OBE理念下工程力學(xué)教學(xué)研究

□陳 靜

OBE（Outcome based education），是1981 年由Spady率先提出的[1]，是一種工程教育中的能力導(dǎo)向教學(xué)理念，通常被翻譯為能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育。OBE理念適應(yīng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是企業(yè)界對人才的需求，被認(rèn)為是追求卓越教育的正確方向。美國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)（ABET）全面接受了OBE的理念，并將其貫穿工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終。這一模式在澳大利亞、英國、加拿大、南非、新西蘭等國家也得到廣泛運(yùn)用。按照OBE理念，教師可以得出課程的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)組織以及教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)就是學(xué)生最后所取得的學(xué)習(xí)成果（Learning outcomes），因此OBE關(guān)注如下四個(gè)方面問題：教師想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么；為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果；如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果；如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果，并依次細(xì)分教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)矩陣，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)效果[2]。

一、工程力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀分析

工程力學(xué)是機(jī)械、土木、交通運(yùn)輸類等工科專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，對于新材料研制、生物力學(xué)、環(huán)境材料等新領(lǐng)域的開發(fā)與探索起著十分重要的作用。但當(dāng)前工程力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀與其應(yīng)該起到的作用是不相符的。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，隨著國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型、優(yōu)化、升級(jí)，教育教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，工科專業(yè)的課程體系做了相應(yīng)的調(diào)整，從變化的結(jié)果來看，普遍理論學(xué)時(shí)下調(diào)，實(shí)踐環(huán)節(jié)大幅度增加，但目前的工程力學(xué)教學(xué)還不能滿足變化的需求，講授內(nèi)容和所要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)之間的矛盾突出。其次“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念基本沒有形成，沒有形成良好的課堂互動(dòng)環(huán)境，翻轉(zhuǎn)課堂等現(xiàn)代教學(xué)方式幾乎沒有應(yīng)用，授課方式仍然以課堂的“灌輸式”為主，教師在講臺(tái)上拼命講解，學(xué)生坐在下面默不作聲的“單方面沉默式課堂”普遍存在。再次，講授內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中具有較大的盲目性，不知道所學(xué)的知識(shí)應(yīng)該怎樣應(yīng)用或者在后續(xù)的課程中將用到哪里。最后，課程的考核方式單一，仍然是以理論作業(yè)和出勤等方面作為平時(shí)成績，大約占30%，期末考試大約占70%，其中理論推導(dǎo)偏多，實(shí)踐能力等過程考核偏少或幾乎沒有體現(xiàn)，無法達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)[3]。

二、OBE理念下工程力學(xué)教學(xué)研究

1.工程力學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)。按照OBE工程教育理念，教師首先需要思考工程力學(xué)課程想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？為了能夠弄清楚上述兩個(gè)問題，筆者研究了華北理工大學(xué)、河南科技學(xué)院、河南工程學(xué)院、金陵科技學(xué)院、唐山學(xué)院等學(xué)校相關(guān)工科專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，并與一些專業(yè)老師進(jìn)行了充分交流。首先從各校的培養(yǎng)方案中我們可以看出一個(gè)共性的問題，不同學(xué)校、不同專業(yè)雖然都開設(shè)工程力學(xué)，但課程的學(xué)時(shí)卻有著非常大的差別，以唐山學(xué)院為例，目前共有26個(gè)工科專業(yè)，其中有14個(gè)專業(yè)開設(shè)了工程力學(xué)課程。在2017級(jí)人才培養(yǎng)方案中可以看出，從機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的128學(xué)時(shí)到無機(jī)非金屬材料專業(yè)的30學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)跨度整整相差近100學(xué)時(shí)。如此大的學(xué)時(shí)差別反映出不同專業(yè)對工程力學(xué)教學(xué)要求是不同的，也就是說要求學(xué)生學(xué)習(xí)課程后掌握的知識(shí)的程度、范圍等方面是不相同的。例如，機(jī)械類專業(yè)和土木類專業(yè)要求較高，大都要求通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握各類工程問題的分析和計(jì)算方法，掌握并運(yùn)用變形體力學(xué)的知識(shí)，在保證構(gòu)件或結(jié)構(gòu)滿足安全性要求的前提下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)為合理設(shè)計(jì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，選擇適宜的材料提供必要的理論基礎(chǔ)、計(jì)算方法與實(shí)驗(yàn)技術(shù)。掌握將工程實(shí)際構(gòu)件抽象為力學(xué)模型的方法以及桿件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題的計(jì)算方法。工程管理、工程造價(jià)、給排水科學(xué)與工程、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程等專業(yè)與土木工程專業(yè)密切相關(guān)，但相比土木工程專業(yè)，對工程力學(xué)掌握的要求有所降低。環(huán)境工程和無機(jī)非金屬材料專業(yè)要求進(jìn)一步下降，主要為學(xué)習(xí)環(huán)境工程機(jī)械及材料熱工設(shè)備等專業(yè)課程打基礎(chǔ)，要求學(xué)生掌握靜力學(xué)部分即可。

2.工程力學(xué)教學(xué)方法探究。不同專業(yè)開設(shè)工程力學(xué)課程的目標(biāo)不同，按照OBE理念，第二步是如何有效地幫助學(xué)生取得學(xué)習(xí)成果？經(jīng)過長期的教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐，可從以下三個(gè)方面進(jìn)行：

（1）積極轉(zhuǎn)變教學(xué)理念。教師需要思考怎樣解決當(dāng)前課堂教學(xué)中以教師為中心，“單方面沉默式課堂”的問題。解決這個(gè)問題，教師需要從課堂教學(xué)的“主演”變?yōu)椤皩?dǎo)演”，使學(xué)生變?yōu)椤把輪T”。在教學(xué)過程中教師充分發(fā)揮指導(dǎo)作用，將沉默式課堂變?yōu)閷υ捠秸n堂，質(zhì)疑式的課堂。把教師當(dāng)前這種單方面知識(shí)輸出變?yōu)橹R(shí)的多向交流，力爭達(dá)到教師與同學(xué)之間、同學(xué)與同學(xué)之間知識(shí)的對話、思維的對話[2]。此外，教師在教學(xué)過程中還要根據(jù)專業(yè)背景、專業(yè)需求等方面要求，個(gè)性化培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，充分體現(xiàn)工程教育的理念，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)課堂向能力課堂轉(zhuǎn)變。

（2）引入現(xiàn)代的教學(xué)方式和教學(xué)組織形式。實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變，打破沉默式的課堂，將課堂變?yōu)閷υ捠降恼n堂、質(zhì)疑式的課堂、開放式的課堂需要我們在一定程度上改變當(dāng)前的授課方式和教學(xué)形式。教學(xué)需要積極引入和制作在線課程等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，將工程力學(xué)的授課方式變?yōu)椤熬W(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)+學(xué)生間討論+課堂教學(xué)及討論”的多種方式組合模式。當(dāng)然，三種教學(xué)方式的比重需要教師根據(jù)不同專業(yè)、不同章節(jié)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。此外，教師應(yīng)該充分利用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)或手機(jī)課程平臺(tái)（例如學(xué)習(xí)通）的各種教學(xué)功能，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的推送、教學(xué)問題討論等。這樣，同一門課程也可以有不一樣的呈現(xiàn)方式，同時(shí)也可以拓展教學(xué)時(shí)空，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性和自主性，取得事半功倍的效果。

（3）優(yōu)化課程內(nèi)容。課程教學(xué)內(nèi)容首先要與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、能力要求一致，因此不同專業(yè)的工程力學(xué)課程都需要認(rèn)真制定與培養(yǎng)要求一致的教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)設(shè)計(jì)課程結(jié)構(gòu)，合理分配理論力學(xué)和材料力學(xué)兩門課程中的內(nèi)容及講授順序。教師應(yīng)積極建設(shè)符合本校學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)課程資源，對課程知識(shí)點(diǎn)要重新梳理、重新設(shè)計(jì)，“顆粒化”組織教學(xué)內(nèi)容及資源。網(wǎng)絡(luò)課程資源盡可能采取“微視頻+圖片+多媒體動(dòng)畫”等“富媒體化”呈現(xiàn)方式，要針對各模塊知識(shí)點(diǎn)或?qū)ｎ}設(shè)置相應(yīng)的作業(yè)題或討論題，借鑒一些網(wǎng)絡(luò)游戲體驗(yàn)方法和激勵(lì)規(guī)則，在幫助學(xué)習(xí)者掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容或測試學(xué)習(xí)效果的同時(shí)還增加學(xué)習(xí)的趣味性。教師要通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)所提供的課程學(xué)習(xí)情況大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)中的問題，以給予個(gè)性化的指導(dǎo)[4]。教師在授課過程要突出工程力學(xué)在工程實(shí)際中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生對于工程的整體認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生的工程思維。同時(shí)加強(qiáng)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，適當(dāng)增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過小組內(nèi)討論交流，綜合利用荷載計(jì)算、強(qiáng)度設(shè)計(jì)等方面理論知識(shí)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

3.工程力學(xué)教學(xué)效果的檢驗(yàn)及改進(jìn)。前面論述的教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、教學(xué)手段的改進(jìn)、教學(xué)組織形式的設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容等資源的重組與建設(shè)都是為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，因此檢驗(yàn)教學(xué)效果是否達(dá)到目標(biāo)要求是極為關(guān)鍵的一步。首先現(xiàn)有的工程力學(xué)大多為“一考定結(jié)果”的考核方式，這種考核方式缺乏科學(xué)的設(shè)計(jì)，不能全面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，需要建立一套較為完善的、符合學(xué)生情況、專業(yè)特點(diǎn)的考核體系。例如，對于課程的考核需要貫穿整個(gè)教學(xué)過程，加大能力考核的比重，增加學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中思維、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、協(xié)作等方面考核的比重。其次，鼓勵(lì)或引導(dǎo)學(xué)生積極參加各類的力學(xué)競賽，通過競賽的方式一方面可以較好地檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的情況，另一方面也可以進(jìn)一步提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。與“工程力學(xué)”相關(guān)的競賽有許多，如各省大學(xué)生力學(xué)競賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽等，其中全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽是當(dāng)前影響力最大的與工程力學(xué)相關(guān)的競賽。筆者通過多次組織校級(jí)力學(xué)競賽并指導(dǎo)學(xué)生參加省級(jí)競賽，學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣明顯增強(qiáng)，分析、解決實(shí)際問題的能力得到了較大的提高[5]。最后，教學(xué)本身是一個(gè)循環(huán)過程，教學(xué)效果正好是教學(xué)過程的反饋。教師需要根據(jù)教學(xué)效果來修正或改進(jìn)之前教學(xué)過程中存在的問題。通過教學(xué)效果的反饋，持續(xù)地改進(jìn)教學(xué)活動(dòng)，可以保障教學(xué)目標(biāo)始終與畢業(yè)要求相符合，始終符合社會(huì)發(fā)展的需要，能夠與時(shí)俱進(jìn)。

綜上所述，對于工程力學(xué)教學(xué)的研究與實(shí)踐是一個(gè)永無止境的過程，需要教師通過不斷的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出符合本學(xué)校的一套教學(xué)方案，在借鑒和吸收其他學(xué)校優(yōu)秀的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)同時(shí)絕不可完全照搬，否則只能適得其反。無論學(xué)者或教師通過怎樣的方式對工程力學(xué)進(jìn)行研究和探索，有一點(diǎn)是大家的共識(shí)，工程力學(xué)教學(xué)在注重理論知識(shí)的同時(shí)，要使學(xué)生充分了解工程力學(xué)在工程實(shí)踐中的作用，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，更好地為各專業(yè)的工程服務(wù)。

[1]WG Spady.Choosing Outcomes of Significance[J].Edu?cational Leadership，1994，（51）6:18–22.

[2]李志義.適應(yīng)認(rèn)證要求推進(jìn)工程教育教學(xué)改革[J].中國大學(xué)教學(xué)，2014，（6）:9-16.

[3]陳靜.基于CDIO思想的工程力學(xué)教學(xué)改革探索[J].高教學(xué)刊，2016，（6）:131-132.

[4]馮年華，陳小虎，吳鐘鳴.應(yīng)用型本科高校在線開放課程建設(shè)的思考與實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2016，（3）:58-61.

[5]賈海朋，江春冬.力學(xué)競賽與工程力學(xué)課程教學(xué)改革關(guān)系探究[J].黑龍江教育，2016，（8）:1-3.