《建筑結(jié)構(gòu)》教材的信息化開發(fā)與應(yīng)用

朱自強(qiáng)

一、傳統(tǒng)建筑教材的缺陷

《建筑結(jié)構(gòu)》在土建類專業(yè)中是一門專業(yè)核心課程。土建類專業(yè)的畢業(yè)生主要從事生產(chǎn)第一線的施工、安裝、管理、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)工作，這就要求該專業(yè)的學(xué)生首先要具有正確識讀和理解建筑結(jié)構(gòu)施工圖的能力，并能在工程實(shí)際中分析和解決一般結(jié)構(gòu)問題的能力。

教材，用于教學(xué)活動的材料，是教學(xué)內(nèi)容的主要載體.在課程資源中教材是必不可少的重要資源之一。在教學(xué)大綱的框架下，教科書占據(jù)著絕對的“統(tǒng)治”地位，教材也就成了教師從事教學(xué)的最重要甚至是唯一的課程資源。

學(xué)科體系中該類課程的教學(xué)中牽涉到大量的建筑力學(xué)、建筑施工技術(shù)等專業(yè)課程的知識內(nèi)容，加上傳統(tǒng)的《建筑結(jié)構(gòu)》教材知識點(diǎn)繁雜，文字較多，圖形通常為普通平面圖形，構(gòu)造抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程感覺很困難，難以讀懂圖紙，個(gè)別甚至喪失學(xué)習(xí)興趣，教師難以講解。這就要求對教材以及課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大幅度的改革，以適應(yīng)當(dāng)前的高職教育。

二、《建筑結(jié)構(gòu)》教材的信息化開發(fā)策略

如何將傳統(tǒng)的教材通過信息化改造開發(fā)成為一本更具有實(shí)用性和易用性的數(shù)字教材呢？通過多年的教學(xué)和實(shí)踐我們做了以下幾點(diǎn)嘗試。

1、難點(diǎn)部分加入3d模型

《建筑結(jié)構(gòu)》是介紹結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件構(gòu)造以及內(nèi)部鋼筋構(gòu)造的課程，教材中有大量介紹梁內(nèi)鋼筋的復(fù)雜圖形，大多數(shù)的圖形為單色平面圖形，如圖所示，樓梯的內(nèi)部鋼筋布置。高職學(xué)生空間想象力較弱，對于構(gòu)造抽象的平面圖形難以理解。

在《建筑結(jié)構(gòu)》教材中加入3D模型可以大大提高教材的易用性，對于結(jié)構(gòu)內(nèi)部抽象難以理解的部分學(xué)生也可以通過對照3D模型快速的理解和掌握。例如在規(guī)范和圖集的教學(xué)中，我們引入了北京師范大學(xué)編寫的3D版的16G101圖集，在教學(xué)中發(fā)揮了很重要的作用。可以大大增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高教師的教學(xué)信心。

2、利用碎片時(shí)間學(xué)習(xí)微課

“微課”是指為使學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)獲得最佳效果，經(jīng)過精心的信息化教學(xué)設(shè)計(jì)，以視頻形式展示的圍繞某個(gè)知識點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)開展的簡短、完整的教學(xué)活動。精美的視頻配上悅耳的音樂，達(dá)到學(xué)習(xí)知識的目的，并引發(fā)學(xué)生更深入的思考。

《建筑結(jié)構(gòu)》課程總課時(shí)為64學(xué)時(shí)，對于學(xué)生要理解和掌握大量的建筑和構(gòu)造的概念和計(jì)算遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此需要利用學(xué)生課余的時(shí)間來進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)。晦澀難懂的知識點(diǎn)如果可以利用微課將大量碎片化時(shí)間加以利用將會大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。比如，梁內(nèi)部鋼筋的計(jì)算是第三章《受彎構(gòu)件承載力計(jì)算》的教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中對于教師計(jì)算的講解往往難以完全掌握。因此我們將這一部分開發(fā)為微課，錄制成教學(xué)視頻讓學(xué)生觀看，學(xué)生就能對課堂上沒有完全掌握的知識點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)觀看。

3、讓學(xué)生體驗(yàn)仿真操作

傳統(tǒng)教材大多數(shù)是針對理論進(jìn)行教學(xué)缺少實(shí)踐教學(xué)。即便是課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書也主要是一些文字的內(nèi)容，不能正真讓學(xué)生體驗(yàn)動手的操作。

職業(yè)技術(shù)教育講究的是學(xué)生的職業(yè)技術(shù)與動手能力，因此實(shí)訓(xùn)教學(xué)與動手實(shí)踐是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。 《建筑結(jié)構(gòu)》課程開設(shè)的實(shí)踐教學(xué)主要是針對基本受力構(gòu)件的一些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。如鋼筋的拉拔實(shí)驗(yàn)和混凝土的抗壓實(shí)驗(yàn)。由于安全和條件的限制，真正讓每個(gè)學(xué)生都到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或者動手操作很難實(shí)現(xiàn)。因此，我們可以通過虛擬仿真的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和補(bǔ)充教學(xué)環(huán)節(jié)中的實(shí)訓(xùn)教學(xué)的環(huán)節(jié)。

建筑虛擬仿真以仿真方式演繹施工工藝，以三維體驗(yàn)操作的方式達(dá)到身臨其境的現(xiàn)場教學(xué)效果，讓學(xué)生從整體到局部的體驗(yàn)工程施工工藝，達(dá)到熟識各類工藝技巧、理解工藝原理的效果。

我校與中國建筑科學(xué)研究院以及浙江萬霆集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)了針對建筑實(shí)訓(xùn)方面的仿真軟件，從前觀察基礎(chǔ)內(nèi)部的鋼筋構(gòu)造，需要在工地現(xiàn)場進(jìn)行學(xué)習(xí)和參觀，現(xiàn)在我們只需要在電腦上安裝仿真虛擬平臺就能對大多數(shù)建筑內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行觀察，縮放，甚至剖切。對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，我們也只需要安裝建科院的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺就可以讓學(xué)生讓鼠標(biāo)替代雙手進(jìn)行動手實(shí)驗(yàn)。針對我院建筑實(shí)訓(xùn)場不夠完善的問題，我們安裝萬霆集團(tuán)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，就能讓學(xué)生在建筑、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、裝飾等虛擬的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)。將傳統(tǒng)教材恰當(dāng)?shù)呐c虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件相結(jié)合能夠大大節(jié)約我們實(shí)訓(xùn)經(jīng)費(fèi)，也能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4、利用移動學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

2015年，在教學(xué)中我全面嘗試使用藍(lán)墨云班課手機(jī)APP對學(xué)生進(jìn)行互動教學(xué)。藍(lán)墨云班課平臺是一個(gè)移動教學(xué)輔助平臺，它能在任何移動設(shè)備或 PC 上，可以輕松管理自己的班課，管理學(xué)生、發(fā)送通知、分享資源、布置批改作業(yè)、組織討論答疑、開展教學(xué)互動。在教室的課堂現(xiàn)場或課外，都可以隨即開展投票問卷、頭腦風(fēng)暴、作品分享、計(jì)時(shí)答題等互動教學(xué)活動。即刻反饋，即刻點(diǎn)評。

利用平臺進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)，例如在介紹梁這一章之前，教師提前在平臺上發(fā)布關(guān)于梁的歷史，作用，類型等教學(xué)資源，并且發(fā)布本次課程的教學(xué)任務(wù)是掌握梁的一般構(gòu)造和承載力的計(jì)算。學(xué)生通過APP平臺接收到教學(xué)任務(wù)進(jìn)行預(yù)習(xí)梁的基本知識。在課中教師又利用手機(jī)平臺開展了課堂測試、討論、投票、頭腦風(fēng)暴甚至簽到等教學(xué)活動。課后學(xué)生利用平臺進(jìn)行了課后測試與拓展訓(xùn)練，對于鞏固知識起到了重要的作用。

5、通過課程資源庫進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和評價(jià)

傳統(tǒng)教學(xué)在課后缺乏對知識點(diǎn)的評價(jià)考核與拓展學(xué)習(xí)的空間，學(xué)生也無法針對該門課程與同學(xué)之間或與老師進(jìn)行討論和交流。

學(xué)生的學(xué)習(xí)資源與教材是密不可分的。學(xué)習(xí)資源庫是指在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，圍繞某門課程與多門課程密切相關(guān)的某一項(xiàng)或多項(xiàng)學(xué)習(xí)專題進(jìn)行較為廣泛深入研究的資源學(xué)習(xí)型網(wǎng)站。它通常包括以下四個(gè)基本組成部分：1.結(jié)構(gòu)化知識展示。2.擴(kuò)展性學(xué)習(xí)資源。3.網(wǎng)上協(xié)商討論空間。4.網(wǎng)上自我評價(jià)系統(tǒng)。

本人的《建筑結(jié)構(gòu)》課程在2015年成功申報(bào)了四川省省級精品資源共享課，在2年的建設(shè)期內(nèi)，不僅將各種教學(xué)資源與課程與教材進(jìn)行了有機(jī)的整合，還針對教學(xué)資源，拓展學(xué)習(xí)以及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間和自我評價(jià)系統(tǒng)等功能進(jìn)行了全面的建設(shè)，并取得了初步的成效。

在2016年《建筑結(jié)構(gòu)》課程精品資源共享課成功升級為MOOC，學(xué)生不僅可以在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)，甚至還可以在自己的電腦上進(jìn)行自我學(xué)習(xí)自我評價(jià)，還可以與同學(xué)之間進(jìn)行交流和互動。不僅本校的學(xué)生可以進(jìn)行學(xué)習(xí)，外校的學(xué)生也可以通過教師提供的鏈接和二維碼進(jìn)行免費(fèi)的學(xué)習(xí)和交流。

三、結(jié)語

信息化教學(xué)是教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，教材的信息化建設(shè)也是重要的教學(xué)改革發(fā)展方向。通過1年半的教學(xué)改革和實(shí)踐，我在《建筑結(jié)構(gòu)》教材中引入了3d模型、微課、虛擬仿真、移動學(xué)習(xí)平臺以及課程資源庫等進(jìn)行信息化改造，大大增加了教材的易用性，降低了理解知識點(diǎn)的難度，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)，提高了教師的教學(xué)信心，大大提高了教材的使用價(jià)值，最終提高了教學(xué)的效果。通過藍(lán)墨云班課平臺反饋的數(shù)據(jù)來看，學(xué)生和教師都反應(yīng)非常好，可以值得推廣。