基于工程教育認(rèn)證的“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)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(rèn)證的理念，從產(chǎn)出導(dǎo)向（OBE）的教育理念出發(fā)確定了教學(xué)改革目標(biāo)，從以學(xué)生為中心的理念出發(fā)進(jìn)行了“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，以持續(xù)改進(jìn)的理念為中心進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成度分析反饋。圍繞畢業(yè)要求指標(biāo)點開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，在教學(xué)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(xué)運行新機(jī)制，為提高本科教學(xué)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證;翻轉(zhuǎn)課堂;機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(rèn)證體系的認(rèn)可[1]。截至2017年底，教育部高等教育教學(xué)評估中心和中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會共認(rèn)證了全國198所高校的846個工科專業(yè)。工程教育專業(yè)認(rèn)證是促進(jìn)我國工程師按照國際標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)以及提高工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措， 對我國工程技術(shù)領(lǐng)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(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)以“產(chǎn)出導(dǎo)向（OBE）”“以學(xué)生為中心”和“持續(xù)改進(jìn)”為核心理念， 要求一切教育活動圍繞培養(yǎng)學(xué)生的畢業(yè)要求和學(xué)生畢業(yè)后五年的培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向開展[3]。

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

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

一、“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”課程教學(xué)現(xiàn)狀

各地方院校從20世紀(jì)90年代開始陸續(xù)增設(shè)“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”課程，主要以冗長的理論教學(xué)為主，隨后的教學(xué)改革中逐步加入了案例式教學(xué)等輔助教手段，但是收效甚微。基于工程教育專業(yè)認(rèn)證產(chǎn)出導(dǎo)向的思想，根據(jù)多年的教學(xué)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(xué)習(xí)的能力。

3.研究解決工程問題的能力有所欠缺。

4.分析改進(jìn)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(rèn)證以學(xué)生為中心的理念，采用新興的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，通過教學(xué)資源精選，課前預(yù)習(xí)，課堂內(nèi)化和課后復(fù)習(xí)四大環(huán)節(jié)對學(xué)生的工程知識、終生學(xué)習(xí)、研究及問題分析能力進(jìn)行著重培養(yǎng)。

二、基于工程教育認(rèn)證的“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元

分析”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革

教學(xué)資源精簡 對“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”課程的理論內(nèi)容進(jìn)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(jìn)行深入的講解并錄制成微課視頻傳到網(wǎng)絡(luò)平臺;針對靜力結(jié)構(gòu)等易于理解的問題進(jìn)行簡單講解，主要結(jié)合學(xué)生自學(xué)完成，以培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)的能力[8]。內(nèi)容的選擇上針對主要問題進(jìn)行講解，簡單問題由學(xué)生自主學(xué)習(xí)完成，突出對學(xué)習(xí)方法和能力的培養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容精簡環(huán)節(jié)是針對工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求中的“工程知識”指標(biāo)點。

課前預(yù)習(xí) 學(xué)生通過在網(wǎng)絡(luò)平臺上學(xué)習(xí)教師提前錄制的微課視頻并完成習(xí)題測試，網(wǎng)絡(luò)平臺將學(xué)生的學(xué)習(xí)情況反饋給教師。教師結(jié)合以往的教學(xué)經(jīng)驗和網(wǎng)絡(luò)平臺的反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定課堂教學(xué)的主要內(nèi)容。課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)針對的是工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求中 “終生學(xué)習(xí)”的指標(biāo)點。

課堂內(nèi)化。課堂教學(xué)一般為兩個學(xué)時，第一個學(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的有限元分析方法;第二個學(xué)時針對老師提出的工程問題進(jìn)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(rèn)證畢業(yè)要求中“研究”的標(biāo)點。

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

運用翻轉(zhuǎn)課堂的新型教學(xué)模式，基于工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)以學(xué)生為中心的基本思想，在教學(xué)中始終堅持從實際案例中來，到實際案例中去的思路，對“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”課程的教學(xué)方法進(jìn)行了改革[10]。

三、“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”課程目標(biāo)達(dá)成度分析

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證持續(xù)改進(jìn)的核心理念，從工程知識、問題分析、研究及終生學(xué)習(xí)四個方面對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行線性研究，如圖1所示，建立了“評價—反饋—改進(jìn)”的閉環(huán)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。通過2016年曲線可知，自2015年實施課程改革以來，學(xué)生的各項能力有較大的提升，但是終生學(xué)習(xí)的能力提升較為緩慢。因此在2017年的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，加大了課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的權(quán)重，從2017年曲線可知，學(xué)生的終生學(xué)習(xí)能力有了明顯的提升。但是相比于研究和終生學(xué)習(xí)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(zhuǎn)課堂教學(xué)中，加大了教學(xué)內(nèi)容精簡與課后復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)的權(quán)重，從2018年曲線可知，學(xué)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(rèn)證的“機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革取得了預(yù)期的成果。

四、結(jié)論

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

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收稿日期：2019-03-04

作者簡介：李樹森（1963—），男，黑龍江哈爾濱人，東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事氣體軸承、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法、高等工程專業(yè)教育理論研究。

基金項目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革研究項目“基于工程教育認(rèn)證的機(jī)械有限元分析教學(xué)改革與實踐”（SJGY20170118）;黑龍江省自然科學(xué)基金項目“超精數(shù)控機(jī)床高性能動靜壓氣體軸承微槽孔節(jié)流及動特性研究”（E201801）