基于OBE理念的結構力學課程改革與實踐★

趙延林 高紅梅 孟麗巖

(黑龍江科技大學建筑工程學院,黑龍江 哈爾濱 150022)

0 引言

結構力學課程是土木工程專業、道路橋梁與渡河工程專業的核心專業基礎課。近年來，在新工科建設與工程教育專業認證的帶動下，國內高校對結構力學課程開展了一系列的建設工作。

文獻[1]～[3] 以OBE教育理念為指導思想，從教學形式、教學策略、教學設計、教學模式、考核方式等方面對結構力學課程建設進行了探索與實踐；文獻[4]在新工科背景下，以培養學生綜合應用能力作為課堂教學質量的目標,從力學思維、教學體系、教學方法、課程評價四方面對結構力學課程教學進行了重構；文獻[5]探討了專業課程教學過程中滲透人文素養培育實踐的切入點和視角，實現了知識傳授與價值引領的有機統一；文獻[6][7]通過引導大學生積極參加結構設計競賽，培養了學生解決工程問題的能力、創新能力、動手能力和團隊協作能力，從而達到全面提升學生綜合應用專業知識的能力。

本文在工程教育專業認證大背景下，結合我校結構力學課程的建設經驗，基于OBE教學理念，重構了結構力學課程的總體培養目標，從思政元素融入教學、課程知識模塊劃分、課堂教學設計、素質教育、課程考核方法與教學質量保障機制等方面詳細闡述了結構力學課程教學改革措施及取得的建設成效。

1 課程建設歷程

我校結構力學課程于2006年建成校級合格課，2009年建成校級優秀課，2011年建成校級精品課。2012年—2020年，課程主要經歷了“項目載體”“3+1培養模式”與“工程專業認證”三個建設階段。

第一個階段(2012年—2014年)，依托校級重點教學研究項目“面向工程的土木工程專業學生力學分析能力綜合培養方式研究”，主要探討了課程中工程案例教學的實施形式與教學方法，以提高學生實際工程問題的力學分析能力。

第二個階段(2015年—2017年)，依托省級教育科學規劃課題“以項目為載體的結構力學課程‘1+0.5+0.5’全程式教學模式的構建與實施”，主要從結構力學課程對后續專業課程設計與畢業設計支撐的角度，探討了“3+1”人才培養模式下課程的縱深化、全程式培養模式，提高了學生在后續專業課程設計與畢業設計中的結構分析能力。

第三個階段(2018年—2020年)，依托省級高等教育教學改革項目“基于工程教育專業認證的土木工程專業力學類課程教學改革與實踐”，主要圍繞工程專業認證標準與行業人才需求標準，以學生為中心，突出OBE教學理念，從培養目標、畢業要求、教學內容、教學方法、教學手段、達成度考核方法及課程改進機制等方面對課程進行了全面的創新性建設。

2 課程總體培養目標

立足于學校應用型人才培養的辦學定位，緊緊圍繞土木工程專業認證標準與行業人才需求標準，以學生為中心，基于OBE教學理念，確定了結構力學課程的總體培養目標為：

1)結合專業特點，將思政教育融入課堂教學，培養學生的愛國情懷、工匠精神和創新意識。

2)掌握結構力學的基本力學原理與計算方法，具備土木工程領域的基本結構分析與計算能力。

3)針對實際工程結構，能夠合理提出不同的結構分析方案，并能從中選取最優方案進行結構分析。

4)能夠應用基本的力學原理和方法對較復雜的工程結構進行分析，給出有效解決方案，并能進行電算分析。

3 各教學環節實施方法

3.1 思政教育融入教學

以教育部《高校“三全育人”綜合改革試點建設標準》為指導，全面貫徹學校“立德樹人”的教育方針，將思想價值引領貫穿于結構力學課程教學全過程，培養符合國家戰略和經濟建設需求、精通土木工程專業知識的應用型人才。

結合我校土木工程專業特色與結構力學課程的教學內容，精心進行課程的教學設計，注重挖掘結構力學課程的思政元素，積極推進課程思政教學改革。具體措施包括：

1)結合土木工程專業特點，培養學生投身行業的歸屬感與責任感以及吃苦耐勞的土木精神與精益求精的工匠精神。

2)結合土木工程學科特色，激發學生的創新意識，培養學生的科技創新精神。

3)結合結構力學課程特點，培養學生嚴謹、科學的治學態度。

4)結合學校“礦業特色”文化，培養學生服務國家和地方經濟的愛國情懷和使命擔當。

3.2 課程知識模塊與教學方法

3.2.1 課程知識模塊

基于OBE教學理念，對標行業人才需求標準，確定結構力學課程的教學內容為：平面桿件體系的構造分析、靜定結構受力分析、結構位移計算、超靜定結構受力分析、影響線及其應用、結構動力分析與結構電算分析。

以學生為中心，遵循人的認識規律，將結構力學課程的課堂教學劃分為“基本理論模塊”+“ 工程實訓模塊”+“拓展提升模塊”，全面培養學生應用基本力學原理與方法對實際工程進行結構分析的能力與創新意識。

基本理論模塊：采用質疑式教學，針對每一個教學內容，精心設計出一個工程問題，帶領學生應用已經掌握的力學原理與方法對問題進行分析，并對分析結果總結歸納，在此基礎上進行難點與重點精講，加深學生對基本理論知識的理解與掌握，教學時間為30 min。

工程實訓模塊：采用啟發式和提問式教學，引導學生積極思考，應用基本力學理論知識對工程案例進行結構分析訓練，注重師生互動，提高學生的課堂教學參與度，培養學生應用基本力學理論分析和解決實際工程問題的能力，教學時間為40 min。

拓展提升模塊：在工程案例分析的基礎上，由教師提出1個～2個復雜工程問題，采用翻轉課堂形式，組織學生分組討論，注重生生互動，激發學生主動思考的積極性與學習興趣，培養學生應用基本力學理論分析和解決復雜工程問題的創新意識，教學時間為20 min。

3.3 第二課堂與素質教育

為提高學生應用基本力學原理和方法對實際工程進行結構分析與計算的能力，課程組教師積極引導學生開展第二課堂與素質教育等課外活動，充分調動了學生的學習興趣。具體措施包括：

1)組織學生自學力學分析軟件(如力學求解器、pkpm軟件等)，并完成一個工程實例的電算分析，從而提高學生應用先進力學計算手段進行結構分析的能力。

2)組織學生開展一年一屆的校級結構分析大賽與結構模型大賽，并選取優秀作品參加省級結構模型大賽，從而提高學生的學習興趣、結構分析能力、動手能力與團隊精神。

3)組織部分優秀學生參加校級、省級與國家級大學生創新創業大賽，培養學生的創新意識與初步科研能力。

3.4 課程達成度考核方法

為突出學生力學應用能力的培養，課程總體采用基于達成度的考核方法。該考核方法以學生的學習成果為導向，注重過程考核，相對于傳統考核方法更具科學性。具體做法為：

本文選取西藏測震臺網2016年、2017年編目結果中的MS3.5級以上、ML3.6級以上地震事件，剔除其中參與震級計算臺站在8個以下的事件，共得到地震事件95個。 編目結果中計算MS震級42個，計算ML震級55個，同時計算 ML震級和MS震級的地震事件2個。西藏臺網只有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)在課程總體培養目標的基礎上，細化出課程的具體教學目標，并確定各細化教學目標所對應的教學內容。

2)針對每一個細化教學目標，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+工程應用”的考核方式，其中基本理論占40%、工程應用占60%。

4)過程考核采用“日常作業+電算作業+設計性大作業+素質教育”的綜合考核方式。

5)根據以上的學情統計數據，計算出課程各細化教學目標的達成度，用以評價各教學目標的達成情況。

最后，依據達成度評價結果，對課程教學進行綜合分析，找出存在的問題，提出課程的整改措施，從而對課程教學進行持續改進。

3.5 雙循環質量保障機制

基于OBE教學理念，構建校內外雙循環的閉合式持續性改進的課程教學質量保障機制，確保課程教學質量持續改進，提高學生的結構分析能力。具體措施為：

1)校內評價：依據課程各細化教學目標達成度完成情況、學生評課數據與校內同行專家評價數據，對課程各教學環節進行綜合分析，提出整改意見，在下一輪教學中進行持續改進，該評價周期為一年。

2)校外評價：依據專業畢業學生的調查反饋數據、校外同行專家評價數據與土木工程行業的反饋數據，整理出專業建設的整改建議，然后從中歸納出本課程的相關整改意見，在下一輪教學中進行持續改進，該評價周期為兩年。

4 課程改革成效

通過以上的改革措施，不僅使學生掌握了扎實的基本力學理論知識，而且能夠較好地應用其對實際工程進行結構分析。具體成果表現為：

1)課程各細化教學目標的達成度均大于0.7，表明課程的教學目標均已達成。

2)在畢業設計中，80%以上的學生可以針對實際項目設計出合理的結構分析方案，90%的學生可以完成對項目的電算分析。

3)在校學生對基于翻轉課堂的“模塊式”教學形式評價較高，認為該教學方式可以積極調動其學習主動性與學習興趣。

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

5)結構力學課程的建設水平與教學效果得到了校內外同行、專家的高度評價。

5 結語

基于專業認證標準與行業需求，將OBE教學理念與翻轉課堂教學相結合，形成了結構力學課程的基本教學特色。

1)將思政教育融入課堂教學，培養了學生的愛國情懷、工匠精神和創新意識。

2)基于OBE理念，結合畢業生和用人單位的反饋意見，以土木工程行業需求為主導，優化了課程教學內容與教學體系。

3)以學生為中心，通過翻轉課堂、“模塊式”教學等形式，提高了學生課堂參與度與主動學習意識，培養了其應用基本力學知識分析、解決實際工程問題的能力與創新意識。

4)構建了校內外雙循環的閉合式持續性改進的課程教學質量保障機制，確保課程的教學質量逐年持續改進。