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“水利工程施工”课程改革案例

作者: 发布时间:2024-04-11

1.1课程简介

“水利工程施工”课程是水利水电工程专业的一门核心课程,通过本课程的教学,能够使学生了解水利工程典型建筑物的构造,掌握水利工程建设的基本程序、典型水工建筑的施工方法及施工工艺。自2016年开始,对本课程进行工作过程系统化改革,2017年4月申报校级教改课题,2019年5月8日,校级教改立项—以应用为导向的“水利工程施工”课程改革结题;2018年“水利工程施工”课程获批沈阳工学院“百门重点课程”建设项目,并于2020年结题验收,验收结果为优秀;2020年该课程被评为沈阳工学院第一批线下一流课程。

1.2课程改革背景

本课程具有理论抽象、知识点杂、综合性强、课程内容更新快等特点。传统的教学方法和课程内容脱离生产实际,不能够很好的满足水利毕业生的工作需要,因此,本课程团队拟针对传统“学科”体系的缺陷,基于“工作过程系统化”的改革思路,以实际应用为导向来解决以上突出问题。

自2016年开始,在学院持续开展“以工作过程系统化为导向的课程体系建设”培训工作的影响下,组织团队教师赴福州参加了由教育部学校规划建设发展中心主办的第五期应用型课程建设大讲堂,接受了为期两天的培训,听取了十余位专家教授关于对应用型课程建设的经验与观点。经过一系列的培训及学院杨秀英院长、程玉来教授的共同指导,通过校课改沙龙与教学管理部领导、督导员专家共同讨论决定,对“水利工程施工”课程进行课程改革。

1.3课程改革思路及实施情况

1.课程团队分工表

3.1团队基本情况及分工

姓名

性别

出生年月

职称

毕业学校

分工

刘派

1985.5

副教授

吉林大学

具体实施

赵明雨

1987.5

副教授

天津大学

改革方案设计

高亚威

1974.9

教授级高级工程师

华北水利水电学院

虚拟仿真平台建设

韩博

1986.6

副教授

沈阳农业大学

改革效果评价

仲晓雷

1979.11

讲师

沈阳农业大学

实训改革方案设计

鲁双

1991.1

讲师

大连理工大学

试卷库资源建设

齐化龙

1981.7

副教授

宁夏大学

线上资源建设

2.课程改革思路

(1)课程建设情况

①教学内容建设

a.课程结构改革

为了克服传统“学科”体系的缺陷,针对以上提出的几项突出问题,本课程设计了一个以施工过程为主线的课程改革方案,将施工机械、施工技术等知识点进行重新排序以符合水利工程教学转型发展的需求。

原有课程结构是将水利工程施工划分为六大工程,即:施工导流工程、爆破工程、基础工程、土石方工程、混凝土工程、地下洞室工程。具体知识点如表3.2所示。总体教学过程是在介绍完水利工程施工中的六大工程施工内容后,对施工管理进行了概述,学生对知识点的掌握是零散的,学生很难较好的理解整个水利枢纽工程的施工全过程。

表3.2 原有课程结构及知识点

第一章

第二章

第三章

第四章

第五章

第六章

施工导流

爆破工程

基础工程

土石方工程

混凝土工程

地下洞室工程

施工导流的基本方法;围堰工程;导流设计流量的确定;

导流方案的选择;

截流工程;

基坑排水

爆破基本原理;钻孔机具和爆破器材;工程爆破的基本方法;特种爆破技术

地基开挖;岩基灌浆工程;混凝土防渗墙施工;岩基锚固技术

土料复查与规划;土石料挖运机械;土石料运输道路;土石料采运方案;土石料压实原理;面板堆石坝施工;土工膜防渗体施工

混凝土骨料料场规划与开采;钢筋与模板工程;混凝土制备与运输;混凝土坝施工;碾压混凝土坝施工

地下洞室的施工程序;岩体中的钻孔爆破法开挖;掘进机开挖岩体隧洞的施工;盾构机开挖土体中隧洞的施工;新奥法与锚喷支护;混凝土衬砌施工


3.1.3课程改革思路及实施情况



“水利工程施工”课程改革拟通过课程单元(或学习情境)的设计,将零散的知识点进行梳理,根据真实项目的典型施工过程进行教学化处理,设计了三个课程单元,涵盖了每个章节的所有知识点(表3.3)。通过对每个课程单元的教学,多次重复每个施工过程的讲解,让学生深刻理解每个施工过程中的基础知识点以及各个重要知识点之间的联系,最终让学生从整体上理解每一个施工流程及相应的施工方法。

表3.3 改革后课程结构及知识点

课程

单元

施工过程

步骤1:施工导流

步骤2:基础工程施工

步骤3:材料、机械、人工准备

步骤4:主体工程施工作业

土石坝工程施工

1.导流方案的选择;2.导流挡水建筑物;

3.导流泄水建筑物;

4.截流工程。

5.导流设计流量的确定;

6.基坑排水

1.地基开挖

2.地基处理技术(岩基灌浆工程;混凝土防渗墙施工;岩基锚固技术)。

讲解土石料场规划,开挖、装载、运输、填筑、压实机械的特性(1.坝料复查与规划;2.土石料挖运机械;3.土石料运输道路;4.土石料采运方案)。

讲解土石坝挖、运、装、填、压、质量检查过程(1.土石料压实原理;2.土料防渗体坝填筑;3.面板堆石坝施工;4.土工膜防渗体施工)。

混凝土坝工程施工

重复过程123456

重复过程12345

讲解混凝土制备,混凝土运输、浇筑、振捣机械的特性。(1.天然骨料复查与规划;2.天然骨料开采与运输;3.天然骨料加工与储存;4.人工骨料的生产工艺;5.混凝土生产系统;6.混凝土运输的方式和方案。)

讲解混凝土坝浇筑、振捣、养护、质量检查过程(1.常态混凝土筑坝;2.碾压混凝土筑坝)。


地下洞室施工

重复过程123456

重复过程12345

6.基础与地基的锚固。

1.爆破原理;2.爆破方法;3.钻孔机具;4.爆破器材;5.爆破工序;6.爆破安全控制。

1.地下洞室的施工程序;2.岩体中的钻孔爆破开挖;3.开挖隧洞施工;4.混凝土衬砌的施工;5.喷锚支护。

施工管理(质量、成本、进度、安全管理)贯穿整个施工全过程

“水利工程施工”课程改革设计的三个课程单元是以真实项目为载体,课程单元设计由简单到复杂,由单项到综合,逐渐深化,重构后的课程单元由原来的七章变为三个学习单元,知识点共计34个,未增加或减少原有的知识点,但是却能让学生掌握完整的施工过程,提高学生的学习质量。

b.考试内容改革

本课程考试内容从传统的施工理论知识考核,转变为施工理论知识的应用、施工规范以及建造师考试等内容进行考核,以提高毕业生的专业技能。

②教学方法建设

a.问题教学法

传统的教学方式是“填鸭式”,教师单纯地在讲台上讲,学生在下面听,被动式地接受知识,不利于调动学生的积极性,教学效果不好。本次课改在授课过程中,对一些授课内容不直接讲解,而是采取一些启发的方式和随时提问的方式,调动学生学习的积极性。例如,在讲解基础工程施工过程中,以“上海市某建筑工地基坑坍塌事件”为例,采用启发、引导方式,让学生分析问题产生的原因,进而引出基础施工时应注意的问题,以及如何控制施工质量,并注意施工安全,提高理论学习的效果。

b.案例教学法

本次课改设置了两个真实项目用以帮助学生掌握水工建筑物的施工建设程序。分别选取了小浪底水库和白石水库的土石坝工程、混凝土坝工程以及泄洪洞工程作为教学案例,并提出体现教学重点与难点的讨论题目供学生探讨。例如,在讲解地下洞室施工时,增加了地下洞室开挖的新技术、新方法等工程案例的论题,激发学生探索兴趣。

c.多媒体教学法

水利工程施工具有实践性强的特点,单纯依靠课堂讲授无法让学生直观感受,而全部课程内容进行现场教学的条件又不具备。在教学过程中需大量借助多媒体教学方法,展示水工建筑物的施工场景,使学生更加容易理解和接受。例如,在讲解混凝土防渗墙施工时,采用施工动画来增强学生的感性认识,加深对课程内容的认知和感知,以提高课程的教学效果。

d.任务教学法

传统的课程结构内容较多,节奏紧凑,学生还没对前一个学习内容进行消化理解,就开始进行下一个内容的讲授,在整个教学过程中,缺少反馈环节,教学效果差。本次改革在教学实施过程中,让学生将上一个学习单元的重复知识点运用到新的学习单元进行模拟训练,锻炼学生在具体的工程情境中积极思考、主动探索的能力,进而提高学生的综合素质。具体实施过程如下:


图3.2 任务教学法实施步骤

③课程考试改革的措施

以往的考试采用百分制,平时成绩与考试成绩分别占30%和70%。其中平时成绩包括出勤30%,作业30%,课堂表现40%,通过往年的平时成绩来看,出勤情况良好,作业几乎都对,课堂表现尚可,因此平时成绩普遍很高。可考试成绩却不甚理想,说明学生真正掌握知识的程度不足,卷面成绩相对较低,这固然有授课方法、方式等问题,但也侧面反映了学生平时出勤大多属于出工不出力,作业相互抄袭,甚至多数同学都把平时成绩当做提高综合分数的一种手段,虽说60分为及格线,但卷面成绩通常45分左右便能及格,这源于大多数学生平时成绩都高于考试成绩这是不合理的。因此授课方法、授课模式及考核模式的缺陷也不容忽视。






图3.3 学生完成项目的过程考核

本次课程考试改革的考核方式以职业能力考核为主,知识能力考核为辅,注重对社会能力和方法能力的考核。针对学生对项目的完成情况进行过程评分,既锻炼了学生的表达能力,又加深了学生对课程内容的理解。

3.课程改革实施情况

(1)开展课程的满意度调查工作

“水利工程施工”课程改革方案的实施自17年开始实施,授课对象为14级-16级水利类专业学生。通过对学生的调查问卷分析可知,学生对于该课程的满意度较高,具体满意度调查工作结果分析如下:

①14级学生满意度调查

14级水利水电工程专业(共计143人),按照工作过程系统化改革方案进行授课。为了掌握学生对水利工程施工顺序第一步施工导流的接受程度,教师针对改革前后的课程内容调查了学生的意见,并对学生的反馈进行了认真的总结。






图3.4 调查问卷





图3.5 调查问卷分析结果图

本次调查问卷共计发放143份,回收134份,其中,48%的学生认为课改后的课程结构更容易理解、掌握;41%的学生认为传统的课程结构更容易理解、掌握;10%的学生认为两种课程结构均可。通过问卷调查的反馈,大部分学生的态度都是对课程改革予以支持。

②16级学生满意度调查

16级水利水电工程专业(共计35人),按照工作过程系统化改革方案进行授课。为了掌握学生在学习完本门课程后对课程改革的接受程度,教师于2019年5月23日进行了结课后的满意度调查,调查结果如下。

表3.4 16级水利水电工程专业学生满意度调查

1.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您能否掌握水利水电工程施工的基本知识和技术?

选项

百分比%

小计

97.10%

33

不能

2.90%

1

2.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您能否独立从事水利工程施工方法的选择工作?

选项

百分比%

小计

76.50%

26

不能

23.50%

8

3.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您能否独立从事施工方案及施工组织设计的技术与科研工作?

选项

百分比%

小计

70.60%

24

不能

29.40%

10

4.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否获得了一定的工程知识?

选项

百分比%

小计

100.00%

34

5.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否具有一定的问题分析能力?

选项

百分比%

小计

0.00%

97.10%

33

2.90%

1

6.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否具有一定的施工组织设计能力?

选项

百分比%

小计

85.30%

29

14.70%

5

7.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否具有一定的研究能力?

选项

百分比%

小计

82.40%

28

17.60%

6

8.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否具有一定的使用工具的能力?

选项

百分比%

小计

91.20%

31

8.80%

3

9.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否具有一定的沟通交流能力?

选项

百分比%

小计

94.10%

32

5.90%

2

10.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否具有一定的项目管理能力?

选项

百分比%

小计

82.40%

28

17.60%

6

11.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为该课程是否具有益于您的终身学习?

选项

百分比%

小计

94.10%

32

5.90%

2

12.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为是否培养了您的团队合作精神?

选项

百分比%

小计

88.20%

30

11.80%

4

13.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您是否掌握了施工相关的职业规范?

选项

百分比%

小计

94.10%

32

5.90%

2

14.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为您能否适应当今社会环境下的发展需求?

选项

百分比%

小计

94.10%

32

不能

5.90%

2

15.学完《水利工程施工及设计》这门课程后,您认为该门课程是否具有一定的社会价值?

选项

百分比%

小计

97.10%

33

2.90%

1


通过学生满意度调查结果分析可知,《水利工程施工》课程改革有利于改善水利专业课程教学效果,加强学生对专业知识的理解,进而提高水利类专业毕业生的专业素质。
(2)开展社会影响评价工作
水利水电工程专业的betway人工客服 目标是要培养具有水利水电工程勘测设计、工程施工和管理等方面能力的高素质应用型人才,本次课程改革方案是按照betway人工客服 目标来设计的,为了更好的了解课程改革与betway人工客服 目标的契合程度,教师针对14级毕业生从事施工工作的同学进行了回访调查,并对学生的反馈进行了认真的总结。

由于14级学生从事施工工作的人数较少,因此调查问卷共回收17份。问题1:对于您所从事的施工工作中,有多少工作内容在您的本科生期间学习过?其中,24%的毕业生认为本科学过的内容占工作内容的50%以下;其余,76%的毕业生认为本科学过的内容占工作内容的50%以上,其中,47%的毕业生认为本科学过的内容占工作内容的70%以下。问题2:对于以“工作过程”为导向的施工课程您是否感兴趣?有100%的毕业生回答是。通过问卷调查的反馈,大部分毕业生的态度都是对课程改革予以支持。




图3.6 调查问卷部分截图
“水利工程施工”课程改革有利于我校水利类毕业生更快更好的适应工作岗位要求。针对我校的以应用型betway人工客服 的办学特色,可提高水利专业学生实践工作能力,使学生在就业市场上的竞争力增强,将在一定程度上提高水利专业毕业生的就业率。
(3)开展教学公开示范课活动

2019年4月23日,“水利工程施工”课程的负责人在4319教室举行教学公开示范课观摩活动,学院15名教师参与了现场听课。教师以工作过程系统化的教学模式对课程进行了设计,达到了良好的教学效果,培养了学生解决复杂问题的能力。

图3.7 “水利工程施工”教学公开示范课
“水利工程施工”课程改革成果可推广应用到其他工程相关专业课程建设。我院现有两大专业集群,一个是兵器类,另外一个是水利建筑类,其中水利建筑类专业集群中有城市地下空间工程、道路桥梁与渡河工程、测绘工程三个专业,而这三个专业均有工程施工专业课,这些专业课的建设可以借鉴“水利工程施工”课程改革成果,为我院的课程改革奠定了基础,也可以推广应用到其他兄弟院校的建筑工程领域。
3.1.4课程目标达成情况与持续改进措施
1.课程目标达成情况
为了分析课程教学目标的达成度,我校质量管理与评估处于2022年4月,对“水利工程施工”课程的建设及教学满意度等情况开展了问卷调查。从调查的课程整体来看,学生对本课程的课程目标满意度较高,为93.32%。
本次课程教学目标的达成度调查对象为2018级、2019级水利水电工程专业学生。
表3.5 各专业各年级实际学生人数及样本构成情况

专业年级

实际学生人数(人)

回收问卷数(份)

样本数占比(%

样本比例(%

总计

139

127

91.37

2018级水利水电工程

73

64

50.91

87.67

2019级水利水电工程

66

63

49.09

98.44



本次调查分为2个观测指标,分别是课程目标符合度和课程目标达成度两个方面,共设置3个评价项目:本课程对实现所学专业的betway人工客服 目标作用的重要程度、本课程的学习能提高学生的能力情况、学习效果与该课程的要求和期望情况。学生对课程目标的各项满意度如图3.8所示,各级学生对课程目标方面各项评价情况如图3.9所示,学生认为本课程对实现所学专业的betway人工客服 目标作用的重要程度的满意度比例如图3.10所示,学生对本课程的学习能提高学生能力情况的满意度比例如图3.11所示,学生对学习效果与该课程的要求和期望情况的满意度比例如图3.12所示。




图3.8 学生对课程目标的各项满意度




图3.9 各级学生对课程目标方面各项评价情况




图3.10 学生认为本课程对专业betway人工客服 目标作用的重要程度的满意度比例




图3.11 学生对本课程的学习能提高学生能力情况的满意度比例


图3.12 学生对学习效果与该课程的要求和期望情况的满意度比例
从本次评价结果可以看出:本课程对实现所学专业的betway人工客服 目标作用的重要程度较高,为94.65%,大部分同学认为本课程对今后的学习、创新、实践明确且有益发展。
2.改进措施
(1)优化理论教学内容,支撑知识目标

“水利工程施工”课程内容是基于实际水利工程施工工作过程设计的,通过学习情境的设计,将零散的知识点进行梳理,根据真实项目的典型施工过程进行教学化处理,设计了三个课程单元,涵盖了课程的所有知识点。通过对每个课程单元的教学,多次重复每个施工过程的讲解,让学生深刻理解每个施工过程中的基础知识点以及各个重要知识点之间的联系,最终让学生从整体上理解每一个施工流程及相应的施工方法,优化后的教学内容和知识目标的对应情况如图3.13所示。




图3.13 优化后教学内容和知识目标的对应情况
(2)优化教学方法,支撑能力目标和情感目标
①问题教学法
传统的教学方式是“填鸭式”,教师单纯地在讲台上讲,学生在下面听,被动式地接受知识,不利于调动学生的积极性,教学效果不好。本课程在授课过程中,对一些授课内容不直接讲解,而是采取一些启发的方式和随时提问的方式,调动学生学习的积极性。例如,在讲解基础工程施工过程中,以“上海市某建筑工地基坑坍塌事件”为例,采用启发、引导方式,让学生分析问题产生的原因,进而引出基础施工时应注意的问题,以及如何控制施工质量,并注意施工安全,提高理论学习的效果。
②多媒体教学法
水利工程施工具有实践性强的特点,单纯依靠课堂讲授无法让学生直观感受,而全部课程内容进行现场教学的条件又不具备。在教学过程中需大量借助多媒体教学方法,展示水工建筑物的施工场景,使学生更加容易理解和接受。例如,在讲解混凝土防渗墙施工时,采用施工动画来增强学生的感性认识,加深对课程内容的认知和感知,以提高课程的教学效果。
③任务教学法
传统的课程结构内容较多,节奏紧凑,学生还没对前一个学习内容进行消化理解,就开始进行下一个内容的讲授,在整个教学过程中,缺少反馈环节,教学效果差。本课程依托三个工程案例,按照施工流程进行教学设计,在教学实施过程中,让学生将上一个学习单元的重复知识点运用到新的学习单元进行模拟训练,锻炼学生在具体的工程情境中积极思考、主动探索的能力,进而提高学生的综合素质。
(2)优化教学资源,提高课程教学目标达成度
①线上教学资源建设

在线课程建设对教师和学生都有相应的要求,对教师来说,应能通过线上教学平台实现微课的制作、在线课堂直播(含师生互动、答疑)、作业的在线布置和批阅等操作,对学生来说,应能通过线上教学平台进行课程在线学习、历史课程回放、师生之间以及学生之间的互动(含在线提问、讨论)、作业的作答和提交等操作。因此,“水利工程施工”课程线上教学资源建设的主要内容设计包括:课程介绍、教学团队简介、教学资源、参考教材等。其中,教学资源建设为重点建设内容。




图3.14 线上教学资源建设内容
课件资源建设:课件是学生课前预习和课后复习的重要依据,而线上课件资源建设相较于线下课件资源建设,更注重知识点解析是否详细,本课程的重难点部分在课件中进行详细解析,并配以图片帮助学生理解。
视频资源建设:视频资源建设分为两部分内容,一是知名水利工程施工现场视频的建设,例如:三峡水利枢纽工程、小浪底水利枢纽工程、白鹤滩水利枢纽工程、溪洛渡水利枢纽工程等施工现场视频;二是不同施工技术的动画视频,例如:混凝土防渗墙施工技术、灌浆技术、预裂爆破技术、碾压土石坝施工技术等动画视频。
微课资源建设:课程团队全体教师均参与微课的录制工作,针对课程的重难点内容进行讲解,每个微课录制时长为10~20分钟,避免学生长时间观看微课出现注意力不集中等现象。在进行微课后期制作时,为了便于学生理解和记忆,还配有相应的字幕。

表3.6 微课资源建设内容

章节

微课建设内容

1.绪论

水利工程施工的特点

2.施工导流

施工导流的基本方法、施工导流泄水方式、导流方案的设计、截流过程、截流的基本方法、截流日期的选择、围堰的分类、围堰的基本型式、基坑排水的方法、拦洪度汛的措施、导流泄水建筑物的封堵技术

3.爆破工程施工

爆破的基本原理及爆破类型、工程爆破方法及特种爆破技术

4.基础工程施工

地基的开挖及处理、灌浆技术、混凝土防渗墙技术

5.土石坝工程施工

土石料的挖运机械、土石料的采运方案、坝体填筑与压实



思维导图建设:为了使本门课程的结构更加清晰,层次分明,采用思维导图的方式对课程各个章节的知识点进行梳理,并将课程信息进行组织和管理,帮助学生记忆。




图3.15 施工导流部分思维导图

虚拟仿真实验平台建设:本课程虚拟仿真实验平台建设依托2020年获评辽宁省一流课程建设项目(虚拟仿真实验教学项目)开展,项目团队成员在此基础上又新建设了施工质量检测的虚拟仿真实验平台。为了让理论课的施工过程更直观易懂,针对“水利工程施工”实践教学资源有限,无相应配套的教学基地,实践教学时间受限等问题,项目团队成员于2022年8月成功申报了校级教改立项“基于工作过程系统化的‘水利工程施工’理论及实践课程改革”,旨在解决利用虚拟模型模拟施工流程。



图3.16 国家虚拟仿真实验教学课程共享平台
评价体系建设:本课程的评价体系建设分为两部分内容,一是教评学体系,即通过章节测验、章节作业、试题库等评价体系,及时了解学生的学习情况;二是学评教体系,即通过学生课后填写的调查问卷,及时了解学生对课程内容及课程团队的满意程度,从而采取相应措施进行改进。
②线上教学过程建设
在课前,教师布置预习任务,给学生提供在线学习任务单,从而帮助学生落实学习任务,保证课前学生自学的高质量。学习任务清单具体包括学习目标、学习要求、学习平台、学习考核标准等内容。
课堂同步教学阶段,将课堂直播与现场教学融合,利用超星直播平台的举手发言、连麦等功能开展签到、投票、问卷、抢答、随堂练习、分组讨论、生讲生评等课堂教学活动。
课后教师针对课中学生讨论的实际情况、存在的突出问题,在线上布置拓展性的作业和测试,巩固学生的学习效果。



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