基于OBE 理念的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

■林彥，張智，范夕森

（山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

目前，OBE 理念是我國(guó)教育改革的主流理念，是工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心，該理念遵循“以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)原則，以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，注重實(shí)際成效和學(xué)生解決問題能力的培養(yǎng)。在教學(xué)中，OBE 重點(diǎn)關(guān)注4 個(gè)方面。第一，通過教與學(xué)，可以獲得哪些成果；第二，為何讓學(xué)生獲得這些成果；第三，如何指導(dǎo)學(xué)生獲得這些成果；第四，如何檢驗(yàn)學(xué)生是否獲得這些成果。

結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，既具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚擉w系，又具有明顯的工程背景，在土木工程專業(yè)課程體系中起著承前啟后的關(guān)鍵作用，密切關(guān)系著學(xué)生解決工程實(shí)際問題和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。基于“大土木”“新工科”“教育信息化”發(fā)展需求，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的目標(biāo)主要為：第一，要求學(xué)生理解各類結(jié)構(gòu)的受力性能，掌握結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖、結(jié)構(gòu)組成規(guī)律、結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計(jì)算的基本原理和經(jīng)典方法；第二，具備將復(fù)雜工程問題轉(zhuǎn)化為力學(xué)問題，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算的能力，以及結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，具有較好的力學(xué)素養(yǎng)；第三，具有用馬克思主義辯證觀點(diǎn)分析結(jié)構(gòu)力學(xué)規(guī)律的思維，具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、社會(huì)責(zé)任和使命感以及工匠精神。在教學(xué)過程中，教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、考核方式等如何保證這些課程目標(biāo)的達(dá)成，是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革研究的熱點(diǎn)之一。因此，本文首先分析結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中存在的痛點(diǎn)問題，然后基于OBE 教學(xué)理念，從課程思政、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)、信息化技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐。

一、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)存在的痛點(diǎn)問題

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)公認(rèn)的教師難教、學(xué)生難學(xué)的一門課程，在教學(xué)過程中主要存在以下問題。

重思政教育，輕特色融合。傳統(tǒng)教學(xué)雖然重視思政教育，但未充分挖掘課程中蘊(yùn)含的思政元素，導(dǎo)致課程思政缺乏針對(duì)性，與專業(yè)教育相脫節(jié)，課程育人效果不明顯。

重教師傳授，輕學(xué)生互動(dòng)。傳統(tǒng)教學(xué)主要采用“教師傳遞－學(xué)生接受”的模式，教師注重如何講授知識(shí)，而忽視教師與學(xué)生以及學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)，導(dǎo)致課堂上經(jīng)常出現(xiàn)“教師激情洋溢地講”和“學(xué)生死氣沉沉地聽”的不和諧現(xiàn)象。

重理論教學(xué)，輕聯(lián)系實(shí)踐。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容以抽象力學(xué)理論和繁瑣手算為主，電算分析內(nèi)容較少，而且教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生解答習(xí)題和應(yīng)付考試的能力，與工程應(yīng)用的銜接不緊密，使得學(xué)生利用力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力較低，無法達(dá)到學(xué)以致用的目的。

重單一考核，輕過程評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)考核方式以期末考試為主，且在考核中注重學(xué)生的計(jì)算能力，缺乏過程化考核和綜合應(yīng)用能力評(píng)價(jià)，導(dǎo)致一些學(xué)生平常不努力，考前臨時(shí)抱佛腳，抄襲作弊等考試陋習(xí)的出現(xiàn)。

二、基于OBE 理念的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革

課程團(tuán)隊(duì)以上述的教學(xué)痛點(diǎn)為邏輯起點(diǎn)，基于OBE教學(xué)理念，以立德樹人為價(jià)值引領(lǐng)，以混合設(shè)計(jì)為基本思想，以“兩性一度”為核心標(biāo)準(zhǔn)，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，從課程思政、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)，信息化技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[2]。

（一）深化特色思政建設(shè)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)與課程思政耦合育人

本課程遵循“以立德樹人為根本，強(qiáng)國(guó)興國(guó)為己任”的育才原則，深入挖掘課程蘊(yùn)含的思政育人元素，創(chuàng)設(shè)思政情境。通過課程思政資源建設(shè)、思政教學(xué)設(shè)計(jì)、師德師風(fēng)示范引領(lǐng)等環(huán)節(jié)構(gòu)建“三全”育人的課程格局，將思政教育潤(rùn)物無聲地浸潤(rùn)到教與學(xué)的全過程中，解決“重思政教育，輕特色融合”的痛點(diǎn)問題。

對(duì)于思政資源建設(shè)，本課程廣泛收集與力學(xué)發(fā)展史、杰出工程專家、中國(guó)古代和當(dāng)代建筑等相關(guān)的文檔、圖片、視頻等資料，建立課程思政元素庫(kù)。

對(duì)于思政教學(xué)設(shè)計(jì)，教師在教學(xué)過程中通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用辯證統(tǒng)一的觀點(diǎn)分析力學(xué)規(guī)律，讓學(xué)生從專業(yè)角度構(gòu)建哲學(xué)思維；通過引入力學(xué)發(fā)展史、杰出工程師、世界著名的中國(guó)古代和當(dāng)代建筑，激發(fā)學(xué)生民族自信心和愛國(guó)主義情懷；通過工程事故案例的導(dǎo)入，增強(qiáng)學(xué)生的工程安全意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

團(tuán)隊(duì)各位教師通過與學(xué)生分享人生感悟和奮斗經(jīng)歷，用教師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和身正為范的人格魅力感染學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。

（二）構(gòu)建“QIP”混合式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)線上－線下－實(shí)踐三位一體化教學(xué)

基于OBE 理念，以工程情境創(chuàng)設(shè)為主線，構(gòu)建“QIP”三階段混合式教學(xué)模式，即“問題導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的課前探索（Quest）；“重點(diǎn)釋疑，討論探究”的課堂互動(dòng)（Interaction）；“作業(yè)訓(xùn)練，鞏固拓展”的課后實(shí)踐（Practice）。

基于“QIP”模式，設(shè)計(jì)教學(xué)流程，形成三步教學(xué)法。

（1）課前。教師以問題為導(dǎo)向，工程案例為載體，通過在線平臺(tái)布置學(xué)習(xí)任務(wù)；學(xué)生基于布置的任務(wù)，利用自建的智慧樹在線課程自學(xué)基本理論和方法，借助互聯(lián)網(wǎng)搜集相關(guān)資料，通過平臺(tái)與教師和同學(xué)交流，并完成線上自學(xué)測(cè)試，檢測(cè)學(xué)習(xí)效果。

（2）課堂。教師集中解決線上學(xué)習(xí)的疑難問題、講解重難點(diǎn)以及通過工程案例展示力學(xué)的應(yīng)用，同時(shí)引入工程項(xiàng)目分析，結(jié)合知識(shí)競(jìng)答、小組討論、成果匯報(bào)等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際工程問題。

（3）課后。一方面，學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)作業(yè)訓(xùn)練，鞏固認(rèn)知；另一方面，依托于工程實(shí)踐的研討題目，教師將學(xué)生進(jìn)行異質(zhì)分組，引導(dǎo)學(xué)生開展分工合作探究式學(xué)習(xí)，同時(shí)結(jié)合特色知識(shí)講座、課外研學(xué)訓(xùn)練拓展學(xué)生認(rèn)知的深度和廣度。

通過“QIP”三階段混合式教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情大增，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、工程實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，提升了學(xué)生勇于鉆研和敢于挑戰(zhàn)的能力，彰顯了“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，有效解決了重課堂講授、輕學(xué)生互動(dòng)的痛點(diǎn)問題。

（三）優(yōu)化整合課程內(nèi)容，重塑知識(shí)模塊，形成多維度知識(shí)結(jié)構(gòu)

基于工程教育認(rèn)證的要求，打破教材原有知識(shí)體系，增加結(jié)構(gòu)定性分析、工程案例、電算分析等內(nèi)容，有機(jī)融入思政元素，同時(shí)將學(xué)術(shù)前沿成果納入教學(xué)內(nèi)容，形成三個(gè)知識(shí)模塊。一是基礎(chǔ)知識(shí)模塊，包括計(jì)算簡(jiǎn)圖、組成分析、靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形計(jì)算方法；二是電算分析模塊，包括計(jì)算軟件應(yīng)用和結(jié)構(gòu)定性分析；三是，知識(shí)拓展模塊，包括工程案例分析及與結(jié)構(gòu)工程相關(guān)的前沿科研成果。

針對(duì)重塑的三個(gè)知識(shí)模塊，結(jié)合“QIP”混合式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)組織。

（1）基礎(chǔ)知識(shí)模塊：線上學(xué)生自主學(xué)習(xí)在線課程，線下教師通過疑難解惑、重難點(diǎn)講解及案例分析等環(huán)節(jié)，鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。

（2）電算分析模塊：線上學(xué)生自主學(xué)習(xí)軟件視頻教程，線下教師通過引入電算分析結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用概念驗(yàn)證其正確性，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生定性分析的能力。

（3）知識(shí)拓展模塊：線上學(xué)生自主學(xué)習(xí)擴(kuò)展資源，線下教師通過引入工程案例、前沿性成果，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)創(chuàng)新思考題、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽等綜合性訓(xùn)練題目，提升設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力[3]。

整合后的課程內(nèi)容滿足面向產(chǎn)出的專業(yè)人才培養(yǎng)需求，保證知識(shí)體系的完整性，彰顯課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，有效解決課程實(shí)踐性不強(qiáng)等痛點(diǎn)問題[4]。

（四）建立“案例+實(shí)物+實(shí)踐”多元教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)形象化教學(xué)

為了實(shí)現(xiàn)形象化教學(xué)，結(jié)合信息化教學(xué)手段，課程團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)與土木工程專業(yè)緊密相連的工程案例，建立理論知識(shí)與工程案例融合的案例教學(xué)法、結(jié)構(gòu)模型展示的實(shí)物教學(xué)法以及工程實(shí)地考察、電算分析和結(jié)構(gòu)模型制作的實(shí)踐教學(xué)法，形成以結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)為立足點(diǎn)、以工程案例和結(jié)構(gòu)模型展示實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際、以實(shí)地考察拓寬學(xué)生視野的“專業(yè)知識(shí)+土木工程背景+實(shí)踐應(yīng)用”的多層次教學(xué)形態(tài)[5]。

通過形象化教學(xué)方法，可增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和課程的趣味性，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程問題，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解[6]。

（五）構(gòu)建多元化課程評(píng)價(jià)體系，全面考核學(xué)生的學(xué)業(yè)水平

課程團(tuán)隊(duì)基于課程教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建“過程與結(jié)果，定性與定量”相結(jié)合的評(píng)價(jià)體系。課程考核構(gòu)成主要由三部分組成。第一，線上課程學(xué)習(xí)成績(jī)（30%）：包括視頻學(xué)習(xí)、討論區(qū)回帖次數(shù)、討論區(qū)自主提問、作業(yè)、章節(jié)測(cè)試等；第二，平時(shí)表現(xiàn)成績(jī)（20%）：包括課堂出勤、互動(dòng)搶答、隨堂測(cè)驗(yàn)、小組任務(wù)等；第三，線下期末考試成績(jī)（50%）：考試內(nèi)容包括基本概念、基本理論、基本方法和綜合運(yùn)用[7]。

（六）借助信息化技術(shù)，全方位提供教學(xué)支持

在教學(xué)過程中，課程團(tuán)隊(duì)充分利用信息化技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革，主要有以下幾個(gè)方面。第一，基于智慧樹平臺(tái)自建了“結(jié)構(gòu)力學(xué)A1”在線開放課程；第二，基于在線平臺(tái)，打造了包括工程案例庫(kù)、試題庫(kù)、視頻庫(kù)等在內(nèi)的豐富的教學(xué)資源；第三，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，學(xué)生隨時(shí)自主學(xué)習(xí)在線課程，并與教師、同學(xué)進(jìn)行交流討論，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性；教師通過平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，推送視頻、課件等電子資源，極大豐富了線上教學(xué)資源；第四，課堂上，教師借助智慧樹翻轉(zhuǎn)課堂、雨課堂等開展頭腦風(fēng)暴、隨堂測(cè)驗(yàn)、知識(shí)競(jìng)答、小組討論等教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提升課堂趣味性；第五，基于平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析，教師及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)和學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行教學(xué)反思，教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)[8]。

三、基于OBE 理念的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革效果

自2018 年以來，課程團(tuán)隊(duì)開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革，并應(yīng)用于山東建筑大學(xué)土木工程專業(yè)，到目前為止，已連續(xù)應(yīng)用于三屆學(xué)生。實(shí)踐結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)力學(xué)課程自實(shí)施創(chuàng)新教學(xué)改革以來，學(xué)生參與教學(xué)的積極性和主動(dòng)性得到了極大地提高，97%的學(xué)生認(rèn)為自學(xué)能力得到提高，94%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)主觀性增強(qiáng)，80%以上學(xué)生認(rèn)為團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新拓展能力顯著優(yōu)于傳統(tǒng)課堂。另外，該課程自實(shí)施創(chuàng)新教學(xué)改革以來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)中各位老師受到督導(dǎo)員和學(xué)生的一致好評(píng)，其測(cè)評(píng)成績(jī)均為優(yōu)秀。

圖1 給出了傳統(tǒng)教學(xué)與改革后的教學(xué)學(xué)生成績(jī)對(duì)比，由圖1 可知，相對(duì)于傳統(tǒng)模式，教學(xué)改革后的學(xué)生平均成績(jī)提高15%左右，學(xué)生不及格率明顯下降。考慮到結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)研究生初試需要考核的專業(yè)基礎(chǔ)課，圖2 給出了山東建筑大學(xué)近幾年考研人數(shù)和錄取人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。由圖2 可以看出，隨著教學(xué)改革的推進(jìn)，學(xué)生考研率、錄取率明顯提升，教學(xué)成效顯著。

圖1 改革后教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生成績(jī)對(duì)比

圖2 近四年學(xué)生考研人數(shù)和錄取人數(shù)統(tǒng)計(jì)

另外，經(jīng)過教學(xué)改革創(chuàng)新，學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、電算分析素養(yǎng)、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力明顯提高，建筑信息模型（BIM）設(shè)計(jì)大賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的參與率逐年上升，并在全國(guó)及省級(jí)各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中取得了優(yōu)異成績(jī)。

課程團(tuán)隊(duì)針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中存在的“痛點(diǎn)”問題，基于OBE 理念，對(duì)整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行改革，主要包括：深化特色思政建設(shè)，構(gòu)建“QIP”三階段混合式教學(xué)模式，優(yōu)化整合課程內(nèi)容，建立“案例+實(shí)物+實(shí)踐”形象化教學(xué)方法，建立多元化課程評(píng)價(jià)體系，在教學(xué)中充分利用信息化技術(shù)。教學(xué)改革實(shí)踐表明：改革后的教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和創(chuàng)新思維，提升了學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐創(chuàng)新能力，全面提高了教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)改革成果具有較好的推廣意義。今后，社會(huì)將對(duì)土木工程專業(yè)提出更高的人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)力學(xué)作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中仍需要積極進(jìn)行教學(xué)探索與改革，以滿足人才培養(yǎng)需求。