為例，通過課堂內(nèi)外教學實踐，不斷汲取最新教學理念，反思改進教學思路和方法，構(gòu)建了深度融合移動學習平臺的地下工程施工課程的混合式教學模式，并進行了有益的探索實踐，形成以下結(jié)論。

（1）堅持“以學生學/發(fā)展為中心”的教學理念，以問題為導向、任務為驅(qū)動，構(gòu)建了有線上支持的線下課堂混合式三階段教學模式，提出了貫穿教學全程的過程性和多元化的考核評價機制；

（2）深入挖掘?qū)W習通軟件的各項功能，開發(fā)了“地下工程施工課堂”微信公眾號，結(jié)合線下教學環(huán)境，從課堂教學、課程作業(yè)和課程前沿等方面搭建了基于移動學習平臺的混合式教學路徑和方法；

（3）建立了以學生獨立制作為主的地下工程模型實驗室，聯(lián)合開發(fā)了地下工程施工虛擬仿真實驗項目，踐行了“虛實結(jié)合”的實踐教學理念，突破了教與學雙向時空限制，擴展了實踐教學的實施路徑。