基于成效為本的力學課程教學探索與實踐

摘"要：為解決力學課程理論與工程應用聯系弱、學生對專業感受度偏低及缺乏價值引領的問題，本文基于成效為本教學理念，提出了自主引導驅動三位一體的沉浸式教學、問題案例討論三管齊下的探究式教學以及工程理論素養三步遞進的貫穿式“三三三式”教學方法，并以“材料力學”課程為例開展教學過程實施。實踐發現，本文所提出的“三三三式”教學方法有效提高了課程的高階性和工程實用性，調動了學生的積極性和參與度，有機融合了“教書”“育人”，從而達到了知識+能力+素養綜合能力的培養目標。

關鍵詞：成效為本；教學設計；工程案例；素養培養

中圖分類號：G643""文獻標識碼：B

成效為本（Outcome"Based"Teaching"and"Learning，OBTL）指基于成果導向的教學模式，由學習結果、教學活動和結果評估構成，是通過教學活動的開展來支撐學習結果的方法或途徑［1］。“成效為本”強調以學生為中心，通過在課程中進行探索、改革與實施來提升學生思維能力，解決復雜問題的能力和創新能力等，從而培養面向未來、適應未來社會發展的高素質應用型人才［2］。黨的二十大報告中指出：“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。”2019年《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》中對一流本科課程的建設內容和要求進行了明確的闡述，要求課程需以目標為導向，提升能力，改革方法，進行科學評價［3］。因此，課程改革的目標不僅僅是傳授知識，更重要的是通過更新教學方法和措施來達到提高學生解決實際問題的能力，培養學生的知識、能力、素養綜合能力［45］。

本文以“材料力學”課程為例開展課程建設，結合我校“致力于人的全面發展，服務于區域經濟建設和社會進步”的辦學宗旨和機械工程學科特點，基于成效為本教學理念，提出“三三三式”教學方法，即“自主引導驅動三位一體的沉浸式教學”“問題案例討論三管齊下的探究式教學”“工程理論素養三步遞進的貫穿式教學”，實現知識傳授與價值觀引領同頻共振，從而提高課程的高階性以及學生的綜合能力。

1"教學痛點及改革方向

“材料力學”課程是我校機械工程學院的一門專業基礎課，面向機械設計制造及其自動化等專業開設，共計64學時4學分，課程任務是使學生掌握桿件的強度、剛度、穩定性問題的基本概念、基礎理論和分析方法。本課程的內容包括力學基本概念、軸向拉伸和壓縮、材料在拉伸和壓縮時的力學性質、受拉（壓）桿連接部分的強度計算、剪切與擠壓、扭轉、截面圖形的幾何性質、彎曲內力、彎曲應力、彎曲變形、應力狀態與強度理論、壓桿穩定等［6］。課程存在的教學痛點及對應改革方向如下。

（1）公式多、計算體量大、學生對推導公式不感興趣。材料力學理論性較強、概念抽象，學生學起來枯燥、對高等數學和大學物理有較高要求，學習難度較大。現有的材料力學教學方法有重理論、輕實踐的現象，在對學生創新能力的培養方面有所欠缺［7］。針對問題，采用“學生自主與教師引導多維度配合”，以提高課程的趣味性和參與度。

（2）理論知識與工程應用聯系弱，學生對專業的感受度偏低。理論學習與工程實際應用聯系存在脫節，案例陳舊，無法跟上快速發展的科學技術水平，導致學生分析問題和解決問題的能力不足，不能與實際工程需求良好結合。針對問題，在專業課程教學中，及時更新與專業密切相關的工程案例，提高課程的工程實用性。采用案例教學法［8］與行業需求形成精準對接，將知識點與工程案例相結合并交叉，配合實踐應用探索，加深學生學以致用的能力，提高課程的工程實用性。

（3）以傳統內容講授為主，缺乏對于學生思想素養的關注提升。針對問題，在課程教學中，以成果教育理念為導向，立足工程認證，同時為實現育人目標，需將知識+能力+素養有機融合，培養嚴謹的工程素養、精益求精的工匠精神、科技報國的家國情懷。

2"課程目標

河北科技大學機械工程學院設有機械設計制造及其自動化、過程裝備與控制工程、能源與動力工程、車輛工程、機械電子工程和增材制造工程6個本科專業，其中機械設計制造及其自動化專業為河北省品牌特色專業，通過工程教育專業認證，入選國家級一流本科專業建設點。“材料力學”課程作為專業基礎課，在“高等數學”等公共基礎課和“機械設計”等專業課之間發揮著重要橋梁的作用。通過本門課程學習，學生將達到以下教學目標（圖1）。

（1）能夠掌握強度、剛度及穩定性理論知識，能夠較熟練和較靈活地運用材料力學方法完成桿件為主的結構安全性校核、截面設計及安全許可載荷確定等工程設計計算任務，解決各類工程結構與設備中材料、構件、結構設計中的強度、剛度、穩定性等安全問題。

（2）能夠完成一個復雜機械工程問題的力學分析與預測，以理論分析為基礎，結合計算機仿真技術，培養科學分析邏輯思維、力學問題建模、力學計算及其工程應用方面的能力。

（3）能夠利用近代實驗技術對實際工程問題進行科學研究，包括實驗設計與實施、數據分析與解釋，培養學生綜合實踐能力和創新能力。

（4）培養學生感知認知社會的方法和能力，強化學生自主學習和終身學習意識，引導學生樹立正確的意識理念，把個人理想與民族復興的重任聯系起來。

3"“三三三式”教學過程與教學方法

結合課程教學痛點和課程目標，以“材料力學”課程為例，提出“三三三式”教學方法，其建設思路和具體教學實施過程如下。

3.1"自主引導驅動三位一體的沉浸式教學

課前以基礎知識為核心，充分利用在線優秀課程資源，如學習通、中國大學生慕課等，鼓勵學生開展自主學習。課中采用教師引導，以工程應用為核心開展課堂教學，結合相關工程實例，探索課程內容，挖掘教學素材，啟發學生創新思維的知識點和創新點，激發學生興趣。課后以科研、學科競賽為核心進行延伸學習，在課后指導學生對與學科相關的前沿內容進行初步探索和參加學科競賽，以達到以賽促教、培養學生科學創新能力的目的。

3.2"問題案例討論三管齊下的探究式教學

（1）問題導出式教學：在進行課程新內容之前進行知識回顧和導入模塊。例如在講授彎曲強度內容時，通過介紹世界最長跨海大橋——港珠澳大橋的創新設計引出彎曲強度的概念及工程強度的重要性。

（2）工程案例式教學：工程結構的可靠性、安全性與力學計算密不可分，借助相關的工程案例可提高學生的專業認可度。如講授彎曲變形內容時，介紹有世界第一高橋美譽的北盤江大橋、世界最大跨徑1800型波形鋼腹板連續剛構橋——飛龍大橋等案例，加強學生對工程需求的理解，培養學生學以致用的能力。

（3）互動討論式教學：在課堂活動中借助學習通APP的選人、分組討論等功能，開展趣味問答或翻轉課堂，或安排力學分析計算大作業組織學生進行PPT答辯匯報等教學方法。這可以加強互動，充分調動學生的學習積極性和課堂參與度。

3.3"工程理論素養三步遞進的貫穿式教學

在課程建設過程中，深入挖掘與課程相關的育人元素，培養學生求真、務實、嚴謹的科學精神，建立科技報國意識。例如在講授彎曲內力內容時，在支座位置一致條件下，理論計算表明，當作用力為一個集中力時，其最大彎矩Mmax=Pl4；當作用等效大小的分散載荷時，其最大彎矩Mmax=Pl8，內力降低了一半，證明分散載荷的措施可有效提高梁的彎曲強度（圖2）。那么理論是如何與工程實際結合的呢？例如，多軸重型卡車的結構設計即采用了分散載荷的原理，將“工程”和“理論”建立了聯系。

4"課程成績評定方式

多元化考核方式由40%過程考核和60%期末考核組成，如圖3所示，加大過程考核力度。過程考核包括課堂活動、力學實驗、學科競賽、研究報告等，將這些納入綜合成績考量中，鼓勵學生參與實踐應用，引導學生進行探究式與個性化的學習，培養學生解決復雜問題的能力，加強課程的廣度和深度。

5"改革成效及創新點

（1）自主引導驅動三位一體的沉浸式教學提高了學生參與的積極性和體驗感，基于學生的學科背景，引入密切相關的前沿問題，有效地培養學生的綜合素養。

（2）問題案例討論三管齊下的探究式教學提高了學生解決工程問題的能力，極大地提高了學生參與的熱情及專業認同感。學校通過調研發現，問題案例討論三管齊下的探究式教學也有效地提高了學生和企業的雙向就業滿意度。

（3）工程理論素養三步遞進的貫穿式教學提高了學生的家國情懷和能力素養，通過深入挖掘教學環節中的社會責任、法治意識、人文精神等育人元素，實現知識傳授與價值觀引領同頻共振。

結語

本文基于成效為本教學理念，提出了自主引導驅動三位一體的沉浸式教學、問題案例討論三管齊下的探究式教學以及工程理論素養三步遞進的貫穿式教學“三三三式”教學方法，并以“材料力學”課程為例開展教學過程實施。教學實踐表明，所提出的方法一方面提高了學生的學習興趣和積極性；另一方面提高了課程的高階性、創新性和挑戰度，在傳授知識的基礎上進一步提高了學生解決復雜問題的工程應用能力和求實創新的科學素養。

參考文獻：

［1］趙立，龔長蘭.成效為本課程（OBTL）特色元素的應用與實踐：以《中國四川西部民居與內地建筑新技術的運用》為例［J］.產業與科技論壇，2021，20（01）：189190.

［2］馬世博，韓景元，魏素娜，等.基于成效文本的課程改革建設與實施［J］.中國教育技術裝備，2023（14）：103107.

［3］教育部.關于一流本科課程建設的實施意見［A/OL］.（20200605）［20201115］.https：//www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5480494.htm？ivk_sa=1023197a.

［4］劉玲.高校課程思政的資源及開發研究：基于《高等學校課程思政建設指導綱要》分析［J］.高教學刊，2021，7（19）：164167.

［5］韓鐵林，馬凱，胡義鋒，等.新工科背景下材料力學課程教學改革與實踐［J］.力學與實踐，2024，46（5）：10961107.

［6］梁建術，李欣業.材料力學［M］.北京：中國鐵道出版社，2017.

［7］寧志華，黃世清.新工科背景下“材料力學”課程“金課”建設的教學探索與實踐［J］.教育教學論壇，2023（49）：9194.

［8］張琳琳，楊光，李玥華，等.案例教學法在有限元課程中的探索與實踐［J］.中國教育技術裝備，2024（10）：5860+64.

項目來源：河北科技大學教改項目“基于成效為本教學理念的力學課程建設與教學改革研究”（編號：2022YB11）；2024年河北省研究生示范課程立項建設項目（編號：KCJSX2024086）

作者簡介：張琳琳（1988—"），女，漢族，山東泰安人，博士研究生，副教授，研究方向：力學。

*通信作者：時光磊（1987—"），男，漢族，河北涿州人，博士研究生，講師，研究方向：力學。