工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下彈性動力學(xué)課程教學(xué)改革探討

張致付，楊 春

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

彈性動力學(xué)課程是勘查技術(shù)與工程專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程，是后續(xù)地球物理探測波場知識結(jié)構(gòu)中的重要內(nèi)容，根據(jù)學(xué)校的地礦特色和專業(yè)定位，該課程教學(xué)目標(biāo)為在彈性力學(xué)實驗定律基礎(chǔ)上，建立彈性體受力和變形動力學(xué)關(guān)系認(rèn)識；掌握地球物理勘查實踐所需要的彈性波傳播方程建模，具備彈性動力學(xué)方程求解基本物理量的能力，根據(jù)基本解能夠分析彈性波傳播規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力?；诳辈榧夹g(shù)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，結(jié)合本課程特色和教學(xué)情況，本課程教學(xué)改革探索新的教學(xué)模式，建立基于目標(biāo)達成的課程考核機制，達到提高教學(xué)效果和課程教學(xué)持續(xù)改進的目的。

1 彈性動力學(xué)教學(xué)所面臨的問題

彈性動力學(xué)課程是勘查技術(shù)與工程專業(yè)公認(rèn)為難教、難學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對數(shù)理基礎(chǔ)知識要求高，理論性和邏輯性強，而我們的教育對象為高年級的大學(xué)生，他們出生于2000年之后，成長于多媒體時代，動手能力強，擅長運用形象思維，不愿意進行煩瑣的公式推導(dǎo)及分析，這使得在學(xué)習(xí)該課程時存在困難。經(jīng)過對該課程的多年教學(xué)分析和調(diào)研，當(dāng)前彈性動力學(xué)教學(xué)中存在一些問題：

（1）目前課程的教學(xué)內(nèi)容和課程教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏“以學(xué)生中心”的教學(xué)理念，也沒有按照“成果導(dǎo)向”的理念設(shè)計課程教學(xué)，教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求之間沒有形成良好的支撐關(guān)系，不能很好地培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜技術(shù)及工程問題的能力，與能源和地礦行業(yè)發(fā)展的實際需求嚴(yán)重脫節(jié)。

（2）學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)知識也相對較弱，而彈性動力學(xué)的理論較為抽象，建立在大量的公式推導(dǎo)和數(shù)學(xué)物理方程求解基礎(chǔ)上，同學(xué)們對抽象概念與物理定律的認(rèn)識有難度。力學(xué)知識不夠，為了響應(yīng)“寬口徑，厚基礎(chǔ)”的策略，沒有為勘查技術(shù)與工程專業(yè)安排相關(guān)力學(xué)課程，涉及的力學(xué)知識來自普通物理課，對力學(xué)基本概念和分析方法基礎(chǔ)欠缺。

（3）學(xué)習(xí)的積極性不高，由于彈性動力學(xué)課程特點，教材一般偏重理論的完整性和邏輯嚴(yán)密性，往往學(xué)生認(rèn)為課程公式和理論繁雜，導(dǎo)致有畏難情緒，對這門專業(yè)課的學(xué)習(xí)積極度不足。

（4）彈性動力學(xué)課程屬于專業(yè)核心基礎(chǔ)課，注重基礎(chǔ)知識，該課程目前的考核方式以期末考試成績?yōu)橹鳎嫉娇偡值?0%，題型以客觀題為主，通常為選擇題、填空題、計算題和分析題，則“標(biāo)準(zhǔn)”答案的試卷可以評價學(xué)生對課程基礎(chǔ)知識的掌握程度，無法考查學(xué)生對課程的知識思考和分析能力。平時成績只占總分的20%，以課堂實際出勤、課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)給出綜合評分，這樣很難調(diào)動同學(xué)課堂討論的參與度和學(xué)習(xí)主觀能動性。

因此，針對上述彈性動力學(xué)教學(xué)中面臨的實際情況，基于新工科視角的工程教育要求，如何根據(jù)勘查技術(shù)與工程學(xué)生的實際情況對教學(xué)方法進行調(diào)整，按照以學(xué)生為中心、基于成果導(dǎo)向和持續(xù)改進的理念，培養(yǎng)學(xué)生解決工程技術(shù)問題的能力，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，達到教學(xué)目標(biāo)是必要的。

2 畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐分析

2.1 專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點

勘查技術(shù)與工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生具有良好道德品質(zhì)，提升學(xué)生科學(xué)與人文素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生潛能和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，開拓學(xué)生國際化視野，鍛煉學(xué)生的管理協(xié)作與交流表達能力，使學(xué)生具備扎實的數(shù)理基礎(chǔ)、地球科學(xué)知識和計算機信息科學(xué)，能系統(tǒng)掌握勘查技術(shù)與工程的理論和方法技術(shù)，培養(yǎng)成為能在資源勘查與開發(fā)、工程勘查、深部探測、災(zāi)害與環(huán)境監(jiān)測防治、城市地下空間探測、信息服務(wù)等領(lǐng)域解決復(fù)雜問題的高素質(zhì)應(yīng)用創(chuàng)新型人才。

二階矩方法為標(biāo)準(zhǔn)矩張量帶來了額外的信息：用震源橢球表示的震源區(qū)幾何形狀估計、震源過程的持續(xù)時間、時空矩心和破裂擴展的平均速度矢量。使用這一方法，我們研究了具有明顯非雙力偶分量的5個事件并對所有事件獲得了二階矩估計值。通過對不同水平的合成噪聲模擬，在1999年伊茲米特地震的設(shè)置中，30%的噪聲水平（與記錄中的峰值振幅相關(guān)）已阻礙了二階矩檢索。在我們的練習(xí)中，使用偽隨機數(shù)計算機發(fā)生器模擬噪聲并做了相應(yīng)的濾波。真實噪聲肯定是不同的，但我們認(rèn)為，它的特定特征比污染的振幅影響小。

《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置了12條畢業(yè)要求，畢業(yè)要求指標(biāo)點是要求工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)應(yīng)當(dāng)具備的知識、能力和素質(zhì)，包括工程知識、問題分析、設(shè)計／開發(fā)解決方案、調(diào)查研究等。根據(jù)中國地質(zhì)大學(xué)（北京）勘查技術(shù)與工程專業(yè)的定位，將畢業(yè)要求分解成12個指標(biāo)點，畢業(yè)要求各指標(biāo)點依據(jù)教學(xué)大綱分解落實到所有設(shè)置的課程，表1展示了彈性動力學(xué)課程畢業(yè)要求及觀測指標(biāo)點。

表1 畢業(yè)要求指標(biāo)點

2.2 課程目標(biāo)重構(gòu)

彈性動力學(xué)講述經(jīng)典力學(xué)理論，隨數(shù)學(xué)理論及計算技術(shù)發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜波動問題求解。在工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)背景下，課程的教學(xué)由以教為核心逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為中心，因此，教學(xué)的內(nèi)容、手段、組織方法、考核方式都應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整。結(jié)合我校勘查技術(shù)與工程專業(yè)生源質(zhì)量與培養(yǎng)目標(biāo)，針對彈性動力學(xué)教學(xué)大綱內(nèi)容，以畢業(yè)要求的指標(biāo)點為指導(dǎo)原則，重新制定了課程目標(biāo)：

（1）課程目標(biāo)1：學(xué)習(xí)和掌握地球物理勘查實踐所需要的彈性波傳播知識，理解彈性動力學(xué)的概念、任務(wù)及解決問題的方法，能夠熟練進行力學(xué)分析、物理模型簡化及數(shù)學(xué)方程的求解。

（2）課程目標(biāo)2：具備彈性動力學(xué)方程求解基本物理量的能力，根據(jù)基本解能夠分析彈性波傳播規(guī)律，運用所學(xué)的彈性波動力學(xué)知識和研究方法對復(fù)雜的地震波傳播規(guī)律進行分析和適當(dāng)?shù)脑u價。

（3）課程目標(biāo)3：能夠?qū)Φ厍蛭锢砜辈橹械暮喕Ｐ瓦M行彈性波動力學(xué)的解析或數(shù)值方法求解，能撰寫彈性波傳播規(guī)律認(rèn)識實驗課程報告，討論和分析彈性波在地球物理勘查中數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的問題。

2.3 支撐性分析

彈性動力學(xué)課程屬于勘查技術(shù)與工程專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力方面表現(xiàn)為：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理和地球物理勘查的知識和基本原理，并采用科學(xué)方法對系統(tǒng)深入地分析，研究和解決地球物理勘查領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。如表1所示,根據(jù)對畢業(yè)要求的指標(biāo)點和重新制定的課程目標(biāo)關(guān)系分析，彈性動力學(xué)課程目標(biāo)1對應(yīng)畢業(yè)要求1具有支撐性，課程目標(biāo)2對應(yīng)畢業(yè)要求1和2具有支撐性，課程目標(biāo)3對應(yīng)畢業(yè)要求2和3具有支撐性。由此可見，彈性動力學(xué)課程所支撐的畢業(yè)要求與其所屬課程模塊的功能相吻合。

3 基于OBE理念的課程教學(xué)改革

3.1 課程教學(xué)改革舉措

3.1.1 信息技術(shù)與課程教學(xué)結(jié)合

這兩年受疫情影響，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”得到快速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用于課程教學(xué)，各網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺如中國MOOC大學(xué)、超星直播和雨課堂等與高校均有合作，可以借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和平臺，開展彈性動力學(xué)線上課程內(nèi)容建設(shè)，如課件、程序、視頻及動畫等，也利用互聯(lián)網(wǎng)上提供的公共教育資源，課下學(xué)生可以有選擇地在線瀏覽相關(guān)課程內(nèi)容，自主進行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。教師在課堂實際教學(xué)中，可以適時地使用這些網(wǎng)絡(luò)平臺的相關(guān)教育資源,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,推動以學(xué)為中心的課程教學(xué)。

3.1.2 問題導(dǎo)向性教學(xué)設(shè)計

在學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，課堂基于問題導(dǎo)向性的方式進行教學(xué)設(shè)計，首先根據(jù)總體的教學(xué)內(nèi)容，分割課內(nèi)課外知識點，針對學(xué)生基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)狀況，布置課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)內(nèi)容，在課下學(xué)生進行自學(xué)；基于問題導(dǎo)向式教學(xué)把知識點化作具體問題，通過翻轉(zhuǎn)課堂的方式進行教學(xué)，騰出部分時間引導(dǎo)學(xué)生進行理論分析和技術(shù)應(yīng)用思考，將背景知識、工程問題等與講授的內(nèi)容進行結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生提出和解決工程技術(shù)問題的能力。

3.1.3 課程實驗內(nèi)容安排

彈性動力學(xué)課程中很多理論和規(guī)律認(rèn)識需要數(shù)值實驗驗證，上機實驗是非常重要的實踐環(huán)節(jié)，通過精心的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，重點講解彈性動力學(xué)的應(yīng)力分析、應(yīng)變分析和虎克定律等理論，分析彈性波在全空間及半空間的傳播規(guī)律，結(jié)合巖石物理和地震波傳播統(tǒng)籌安排實驗教學(xué)內(nèi)容，將難懂的理論知識教學(xué)與上機實驗教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生更直接、更深刻地理解彈性波傳播。對于在課堂上遇到工程或技術(shù)知識，還可以與教師的科研實驗相聯(lián)系，提升學(xué)生的動手能力和解決工程實踐問題的能力。

3.2 基于目標(biāo)達成度的課程考核

工程教育專業(yè)認(rèn)證為了工程專業(yè)的教學(xué)持續(xù)改進，需要進行合理的課程教學(xué)考核，來評價課程教學(xué)效果。彈性動力學(xué)課程理論性強，以前考核方式采取以期末筆試為主。而這樣的課程考核方法會導(dǎo)致同學(xué)們臨時突擊，死記硬背公式和知識點，缺乏綜合能力的考核。根據(jù)勘查技術(shù)與工程新工科建設(shè)和專業(yè)認(rèn)證要求，強調(diào)課程過程考核的重要性，對考核方式作了調(diào)整，大幅度提高平時成績達到50%，更加注重過程考核，考核方式改革為全面考核。

基于彈性動力學(xué)課程目標(biāo)制定了定量化考核方法，以課程目標(biāo)達成度定量考核和評價，促使課程教學(xué)逐步完善和持續(xù)改進。課程目標(biāo)的達成情況采用多種考核方式綜合評價，采用五種考核方式：考勤、作業(yè)、實驗、期中測驗和期末考試，檢查同學(xué)們對教學(xué)大綱規(guī)定的知識點掌握程度和應(yīng)用分析能力。課程目標(biāo)達成度定量評價學(xué)生知識的掌握程度，也能夠評價教師授課質(zhì)量，對課程教學(xué)成果的綜合體現(xiàn)。彈性動力學(xué)課程目標(biāo)總體達成度的具體計算采用加權(quán)平均方法，對考勤、作業(yè)、實驗、期中測驗及期末考試的各項考核成績給出實際得分（百分制），或?qū)Σ煌燃墸ú患案?、及格、良好和?yōu)秀）目標(biāo)達成度的進行取值；同時對以上五種考核方式在課程成績中的權(quán)值；計算得到一個綜合成績，實現(xiàn)總體課程目標(biāo)達成定量的考核。按照上述計算方法統(tǒng)計課程目標(biāo)達成度，以此評價課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐情況。

除了總體目標(biāo)達成度評價，也可以對課程分目標(biāo)達成度定量進行評價，這時分別計算課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2和課程目標(biāo)3的達成度，其權(quán)值系數(shù)為考核方式中對應(yīng)各課程目標(biāo)的權(quán)重，教師可在子項目中輸入實際得分，根據(jù)各分目標(biāo)達成度完成情況進行總結(jié)分析，對課程內(nèi)容和課堂教學(xué)進行持續(xù)改進，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，達到工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求。

3.3 課程持續(xù)改進

工程教育認(rèn)證的理念是堅持持續(xù)改進，根據(jù)課程目標(biāo)達成度考核結(jié)果，可以評價各課程目標(biāo)的教學(xué)效果和達成情況，對彈性動力學(xué)課程針對性持續(xù)改進，各課程目標(biāo)采取不同的改進措施，針對課程目標(biāo)1，要求學(xué)生提前做好基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)備預(yù)期，使學(xué)生帶著問題來聽課和討論，同時課后通過作業(yè)進行復(fù)習(xí)和鞏固，增加對基礎(chǔ)理論知識的理解和掌握程度。針對課程目標(biāo)2和3，對本課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行適當(dāng)調(diào)整，在教學(xué)方法上，增加討論和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)，針對彈性波方程求解和規(guī)律認(rèn)識等內(nèi)容進行講解、分析、對比和討論，重點培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

4 結(jié)語

以工程教育專業(yè)認(rèn)證和新工科建設(shè)為契機，改革彈性動力學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)手段和考核模式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出并解決工程和技術(shù)問題的能力。針對目前彈性動力學(xué)課程實踐教學(xué)中存在的問題，基于工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求和我?？辈榧夹g(shù)與工程的專業(yè)定位，重新制定了課程目標(biāo)，該目標(biāo)對支撐的畢業(yè)要求與其所屬課程模塊的功能相吻合。給出了彈性動力學(xué)課程教學(xué)改革措施，并采用基于目標(biāo)達成度的課程考核評價辦法，為彈性動力學(xué)課程達到專業(yè)認(rèn)證要求進行持續(xù)改進提供保證，該方案可為同類院校的勘查技術(shù)與工程及地球物理學(xué)專業(yè)的彈性動力學(xué)課程提供參考。