OBE理念下工程力學教學研究

□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向教學理念，通常被翻譯為能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育。OBE理念適應了社會經濟發展，特別是企業界對人才的需求，被認為是追求卓越教育的正確方向。美國工程教育認證協會（ABET）全面接受了OBE的理念，并將其貫穿工程教育認證標準的始終。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用。按照OBE理念，教師可以得出課程的教學設計、教學組織以及教學實施的目標就是學生最后所取得的學習成果（Learning outcomes），因此OBE關注如下四個方面問題：教師想讓學生取得的學習成果是什么；為什么要讓學生取得這樣的學習成果；如何有效地幫助學生取得這些學習成果；如何知道學生已經取得了這些學習成果，并依次細分教學內容和教學環節關聯矩陣，持續改進教學效果[2]。

一、工程力學課程的教學現狀分析

工程力學是機械、土木、交通運輸類等工科專業的專業技術基礎課程，對于新材料研制、生物力學、環境材料等新領域的開發與探索起著十分重要的作用。但當前工程力學課程的教學現狀與其應該起到的作用是不相符的。主要表現在以下幾個方面：首先，隨著國民經濟產業結構的轉型、優化、升級，教育教學改革的不斷推進，工科專業的課程體系做了相應的調整，從變化的結果來看，普遍理論學時下調，實踐環節大幅度增加，但目前的工程力學教學還不能滿足變化的需求，講授內容和所要達到的教學目標之間的矛盾突出。其次“以學生為中心”的教學理念基本沒有形成，沒有形成良好的課堂互動環境，翻轉課堂等現代教學方式幾乎沒有應用，授課方式仍然以課堂的“灌輸式”為主，教師在講臺上拼命講解，學生坐在下面默不作聲的“單方面沉默式課堂”普遍存在。再次，講授內容與實際應用脫節，課內實驗學時偏少，學生學習過程中具有較大的盲目性，不知道所學的知識應該怎樣應用或者在后續的課程中將用到哪里。最后，課程的考核方式單一，仍然是以理論作業和出勤等方面作為平時成績，大約占30%，期末考試大約占70%，其中理論推導偏多，實踐能力等過程考核偏少或幾乎沒有體現，無法達到課程教學目標[3]。

二、OBE理念下工程力學教學研究

1.工程力學課程的教學目標。按照OBE工程教育理念，教師首先需要思考工程力學課程想讓學生取得的學習成果是什么？為什么要讓學生取得這樣的學習成果？為了能夠弄清楚上述兩個問題，筆者研究了華北理工大學、河南科技學院、河南工程學院、金陵科技學院、唐山學院等學校相關工科專業的人才培養方案，并與一些專業老師進行了充分交流。首先從各校的培養方案中我們可以看出一個共性的問題，不同學校、不同專業雖然都開設工程力學，但課程的學時卻有著非常大的差別，以唐山學院為例，目前共有26個工科專業，其中有14個專業開設了工程力學課程。在2017級人才培養方案中可以看出，從機械設計制造及其自動化專業的128學時到無機非金屬材料專業的30學時，學時跨度整整相差近100學時。如此大的學時差別反映出不同專業對工程力學教學要求是不同的，也就是說要求學生學習課程后掌握的知識的程度、范圍等方面是不相同的。例如，機械類專業和土木類專業要求較高，大都要求通過該課程的學習使學生掌握各類工程問題的分析和計算方法，掌握并運用變形體力學的知識，在保證構件或結構滿足安全性要求的前提下，以最經濟的代價為合理設計構件或結構，選擇適宜的材料提供必要的理論基礎、計算方法與實驗技術。掌握將工程實際構件抽象為力學模型的方法以及桿件強度、剛度和穩定性問題的計算方法。工程管理、工程造價、給排水科學與工程、建筑環境與能源應用工程等專業與土木工程專業密切相關，但相比土木工程專業，對工程力學掌握的要求有所降低。環境工程和無機非金屬材料專業要求進一步下降，主要為學習環境工程機械及材料熱工設備等專業課程打基礎，要求學生掌握靜力學部分即可。

2.工程力學教學方法探究。不同專業開設工程力學課程的目標不同，按照OBE理念，第二步是如何有效地幫助學生取得學習成果？經過長期的教學研究和教學實踐，可從以下三個方面進行：

（1）積極轉變教學理念。教師需要思考怎樣解決當前課堂教學中以教師為中心，“單方面沉默式課堂”的問題。解決這個問題，教師需要從課堂教學的“主演”變為“導演”，使學生變為“演員”。在教學過程中教師充分發揮指導作用，將沉默式課堂變為對話式課堂，質疑式的課堂。把教師當前這種單方面知識輸出變為知識的多向交流，力爭達到教師與同學之間、同學與同學之間知識的對話、思維的對話[2]。此外，教師在教學過程中還要根據專業背景、專業需求等方面要求，個性化培養，鼓勵學生創新，充分體現工程教育的理念，實現從知識課堂向能力課堂轉變。

（2）引入現代的教學方式和教學組織形式。實現教師和學生角色的轉變，打破沉默式的課堂，將課堂變為對話式的課堂、質疑式的課堂、開放式的課堂需要我們在一定程度上改變當前的授課方式和教學形式。教學需要積極引入和制作在線課程等網絡教學資源，利用學校的網絡課程平臺進行翻轉課堂教學，將工程力學的授課方式變為“網絡課程學習+學生間討論+課堂教學及討論”的多種方式組合模式。當然，三種教學方式的比重需要教師根據不同專業、不同章節的實際情況進行調整。此外，教師應該充分利用網絡課程平臺或手機課程平臺（例如學習通）的各種教學功能，實現教學資源的推送、教學問題討論等。這樣，同一門課程也可以有不一樣的呈現方式，同時也可以拓展教學時空，激發學習者的學習積極性和自主性，取得事半功倍的效果。

（3）優化課程內容。課程教學內容首先要與專業培養目標、能力要求一致，因此不同專業的工程力學課程都需要認真制定與培養要求一致的教學內容，科學設計課程結構，合理分配理論力學和材料力學兩門課程中的內容及講授順序。教師應積極建設符合本校學生的網絡課程資源，對課程知識點要重新梳理、重新設計，“顆粒化”組織教學內容及資源。網絡課程資源盡可能采取“微視頻+圖片+多媒體動畫”等“富媒體化”呈現方式，要針對各模塊知識點或專題設置相應的作業題或討論題，借鑒一些網絡游戲體驗方法和激勵規則，在幫助學習者掌握學習內容或測試學習效果的同時還增加學習的趣味性。教師要通過網絡課程平臺所提供的課程學習情況大數據分析發現學習者學習中的問題，以給予個性化的指導[4]。教師在授課過程要突出工程力學在工程實際中的應用，培養學生對于工程的整體認知，引導學生的工程思維。同時加強課內實驗訓練，適當增加設計性實驗，讓學生通過小組內討論交流，綜合利用荷載計算、強度設計等方面理論知識自主設計實驗方案。

3.工程力學教學效果的檢驗及改進。前面論述的教學理念的轉變、教學手段的改進、教學組織形式的設計、教學內容等資源的重組與建設都是為了更好地實現教學目標，因此檢驗教學效果是否達到目標要求是極為關鍵的一步。首先現有的工程力學大多為“一考定結果”的考核方式，這種考核方式缺乏科學的設計，不能全面考察學生的學習情況，需要建立一套較為完善的、符合學生情況、專業特點的考核體系。例如，對于課程的考核需要貫穿整個教學過程，加大能力考核的比重，增加學生在學習過程中思維、設計、創新、協作等方面考核的比重。其次，鼓勵或引導學生積極參加各類的力學競賽，通過競賽的方式一方面可以較好地檢驗學生掌握知識的情況，另一方面也可以進一步提高學生創新能力和實踐能力。與“工程力學”相關的競賽有許多，如各省大學生力學競賽、結構設計競賽等，其中全國周培源大學生力學競賽是當前影響力最大的與工程力學相關的競賽。筆者通過多次組織校級力學競賽并指導學生參加省級競賽，學生學習力學的興趣明顯增強，分析、解決實際問題的能力得到了較大的提高[5]。最后，教學本身是一個循環過程，教學效果正好是教學過程的反饋。教師需要根據教學效果來修正或改進之前教學過程中存在的問題。通過教學效果的反饋，持續地改進教學活動，可以保障教學目標始終與畢業要求相符合，始終符合社會發展的需要，能夠與時俱進。

綜上所述，對于工程力學教學的研究與實踐是一個永無止境的過程，需要教師通過不斷的教學實踐，總結出符合本學校的一套教學方案，在借鑒和吸收其他學校優秀的教學經驗同時絕不可完全照搬，否則只能適得其反。無論學者或教師通過怎樣的方式對工程力學進行研究和探索，有一點是大家的共識，工程力學教學在注重理論知識的同時，要使學生充分了解工程力學在工程實踐中的作用，強化學生的實踐能力、設計能力和創新能力，更好地為各專業的工程服務。

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

[2]李志義.適應認證要求推進工程教育教學改革[J].中國大學教學，2014，（6）:9-16.

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

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

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