基于工程教育認證的“機械結構有限元分析”翻轉課堂教學改革

李樹森 周梓健 曹有為

摘? ? 要：文章基于工程教育專業(yè)認證的理念，從產(chǎn)出導向（OBE）的教育理念出發(fā)確定了教學改革目標，從以學生為中心的理念出發(fā)進行了“機械結構有限元分析”翻轉課堂教學改革，以持續(xù)改進的理念為中心進行課程目標達成度分析反饋。圍繞畢業(yè)要求指標點開展翻轉課堂教學改革，在教學實踐中取得了較好效果，形成一套不斷自我完善、可持續(xù)發(fā)展的教學運行新機制，為提高本科教學質(zhì)量奠定了基礎。

關鍵詞：工程教育認證;翻轉課堂;機械結構有限元分析

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2020）01-0023-02

2016年6月， 我國正式加入“華盛頓協(xié)議”，這意味著我國高校工科本科專業(yè)得到國際高等工程教育專業(yè)認證體系的認可[1]。截至2017年底，教育部高等教育教學評估中心和中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會共認證了全國198所高校的846個工科專業(yè)。工程教育專業(yè)認證是促進我國工程師按照國際標準培養(yǎng)以及提高工程技術人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措， 對我國工程技術領域人才培養(yǎng)走向世界具有重要意義[2]。工程教育專業(yè)認證標準以“產(chǎn)出導向（OBE）”“以學生為中心”和“持續(xù)改進”為核心理念， 要求一切教育活動圍繞培養(yǎng)學生的畢業(yè)要求和學生畢業(yè)后五年的培養(yǎng)目標為導向開展[3]。

翻轉課堂是翻轉傳統(tǒng)課堂教學結構， 讓學習者課前完成知識自學， 課上深化理解、內(nèi)化知識的一種新型教學模式[4]。翻轉課堂教學模式因其關注學生的中心地位、重視課堂教學效率的提升、關注知識內(nèi)化等先進的教育理念而受到了研究者和實踐者的廣泛認同[5]。同時，各種形式的開放教育資源 如可汗學院、TED、耶魯大學公開課、MOOC、國家級精品課等推動了翻轉課堂的井噴式發(fā)展[6]。

本文以工程教育專業(yè)認證的三大核心理念為中心，基于產(chǎn)出導向的思想確定了改革針對的主要問題，基于以學生為中心的思想進行了翻轉課堂教學模式改革，基于持續(xù)改進的思想進行了課程目標達成度分析，緊緊圍繞工程教育專業(yè)認證核心思想開展教學模式改革，以滿足社會對應用型人才的需求[7]。

一、“機械結構有限元分析”課程教學現(xiàn)狀

各地方院校從20世紀90年代開始陸續(xù)增設“機械結構有限元分析”課程，主要以冗長的理論教學為主，隨后的教學改革中逐步加入了案例式教學等輔助教手段，但是收效甚微?；诠こ探逃龑I(yè)認證產(chǎn)出導向的思想，根據(jù)多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)主要存在以下四個方面的問題。

1.專業(yè)知識掌握不夠全面，理解較淺。

2.主觀能動性較差，缺乏終生學習的能力。

3.研究解決工程問題的能力有所欠缺。

4.分析改進工程問題解決方案的能力較弱。

針對以上四點突出問題，基于工程教育專業(yè)認證以學生為中心的理念，采用新興的翻轉課堂教學模式，通過教學資源精選，課前預習，課堂內(nèi)化和課后復習四大環(huán)節(jié)對學生的工程知識、終生學習、研究及問題分析能力進行著重培養(yǎng)。

二、基于工程教育認證的“機械結構有限元

分析”翻轉課堂教學改革

教學資源精簡 對“機械結構有限元分析”課程的理論內(nèi)容進行精簡，針對勢能極小原理、平面問題的直接離散化方法等重點、難點問題進行深入的講解并錄制成微課視頻傳到網(wǎng)絡平臺;針對靜力結構等易于理解的問題進行簡單講解，主要結合學生自學完成，以培養(yǎng)學生獨立學習的能力[8]。內(nèi)容的選擇上針對主要問題進行講解，簡單問題由學生自主學習完成，突出對學習方法和能力的培養(yǎng)。教學內(nèi)容精簡環(huán)節(jié)是針對工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求中的“工程知識”指標點。

課前預習 學生通過在網(wǎng)絡平臺上學習教師提前錄制的微課視頻并完成習題測試，網(wǎng)絡平臺將學生的學習情況反饋給教師。教師結合以往的教學經(jīng)驗和網(wǎng)絡平臺的反饋數(shù)據(jù)，進而確定課堂教學的主要內(nèi)容。課前預習環(huán)節(jié)針對的是工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求中 “終生學習”的指標點。

課堂內(nèi)化。課堂教學一般為兩個學時，第一個學時教師先由實際的工程案例引出所需要的理論公式，通過對理論公式的講解，最后回歸到需要解決的實際工程案例中。例如在講解桿梁結構的受力分析時，通過對訂書釘壓入紙張時的受力分析，引出桿梁結構的有限元分析方法;第二個學時針對老師提出的工程問題進行小組討論，然后以書面報告的形式上交。課堂內(nèi)化環(huán)節(jié)針對的是工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求中“研究”的標點。

課后復習。課后教師根據(jù)課堂所講理論內(nèi)容在網(wǎng)絡平臺上發(fā)布多個實際工程案例分析題目，由學生運用Ansys仿真軟件獨立完成，以培養(yǎng)學生運用仿真軟件解決實際問題的能力。例如通過對桿梁結構的有限元分析方法的講解，由學生運用軟件獨立對類似結構的鐵路橋梁進行受力分析[9]。教師根據(jù)平臺的反饋情況結合學生的課堂表現(xiàn)對錄制的微課視頻內(nèi)容進行適當?shù)恼{(diào)整，不斷完善后期的教學過程。課后復習環(huán)節(jié)針對的是工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求中“問題分析”的指標點。

運用翻轉課堂的新型教學模式，基于工程教育專業(yè)認證標準以學生為中心的基本思想，在教學中始終堅持從實際案例中來，到實際案例中去的思路，對“機械結構有限元分析”課程的教學方法進行了改革[10]。

三、“機械結構有限元分析”課程目標達成度分析

基于工程教育專業(yè)認證持續(xù)改進的核心理念，從工程知識、問題分析、研究及終生學習四個方面對學生的學習成果進行線性研究，如圖1所示，建立了“評價—反饋—改進”的閉環(huán)持續(xù)改進機制。通過2016年曲線可知，自2015年實施課程改革以來，學生的各項能力有較大的提升，但是終生學習的能力提升較為緩慢。因此在2017年的翻轉課堂教學中，加大了課前預習環(huán)節(jié)的權重，從2017年曲線可知，學生的終生學習能力有了明顯的提升。但是相比于研究和終生學習能力，工程知識與問題分析能力提升較少。因此在2018年的翻轉課堂教學中，加大了教學內(nèi)容精簡與課后復習環(huán)節(jié)的權重，從2018年曲線可知，學生的工程知識與問題分析能力有了較大的提升，表明基于工程教育專業(yè)認證的“機械結構有限元分析”翻轉課堂教學模式改革取得了預期的成果。

四、結論

本文基于工程教育專業(yè)認證思想，緊緊圍繞工程教育專業(yè)認證標準以學生為中心、產(chǎn)出導向（OBE）和持續(xù)改進的核心理念。以產(chǎn)出導向的理念為基石，確定了改革針對的四種問題;從以學生為中心的理念出發(fā)采用了新型的翻轉課堂教學模式，圍繞畢業(yè)要求指標點的工程知識、終生學習、研究及問題分析四項指標開展翻轉課堂教學改革環(huán)節(jié);基于持續(xù)改進的理念對學生的學習情況進行了課程目標達成度評價分析，建立了“評價—反饋—改進”的閉環(huán)持續(xù)改進機制。通過翻轉課堂的教學模式改革，充分發(fā)揮了學生學習的自主性。為該課程在進行工程教育專業(yè)認證建設中課程體系的改革建設提供了一定的參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]陳濤，邵云飛.理念與現(xiàn)實：我國高等工程教育加入《華盛頓協(xié)議》后的發(fā)展趨向探析[J].高校教育管理，2018，（1）.

[2]孫晶，張偉，任宗金，等.工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求達成度的成果導向評價[J].清華大學教育研究，2017，（4）.

[3]劉寶，李貞剛，阮伯興.基于工程教育專業(yè)認證的大學課堂教學模式改革[J].黑龍江高教研究，2017，（4）.

[4]孫春玲，許芝衛(wèi).工程造價專業(yè)認證中工程倫理標準設置與評價研究[J].高等工程教育研究，2018，（4）.

[5]朱正偉，李茂國.面向新工業(yè)革命的中國工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國高教研究，2018，（3）.

[6]林健，鄭麗娜.從大國邁向強國：改革開放40年中國工程教育[J].清華大學教育研究，2018，（2）.

[7]李樹森，任毅.基于工程教育認證的機械結構ANSYS課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2016，（51）.

[8]李樹森，曾劍鋒，張恩惠.“有限元法”課程教學改革與實踐[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2014，（2）.

[9]丁子珊，錢煒.基于工程教育認證的高校教師教學與科研關系探究[J].中國高等教育評估，2017，（4）.

[10]陳群.創(chuàng)新校內(nèi)專業(yè)評估 加快建設高水平地方領軍型大學[J].中國高等教育，2018，（9）.