基于OBE 理念的“彈性力學(xué)”課程目標(biāo)達(dá)成度評價研究

劉計良，司 政

（西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院 陜西 西安 710048）

OBE理念即所謂的成果導(dǎo)向型教育理念，采用逆向思維建設(shè)課程體系，強調(diào)以學(xué)生為本，最早由美國學(xué)者于20世紀(jì)80 年代提出，是被國際工程界廣泛接受的先進教育理念，也是《華盛頓協(xié)議》的核心思想。隨著2016 年我國成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員國，在我國工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，也充分體現(xiàn)出了OBE 理念，提出了工程教育人才畢業(yè)的12 條畢業(yè)要求。與傳統(tǒng)學(xué)科導(dǎo)向型教育理念相同，OBE 理念在體現(xiàn)價值觀、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法及考核評價時更具優(yōu)勢，強調(diào)以學(xué)生的能力作為評價的基礎(chǔ)，注重持續(xù)改進，在制訂培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求及設(shè)計課程體系時均要以O(shè)BE 理念為參考，教師在授課過程中，要從傳統(tǒng)的“教”過渡到更關(guān)注學(xué)生的“學(xué)”，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)和評價。

西安理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)為國家級一流專業(yè)，并于2020 年通過了工程教育專業(yè)認(rèn)證。“彈性力學(xué)”為水利水電工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，彈性力學(xué)為固體力學(xué)的一個重要分支，比材料力學(xué)研究范圍更加廣泛，研究方法更精確，在土木、水利、機械等工程學(xué)科中占有重要的地位。本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生在材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程的基礎(chǔ)上進一步掌握彈性力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，了解彈性體的計算方法和有關(guān)解答，在此基礎(chǔ)上初步掌握有限元法的基本知識，提高結(jié)構(gòu)分析與計算的能力，為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程和運用彈性力學(xué)理論解決生產(chǎn)實際問題進一步打下良好的力學(xué)基礎(chǔ)。針對水利水電工程專業(yè)的特點，在以往教學(xué)改革成果的基礎(chǔ)上，教師基于OBE理念對“彈性力學(xué)”的頂層標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，從而進行課程目標(biāo)達(dá)成度評價。

1 課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求的支撐

1.1 課程目標(biāo)

根據(jù)反映OBE 理論的工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)校要以學(xué)生為中心構(gòu)建培養(yǎng)體系，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向，配以合理的師資及充分的支撐條件，并通過持續(xù)改進滿足發(fā)展的要求。課程是實現(xiàn)OBE 理念的基本手段和基本保障，因而需要設(shè)置課程目標(biāo)，從而滿足畢業(yè)要求。

教師通過教學(xué)，使學(xué)生掌握“彈性力學(xué)”的研究內(nèi)容及其研究對象和研究方法，注重基本理論的闡述，突出解決彈性力學(xué)問題的思路、方法和步驟，使學(xué)生在掌握基本理論的基礎(chǔ)上能閱讀和應(yīng)用彈性力學(xué)文獻(xiàn)；能將彈性力學(xué)的解法和基于彈性力學(xué)的有限元法用于水利水電工程問題的建模與求解，并為相關(guān)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。將“彈性力學(xué)”課程目標(biāo)劃分為5 點，課程目標(biāo)1：掌握彈性力學(xué)的研究內(nèi)容及其研究對象和研究方法，能將彈性力學(xué)的知識用于水利水電工程問題的分析、抽象、建模及其求解；課程目標(biāo)2：掌握平面應(yīng)力問題和平面應(yīng)變問題的特點及基本方程，正確應(yīng)用圣維南原理；課程目標(biāo)3：掌握按應(yīng)力求解平面問題的基本思路和步驟，并用于水利水電工程問題的分析、抽象、建模和求解，擬定水利水電工程問題的解決方案及各種方案的綜合比較；課程目標(biāo)4：掌握平面問題逆解法和半逆解法的基本思路，能將其用于水利水電工程問題的分析、抽象、建模及其求解；課程目標(biāo)5：掌握有限元法的基本概念、原理和計算步驟，能夠應(yīng)用有限元法實施建模計算、結(jié)果分析及其合理性論證，進行多種方案的綜合比較，并擇優(yōu)選定方案。

1.2 對畢業(yè)要求的支撐

水利水電工程專業(yè)結(jié)合西安理工大學(xué)的學(xué)校定位，根據(jù)自身特點及其所服務(wù)的水利行業(yè)的現(xiàn)狀制訂了本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)能夠扎根西部、面向全國的水利水電工程技術(shù)人才，具有良好的科學(xué)和人文素養(yǎng)，熟悉和本行業(yè)有關(guān)的國家政策法規(guī)，具有國際視野，能進行國際間交流，具有良好的創(chuàng)新意識，能積極促進行業(yè)的發(fā)展，畢業(yè)后能獨當(dāng)一面，成為技術(shù)或管理骨干。通過對工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的12 條畢業(yè)要求進行深入研究和充分探討，確定了34 個可量化的畢業(yè)要求指標(biāo)點，每個具體的指標(biāo)點均由若干個教學(xué)活動組成，明確了所有課程的課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系，形成了支撐矩陣，其中“彈性力學(xué)”的5 個課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐矩陣如表1 所示。

表1 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐矩陣

其中，指標(biāo)點1―3：系統(tǒng)掌握水利工程概論、水力學(xué)、土力學(xué)、彈性力學(xué)、水工鋼筋混凝、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)基礎(chǔ)知識和水利水能規(guī)劃、水工建筑物、水電站、水利工程施工等專業(yè)知識，能將這些專業(yè)知識用于擬定水利水電及相近領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案以及各種方案的綜合比較；指標(biāo)點2―2：能夠應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理對水利水電及相近領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的影響因素和各種可行的解決方案進行系統(tǒng)分析；指標(biāo)點4―1：掌握水利水電工程的科學(xué)原理，熟悉開展水利水電復(fù)雜工程問題研究所必需的數(shù)值計算等基本科學(xué)方法。

2 教學(xué)內(nèi)容及其對課程目標(biāo)的支撐

2.1 教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)由課程教學(xué)內(nèi)容實施，要圍繞課程目標(biāo)組織教學(xué)內(nèi)容，使每個教學(xué)單元的內(nèi)容都能支撐某個課程目標(biāo)。水利水電工程專業(yè)的“彈性力學(xué)”共32 個學(xué)時，2 個學(xué)分，共4 個教學(xué)單元：①緒論：介紹本課程的教學(xué)任務(wù)、性質(zhì)及學(xué)習(xí)方法，介紹“彈性力學(xué)”的研究內(nèi)容及其研究對象和研究方法，認(rèn)清它們與材料力學(xué)的區(qū)別，掌握主要物理量的定義、量綱、正負(fù)方向及符號規(guī)定及其與材料力學(xué)相關(guān)規(guī)定的不同之處，理解和掌握彈性力學(xué)的幾個基本假定；②平面問題的基本理論：系統(tǒng)介紹平面問題的基本理論——平面應(yīng)力問題和平面應(yīng)變問題、基本方程和邊界條件的建立過程、圣維南原理及其應(yīng)用、按應(yīng)力求解平面問題的思路；③平面問題的直角坐標(biāo)解答：講述按應(yīng)力求解平面問題的實際應(yīng)用，采用應(yīng)力函數(shù)作為基本未知函數(shù)進行求解，并以直角坐標(biāo)來表示問題的解答，以典型案例模型介紹逆解法和半逆解法；④平面問題的有限單元法：簡要介紹有限單元法的基本知識，包括基本物理量和基本方程的矩陣表示、有限單元法的基本概念、單元的位移模式與解答的收斂性、單元的相關(guān)矩陣、解題的步驟、單元的劃分等，為有限單元法的深入學(xué)習(xí)及有限元軟件的應(yīng)用打下初步的理論基礎(chǔ)。

2.2 對課程目標(biāo)的支撐

根據(jù)水利水電工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中“彈性力學(xué)”課程目標(biāo)與畢業(yè)要求詳細(xì)指標(biāo)點之間的關(guān)系，確定了教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系如表2 所示。

表2 教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐

3 教學(xué)方法及課程考核與成績評定

“彈性力學(xué)”是水利水電工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強，必須通過推導(dǎo)公式加強對相關(guān)理論的理解才能取得良好效果。改變傳統(tǒng)以教師“教”為主的模式，以學(xué)生為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，突出學(xué)生“學(xué)”的地位，以平面問題為研究對象，按應(yīng)力求解的思路，教師通過問題提出、方法思考、內(nèi)容歸納、實例分析等教學(xué)過程，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生具備初步的彈性力學(xué)知識。針對不同教學(xué)單元采取多種教學(xué)方法，如案例法、討論法、聯(lián)想法、體驗學(xué)習(xí)法等，讓學(xué)生樂學(xué)于其中，同時教師充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)技術(shù)，如對彈性力學(xué)所能解決的實際工程問題進行圖片、視頻展示，讓學(xué)生關(guān)注其中的強度、剛度和穩(wěn)定性問題，引導(dǎo)學(xué)生通過自己的獨立思考和小組討論將彈性力學(xué)知識應(yīng)用于解決實際工程問題。

通過作業(yè)、隨堂測驗及考勤等多個考核環(huán)節(jié)訓(xùn)練和督促檢查，鞏固學(xué)習(xí)成果，課程安排2 次作業(yè)（須分組討論完成，每位小組成員各自負(fù)責(zé)一部分），5 次隨堂測驗。課程成績由平時成績和期終閉卷考試兩個環(huán)節(jié)的成績綜合評定產(chǎn)生，滿分100 分，各考核環(huán)節(jié)所占比例及對課程目標(biāo)的支撐如表3 所示。

表3 考核環(huán)節(jié)所占比例及對課程目標(biāo)的支撐

4 課程目標(biāo)達(dá)成度評價

“彈性力學(xué)”課程目標(biāo)達(dá)成度的計算評價要將課程目標(biāo)與所有選修該門課程的學(xué)生成績聯(lián)系起來，包括課程分目標(biāo)的達(dá)成度及在此基礎(chǔ)上計算的課程總的達(dá)成度，達(dá)成度的計算采用加權(quán)平均法。如設(shè)置5 個課程分目標(biāo)的權(quán)重分別為0.1、0.2、0.2、0.3 和0.2，每個課程分目標(biāo)的滿分值分別為10 分、20 分、15 分、35 分和20 分。每個課程分目標(biāo)由若干考核環(huán)節(jié)進行支撐，即由這些考核環(huán)節(jié)確定得分，如表3 所示?？荚嚱Y(jié)束后，學(xué)生的總分由4 個考核環(huán)節(jié)的得分及其對應(yīng)的權(quán)重（比例）計算得到，用來計算該生每個課程分目標(biāo)的分值，進而計算所有學(xué)生在該課程分目標(biāo)的平均值，該課程分目標(biāo)的達(dá)成度為平均值和滿分值的比值再乘以對應(yīng)的權(quán)重。以2020 年秋季學(xué)期為例，共有135 名學(xué)生選修彈性力學(xué)，所有學(xué)生在課程目標(biāo)1―5 的平均分分別為8.8 分、17.5 分、13.2 分、30.1 分和8.2 分，則課程目標(biāo)1―5 的達(dá)成度分別為0.088、0.175、0.176、0.258 和0.082。通過分析可知，課程目標(biāo)5 的達(dá)成度0.082 為最低，該目標(biāo)對應(yīng)要求學(xué)生掌握有限元法的初步知識，對于首次接觸數(shù)值分析方法的學(xué)生來說難度較大，故得分較低?！皬椥粤W(xué)”總的達(dá)成度為課程分目標(biāo)達(dá)成度相加求和，為0.78，超過了0.7，該課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。

5 結(jié)語

結(jié)合西安理工大學(xué)國家級一流專業(yè)——水利水電工程專業(yè)的專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的OBE理念，針對專業(yè)基礎(chǔ)課“彈性力學(xué)”課程目標(biāo)的達(dá)成度評價，對其進行了頂層標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，詳細(xì)介紹了課程目標(biāo)及其對水利水電工程專業(yè)畢業(yè)要求具體指標(biāo)點的支撐，構(gòu)建了支撐矩陣，設(shè)置了教學(xué)內(nèi)容來支撐課程目標(biāo)，確定了課程考核方式及課程目標(biāo)達(dá)成度評價方法，內(nèi)容完整，方法合理。評價成果可用于教學(xué)過程的改進，如課程教學(xué)大綱的修訂、教學(xué)方式的提升等，為專業(yè)認(rèn)證的持續(xù)改進提供依據(jù)。