彭 宇，钱匡亮，余世策

（浙江大学建筑工程学院，杭州 310058）

0 引言

2020 年初，一种新型冠状病毒（COVID-19）在全球爆发。我国通过局部封闭与隔离，很快就基本控制住了国内疫情，而疫情在世界范围内愈演愈烈［1］。为了做好防扩散、防输入、防反弹的工作，教育部发文要求各大中小学在疫情未得到绝对控制之前不许开学、学生不返校。为不影响学生学业，教育部号召学校“停课不停学”，积极开展网络、远程教学［2-3］。近年来，得益于网络的普及以及网速的提升，网络直播教学发展迅猛，与MOOC［4］相比，直播时学生与教师的互动性更强［5-6］，但直播过程中易受信号、设备等因素制约，导致教学效果欠佳。我校自2020 年2 月底起全面开展网络教学，借助于“学在浙大”“浙大钉”等教育教学支撑平台，通过在线授课、直播课堂、录播授课等形式为师生“送课”。

实验教学作为高校理工科专业学生培养过程中十分重要的一环，对学生深入理解理论知识、培养实践技能和提高创新能力有着不可替代的作用［7-8］，如何利用网络开展实验教学在疫情期间面临着前所未有的挑战。与理论课不同，实验课对于场地特别是实验仪器的依赖程度高。虽然近年来实验教学模式亦日趋多样化，一些在实验室内不易开展的实验已有虚拟仿真实验［9］，我校土木水利实验中心目前已有“超重力离心模拟”与“钢筋混凝土结构受力破坏”两个虚拟仿真实验在线开放［10-11］。但实验课不能只虚不实，只有虚实结合、理论结合实践，才能真正发挥实验教学的作用，验证理论并启发学生思维。

为了保证学生学业的连续，共克时艰，结合实验课程教学特点，我校建筑工程学院建筑材料实验教学组于2020 年4 月份起开展线上线下相结合的混合模式教学，通过合理地分解教学过程、实验项目等，以线上授课、线下实验相结合的方式顺利地完成了教学任务，并取得了良好的教学效果。

1 线上教学的本质及其对实验教学的适用性

课堂教学与网络教学，其目的均是为达成知识和技能的传递。所不同的是，传统的课堂教学需要教学活动的参与者（教师与学生）同一时间聚集在同一场所，即教室里，如图1（a）所示，所有人在教室里发生接触与连接。教学过程中所传递的信息，包括文字、图像和声音均局限于教室中。而网络教学将原本汇聚于一室的几十或上百个学生分散在各自的家里，学生［如图1（b）］借助于网络将所有人汇聚于一网络平台［如图1（c）］。由于网络的便捷，通过网络空间，所有信息，包括文字、图像和声音均可连续传递，因此网络教学是可行的。

图1 网络教学的本质

然而与理论课不同，实验课的参与者还包括实验仪器与实验材料，网络不能将仪器和材料的直接感受传递给学生，因此单纯依靠网络教学，难以取得较好的实验教学效果。或者说，网络教学仅可完成实验课的理论部分可以完成“技术”的传递，但并不能完成“技能”的传递，网络教学并不能完全满足那些需要学生掌握技能的实验要求，实验教学的最终落脚点仍然是“实”，即最终还是需要回到实验室内完成实验［12］。

2 实验教学的分类问题

2.1 实验教学过程分解

与理论课程不同，实验课程极其强调实践性。首先根据实验教学特点，将整个实验过程分解为“用眼看，专心学，动手做，勤记录，多思考”等5 个既有联系又可分解的部分。其中，“用眼看”与“专心学”一方面体现在学生课前的预习，另一方面体现在学生听教师讲解与观看教师演示过程中对实验基本原理和操作要点的掌握；而“动手做”是实验教学中最重要的环节，需要学生按照实验步骤科学合理地完成实验并获得相应结果；“勤记录”是指学生在实验过程中要尽可能全面且及时地记录实验数据与现象，详尽的记录是完成实验报告必须的素材，也可保证实验过程的可追溯；而“多思考”也是不可或缺的环节，包括对实验现象的解读、数据的处理与分析、对异常数据特别是与理论之间的误差进行分析等。只有完整且高效地完成这5 个环节，一个实验才能真正地起到实践验证理论作用。

为进一步准确地把握实验课的本质，可将实验课分解为理论与实践两部分，其中理论部分即对实验原理和步骤的学习和理解，即上述5 个步骤中的“用眼看，专心学，多思考”，而实践部分包括“动手做，勤记录”，如图2 所示。一般实验中，理论部分的学习对实验室及仪器的要求较低，可通过教材、课件等进行学习，而实践部分则必须在实验室内利用实验仪器、按照一定的步骤才能顺利完成。基于该分类，可将实验过程的理论部分通过线上进行教学［12］。

图2 实验教学各步骤的分解

2.2 建筑材料实验的分类

了解了网络教学的特点及其适用性之后，根据实验课的特点，将实验内容进行分类。作为土木工程大类学生的一门必修课程，建筑材料实验旨在让学生掌握常用建筑材料基本性能的测试方法与要点，以保证建筑工程中所用的材料满足应用要求。由于建筑材料种类繁多，首先对课程实验项目进行梳理，建立以混凝土为核心、兼顾其他材料的课程体系，如图3（a）所示。而后，依据每个实验点及其重要性，将所有实验分为“讲解型、演示型、操作型”3 类，如图3（b）所示。其中讲解型实验如混凝土耐久性试验实验需要长时间才能完成、不适宜在教学实验中开设但对学生理解该课程又是十分重要的实验。

图3 建筑材料种类及其实验分类

由于讲解型与演示型实验只包括理论部分，这部分内容可不使用实验室及实验仪器，因此这部分实验可在线上完成，包括混凝土耐久性、凝结时间、安定性等实验。而对于操作型实验，如混凝土成形及强度测试、钢筋拉伸、砂石骨料的表观密度等实验，既包含有理论知识又需要学生动手操作，其中的理论部分也可在线上完成。

3 线上线下教学的实施

3.1 线上线下混合教学模式的提出

提出一种线上线下混合实验教学模式如图4 所示。其设计的实施段主要有：①课程内容制作，包括制作课件、拍摄视频、图片等教学资料，包括搭建课程网站等。②搭建课程学习平台，钉钉或QQ 等能够实现在线直播、分享视频与文件等功能的平台均可，钉钉群的优势在于能够查看群内成员的到访足迹并记录其学习时间，可优先采用。③线上教学阶段，包括在线直播、播放录播视频、查看课件及其他教学资料等。④为了保证线上学习效果，在线上学习与线下实验之间设立了发布题库与理论问答环节，该环节的设置是为了弥补学生线上学习不专注的缺陷。因线上学习全靠学生自觉［12］，当学生的自觉性不够时，线下实验的效果就难以保证。多年实验教学经验表明，虽一再强调实验需要预习，但真正能够预习或达到预习效果的学生比例不大，这一方面是学生对于实验的重视度不够，另一方面是预习时没有把握实验的重点。精心编写的题库是关于实验原理、仪器构造、操作要点及数据处理等，当学生带着题库中的问题去观看视频、教材及课件时，能够从本质上掌握实验相关的知识，并产生思考。⑤通过对题库中问题的回答，加深了对实验原理的理解。⑥“提问考查”环节后，学生便以组为单位进行实验，教师不再对实验原理与过程进行讲解和演示。⑦实验结束后，可用口头或调查问卷形式收集学生的反馈，根据学生的反馈意见，可对课程内容与题库进行更新，对课程平台及交互方式等进行更新和丰富。据此，使线上线下混合教学模式运行更加顺畅，提升了学生自主学习能力，增强了实验教学效果。

图4 线上线下混合实验教学模式

3.2 线上教学

以前一节的思想为指导，讲解型、演示型实验及操作型实验的理论与操作示范部分通过线上完成，操作型实验的操作部分在学生返校后统一开展。线上教学形式有：通过屏幕共享授课、通过摄像头实时拍摄仪器设备演示实验操作并将课件及实验过程发布于实验中心网站上。

线上教学可以有直播、录播等形式，本课程的线上教学通过建立钉钉群并在群内发起直播的形式展开，将学校教务系统与“浙大钉”后台链接，可直接生成以班级为单位的钉钉群。以钉钉群作为课程直播平台具有以下优势：①学习方式比较灵活，直播视频能够在线保存半年，因此学生可以选择观看直播或观看回放；②钉钉群内所有人员是否参与课程以及参与时间均有记录。如图5 所示的两个班的学生在线学习混凝土实验的情况，其中橙色代表观看直播时长，灰色代表观看回放时长。首先可知大部分学生均是通过观看直播、并全程参与的形式完成了该堂网课；少部分同学通过看回放，如A班的4 号及B 班的1、2 号学生；也有少量学生既看了直播又花了一定时间观看回放，如A班的14、15 号及B 班的6、8、17、21、27、33 号等学生；同时两个班均有4个学生既未观看直播也未观看回放。这些信息，可作为课程考核依据；③教师在观看过程中可随时发布在线点名。发布点名后会在观看者的屏幕上出现点名按钮，其出现时间为1 min，学生点击后该按钮会消失，没有点击1 min 后该按钮也会消失，可根据学生是否点击按钮判断该学生是否在线听课。

图5 两个班学生观看混凝土实验教学直播视频的时长情况

3.3 线下实验

因疫情影响，学生返校时正值暑假，为不影响秋季学期的课程，学校要求所有线下实验、实践类课程需在半个月内集中实施，同时要确保人员不聚集。本校参加建筑材料实验的学生有土木、交通、水利、港口与航道工程等专业学生共220 人，被安排在6 个下午完成。为了确保学生安全，同时又能高效率地完成实验，做了以下安排：

（1）将学生分为6 批，这样避免同一批次学生过多，造成人员聚集。

（2）在每个实验室门口张贴由学校统一印制的具有该实验室唯一识别号的二维码并配备免洗消毒液，学生进出均需扫码登记并进行消毒，学生全程佩戴口罩。

（3）设置了如图6（b）所示实验流程。一般来说，建筑材料实验的全过程如图6（a）所示，学生进入实验室后由教师讲解实验原理和要点，并简单演示实验操作、强调注意事项，而后学生开始实验。由于时间压缩且理论部分已在线上环节进行教授，学生进入实验室后先按照要求进行扫描登记并消毒。为了验证学生在线学习的效果，确保实验完成质量，设置了提问考查环节，题库由实验原理及操作方面的问题组成，预先已将题库发布在钉钉群内。每位学生进入实验室后由老师随机抽选4 题进行提问，根据学生回答问题的正确率打分，最高为5 分，最低为0 分。问答结束后，教师不再对实验原理及过程进行讲述，而由学生直接进行实验，实验结束后，扫码签出并消毒后离开实验室。

图6 两种情况下实验实施过程

（4）控制小组人数，建筑材料实验一般分组进行，由于实验室内仪器台套数等限制，当一个班人数较多时，每个小组人数4 或5 人，这不可避免要造成教室内和小组人员聚集，因此将小组人数控制在2 或3 人。

（5）同时开放所有实验室并控制实验室内人数，由于不同建筑材料实验的仪器设备、需要做的准备工作及材料均不相同，不同建筑材料实验需要在不同实验室内完成。一般来说，由于人力物力等限制，一个时间段往往只开一个实验。而疫情期间，为了避免一个班级人同时拥挤在一个实验室内，同时开放了多个实验室，采用轮流转换方式，控制了单个实验室内的人数。当某个实验室内人数超过一定限制时，新来的学生可先完成其他人数未超过限制的实验，学生完成一个实验后，再去完成下一个，直到完成所有实验。

4 总结及评价

通过线上线下相结合，顺利地完成了新冠疫情期间建筑材料实验课程的教学任务，通过对从学生的反馈来看，这种模式取得了良好的效果。也从此次实践当中获益良多，一些经验可以在以后的教学工作中继续施行。

4.1 线上线下混合模式教学的优点

（1）线上教学的全时性。线上教学没有时间与空间的限制，学生可以在任何网络连线地点通过电脑或手机等参加课程学习，也可在任何时间段观看回放学习，学习方式灵活；线上教学的另一个优点是答疑的便利性，课程群内任何学生在群里的提问及老师对其进行的回答对所有人可见，因此就避免了不同学生对于同样问题的重复提问。

（2）提问考查的作用。因不设考试，往常学生上课前预习不足，更不会对实验原理和过程进行深入思考，只是按照教材按部就班地完成实验，效果欠佳。而通过设置理论知识提问考查环节，学生对实验原理与过程理解更加深入和透彻。由于随机提问，学生会逐一对题库中所有问题进行预习与思考，而题库涵盖实验原理、仪器结构、实验操作、操作要点与数据处理等全过程，为了能够回答出这些问题，学生会通过查看教材、课件、观看回放、向老师咨询以及网上搜索答案等途径对实验进行预习。这极为有效地提高课程教学质量，这也是设置该环节的目的。

图7 所示为统计的第1 批次与第3 批次学生4 个问题的得分情况。从得分来看，一半以上学生均完全回答正确，而4 分及以上的学生约占总人数的80%，说明大部分学生均进行了预习且取得优良效果。实践证明，良好的预习也是实验顺利完成及报告正确撰写的保证，该环节可在后续常规实验课程中继续实施。

图7 理论知识考核的得分情况

4.2 线上线下混合模式教学存在的问题

（1）课程评价体系需要修正。作为考查课，实验课一般不设考试，通过平时（到课与实验操作）与实验报告相结合来定最终成绩［13］。而线上考核存在一定的操作难度，学生在线观看时长可在一定程度上作为其平时成绩的考核依据，但因为直播过程中所有学生的摄像头和声音都为关闭状态，因此学生是否真正全程在听课是未知的。同时由于在线直播还受到网络、硬件等限制，导致部分学生不能及时收看直播，因此，需要将直播与回放综合考量。

（2）线上教学效果难以保证。线上学习的效果难以监督及保证，虽可以通过学生的观看时间来对其进行考核，但学生是否真正在观看难以确认。当学生没有真正观看或学习效果欠佳时，线下实验运行将不顺畅，实践证明通过设置理论知识提问考查可在一定程度上提升线上学习效果。

5 结语

介绍了2020 年新冠疫情期间通过线上线相结合的教学模式完成建筑材料实验课程的教学实践，实验的理论与操作演示通过线上方式进行学习，而实验实践在线下完成。为了确保线上学习达到其应有效果，在线下实验开始前添加理论知识问答环节，从与实验原理、操作等相关的题库中随机抽取问题进行提问，该环节的实施可以保证学生掌握实验原理、操作及要点，并高效率地完成实验。实践证明该模式能够提高学生自主学习能力并保证实验教学的高效完成，可在不同类型的实验教学中推广使用。