基于OBE理念的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革與實(shí)踐★

趙延林 高紅梅 孟麗巖

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150022)

0 引言

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程專業(yè)、道路橋梁與渡河工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課。近年來，在新工科建設(shè)與工程教育專業(yè)認(rèn)證的帶動下，國內(nèi)高校對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程開展了一系列的建設(shè)工作。

文獻(xiàn)[1]～[3] 以O(shè)BE教育理念為指導(dǎo)思想，從教學(xué)形式、教學(xué)策略、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)模式、考核方式等方面對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程建設(shè)進(jìn)行了探索與實(shí)踐；文獻(xiàn)[4]在新工科背景下，以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力作為課堂教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo),從力學(xué)思維、教學(xué)體系、教學(xué)方法、課程評價四方面對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行了重構(gòu)；文獻(xiàn)[5]探討了專業(yè)課程教學(xué)過程中滲透人文素養(yǎng)培育實(shí)踐的切入點(diǎn)和視角，實(shí)現(xiàn)了知識傳授與價值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一；文獻(xiàn)[6][7]通過引導(dǎo)大學(xué)生積極參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，培養(yǎng)了學(xué)生解決工程問題的能力、創(chuàng)新能力、動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從而達(dá)到全面提升學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力。

本文在工程教育專業(yè)認(rèn)證大背景下，結(jié)合我校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，基于OBE教學(xué)理念，重構(gòu)了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的總體培養(yǎng)目標(biāo)，從思政元素融入教學(xué)、課程知識模塊劃分、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、素質(zhì)教育、課程考核方法與教學(xué)質(zhì)量保障機(jī)制等方面詳細(xì)闡述了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革措施及取得的建設(shè)成效。

1 課程建設(shè)歷程

我校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程于2006年建成校級合格課，2009年建成校級優(yōu)秀課，2011年建成校級精品課。2012年—2020年，課程主要經(jīng)歷了“項(xiàng)目載體”“3+1培養(yǎng)模式”與“工程專業(yè)認(rèn)證”三個建設(shè)階段。

第一個階段(2012年—2014年)，依托校級重點(diǎn)教學(xué)研究項(xiàng)目“面向工程的土木工程專業(yè)學(xué)生力學(xué)分析能力綜合培養(yǎng)方式研究”，主要探討了課程中工程案例教學(xué)的實(shí)施形式與教學(xué)方法，以提高學(xué)生實(shí)際工程問題的力學(xué)分析能力。

第二個階段(2015年—2017年)，依托省級教育科學(xué)規(guī)劃課題“以項(xiàng)目為載體的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程‘1+0.5+0.5’全程式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施”，主要從結(jié)構(gòu)力學(xué)課程對后續(xù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)支撐的角度，探討了“3+1”人才培養(yǎng)模式下課程的縱深化、全程式培養(yǎng)模式，提高了學(xué)生在后續(xù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)分析能力。

第三個階段(2018年—2020年)，依托省級高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的土木工程專業(yè)力學(xué)類課程教學(xué)改革與實(shí)踐”，主要圍繞工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)人才需求標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)生為中心，突出OBE教學(xué)理念，從培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、達(dá)成度考核方法及課程改進(jìn)機(jī)制等方面對課程進(jìn)行了全面的創(chuàng)新性建設(shè)。

2 課程總體培養(yǎng)目標(biāo)

立足于學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)定位，緊緊圍繞土木工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)人才需求標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)生為中心，基于OBE教學(xué)理念，確定了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的總體培養(yǎng)目標(biāo)為：

1)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，將思政教育融入課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、工匠精神和創(chuàng)新意識。

2)掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本力學(xué)原理與計(jì)算方法，具備土木工程領(lǐng)域的基本結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算能力。

3)針對實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，能夠合理提出不同的結(jié)構(gòu)分析方案，并能從中選取最優(yōu)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

4)能夠應(yīng)用基本的力學(xué)原理和方法對較復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，給出有效解決方案，并能進(jìn)行電算分析。

3 各教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施方法

3.1 思政教育融入教學(xué)

以教育部《高校“三全育人”綜合改革試點(diǎn)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》為指導(dǎo)，全面貫徹學(xué)校“立德樹人”的教育方針，將思想價值引領(lǐng)貫穿于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)全過程，培養(yǎng)符合國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求、精通土木工程專業(yè)知識的應(yīng)用型人才。

結(jié)合我校土木工程專業(yè)特色與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，精心進(jìn)行課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，注重挖掘結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的思政元素，積極推進(jìn)課程思政教學(xué)改革。具體措施包括：

1)結(jié)合土木工程專業(yè)特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生投身行業(yè)的歸屬感與責(zé)任感以及吃苦耐勞的土木精神與精益求精的工匠精神。

2)結(jié)合土木工程學(xué)科特色，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新精神。

3)結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的治學(xué)態(tài)度。

4)結(jié)合學(xué)?！暗V業(yè)特色”文化，培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)國家和地方經(jīng)濟(jì)的愛國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

3.2 課程知識模塊與教學(xué)方法

3.2.1 課程知識模塊

基于OBE教學(xué)理念，對標(biāo)行業(yè)人才需求標(biāo)準(zhǔn)，確定結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容為：平面桿件體系的構(gòu)造分析、靜定結(jié)構(gòu)受力分析、結(jié)構(gòu)位移計(jì)算、超靜定結(jié)構(gòu)受力分析、影響線及其應(yīng)用、結(jié)構(gòu)動力分析與結(jié)構(gòu)電算分析。

以學(xué)生為中心，遵循人的認(rèn)識規(guī)律，將結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的課堂教學(xué)劃分為“基本理論模塊”+“ 工程實(shí)訓(xùn)模塊”+“拓展提升模塊”，全面培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基本力學(xué)原理與方法對實(shí)際工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的能力與創(chuàng)新意識。

基本理論模塊：采用質(zhì)疑式教學(xué)，針對每一個教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)出一個工程問題，帶領(lǐng)學(xué)生應(yīng)用已經(jīng)掌握的力學(xué)原理與方法對問題進(jìn)行分析，并對分析結(jié)果總結(jié)歸納，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行難點(diǎn)與重點(diǎn)精講，加深學(xué)生對基本理論知識的理解與掌握，教學(xué)時間為30 min。

工程實(shí)訓(xùn)模塊：采用啟發(fā)式和提問式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，應(yīng)用基本力學(xué)理論知識對工程案例進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析訓(xùn)練，注重師生互動，提高學(xué)生的課堂教學(xué)參與度，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基本力學(xué)理論分析和解決實(shí)際工程問題的能力，教學(xué)時間為40 min。

拓展提升模塊：在工程案例分析的基礎(chǔ)上，由教師提出1個～2個復(fù)雜工程問題，采用翻轉(zhuǎn)課堂形式，組織學(xué)生分組討論，注重生生互動，激發(fā)學(xué)生主動思考的積極性與學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基本力學(xué)理論分析和解決復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新意識，教學(xué)時間為20 min。

3.3 第二課堂與素質(zhì)教育

為提高學(xué)生應(yīng)用基本力學(xué)原理和方法對實(shí)際工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算的能力，課程組教師積極引導(dǎo)學(xué)生開展第二課堂與素質(zhì)教育等課外活動，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體措施包括：

1)組織學(xué)生自學(xué)力學(xué)分析軟件(如力學(xué)求解器、pkpm軟件等)，并完成一個工程實(shí)例的電算分析，從而提高學(xué)生應(yīng)用先進(jìn)力學(xué)計(jì)算手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的能力。

2)組織學(xué)生開展一年一屆的校級結(jié)構(gòu)分析大賽與結(jié)構(gòu)模型大賽，并選取優(yōu)秀作品參加省級結(jié)構(gòu)模型大賽，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、結(jié)構(gòu)分析能力、動手能力與團(tuán)隊(duì)精神。

3)組織部分優(yōu)秀學(xué)生參加校級、省級與國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與初步科研能力。

3.4 課程達(dá)成度考核方法

為突出學(xué)生力學(xué)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，課程總體采用基于達(dá)成度的考核方法。該考核方法以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，注重過程考核，相對于傳統(tǒng)考核方法更具科學(xué)性。具體做法為：

本文選取西藏測震臺網(wǎng)2016年、2017年編目結(jié)果中的MS3.5級以上、ML3.6級以上地震事件，剔除其中參與震級計(jì)算臺站在8個以下的事件，共得到地震事件95個。 編目結(jié)果中計(jì)算MS震級42個，計(jì)算ML震級55個，同時計(jì)算 ML震級和MS震級的地震事件2個。西藏臺網(wǎng)只有24個臺站，分布極為稀疏，M3.0至 M4.0地震中參與震級計(jì)算的臺站常常不到8個，同時測定面波震級MS和地方性震級ML的事件較少。選取的地震目錄如表1和表2所示，其震中分布如圖 1所示。

1)在課程總體培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，細(xì)化出課程的具體教學(xué)目標(biāo)，并確定各細(xì)化教學(xué)目標(biāo)所對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。

2)針對每一個細(xì)化教學(xué)目標(biāo)，采用“期末考核+過程考核”的考核方式，其中期末考核占70%、過程考核占30%。

3)期末考核采用“基本理論+工程應(yīng)用”的考核方式，其中基本理論占40%、工程應(yīng)用占60%。

4)過程考核采用“日常作業(yè)+電算作業(yè)+設(shè)計(jì)性大作業(yè)+素質(zhì)教育”的綜合考核方式。

5)根據(jù)以上的學(xué)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出課程各細(xì)化教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度，用以評價各教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況。

最后，依據(jù)達(dá)成度評價結(jié)果，對課程教學(xué)進(jìn)行綜合分析，找出存在的問題，提出課程的整改措施，從而對課程教學(xué)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

3.5 雙循環(huán)質(zhì)量保障機(jī)制

基于OBE教學(xué)理念，構(gòu)建校內(nèi)外雙循環(huán)的閉合式持續(xù)性改進(jìn)的課程教學(xué)質(zhì)量保障機(jī)制，確保課程教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)，提高學(xué)生的結(jié)構(gòu)分析能力。具體措施為：

1)校內(nèi)評價：依據(jù)課程各細(xì)化教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度完成情況、學(xué)生評課數(shù)據(jù)與校內(nèi)同行專家評價數(shù)據(jù)，對課程各教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合分析，提出整改意見，在下一輪教學(xué)中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，該評價周期為一年。

2)校外評價：依據(jù)專業(yè)畢業(yè)學(xué)生的調(diào)查反饋數(shù)據(jù)、校外同行專家評價數(shù)據(jù)與土木工程行業(yè)的反饋數(shù)據(jù)，整理出專業(yè)建設(shè)的整改建議，然后從中歸納出本課程的相關(guān)整改意見，在下一輪教學(xué)中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，該評價周期為兩年。

4 課程改革成效

通過以上的改革措施，不僅使學(xué)生掌握了扎實(shí)的基本力學(xué)理論知識，而且能夠較好地應(yīng)用其對實(shí)際工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。具體成果表現(xiàn)為：

1)課程各細(xì)化教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度均大于0.7，表明課程的教學(xué)目標(biāo)均已達(dá)成。

2)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，80%以上的學(xué)生可以針對實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)分析方案，90%的學(xué)生可以完成對項(xiàng)目的電算分析。

3)在校學(xué)生對基于翻轉(zhuǎn)課堂的“模塊式”教學(xué)形式評價較高，認(rèn)為該教學(xué)方式可以積極調(diào)動其學(xué)習(xí)主動性與學(xué)習(xí)興趣。

4)從畢業(yè)生的反饋意見來看，課程教學(xué)模式和培養(yǎng)效果得到了畢業(yè)生和用人單位的好評。

5)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的建設(shè)水平與教學(xué)效果得到了校內(nèi)外同行、專家的高度評價。

5 結(jié)語

基于專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)需求，將OBE教學(xué)理念與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)相結(jié)合，形成了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的基本教學(xué)特色。

1)將思政教育融入課堂教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的愛國情懷、工匠精神和創(chuàng)新意識。

2)基于OBE理念，結(jié)合畢業(yè)生和用人單位的反饋意見，以土木工程行業(yè)需求為主導(dǎo)，優(yōu)化了課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)體系。

3)以學(xué)生為中心，通過翻轉(zhuǎn)課堂、“模塊式”教學(xué)等形式，提高了學(xué)生課堂參與度與主動學(xué)習(xí)意識，培養(yǎng)了其應(yīng)用基本力學(xué)知識分析、解決實(shí)際工程問題的能力與創(chuàng)新意識。

4)構(gòu)建了校內(nèi)外雙循環(huán)的閉合式持續(xù)性改進(jìn)的課程教學(xué)質(zhì)量保障機(jī)制，確保課程的教學(xué)質(zhì)量逐年持續(xù)改進(jìn)。