基于OBE理念的力學(xué)課程教學(xué)改革

李雪 楊華平 王繁 董建輝 吳啟紅

摘要 文章分析了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程考核內(nèi)涵，從課程特點出發(fā)，概括結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，以此為改革契機，提出以教學(xué)目標為改革前提，師資隊伍建設(shè)為重要支撐，教學(xué)內(nèi)容、方法改革為著力點，考核方式和單位反饋為檢驗標準的力學(xué)課程教學(xué)改革，改革后將增強對后續(xù)課程的支撐度以及對畢業(yè)要求“工程應(yīng)用能力”指標的支撐度。

關(guān)鍵詞 OBE；工程教育改革；教學(xué)改革；結(jié)構(gòu)力學(xué)

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.15.032

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念是一種以成果為目標導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、畢業(yè)要求以及社會市場需要反向設(shè)計課程改革和課程體系建設(shè)[1]。中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會歷年頒布的《工程教育認證標準》中都充分體現(xiàn)了OBE理念，強調(diào)要實施成果導(dǎo)向教育。這提醒高校，其專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱須基于OBE理念，其專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱應(yīng)基于OBE理念，在工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念、人才培養(yǎng)達成目標、教學(xué)課程體系和教學(xué)課程設(shè)計以及專業(yè)人才培養(yǎng)的考核與評價等方面，綜合推動工程教育的教學(xué)改革[2]。課程是高等教育的基本單元[3]，因此基于OBE教育理念的工程教育改革最終需落實到各門課程[4]。

本文以O(shè)BE理念為基本指導(dǎo)思想，以畢業(yè)要求和課程培養(yǎng)目標為方向，對“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的教學(xué)大綱、教學(xué)方法、考核方式等內(nèi)容的改革進行了討論，以期為專業(yè)建設(shè)和認證等教育改革提供支撐[1]。

1課程地位及學(xué)情分析

1.1課程地位

“結(jié)構(gòu)力學(xué)”是三大傳統(tǒng)工程力學(xué)之一，其他兩門“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”為其先導(dǎo)課程，專業(yè)培養(yǎng)方案中三大力學(xué)課程的開設(shè)順序由簡到繁，這種體系雖然有利于教師的講授和學(xué)生的理解，但三大力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和解題思路重合面較多，因此學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。此外，力學(xué)課程理論性較強，較多教師在實踐工程擴展上量較小，學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束后工程意識淡薄，難以達到當前新工科培養(yǎng)的目標。要實現(xiàn)這一總體目標，讓工科學(xué)生在掌握力學(xué)基本理論的同時，了解力學(xué)在實際工程應(yīng)用中的發(fā)展，是每一位力學(xué)教師都應(yīng)深入研究的課題[5]。

“結(jié)構(gòu)力學(xué)”作為土木工程及相關(guān)專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，是基礎(chǔ)理論課與專業(yè)課之間的橋梁，其在整個工科課程體系中處于承上啟下的關(guān)鍵地位，課程后續(xù)課程有“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”“高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計”及“工程結(jié)構(gòu)抗震原理”等。

1.2學(xué)情分析

“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程涉及各種變形的強度和剛度公式的推導(dǎo)計算，邏輯性較強且需大量數(shù)學(xué)演算能力，對基礎(chǔ)知識較弱的大二學(xué)生來說有較大難度，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何將力學(xué)理論知識與生活、實際工程銜接得更為緊密，是教師面臨的難題。

1.2.1學(xué)生的知識技能分析

“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的授課對象為二年級下的土木學(xué)生，經(jīng)過大學(xué)一年級的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備了一定的理論基礎(chǔ)，但尚未形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析能力，不了解在課堂上學(xué)到的理論知識，如何應(yīng)用在實際工程中。因此“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)充分考慮與實際工程項目相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)系，為學(xué)生以后在本行業(yè)內(nèi)就業(yè)提供更實用的基礎(chǔ)知識。

1.2.2學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度分析

筆者與學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿強烈，求學(xué)態(tài)度較好。綜合這幾年力學(xué)課程、概論課程、繪圖課程的授課情況來看，學(xué)生學(xué)習(xí)概論類課程如“土木工程概論”“工程施工”等課程較為主動，課堂配合度高。但對于計算類如三大力學(xué)、“混凝土結(jié)構(gòu)原理”等以及繪圖類課程如“畫法幾何”缺乏學(xué)習(xí)主動性。大二學(xué)生尚未接觸具體的實際工程、建筑考察認知課程[6]，缺少工程認知能力，往往會覺得脫離工程的純理論分析內(nèi)容難以消化，從而影響了對課程學(xué)習(xí)的積極性。

2教學(xué)現(xiàn)狀分析

2.1教學(xué)方法單一

由于課程難度較大，傳統(tǒng)力學(xué)授課方法側(cè)重于教師的講解，對學(xué)生的主觀能動性關(guān)注較少。此外，還存在教學(xué)案例陳舊以及教師過度依賴教材、課件等問題。其次，一些對實際工程經(jīng)驗了解較少的力學(xué)授課老師，將其作為純理論課程來進行教學(xué)，對實際工程相關(guān)的案例提取、結(jié)構(gòu)分析以及內(nèi)力位移計算等講解較少，在一定程度上和實際工程應(yīng)用脫節(jié)。

2.2缺少實驗教學(xué)過程

目前，成都大學(xué)的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程性質(zhì)定義為理論課程，即不開展實踐或?qū)嶒灲虒W(xué)。而構(gòu)件在承受實際載荷的時候，其強度和變形性質(zhì)是學(xué)生需要掌握的基礎(chǔ)力學(xué)理論，應(yīng)開設(shè)對應(yīng)的實驗教學(xué)。教師僅在課堂上介紹相關(guān)的實驗原理、過程，這將造成學(xué)生對知識理解不透徹，導(dǎo)致實驗及實踐技能不足、工程意識淡薄。顯然力學(xué)課程如果不把實驗和理論相結(jié)合，將不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

2.3考核機制單一

學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不僅取決于教師的教學(xué)，還取決于最終的考核方法?？茖W(xué)的考核方式能準確檢測出學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，對教師教學(xué)方案的實時調(diào)整具有重要意義。傳統(tǒng)的考核模式主要是依據(jù)期中、期末考試成績以及平時成績加權(quán)平均來給予學(xué)生一個學(xué)習(xí)結(jié)果，且平時成績占比較低（20%）。在這種評價模式下，學(xué)生通過作業(yè)抄襲、考前死記公式或者一些其他方式的突擊便可高分通過，學(xué)生對知識的掌握不夠扎實，不利于學(xué)生將課堂學(xué)習(xí)到的基本知識運用到解決實際工程問題中。

3改革的具體措施

3.1重構(gòu)教學(xué)目標

明確課程的專業(yè)能力目標及目標對應(yīng)的畢業(yè)要求，基于OBE教育理念打造多元化的教學(xué)模式，修訂“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程大綱，明確課程教學(xué)需要達到的課程能力目標與畢業(yè)要求之間的對應(yīng)關(guān)系。針對課程特點，結(jié)合學(xué)生畢業(yè)要求，設(shè)置如下5個課程教學(xué)目標：

課程目標1：掌握土木工程學(xué)科的基本理論和基本知識，能勝任建筑、道路、橋梁、巖土與地下工程等的技術(shù)與管理工作；

課程目標2：了解工程桿件體系的組成規(guī)律，掌握工程靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的計算原理和方法；

課程目標3：了解各類工程超靜定結(jié)構(gòu)的受力性能，掌握工程超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算方法，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析與計算方面的能力，為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程及進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和科學(xué)研究打下基礎(chǔ)[7]；

課程目標4：掌握移動荷載作用下影響線的畫法，了解利用影響線解決工程實際問題；

課程目標5：了解各類工程結(jié)構(gòu)的受力性能，能夠?qū)⑺鶎W(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識綜合運用于工程實踐。

3.2教學(xué)內(nèi)容改革

應(yīng)用型大學(xué)力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)偏向于提高學(xué)生分析解決實際問題的能力。在教學(xué)資源上，應(yīng)以目標為導(dǎo)向，倒推規(guī)劃教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容改革。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)遵循與實際工程結(jié)合，引進行業(yè)學(xué)科最新的科學(xué)研究和工程案例進行教學(xué)。再者，良好的教學(xué)效果離不開資源庫的建立。首先應(yīng)建立各個知識點對應(yīng)的實際工程案例、因強度穩(wěn)定性不足引起的工程事故等的視頻庫。其次課程思政庫應(yīng)涉及各個知識點的名勝古跡如趙州橋、南京長江大橋，建立學(xué)生的民族自豪感和培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神。

3.3教學(xué)方法改革

改革更新的教學(xué)內(nèi)容還需合理得當?shù)慕虒W(xué)方法來實現(xiàn)?？傮w原則是翻轉(zhuǎn)課堂，即課堂以學(xué)生為主體，啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。具體教學(xué)方法改革如下：

3.3.1案例教學(xué)法

在“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的課堂教學(xué)中適當穿插一些案例教學(xué)是非常必要的。有效實施案例教學(xué)，要求教師需在課前精心選擇工程案例。如講壓桿穩(wěn)定性時，把工程中因某機械設(shè)備中受壓的桿件突然穩(wěn)定失效而造成人員傷亡的重大事故作為案例，供學(xué)生研究探討。其次提出所要討論的問題，小組分析問題的解決方案，最后教師引導(dǎo)得出最佳解決方案。以此增強學(xué)生對理論知識的應(yīng)用，提高學(xué)生剖析實際工程問題的能力，增強工程安全意識和社會責(zé)任感。

3.3.2以賽促學(xué)以賽帶教

“以賽促學(xué)、以賽促賽、以賽促教”，這是一種寓教于樂的教育方式，既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能增強學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識。以賽促學(xué)，是指通過各類競賽活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。在這樣的環(huán)境下，學(xué)生會更加認真地對待自己的學(xué)習(xí)，努力提升自己的知識水平，從而達到優(yōu)秀的成績，養(yǎng)成拼搏、進取的精神，同時也能增強學(xué)生的團隊意識和協(xié)作能力。

3.3.3走近工程

土木工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果始終要回到實際工程中來考查。組織學(xué)生到實際在建的工程項目、已建成的建筑地標去參觀、實踐，現(xiàn)場講解各建筑項目中的力學(xué)知識。重視分析設(shè)計課程的實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實際結(jié)構(gòu)分析能力，鼓勵學(xué)生積極創(chuàng)新。學(xué)院可組織開展各種滲透專業(yè)知識的課外活動，例如紙橋模型科技創(chuàng)新活動、木結(jié)構(gòu)檢測加固項目分析、橋梁結(jié)構(gòu)探傷等，加強學(xué)生的綜合素質(zhì)訓(xùn)練，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。此外，還可以組織學(xué)生進行一些課外實習(xí)活動，如組織學(xué)生到火車站、體育中心、大型廠房等參觀實習(xí)，教會他們從實際工程項目中，尋找問題并逐步分析找到解決方法，最后對比類似問題在其他建筑項目中的處理方式，學(xué)會運用所學(xué)知識解決實際問題。

3.3.4智慧化教學(xué)工具

引入智慧化在線教學(xué)工具如超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等。利用這些在線教學(xué)軟件，可以在課堂上進行各類型考勤、實時互動、小組交流、課堂問題探討、相互批改作業(yè)等，及時掌握學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容的理解程度，適時調(diào)整教學(xué)策略。此外，還可在力學(xué)課堂上引入一些力學(xué)分析APP如“結(jié)構(gòu)大師”，可以輔助學(xué)生對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行分析，了解工程構(gòu)件受力形式。

3.4考核方式改革

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中最為關(guān)注的就是課程的考核方式，基于OBE理念的力學(xué)改革課程考核模式應(yīng)考查學(xué)生在知識應(yīng)用方面的能力。因此考核應(yīng)基于OBE理念，注重過程化考核，實行1+N考核模式，1是傳統(tǒng)的期末考試成績，N是平時學(xué)生的綜合表現(xiàn)（作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)、小組案例分析能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計能力、數(shù)值分析成果等），出勤方面采用超星學(xué)習(xí)通掃碼簽到、隨機點名等形式，主動提出有效問題的學(xué)生也應(yīng)適當加分，最后得出綜合成績。

3.5就業(yè)單位反饋

學(xué)生就業(yè)狀況是檢驗與評價學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平的重要指標，及時獲取單位對畢業(yè)生就業(yè)工作的反饋，并將相關(guān)結(jié)果應(yīng)用于教育教學(xué)改革中，發(fā)揮就業(yè)工作在招生、專業(yè)設(shè)置及人才培養(yǎng)方面的重要作用。與學(xué)生就業(yè)單位保持長期緊密聯(lián)系，獲取學(xué)生在單位工作的情況，進而完善專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)改革。

4結(jié)語

文章從OBE理念出發(fā)，分析了基于OBE理念課程目標建立、課程內(nèi)容設(shè)定和課程考核的內(nèi)涵?；诮Y(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點，概括了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的授課現(xiàn)狀和存在的問題，提出了以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心的工程教育改革的迫切性，就教學(xué)目標、師資隊伍、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式和就業(yè)單位反饋等方面進行了具體改革措施的討論。

基金項目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“基于多學(xué)科交叉融合的土木工程材料示范課程建設(shè)”（220901269284427）。

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