基于成果導向的“結(jié)構(gòu)力學”課程改革與實踐

冉然 劉燕 周楚兵

摘?要：本文從構(gòu)建體系、豐富資源、轉(zhuǎn)變評價三個方面入手，踐行成果導向教學（OBE）模式，反向教學設計，充分發(fā)揮學生主體性，鍛煉學生創(chuàng)新實踐能力、組織策劃能力，提高課程目標達成度，為土木工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)打下堅實基礎。

關(guān)鍵詞：成果導向；結(jié)構(gòu)力學；教學改革；應用型本科

Abstract：Starting from three aspects of building a system，enriching resources，and transforming evaluation to practice the Outcome-Based-Education（OBE）model.Reverse teaching design，give full play to students' subjectivity，exercise students' innovative practice ability，organizational planning ability，and improve the attainment of course objectives，so as to lay a solid foundation for the cultivation of applied talents in civil engineering.

Keywords：achievement orientation；structural mechanics；teaching reform；applied undergraduate

1 課程改革背景

1.1 學科變革需求

土木工程長久以來都是國家重要行業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，能持續(xù)為人民的生產(chǎn)生活提供基礎設施保障，同時在高等教育學科類別中，土木工程作為一門工程與技術(shù)相結(jié)合的學科，應用性極強?！镀胀ǜ叩葘W校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》［1］中將土木專業(yè)的培養(yǎng)目標定義為“掌握學科基本原理和基本知識，獲得工程師基本訓練，能夠勝任建筑、道路、橋隧、地下等土木工程設施的設計、建造和管理的專門人才?！彪S著時代的發(fā)展和進步，我國工程教育不斷地尋求變革，為同國際接軌及獲得全球競爭力，改革方向也朝著滿足國家戰(zhàn)略發(fā)展、國際競爭形勢、創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求逐步邁進。土木工程作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，在面臨新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革時，亟待升級。面對新工科建設要求，應實現(xiàn)從學科導向轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求導向，滿足社會發(fā)展和行業(yè)發(fā)展的需要，積極培養(yǎng)并造就一批具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力的學科交叉復合型卓越工程科技人才［2］。

1.2 課程變革意義

《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》［1］中，土木工程學科基礎類課程占比28%，其中“結(jié)構(gòu)力學”屬于專業(yè)核心課程，推薦設置學時最多，為78課時。作為土木工程專業(yè)的基礎支撐、通往專業(yè)學習的橋梁，“結(jié)構(gòu)力學”不僅是眾多高等院校研究生入學考試的初試科目，也是各類土木工程師必備的專業(yè)技術(shù)知識，與土木學子今后的升學、從業(yè)密不可分。新工科背景下，人才需求的變化決定培養(yǎng)目標的更新與畢業(yè)要求的調(diào)整，而完成上述改革則需要專業(yè)課程的進一步變革與重構(gòu)［3］。依據(jù)筆者多年的教學經(jīng)驗與反饋，學生的力學基礎不同，影響其對知識的掌握，同樣的授課老師、授課內(nèi)容、授課方法對不同的學生，效果差別很大。面對上述教學現(xiàn)狀，如何重塑“結(jié)構(gòu)力學”課程，既符合產(chǎn)業(yè)需求導向，又能滿足不同類型學生的學習要求，讓學生學到有用的知識，是在“以人為本，以本為本”的教育方針下一個值得深思的問題。

如何尋求問題的答案？部分一線教師選擇以實際土建工程項目為課程切入點［4］，具象化力學概念，在有條件的基礎上進行工程現(xiàn)場授課，形成與課堂授課互補的“第二課堂”［5］；還有教師借助云班課［6］、慕課［7］、釘釘［6，8］、騰訊課堂［9］等現(xiàn)代通信教學技術(shù)，實現(xiàn)“結(jié)構(gòu)力學”課程的線上線下混合式教學改革與實踐，豐富傳統(tǒng)課堂教學方式的同時極大地提高學生的學習興趣和學習效率，都取得一定的成效。但在構(gòu)建課程體系、針對性改善教學資源、發(fā)揮學生主體性等方面仍有進一步研究的空間。

筆者從新工科建設的綱領(lǐng)性指導思想“北京指南”［10］出發(fā)，認為基于結(jié)果產(chǎn)出的OBE模式［11］能實踐“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的工程教育理念，并通過建設學習通課程資源庫、創(chuàng)新課堂教學的同時滿足學生主體性與個性化需求，改革“結(jié)構(gòu)力學”課程教學。

2 課程改革內(nèi)容

OBE模式的核心在于以產(chǎn)出成果為導向，關(guān)注新的社會及行業(yè)變化發(fā)展，根據(jù)變化的需求，確定學生學習的最終成果，再映射到高校專業(yè)人才培養(yǎng)目標及課程設計目標，進而反向教學設計［12］。區(qū)別于研究型本科高校，應用型本科院校主要為社會培養(yǎng)應用型行業(yè)技術(shù)人才。對土木工程專業(yè)而言，即是懂設計、會施工、能管理的復合型人才。結(jié)合以上需求，本次“結(jié)構(gòu)力學”課程改革主要從以下幾方面著手。

2.1 連貫課程體系

“結(jié)構(gòu)力學”課程教學大體分為幾何組成分析、靜定結(jié)構(gòu)受力分析與位移計算、力法、位移法、影響線、結(jié)構(gòu)動力學等內(nèi)容，復雜多樣而且環(huán)環(huán)相扣。幾何組成分析是整個課程的基礎，由此而衍生出結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、靜定與超靜定之分；靜定結(jié)構(gòu)的受力分析會為其位移計算作鋪墊（例如圖乘法需要彎矩圖）；力法分析超靜定問題需將結(jié)構(gòu)去除多余約束，化簡成靜定結(jié)構(gòu)來處理；位移法的基本單元內(nèi)力圖是由力法求得的……知識點聯(lián)系緊密、層層遞進。學生在學習過程中，往往會出現(xiàn)基礎部分掌握不扎實，還未弄清結(jié)點、桿件之間的聯(lián)系便開始幾何分析，接著又著手對結(jié)構(gòu)進行受力分析，但逐漸積累的問題如同雪球般越滾越大，最終在處理問題時手足無措、信心崩潰，導致學習熱情低、學習成效差。本次教改注重土木工程專業(yè)的畢業(yè)要求，映射出“結(jié)構(gòu)力學”課程的最終培養(yǎng)目標。以學習成效為核心、目標能力為導向，要成為合格的土木工程師，學生需要具備識別工程概況、轉(zhuǎn)化工程模型、分析桿系結(jié)構(gòu)受力與變形的核心能力，且設計方向?qū)W生偏向定量手工計算和計算機輔助計算，施工方向則更側(cè)重模型轉(zhuǎn)化和工程軟件定性分析。教師在反向教學設計時須對應畢業(yè)目標，明確課程目標，同時連貫課程體系。模型轉(zhuǎn)化能力對應幾何組成與結(jié)構(gòu)簡化規(guī)則，分析計算能力對應超靜定結(jié)構(gòu)的力法與位移法及靜定結(jié)構(gòu)的基本計算，計算機輔助計算對應矩陣位移法。強調(diào)分析實際工程問題中的超靜定結(jié)構(gòu)，需要掌握靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移分析，幾何組成的規(guī)則判斷。依次倒推后，讓學生意識到基礎知識的重要性，如桿件的連接，何為鉸接、何為剛接、兩剛片規(guī)則和三剛片規(guī)則如何組成結(jié)構(gòu)等問題，并在后續(xù)內(nèi)容教學中常常循環(huán)往復，形成連貫的課程體系。

2.2 豐富課程資源

教材和PPT課件一直都是“結(jié)構(gòu)力學”課程教學的主要教學資源，但學生普遍對這類教學資源興趣不大，覺得枯燥乏味，尤其是應用型本科學生本身力學基礎薄弱，學習畏難心理較重，更需要多樣化、個性化的教學資源發(fā)揮引導作用。由此，眾多教師開始積極建設線上教學平臺，逐漸發(fā)現(xiàn)相較于書本、課件這樣的扁平化資源，豐富多彩的影音、視頻無疑更能激發(fā)學生的學習興趣。土木工程專業(yè)學生今后的就業(yè)方向包含結(jié)構(gòu)設計、施工技術(shù)、項目管理等方面，在補充課程資源上更應符合多元化特征。因此，本次改革借由超星學習通平臺，創(chuàng)設“結(jié)構(gòu)力學”班課，并上傳形式各樣的教學資源，包括電子教材、課件、教師精講課程視頻、“結(jié)構(gòu)力學”趣味小實驗、工程項目案例分析、課后練習題庫等，滿足學生課程學習的個性化與差異性需求。這里面，電子教材和課件是對紙質(zhì)版教材的精煉化歸納；課程視頻是對書本知識的可視化呈現(xiàn)，由橡皮糖、小木棍、硬幣等生活中的常見物品所展示的幾何不變、幾何可變實驗；硬幣拱結(jié)構(gòu)等力學實驗能極大地激發(fā)學生的學習熱情；工程案例分析可以為幫助學生提前熟悉工程環(huán)境，提升力學思維；習題庫能在學生期末考試復習和考研準備中發(fā)揮重要作用。此外，班課開放上傳資源的權(quán)限，學生也可以在完成課下活動時上傳個人收集的教學資源，經(jīng)教師審核后采納，這樣也提高了學生學習熱情和教學參與度。

2.3 轉(zhuǎn)變課程評價

傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)力學”課程考評一般由平時表現(xiàn)和期末考試兩部分成績組成，平時表現(xiàn)多為考勤、作業(yè)完成情況，依然是“教主于學”的硬性指標考核模式。對教師而言，這種評價方式自然便于操作，方便統(tǒng)計成績，可是難免過于機械化，不利于課堂教學情況的真實反饋。相反地，OBE模式采取柔性考評機制，加大平時成績占比，考查項目多元化，包含課堂活動參與度、教學視頻觀看時長、課堂練習與課后作業(yè)完成度等，不僅注重學生在學習中的過程參與情況，而且關(guān)心學生的最終學習成果是否達到預期的課程教學設計目標。這樣以學生為中心，顧及學生的學習感受，不再機械地以簽到、作業(yè)定成績。雖然在一定程度上增加了任課教師對平時成績的統(tǒng)計與匯總工作量，但能夠更合理、更精確地展示每名學生的課業(yè)達成情況，對整體課程教學改革是有利的。進行評價的目的是檢驗課程教學目標的達成情況，更多地聚焦在學習成果上，包含階段性成果和課程完成成果，且更強調(diào)學生個人所取得的進步，而不是學生之間的成績比較。

3 課程改革成效

據(jù)每學期末的調(diào)查問卷顯示90.9%的學生都認為“結(jié)構(gòu)力學”課程教學資源豐富，形式新穎，增添了學習興趣。實行課改后學生的學習主動性明顯提升，學習通后臺統(tǒng)計章節(jié)學習次數(shù)隨著課程的進行逐漸遞增，平時成績優(yōu)良率達到60.6%，期末考試成績優(yōu)良率達到27.3%，及格率達到87.9%。另有不少學生反映，“結(jié)構(gòu)力學”課程習題庫收納了從基礎概念到名?？佳姓骖}等不同層次的練習題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)知識點自組試卷的功能，對考研復習幫助很大；課堂上的工程案例和一些愛國科學家、工程師的經(jīng)歷分享令他們更加熱愛自己所學的專業(yè)，并堅定信念努力向前輩學習。在課外活動上，土木系學生連續(xù)兩年在湖北省結(jié)構(gòu)設計大賽中斬獲獎項：2021年獲一等獎一項、二等獎兩項，2022年獲二等獎兩項、三等獎一項，參賽學生反映“結(jié)構(gòu)力學”課堂上的趣味實驗給了他們許多啟發(fā)。此外，學生的后續(xù)專業(yè)課學習反饋情況也呈現(xiàn)較好發(fā)展趨勢，對畢業(yè)班升學和就業(yè)情況的統(tǒng)計也在進一步建檔統(tǒng)計中，以期檢驗成果導向教育模式的課程改革成效。

結(jié)語

本次基于成果導向的“結(jié)構(gòu)力學”課程改革主要從課程體系、資源、評價等方面進行探索、研究和實踐，利用超星學習通平臺創(chuàng)設更適合應用型本科學生的線上線下混合式力學課堂，建立以學生為中心、面向產(chǎn)出、持續(xù)改進的教學框架，鼓勵學生發(fā)展個性化學習，鍛煉全方位能力。從課程改革成效來看，取得了一定的階段性成果，幫助學生意識到“結(jié)構(gòu)力學”的課堂人人都能成功，清楚認識“結(jié)構(gòu)力學”課程的學習成果是什么，為何獲取、怎樣獲取、怎樣知道自己已經(jīng)獲取這些學習成果。相信這一學習過程，能夠內(nèi)化到學生的心靈深處，更能應用于實際。接下來將進一步依托土木工程湖北省級一流專業(yè)建設點，湖北省“十四五”高等學校優(yōu)勢特色學科群，加快課程建設步伐，完成應用型人才培養(yǎng)背景下的“結(jié)構(gòu)力學”課程建設任務，達到一流課程標準。

參考文獻：

［1］教育部高等學校教學指導委員會.普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準（上冊）［M］.北京：高等教育出版社，2018：330-335.

［2］黃劍峰，苗力川，楊松，等.雨課堂實踐在農(nóng)業(yè)院校結(jié)構(gòu)力學課程中的改革探索［J］.高等建筑教育，2020，29（04）：145-153.

［3］施曉秋.新需求、新理念視域下一流課程建設思考與實踐［J］.高等工程教育研究，2022（04）：52-58.

［4］黃瑤，藍麗江.以實際工程項目為背景的結(jié)構(gòu)力學教學改革研究［J］.現(xiàn)代職業(yè)教育，2021（09）：80-81.

［5］管青海，付濤，周燕，等.工程思維導向的“結(jié)構(gòu)力學”教學方法與實踐［J］.教育教學論壇，2021（50）：133-136.

［6］王小蔚，王敏容，陳孔亮，等.基于釘釘+云班課的線上教學改革與實踐研究——以《結(jié)構(gòu)力學》為例［J］.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2021，4（14）：33-36.

［7］邱美華.基于慕課的結(jié)構(gòu)力學混合式教學改革探索［J］.安徽建筑，2021，28（12）：112-113.

［8］曹周陽，薛茹，謝祥兵.結(jié)構(gòu)力學課程線上混合式教學實踐［J］.高等建筑教育，2022，31（03）：164-171.

［9］經(jīng)緯，薛維培.基于超星教學平臺及騰訊課堂的混合式在線教學模式實踐——以結(jié)構(gòu)力學課程為例［J］.佳木斯大學社會科學報，2021，39（04）：213-214+218.

［10］王許云，王輝，王榮方，等.新工科背景下研究生協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)模式探索［J］.高教學刊，2020（16）：33-35.

［11］陳興文，黃永東，袁傳軍，等.基于OBE的學生學習成效評價方法研究與實踐［J］.高教學刊，2022，8（03）：62-65+69.

［12］王紅霞，程偉麗，牛曉峰，等.基于OBE教育理念的體驗式教學模式改革與實踐——以合金熔煉原理與工藝課程為例［J］.大學教育，2022，142（04）：47-50.

基金項目：2021年武漢城市學院教學研究項目“基于OBE的《結(jié)構(gòu)力學》教學研究與資源庫建設”（2021CYYB JY029）

作者簡介：冉然（1990—?），男，漢族，河南潢川人，碩士研究生，講師，研究方向：力學與土木工程專業(yè)課程教學。