應用型本科機械類專業(yè)力學課程教學改革的探索與實踐

程玉蘭 劉勝 覃波 夏平 卿上樂

摘要：本文基于應用型本科機械類專業(yè)力學課程教學中遇到的問題，在成果導向理念的指導下對課程教學進行了一系列改革，主要包括以“產(chǎn)出導向”為指引確定課程培養(yǎng)能力目標、探索“基于能力培養(yǎng)”的課程體系建設、創(chuàng)建“特色教材+精品在線開放課程”的優(yōu)質(zhì)教學資源、實施“基于能力培養(yǎng)”的教學方法改革、構(gòu)建以“過程考核”為核心的學習評價考核機制、建立“導師制、常規(guī)化”的學生課外活動制度。這些改革措施有效破解了傳統(tǒng)力學課程教學中遇到的難題，為其他類型的課程教學改革提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：力學;成果導向;能力培養(yǎng)

一、引言

1、問題的提出

人才是 21 世紀的核心競爭力。目前，我國正處在推進“中國制造 2025”的關(guān)鍵時期，實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵是人才培養(yǎng)。工程教育專業(yè)認證體系倡導成果導向（OBE）的基本理念，強調(diào)因需求定目標，因目標定課程體系。該理念以學生發(fā)展為出發(fā)點，確定培養(yǎng)目標;以學生的期望設計教學內(nèi)容;以是否有利于學生實現(xiàn)培養(yǎng)目標作為師資評估的標準;以學生學習效果為評價的焦點。

傳統(tǒng)工程教育的課程體系是以學科為導向，教學模式傾向于解決靜止封閉的問題。學科導向的課程體系存在培養(yǎng)目標不明確、畢業(yè)要求不能工程教育認證的要求、理論脫離實際、創(chuàng)新意識不強和考核方法單一等諸多問題。進行課程體系改革，建立新型的能夠全面提升教學質(zhì)量、培養(yǎng)優(yōu)秀人才的課程體系成為教育改革的關(guān)鍵問題之一。

與重點大學相比，地方應用型本科院校起步較晚， 辦學實力相對較弱，地方政府投入有限，師資缺乏工程背景，課程建設滯后等，這些缺陷很大程度上影響了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此，引進國際先進的 OBE 教學理念，積極構(gòu)建符合工程教育認證標準、具有鮮明地方特色的課程體系，對于地方院校實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義。

2、研究和改革的必要性和可行性

力學是一門技術(shù)基礎課程，它來源于工程實踐，服務于工程實踐，在工程實踐中不斷發(fā)展。但在實際教學中，往往把它作為一門基礎課程，沒有擺正其位置，沒有發(fā)揮好力學課程在機械類專業(yè)人才培養(yǎng)中應有的作用。因此，需要正本清源，從應用型本科機械類專業(yè)人才培養(yǎng)的要求出發(fā)，明確力學課程的目標和任務。另外，力學課程中含有許多抽象的概念、公理、公式、相當數(shù)量的課后作業(yè)，學生普遍反映課程比較枯燥難學，學習興趣不高。課程中的教學實例、練習等與機械工程領(lǐng)域的問題結(jié)合不緊，理論與實踐脫節(jié)。此外，傳統(tǒng)的力學教材、課程資源、多媒體課件等大都以教師為主體，很少以學生為主體。在具體教學設計和教學實施中，也是以“教師為中心”，沒有關(guān)注學生學習興趣如何、學習主動性發(fā)揮得如何，學生學到了什么，培養(yǎng)了什么能力。針對上述問題，必須開展力學課程教學改革，明確目標和任務，優(yōu)化課程內(nèi)容體系，改革教學模式、方法和手段，學以致用，達到提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

自 2006 年以來，我國開始推行全國工程教育專業(yè)認證，十多年的實踐表明，實施工程教育專業(yè)認證是新時期提高工程類人才質(zhì)量的重大舉措。工程教育專業(yè)認證強調(diào)“以人為本”的成果導向教育。OBE 被視為較先進的教學理念，已有多年的理論與實踐探索，目前已形成較為完整的實踐模式，且已證明是高等教育變革的正確導向。

3、研究和改革所要解決的核心問題

本成果針對應用型本科院校機械工程人才培養(yǎng)需求，以成果導向教育理念為引領(lǐng)，以力學課程為著力點，旨在破解傳統(tǒng)力學課程教學中的如下難題：

（1）課程培養(yǎng)目標不明確：力學是一門技術(shù)基礎課程，它來源于工程實踐又服務于工程實踐。在傳統(tǒng)教學中，往往過于強調(diào)學生對書本理論知識的掌握而忽視了培養(yǎng)學生從工程實際中提煉出力學問題、建立力學模型并求解的能力。

（2）課程體系不合理、教學方法單一：傳統(tǒng)教學過于強調(diào)知識的完整性，加之單一地講授大量抽象的力學概念、公理、公式，學生普遍反映課程比較枯燥難學。課程內(nèi)容、實例、練習等與機械工程領(lǐng)域的問題結(jié)合不緊，理論與實踐脫節(jié)。

（3）評價方式不科學：傳統(tǒng)教學中多關(guān)注學生學期末的考試成績，對學生的學習過程缺乏有效的評價，導致學生不注重過程學習，存在急功近利的突擊行為，不利于學生知識的掌握和能力的培養(yǎng)。

二、課程教學改革的主要舉措

本課程教學改革主要思路如下框圖：

（1）以“產(chǎn)出導向”為指引，確定課程培養(yǎng)能力目標

采用調(diào)查研究法和歸納分析法，通過調(diào)查研究雇主、校友、教師、學生對機械類專業(yè)畢業(yè)生的專業(yè)能力、職業(yè)成就的預期;分析學校人才培養(yǎng)定位、服務面向，機械類專業(yè)培養(yǎng)目標及畢業(yè)要求，確定了力學課程的教學目標和任務。

（2）探索“基于能力培養(yǎng)”的課程體系建設

采用反向設計法優(yōu)化力學課程內(nèi)容體系。以建構(gòu)主義理論為指導，以課程培養(yǎng)能力目標實現(xiàn)為依據(jù)，每一個能力目標的實現(xiàn)需要哪些知識來做支撐，從而建構(gòu)課程內(nèi)容體系，再按照認知、能力發(fā)展規(guī)律對內(nèi)容體系進行優(yōu)化，按照層次化、模塊化來進行組織。課程內(nèi)容采用模塊化教學，每個模塊都分別制定知識和素質(zhì)能力兩類兩級具體目標、成果的具體形式以及相應的教學策略，從而構(gòu)成了本課程的學習成果目標體系[1]。

按照課程邏輯將《理論力學》和《材料力學》分別整合為三個模塊。基本原則是：以最終學習成果為起點“反向設計”課程內(nèi)容，將高度抽象化的內(nèi)容具象化為與能力結(jié)構(gòu)相互映射的知識結(jié)構(gòu)，同時，距成果目標較遠的內(nèi)容則果斷舍棄。通過這樣的方式，有效化解了力學課程內(nèi)容的高度理論性和課程目標的實踐性要求之間的沖突。

（3）創(chuàng)建“特色教材+精品在線開放課程”的優(yōu)質(zhì)教學資源

將科研實踐、學生創(chuàng)新實踐能力提升和專業(yè)特色融入教材編寫，出版了特色教材多部。順應時代潮流，將《理論力學》、《材料力學》校級精品課程升級改造為精品在線開放課程。便于教師結(jié)合手機APP“超星學習通”、“藍墨云班課”等軟件開展參與式、項目式、翻轉(zhuǎn)課堂等多種形式的教學，也為學生自主學習提供了保障。

（4）實施“基于能力培養(yǎng)”的教學方法改革

以OBE為導向，以建構(gòu)主義理論為指導，開展教學設計和教學實施。明確“以學生為中心”，在教學過程中充分發(fā)揮學生的主動性，體現(xiàn)出學生的首創(chuàng)精神[2]。通過創(chuàng)設機械工程問題情境、創(chuàng)設協(xié)作學習環(huán)境，讓學生有多種機會在不同的情境下去應用他們所學的知識，讓學生根據(jù)自身行動的反饋信息來形成對客觀事物的認識和解決實際問題的方案。主要采用超星泛雅平臺的“一平三端”技術(shù)[3]、“藍墨云班課”等信息化的教學手段實現(xiàn)了五個轉(zhuǎn)變，即從教師中心向?qū)W生中心轉(zhuǎn)變、從灌輸課堂向?qū)υ捳n堂轉(zhuǎn)變、從封閉課堂向開放課堂轉(zhuǎn)變，從知識課堂向能力課堂轉(zhuǎn)變、從重學輕思向?qū)W思結(jié)合轉(zhuǎn)變，提高了學生學習的主動性和創(chuàng)造性

（5）構(gòu)建以“過程考核”為核心的學習評價考核機制

依據(jù)OBE教育理念，建立了以“過程考核”為核心的學習評價考核機制，強調(diào)全面、正確衡量學生課程學習收獲的長效、動態(tài)的課程成績。根據(jù)我校學生課程成績評定的要求（卷面成績：平時成績 = 6：4），平時成績注重結(jié)合每個模塊的成果目標進行考核。利用精品在線開放課程資源，結(jié)合手機APP超星“學習通”，對學生的平時學習進行量化處理，解決平時成績評定難的問題。

（6）建立“導師制、常規(guī)化”的學生課外活動制度

鼓勵學生根據(jù)個人特長和興趣參加課外科技活動，并選擇固定教師做指導，建立導師制。通過建立學生工作室、導師值班制等把學生科技活動常態(tài)化。鼓勵并組織學生直接組隊參加力學競賽等課外科技活動，同時將機械創(chuàng)新設計大賽、工程訓練綜合能力大賽的選題作為項目引入教學，采用項目驅(qū)動方法，學生自由組隊，對其中的力學問題進行提煉和自由探索，最后進行小組協(xié)商、討論、交流，完成對所學知識的意義建構(gòu)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

三、課程教學改革的實踐成效

力學課程理論性很強、抽象度很高。在傳統(tǒng)教學模式，學生覺得課程枯燥難懂，實用性不強，說教過多，因而存在“平時不努力，考前記一記，考后全忘記”的功利性學習的問題，造成教學實效性不高，不能有效達成課程的教學目標。自教學改革開展以來，學生到課率、抬頭率提高了，學生參與課堂的積極性有著較大提高。教學實效性的提高直觀反映在學生的學習成績上。改革之后，強調(diào)過程考核的考核方式對于學生來說考核難度有較大提高，學生無法考前突擊，需要參與學習的全過程。但項目組調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，課程學生不及格率反而大幅下降，平均成績較以前提高約10-20分左右，學生重修率大幅下降。

更重要的是，課程改革始終堅持以學生的學習成果為導向，因此每一個教學環(huán)節(jié)都注意將抽象的理論轉(zhuǎn)化為學生應該具備的能力和素質(zhì)，因此，學生收獲的不僅僅是理論知識，更重要的是學生的力學建模能力、利用力學知識處理實際問題的能力、團隊競爭與合作等綜合素質(zhì)和能力都有明顯提高。

四、課程教學改革需要進一步深化和完善之處

機械類本科生畢業(yè)后要服務社會，服務機械行業(yè)。為達到應用型本科對人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合本校學生學習能力及教學條件，對機械類專業(yè)力學課程的教學內(nèi)容、教學方法等進行改革與實踐，并取得顯著成效。但成果仍需進一步深化和完善。

課程教學與工程實踐仍需進一步緊密結(jié)合，學生綜合運用力學知識解決工程問題的能力仍需加強。力學課程是專業(yè)基礎課程，在教學改革中，為增強學生動手能力和綜合運用能力，開設了理論力學和材料力學的實驗。實驗教學在人才素質(zhì)教育與能力提高方面承擔更多責任。它不僅是教與學的過程，更是體現(xiàn)在能力提高和人格塑造等方面。學生通過操作儀器設備，來觀察材料變形與破壞現(xiàn)象，完成數(shù)據(jù)處理及總結(jié)分析，加深理論知識的理解，一定程度地培養(yǎng)學生科學研究的能力和解決工程實際問題的能力。但對于還沒學習專業(yè)課程，沒有足夠的專業(yè)素養(yǎng)，學生運用力學知識解決復雜工程技術(shù)問題能力較缺乏。力學課程教學仍需關(guān)注工程實踐，精心設計力學課程的教學過程，使學生熟練掌握工程基礎知識，培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力，進而構(gòu)建系統(tǒng)的專業(yè)技能。

參考文獻：

[1]夏平、陳莘莘、康穎安. 基于“卓越工程師”培養(yǎng)的工程力學教學改革研究[J]，湖南工程學院學報（社會科學版），2012，22（4）：99-101.

[2]程玉蘭、康穎安、夏平. ?提高學生對理論力學學習興趣的探索與實踐[J]. 新校園，2014，325：21-22.

[3]程玉蘭、夏平、卿上樂、魏克湘. 混合式教學，助推力學競賽[J]，新校園，2018，482：90-91.

作者簡介：程玉蘭（1981.4-），女，湖北襄陽人，講師，博士，研究方向：高等教育、高性能磁流變材料的制備及機械結(jié)構(gòu)動力學研究。

基金項目：2018年湖南工程學院精品在線開放課程立項建設項目“材料力學”（項目編號：校教字【2018】79號），湖南省普通高等學校教學改革研究項目“基于專業(yè)認證及國際教育理念的《材料成形檢測技術(shù)與控制》課程教學改革與實踐”（項目編號：湘教通【2018】436號）。