“两个设计与翻转课堂”在高层建筑课程中的教学实践与探索

土木工程系  王潇碧

一、“两个设计与翻转课堂”的含义与特征

“两个设计”——课程与课堂设计：我校邹院长提出的“锦城课堂大于天”并不是一个口号，而是我校广大师生自觉的行为：学校领导重视课堂、老师重视课堂、学生重视课堂，三个重视才能形成一个良好的课堂。要落实“锦城课堂大于天”，狠抓教学质量，就必须对课程与课堂教学，精心设计、精心实施、精心评估、精心改进，一步一个脚印，把教学这件事做精做细，课程与课堂设计具体内容包括：教学目标设计、教学内容设计、教学方法设计、课堂互动设计、课堂管理设计、评价方式设计、作业设计和推荐课外读物的设计。其中最重要的是目标、内容和方法，教育的核心问题仍然是教育质量、个性化和多样化。课程与课堂设计是教学的顶层设计，是教学的施工蓝图。具体如何实施课程与课堂设计，应根据每一位老师的教学经验，结合教学实际充分发挥创造性、主动性，实现课堂个性化。

翻转课堂：伴随着新理念、新技术的不断涌现，信息技术与课程教学的整合日渐深入，其中翻转课堂教学模式成为国内外教育改革的新浪潮，为教与学的研究与发展提供了新的思路与方法。翻转课堂也称“反转”课堂或“颠倒”课堂，通过对课上知识传授和课下知识内化过程的颠倒安排，改变了传统教学中的师生角色，并重新规划课堂时间的使用，解决了理论实际一体教学中课堂内理论教学时间缺乏的问题，切实体现了以学生为中心的教学结构，实现了对传统教学模式的革新。作为现代大学教师，在这场革命当中不能袖手旁观，要敢闯敢试敢于探索，翻转课堂可以充分利用教师自己的和全国、甚至全球的优质教学资源，充分调动学生的主动性，提高教学质量和个性化、多样化的教学水平。

二、《高层建筑结构设计》的课程教学背景

教学模式转换：2015年11月16日教育部印发了《关于引导部分地方普通本科向应用型转变的指导意见》。要求有条件、有意愿的试点高校率先探索应用型发展模式。锦城学院已在应用型大学这条路上走了十年，教育部的文件一是对我们过去十年办学的肯定，二是为进一步发挥我们的长处创造了条件。土木工程作为典型的应用型学科更应积极响应，将两个设计和翻转课堂融入到应用型人才培养当中。“结构设计能力”是土木工程专业能力的一个重要组成部分，“结构设计能力”包括工程力学分析与计算能力、结构分析与计算能力、工程结构设计实现能力，其中工程结构设计实现能力是结构设计能力中最重要的能力，学生掌握高层建筑结构设计知识是具备工程结构设计能力的重要体现。这种结合“两个设计和翻转课堂”、以能力为主导构建教学体系的教学改革思想符合应用型大学的教育改革方向。

应用型人才要求：随着国家经济的发展，土建行业对人才的要求特别是对学生工程素质的要求越来越高，既具有完备知识结构，又具备较强“工程能力”的毕业生综合竞争能力强，是企业欢迎的人才。

课程教学状况：高层建筑结构设计课程是土木工程专业的重要专业课之一。高层建筑结构设计课程涉及的前置课程主要有：结构力学、建筑材料、混凝土结构设计原理、建筑抗震设计、土力学及基础工程等。该课程具有知识跨度大，概念多，计算公式多，计算量大，结构性态定量、定性要求多等特点。照搬学术性高校的教学目标、教学模式，必然存在学生难学、教师难教的问题，学生的工程能力与行业的要求也将存在很大的差距，教学效果会很不理想，因此正确定位高层建筑结构设计课程的教学目标非常重要，对专业人才培养方案、课程体系、知识体系乃至教学体系进行深度改革非常必要，笔者近年来在高层建筑结构设计课程教学实践中进行了一些积极探索。

三、《高层建筑结构设计》的“两个设计”研究

教学目标定位与模块构建：为了培养具有良好“工程能力”的工程人才，应以“学生能力培养”为核心，对高层建筑结构设计课程“模块化”构建，其基本指导思想见图1。其中，工程能力的定位为：①具有运用现行有关规范手工进行一般高层建筑结构设计的能力；②具有运用现行有关规范解决高层建筑施工中一般变更设计问题的能力；③具有熟练使用建筑结构CAD技术进行一般高层结构的工程设计能力。知识构成的要求为：构建不同的“能力-知识”模块时，应将能力所需的知识内容在整个人才培养方案中进行合理的科学的调配，避免相同的知识内容重复出现在不同的模块中。“模块化”教学体现的是整个人才培养方案的知识结构的完整性，各个模块所追求的是达到能力的要求。比如风荷载计算、地震作用计算等内容在其他模块中己经出现，那么在“高层建筑结构设计模块”就不再出现，所以“高层建筑结构设计模块”重点突出高层建筑结构性态分析、高层建筑结构设计要求的知识内容。

课堂讲解教学规划：课堂教学以讲解基本设计理论、有关规范等内容为主，加强案例对比分析，根据教学内容采用灵活多样的教学方法：①精讲结构体系的力学性态：把握结构体系的性态也就把握住了结构设计的灵魂，所以对结构体系的性态分析要充分，既要分析结构体系的性态的一般性，也要分析性态的特殊性。重点讲解结构性态反应、理论建立的基本思想、计算参数和计算结果的意义，公式推导可简略一些。通过同一结构体系、不同结构布置方案案例的结构性态对比，学生很容易把握设计中所涉及的重要参数对结构的影响，教学中案例教学方法的效果最好。②重视对规范要求、条款的理解把握：结构体系性态反应以及一个构件的性态反应表现到怎样的程度，人们是可以接受的或是不可以接受的，这都必须引入规范加以阐释。判定一个结构是否能用，也必须依靠有关规范做出判断，所以应重视对相关规范的学习理解，而不能仅仅掌握教材内容。理解和把握规范对提高工程设计人员的设计能力、培养学生的“工程能力”至关重要。

工程设计教学与自主学习：工程设计教学的第一阶段是手工计算高层结构主要构件的结构设计；第二阶段是利用建筑结构CAD技术进行一般体型的高层建筑结构设计。在模块构建时，应明确规定学生自主学习的内容，如知识扩展内容、小型设计项目等。有的要求学生独立完成，有的要求学生自己组建团队完成。要完成自主学习任务，学生必须要查阅相关资料，有的还要走访工程现场，也可以结合“翻转课堂”来进行，由此也丰富了学生的课外学习生活。

考核方式设计：①笔试答卷考核，近年基本采用国家“注册结构工程师专业资格”考试的模式，有利于学生将学习与行业要求相衔接。②上机考核，根据给定的建筑设计方案图，学生在规定时间内，完成结构布置、结构计算，并提供结构性态描述总结。③工程设计考核，即在工程设计教学环节后，对学生设计成果的考核。④学生自主学习考核，对学生的自主学习及其成效要给予足够的重视，因为学生平时的思考、学习和实践是培养其创新能力的有效途径。

四、《高层建筑结构设计》的“翻转课堂”探索

根据翻转课堂的内涵以及建构主义学习理论，在借鉴已有翻转课堂模型的基础上，笔者设计构建了具有本科特色的翻转课堂教学模型，如图2，并尝试在《高层建筑结构设计》教学中进行实践。

课外知识获取模块：明确教学目标是翻转课堂教学设计的前提，教师根据不同阶段的教学目标设计教学资源。课外自主学习阶段的教学目标是使学生能够利用虚拟仿真软件、微课视频等进行梁平法识图相关知识的学习，在网络互动交流中逐步了解梁高层建筑设计的方法，在课外自主探究的过程中体验学习结构设计的乐趣。为保证学生课外自主学习的有效开展，教师需要利用信息技术构建学生自学的教学资源库，它主要包括三部分内容：一是提供书面学习资料，如混凝土结构设计资料和相关技术规范等。二是采用微课、仿真软件或两者结合的办法制作教学视频，其内容涵盖4种高层建筑基本结构体系的设计方法及构造要求。三是开发e-learning网络学习平台，使学生能够随时随地进行学习和交流，同时教师也可以通过平台对学生的学习过程进行指导和管理。

课内知识内化模块：①确定问题和设计情景：在课前完成了一系列活动后，就进入了课内活动设计模块，其目标是提高课堂教学效果，实现知识内化。具体操作时，教师应根据学生在课前自主学习和自我检测过程中提出的疑问，确定一些有研究价值的问题，让学生在课堂上各抒己见，教师进行个性化分类指导。同时，在翻转课堂教学中，教师应充分利用情境等要素来设计课堂学习，模拟真实的工作场景等，鼓励学生协作学习，充分发挥其主观能动性，让学生有身临施工现场的感觉。②协作学习：在翻转课堂的交互性活动中，教师根据学生的兴趣与理解程度指导其选择相应的探究题目，采用“组间同质、组内异质”的原则，对学生进行3～5人的分组，再根据问题的难易程度进行组内协作分工。小组协作学习，有利于发展学生的思维能力，增强学生之间的沟通能力和团结协作能力。

五、小结

从近年的教学实践来看，“两个设计”模块化教学的效果是比较理想的，用人单位对毕业生是满意的，大部分毕业生稍加培训就可以独立进行一般高层混凝土房屋的结构设计，降低了用人单位人才培训成本。当然，在企业如何参与教学内容规划、如何制定学生工程素养水平的评定标准等方面还需进行深入的研究与实践。

在现代化信息技术支持下的翻转课堂教学模式，促进了课程教学改革不断地向纵深方向发展，是对传统教学模式的颠覆式创新。文中提出的翻转课堂教学模型经过在土木工程专业的实践教学检验中得到了学生和教师的一致认可与好评，这证明在建筑专业课程中实施翻转课堂教学模式是有效的。

在信息技术日趋成熟的知识经济时代背景下，“两个设计和翻转课堂”教学模式的应用必然是对本科课程教学的又一次革新。本科学校应当把握机遇，深入地探讨“两个设计和翻转课堂”教学模式的有效运行与发展，努力探索适合大学教育、赋予大学特色的“两个设计和翻转课堂”教学模式，最终实现为社会培养高素质技术技能人才的目标。