水工程計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用課程的線上-線下混合式教學(xué)研究探討

李 穩(wěn) 曹 藝 仲慧 赟

（1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 常州213164；2.常州大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，江蘇 常州213164；3.山西工程科技職業(yè)大學(xué)設(shè)備工程學(xué)院，山西 晉中030006）

0 引言

給排水科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)國家現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體美全面發(fā)展，具備較好的自然科學(xué)與人文社科基礎(chǔ)，具備計(jì)算機(jī)和外語應(yīng)用能力，掌握給排水科學(xué)與工程專業(yè)的理論和知識，獲得工程師基本訓(xùn)練并具有創(chuàng)新精神的高級工程技術(shù)人才。畢業(yè)生應(yīng)具有從事給排水科學(xué)與工程有關(guān)的工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、管理等工作的能力，并具有初步的研究開發(fā)能力。

在信息化時代迅猛發(fā)展的當(dāng)下，教學(xué)手段和教學(xué)形式發(fā)生了巨大變化，線上課堂、微課等網(wǎng)絡(luò)課堂形式層出不窮，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)已不是掌握知識的唯一學(xué)習(xí)方式。針對2021年春季國內(nèi)的“防疫”要求，在教育部“停課不停學(xué)”的指導(dǎo)方針下，國內(nèi)高校暫時停止所有課程的面授教學(xué)，在學(xué)生返校前將所有課程轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)平臺上。這就加快了信息化手段在教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用，形成了“信息技術(shù)+傳統(tǒng)教學(xué)”的教學(xué)模式，“互聯(lián)網(wǎng)+”“雨課堂”“慕課”“愛課堂”“超星學(xué)習(xí)通”“騰訊會議”等一系列在線教學(xué)模式和手段大量涌現(xiàn)，如何將“線上”教學(xué)的多元性、靈活性與“線下”傳統(tǒng)教學(xué)的重點(diǎn)性、約束性有效結(jié)合，是當(dāng)前工作者不斷探索的領(lǐng)域[1]。“線上”教育和“線下”傳統(tǒng)課堂教學(xué)并非兩個獨(dú)立存在的教育系統(tǒng)，兩者應(yīng)當(dāng)相輔相成，相得益彰?！熬€上”教學(xué)模式更能開拓學(xué)生的思維和眼界，增強(qiáng)學(xué)生之間的合作溝通和表達(dá)能力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性；“線下”教學(xué)模式所擁有的師生之間的情感互動卻是線上教育無法替代的[2]。

《水工程計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》是一門建立在廣泛的理論基礎(chǔ)上，又依賴于專業(yè)課，且實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。其任務(wù)是通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生初步掌握專業(yè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基本理論、基本步驟、基本方法以及上機(jī)操作的基本知識與技能，以便使學(xué)生能在畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用計(jì)算機(jī)，使學(xué)生初步具備專業(yè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的能力，切實(shí)提高在專業(yè)工作中應(yīng)用計(jì)算機(jī)的實(shí)際能力，以適應(yīng)今后的工作。因?yàn)樵撜n程本身就和計(jì)算機(jī)密切相關(guān)，所以采用線上教學(xué)不像其他課程，特別是實(shí)驗(yàn)課程，顯得過于困難重重。根據(jù)2021年春季的“防疫”實(shí)際情況和政策，采用線上講解理論知識、編程思路，在學(xué)生返校后進(jìn)行線下上機(jī)實(shí)驗(yàn)的線上線下混合模式，更易對學(xué)生編程過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時當(dāng)面指導(dǎo)、訂正和解決。

1 《水工程計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》課程體系

1.1 教學(xué)目標(biāo)

發(fā)展學(xué)生采用多種方法特別是現(xiàn)代信息技術(shù)，收集、篩選社會信息以及解決問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生樂于學(xué)習(xí)，具有科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神；培養(yǎng)學(xué)生掌握給排水中常用的數(shù)值計(jì)算及其程序設(shè)計(jì)基本思路；培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)在給水工程和排水工程中的應(yīng)用方法。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

1.2.1 教材選擇

目前專門針對給排水科學(xué)與工程的計(jì)算機(jī)教材比較少，相關(guān)的可選擇教材主要有：教材a——中國建筑工行業(yè)出版社出版的《給水排水工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用》（第二版）（彭永臻主編），教材b——機(jī)械工業(yè)出版社出版的《給排水工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用》（趙星明主編）等。考慮到教材a中編程大部分用的是FORTRAN語言，而學(xué)生按培養(yǎng)方案學(xué)習(xí)的是更常用的Visual Basic語言，而教材b選用的Visual Basic語言，是以該課程按照教材a的基礎(chǔ)知識架構(gòu)和思路，輔以教材b的相關(guān)內(nèi)容，在對各種計(jì)算進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時采用Visual Basic語言進(jìn)行[3，4]。

1.2.2 參考書

參考書主要是關(guān)于Visual Basic語言編程方面，電子工業(yè)出版社出版的《Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程》（6.0版）（第5版）（劉瑞新主編），《Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程》（陳華生主編）等，或者其他Visual Basic語言編程教程都可以。

1.2.3 先修課程

該課程為多門先修課程的綜合運(yùn)用。要求的先修課程如下：

數(shù)學(xué)方面：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及數(shù)值分析等；

專業(yè)課程：水力學(xué)、水文學(xué)與供水水文地質(zhì)學(xué)、水泵與水泵站、給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)、水質(zhì)工程學(xué)、建筑給水排水等；

計(jì)算機(jī)語言：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及VB程序設(shè)計(jì)。

1.2.4 教學(xué)主要內(nèi)容及知識架構(gòu)

主要涉及內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)在給水排水工程中的基本應(yīng)用，VB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、常用數(shù)值計(jì)算及其VB程序設(shè)計(jì)（函數(shù)插值與曲線擬合、非線性方程數(shù)值解、數(shù)值積分等），曝氣池中氧轉(zhuǎn)移系數(shù)的計(jì)算及其VB程序設(shè)計(jì)，城市給水管網(wǎng)平差的VB程序設(shè)計(jì)。

1.2.5 課程研究內(nèi)容及重點(diǎn)

課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生可在課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)中的相關(guān)階段運(yùn)用計(jì)算機(jī)求解曝氣池中氧轉(zhuǎn)移系數(shù)或進(jìn)行管網(wǎng)平差計(jì)算。

重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容即為在計(jì)算機(jī)上按照教材中給出的編程思路，用VB語言做出函數(shù)插值與曲線擬合、非線性方程數(shù)值解、數(shù)值積分等數(shù)值計(jì)算方法的程序設(shè)計(jì)，并最終做出曝氣池中氧轉(zhuǎn)移系數(shù)計(jì)算的程序設(shè)計(jì)和城市給水管網(wǎng)平差的程序設(shè)計(jì)。

2 教學(xué)方法及考核

2.1 教學(xué)方法

該課程注重學(xué)生的實(shí)踐能力，所以基礎(chǔ)知識應(yīng)結(jié)合動手能力進(jìn)行。采用線上理論教學(xué)與線下實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，通過線上布置預(yù)習(xí)任務(wù)、理論學(xué)習(xí)、課堂討論、線下上機(jī)實(shí)踐等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在掌握專業(yè)理論知識的基礎(chǔ)上，獲得計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)技能，能夠應(yīng)用給排水科學(xué)與工程專業(yè)常用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和模擬計(jì)算，解決工程復(fù)雜計(jì)算問題的能力。

線上教學(xué)由“超星學(xué)習(xí)通”實(shí)現(xiàn)，將錄制好的教學(xué)視頻提前發(fā)布在學(xué)習(xí)通中，并發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)、課后練習(xí)，學(xué)生帶著問題預(yù)習(xí)，課后及時完成練習(xí)題任務(wù)，鞏固課上知識。通過學(xué)生上課時間簽到、超星后臺的各學(xué)生學(xué)習(xí)時長和情況，來把控課堂質(zhì)量，因無法在后臺看到學(xué)生是否在“空看”視頻，故在錄制視頻時會在重點(diǎn)內(nèi)容處設(shè)置提問環(huán)節(jié)，提到的學(xué)生可以在QQ群中給出答案；同時引導(dǎo)學(xué)生在QQ群中展開討論，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)管理，并提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

另外，錄播回放是“線上”教學(xué)一大特色，學(xué)生們可以在課后進(jìn)行復(fù)習(xí)時，對課堂進(jìn)行“復(fù)盤”，查漏補(bǔ)缺，做到有的放矢、事半功倍。

2.2 考核

線上理論講解各種計(jì)算方法的解題思路和編程思路，線下采用分組的形式進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)，不同組采用不同的案例，進(jìn)行VB程序設(shè)計(jì)。平時成績根據(jù)上課表現(xiàn)、出勤情況、線上簽到情況、作業(yè)（練習(xí)）質(zhì)量等綜合考評。

考試考核以筆試+上機(jī)的形式進(jìn)行。具體實(shí)施情況見表1。

表1 考核成績評價(jià)表

3 混合式教學(xué)模式下教學(xué)效果分析

采用平時成績（30%）、上機(jī)考核（30%），以及試卷考核（40%）的考核方式，在考試難度與傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)相當(dāng)?shù)那疤嵯?，混合式教學(xué)模式下的班級學(xué)生成績分?jǐn)?shù)段顯示成正態(tài)分布，80分以上的學(xué)生占比高于傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)將近10個百分點(diǎn)，學(xué)生整體掌握情況較好。傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)以面授為主，有利于教師把握學(xué)生學(xué)習(xí)過程，并及時解決學(xué)習(xí)中遇到的問題；而線上教學(xué)增加了教學(xué)手段的靈活性，特別是有助于教師與各種性格的學(xué)生交流溝通，在線下不好意思溝通時可以通過在線上無需“面對面”交流解決，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和探索的主動性。線上-線下混合式教學(xué)模式對于教學(xué)效果起到積極作用。

4 教學(xué)體會

春季課程結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果和學(xué)生參與度超過預(yù)期，但線上教學(xué)存在的內(nèi)在局限性，依然存在一些不足。

存在的問題及改進(jìn)建議如下：

（1）課程課時24個學(xué)時，課時較少，理論和上機(jī)時間都有限，只能針對給水工程和排水工程中的個別問題進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，具有一定的局限性?？稍陂_課前利用課下時間把VB編程的內(nèi)容做個練習(xí)，回顧之前學(xué)過的VB語言編程知識點(diǎn)，盡量不占用本課程的課時時間。

（2）考核是對教學(xué)和學(xué)習(xí)效果的考察，合理考核尤為重要，如何充分考查學(xué)生學(xué)習(xí)掌握程度、杜絕死記硬背不加思考的復(fù)習(xí)方式，仍然需要思考、實(shí)踐、改進(jìn)。

（3）線上教學(xué)模式依然在摸索中，如何提高大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課堂參與度，也仍需要思考、實(shí)踐及改進(jìn)。

5 結(jié)語

水工程計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用為應(yīng)用型的專業(yè)課程，進(jìn)行教學(xué)研究非常重要，并且適當(dāng)時候要進(jìn)行合適、合理的改革，力爭在有限的課時時間，達(dá)到良好的培養(yǎng)效果，培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜給排水科學(xué)與工程問題；并能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。

傳統(tǒng)課堂是灌輸式教學(xué)模式，學(xué)生習(xí)慣于盲目接受缺少思考，線上教學(xué)提供了更大的信息量，可以靈活運(yùn)用線上教學(xué)的各種信息化方式，引導(dǎo)學(xué)生被動學(xué)習(xí)變主動學(xué)習(xí)?！熬€上”教學(xué)方式，是積極主動應(yīng)對疫情的好做法，是創(chuàng)新也是探索，保障了教學(xué)秩序；“線下”教學(xué)方式，是根本，保障了教學(xué)質(zhì)量。要發(fā)揮好“線上”的優(yōu)勢，讓抽象的概念理論鮮活起來，讓學(xué)生更容易理解接受，同時，要強(qiáng)化“線下”教學(xué)，師生面對面地互動交流，可以營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

傳統(tǒng)的線下教學(xué)具有不可替代性，新型的線上教學(xué)也具有獨(dú)特的優(yōu)勢。利用互聯(lián)網(wǎng)，為線下課堂插上“翅膀”?！熬W(wǎng)絡(luò)對話代替不了面授機(jī)宜，傳統(tǒng)課堂推翻不了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”，“線上”與“線下”教學(xué)兩者雖然形式上有區(qū)別，但存在共性更多，其實(shí)是相輔相成、相得益彰。如何開發(fā)“線上”教學(xué)的優(yōu)勢，更好地服務(wù)于“線下”教學(xué)，是教育工作者們正在探索、思考的課題。