【摘要】随着社会环境的变化和科技水平的发展，土木工程开放教育的学生群体、教育需求、教学要求以及社会关注度都在发生变化，提高土木工程教育教学质量的任务迫在眉睫。文章从科技水平的发展、开放教育的特殊性和土木工程的专业性三方面阐述土木工程开放教育教学模式创新的必要性，并以土木工程开放教育的专业特点为依据提出现场式、竞技式和虚拟式教学三种创新教学模式，对三种教学模式的实施形式、条件和特点进行论述，为开放教育土木工程人才培养开拓新的思路。
【关键词】土木工程；开放教育；教学模式
一、引言
开放教育是以学习资源共享、学生自主学习为主的教育模式。土木工程是开放教育工学学科之一，具有很强的专业性，对专业人员的实践能力也有较高要求。然而，目前土木工程开放教育学生群体大部分是非相关从业人员，不具备基础知识和实践经验。即使是相关从业人员也存在工学矛盾，再加上自身缺乏学习热情，这使得土木工程专业的教与学更加艰难，最终造成的后果就是专业教学质量不高、专业招生相对萎缩[1]。因此，土木工程开放教育要立足当下，从教学模式改革入手，创新教学模式，提高学生学习热情，提升专业教学质量。
二、教学模式创新的必要性
（一）科技水平的发展
随着科技的日新月异，开放教育的教学模式已经由以往简单的课堂教学转变为多媒体课堂教学。目前多媒体课堂主要采用的是光学媒体、音响媒体、声像媒体、综合媒体等，相比传统课堂教学在视觉和听觉感官的冲击有所加强[2]。然而，科技发展的脚步逐步加快，VR技术、AR技术和AI技术等已经逐步渗透入教育领域。当前的教育手段已经逐步呈现智能化、交互化和网络化，开放教育的教学模式急需与最新科技接轨。
（二）开放教育的特殊性
开放教育的特殊性在于它所面对的学生群体与全日制高校完全不同。开放教育的学生群体学习能力普遍较差，并且存在严重的工学矛盾。开放教育采用自学与面授相结合的学习形式，以自学为主，面授课为辅。面授课采用多媒体课堂教学，属于两点双向传输教学模式（如图1），即教师向学生传授知识，学生在大脑中形成认知，再反馈给教师。然而，开放教育面授课一次性需要讲授的知识点非常多，这使得多媒体课堂教学成为单向传输，学生只能被动接受知识。多媒体课堂的教学课件是由大量文字和少量图片形成的，视频类文件由于占用时长较多而鲜少在课堂教学上使用，再加上教师授课速度较快，这些都极易使学生的视觉和听觉产生疲劳，导致学生对知识的接受程度低[3]。为了提高学习兴趣、提升教学质量，开放教育的教学模式的改进势在必行。
（三）土木工程的专业性
土木工程属于工程类专业，以培养优秀“复合型”工程技术人才为目标，要求学生具有扎实的理论基础和工程实践能力。多媒体课堂教学以传授理论知识为主，而工程实践能力的培养就需要到工作现场进行实地考察和学习。参加专业实习是目前土木工程专业培养工程实践能力常用的手段，但开放教育土木工程专业的学生有很大一部分都是非相关专业在职在岗人员，因此该手段对于开放教育的土木工程专业并不适用。开放教育的土木工程专业需要寻找一种培养工程实践能力的教学模式。
三、教学模式创新
（一）现场式教学
现场式教学旨在以实物作为知识传递的媒介，通过听觉、视觉、触觉等多感官传递和接受知识。现场式教学适用于实践性较强的课程，如工程制图、测量实习、工程地质实习、生产实习或毕业实习等。现场式教学形式可以是教师带领学生亲临现场进行实地教学，也可以是教师在现场进行直播教学。
1.现场式教学形式
土木工程专业是以培养理论和实践能力并重的工程技术人才为目标，因此在专业课程设计中安排了大量的实践课程，此类课程常采用现场实地教学形式。教师首先要根据教学要求寻找适合的教学现场，再根据现场环境进行备课，合理地将专业理论知识与现场情况相结合。学生根据教师讲述的内容结合现场环境进行理解，并通过对周围环境的观察发现并提出新的问题。这种教学形式灵活性强，教师要积极引导学生进行观察学习。在“互联网+教育”的时代，相比现场实地教学，现场直播教学更适用于土木工程开放教育的教学。现场直播教学前期除了需要寻找合适的教学现场，还需要准备适合教学使用的直播软件。在直播期间，教师需要利用现场环境与学生进行良好的互动。采用现场直播教学的优势在于学生不需要亲临现场，并且将直播录制后还可用于后期教学。
2.现场式教学实施条件
符合教学要求的工程现场是现场式教学实施的必备条件。通过校企合作可以比较容易获得适合的工程现场，或者根据需求建立相应的模拟工程现场。现场式教学要求教师具有较强的应变能力和专业实践经验，或者具有施工经验的现场技术人员配合教学。如果采用现场实地教学，则需要选择合适的时间方便学生前往工程现场。如果采用直播教学，必需配备直播软件、直播设备、专业直播人员，此外还要求教师掌握直播技能，学会运用直播形式传授知识以及与学生交流互动。
3.现场式教学特点
现场式教学采用的是三点双向传输教学模式（如图2）。以实物作为知识传递的载体，形成三条双向传输路径，即老师与学生，老师与实物，学生与实物。通过视觉、听觉、触觉等多感官冲击，提高课堂教学的生动性。在实物教学过程中，学生能及时发现和反馈问题，而老师也能更形象地说明问题，以生动的实物教学和高效的师生互动使学生对知识的接受程度较高，从而提高学习效率，提升教学质量。
（二）竞技式教学
竞技式教学是一种以竞技比赛为支撑的教学，将专业知识融入到竞技比赛中，通过比赛学习专业知识、运用专业知识。竞技式教学主要可运用于理论性较强的专业课程，如结构力学、混凝土结构设计原理、工程结构抗震等。土木工程专业常见的竞技式教学有知识问答比赛、模型制作比赛等。
1.竞技式教学形式
知识问答比赛形式在网络节目中屡见不鲜，百万英雄知识竞答就是典型的代表。百万英雄通过视频直播的方式给出问题，参与者进行作答，最后由主持人进行答案解说，最终全部答对者可瓜分最终大奖。土木工程专业中大量的专业基础课程理论性强、枯燥无味，大量的计算公式也难以记忆，学生很难提起兴趣学习。在“互联网+教育”的时代，土木工程开放教育可借鉴此类方式进行教学，将枯燥的公式以及乏味的知识点转化成竞答题，学生通过客户端参与作答，教师对专业问题进行解答，对于表现优异的学生给予一定的奖励。土木工程是工程类专业，许多专业知识可以转化成实际成果。成果转化的质量，是学生对专业知识掌握程度的体现，甚至可以作为课程成绩的参考标准。土木工程专业知识如转化为实际成果，将会耗费大量的人力、物力和财力，在教学过程中难以实现，通常用模型代替。模型制作比赛是竞技式教学形式的一种，常见类型有结构设计大赛、建筑设计大赛等。模型制作比赛可自行完成，也可组队完成，具体评比形式根据比赛规则进行。
2.竞技式教学实施条件
如果采用知识问答比赛，在教学的背后需要强大的计算机网络团队的支持。网络节目系统可以在现有网络节目的基础上再进行改进。在实施教学前期教师需要准备大量的知识题库，教学过程中要求教师及学生能够熟练运用网络节目系统，教学完成后要求教师能对教学数据进行分析。如果采用模型制作比赛在网络技术上的要求相比知识问答比赛要简单。在比赛前期要制定比赛规则和形式、准备模型制作的材料，比赛中期要求教师定期与参赛学生进行视频沟通与指导，比赛后期要组建评委团队进行网络直播的评选活动。
3.竞技式教学特点
竞技式教学具有交互性、多样性、融合性、大众性和渗透性等特点，在各阶段教育中已经得到广泛的应用。传统的竞技式教学费时、费力且多数需要现场参与，因而在开放教育工科专业中应用并不广泛。但是当竞技式教学与新媒体技术相结合，设计出与时俱进的竞技比赛形式，不仅使比赛形式简单、参与方便，而且更能吸引学习者的眼球，让他们主动学习。
（三）虚拟式教学
虚拟式教学是指通过虚拟现实技术模拟专业实验场景进行实验教学。因此虚拟式教学主要针对实验类或者操作类课程，比如土木工程专业课程中的材料力学实验、建筑材料实验、建筑结构实验等。
1.虚拟式教学形式
土木工程专业有较多的实验类课程，由于开放教育的设施、师资匮乏，再加上学生的工学矛盾，实验类课程教学困难，而虚拟实验室的建立将能够解决此类问题。目前，各大普通高校正积极推进虚拟现实技术在专业教学中的应用，如：东莞职业技术学校将虚拟现实技术运用于电工课程的虚拟实验教学[4]；东北师范大学利用VR和AR技术构建化学虚拟实验室[5]；莆田学院利用虚拟实验室培养广告专业应用技术型人才[6]。在土木工程教学领域也使用虚拟现实技术构建结构实验室[7]、钢结构稳定原理虚拟仿真平台[8]，有学者还利用BIM构建施工虚拟实验室[9]。众多的虚拟实验室开发和研究说明虚拟式教学是未来的发展趋势。
2.虚拟式教学实施条件
虚拟式教学实现的前提是通过计算机技术构建虚拟平台或虚拟实验室，这需要强大的虚拟技术研发团队的支持。教师需要学习虚拟实验室的平台使用与操作，掌握如何对虚拟平台进行定期的更新和维护。
3.虚拟式教学特点
虚拟式教学是以培养能力为主，让学生在模拟真实情境下探索、发现问题，并用专业知识解决问题[10]。但虚拟式教学需要较高的技术要求和成本要求，随着虚拟现实技术的不断发展和普及将更有利于虚拟式教学的推广。虚拟式教学不仅可以提高学习趣味性，而且不需要集中教学，一定程度上减少仪器设备的使用和维护成本。
四、结语
随着社会和科技的发展，土木工程开放教育所面对的学生群体会随之改变，开放教育的教学方式与手段也要随之更新换代。现场式、竞技式和虚拟式教学三种创新教学模式能够提高学生学习积极性，提升教学质量，但仍有待进一步的探究。通过进一步的探索落实教学形式，逐步完善和改进教学模式，土木工程开放教育才能在成人教育的舞台上继续大放异彩。
【参考文献】
[1]郑健民，严超君.远程开放教育土木工程人才培养模式的创新与实践研究[J].远程教育杂志，2012（5）：101-107.
[2]钟桂荣.现代教学手段的发展趋势及相关问题[J].福建教育学院学报，2000（1）：31-33.
[3]郭咏梅.交通土建课程多媒体教学弊端调查及规避对策[J].大学教育，2015（3）：110-111.
[4]周晶，江新.基于虚拟现实技术的工程体验式教学在电工课程中的应用[J].机械工程师，2014（8）：191-192.
[5]唐林，李施，唐烨伟，钟绍春，徐妲.基于学科本体的化学虚拟实验室模型构建研究[J].电化教育研究，2018（6）：114-120.
[6]刘莉莉.应用技术型人才培养的虚拟实验室建设探析――以莆田学院新闻广告专业为例[J].莆田学院学报，2017（3）：88-92.
[7]江涛.湖南广播电视大学土木工程结构实验室系统的设计与实现[D].电子科技大学，2015.
[8]陆金钰，范圣刚.钢结构稳定原理虚拟仿真平台开发探索[J].教育教学论坛，2015（47）：127-128.
[9]余群舟，周迎.基于BIM的土木工程施工生产实习研究[J].高等建筑教育，2017（4）：111-114.
[10]陈坤，王延臻，殷长龙.大学专业课虚拟式教学模式的可行性探索[J].中国培训，2015（20）：30.
作者:胡亦杰 詹小平 单位:宁波广播电视大学
