基于工程教育認證的“機械結構有限元分析”翻轉課堂教學改革

李樹森 周梓健 曹有為

摘? ? 要：文章基于工程教育專業認證的理念，從產出導向（OBE）的教育理念出發確定了教學改革目標，從以學生為中心的理念出發進行了“機械結構有限元分析”翻轉課堂教學改革，以持續改進的理念為中心進行課程目標達成度分析反饋。圍繞畢業要求指標點開展翻轉課堂教學改革，在教學實踐中取得了較好效果，形成一套不斷自我完善、可持續發展的教學運行新機制，為提高本科教學質量奠定了基礎。

關鍵詞：工程教育認證;翻轉課堂;機械結構有限元分析

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2020）01-0023-02

2016年6月， 我國正式加入“華盛頓協議”，這意味著我國高校工科本科專業得到國際高等工程教育專業認證體系的認可[1]。截至2017年底，教育部高等教育教學評估中心和中國工程教育專業認證協會共認證了全國198所高校的846個工科專業。工程教育專業認證是促進我國工程師按照國際標準培養以及提高工程技術人才培養質量的重要舉措， 對我國工程技術領域人才培養走向世界具有重要意義[2]。工程教育專業認證標準以“產出導向（OBE）”“以學生為中心”和“持續改進”為核心理念， 要求一切教育活動圍繞培養學生的畢業要求和學生畢業后五年的培養目標為導向開展[3]。

翻轉課堂是翻轉傳統課堂教學結構， 讓學習者課前完成知識自學， 課上深化理解、內化知識的一種新型教學模式[4]。翻轉課堂教學模式因其關注學生的中心地位、重視課堂教學效率的提升、關注知識內化等先進的教育理念而受到了研究者和實踐者的廣泛認同[5]。同時，各種形式的開放教育資源 如可汗學院、TED、耶魯大學公開課、MOOC、國家級精品課等推動了翻轉課堂的井噴式發展[6]。

本文以工程教育專業認證的三大核心理念為中心，基于產出導向的思想確定了改革針對的主要問題，基于以學生為中心的思想進行了翻轉課堂教學模式改革，基于持續改進的思想進行了課程目標達成度分析，緊緊圍繞工程教育專業認證核心思想開展教學模式改革，以滿足社會對應用型人才的需求[7]。

一、“機械結構有限元分析”課程教學現狀

各地方院校從20世紀90年代開始陸續增設“機械結構有限元分析”課程，主要以冗長的理論教學為主，隨后的教學改革中逐步加入了案例式教學等輔助教手段，但是收效甚微。基于工程教育專業認證產出導向的思想，根據多年的教學實踐發現主要存在以下四個方面的問題。

1.專業知識掌握不夠全面，理解較淺。

2.主觀能動性較差，缺乏終生學習的能力。

3.研究解決工程問題的能力有所欠缺。

4.分析改進工程問題解決方案的能力較弱。

針對以上四點突出問題，基于工程教育專業認證以學生為中心的理念，采用新興的翻轉課堂教學模式，通過教學資源精選，課前預習，課堂內化和課后復習四大環節對學生的工程知識、終生學習、研究及問題分析能力進行著重培養。

二、基于工程教育認證的“機械結構有限元

分析”翻轉課堂教學改革

教學資源精簡 對“機械結構有限元分析”課程的理論內容進行精簡，針對勢能極小原理、平面問題的直接離散化方法等重點、難點問題進行深入的講解并錄制成微課視頻傳到網絡平臺;針對靜力結構等易于理解的問題進行簡單講解，主要結合學生自學完成，以培養學生獨立學習的能力[8]。內容的選擇上針對主要問題進行講解，簡單問題由學生自主學習完成，突出對學習方法和能力的培養。教學內容精簡環節是針對工程教育專業認證畢業要求中的“工程知識”指標點。

課前預習 學生通過在網絡平臺上學習教師提前錄制的微課視頻并完成習題測試，網絡平臺將學生的學習情況反饋給教師。教師結合以往的教學經驗和網絡平臺的反饋數據，進而確定課堂教學的主要內容。課前預習環節針對的是工程教育專業認證畢業要求中 “終生學習”的指標點。

課堂內化。課堂教學一般為兩個學時，第一個學時教師先由實際的工程案例引出所需要的理論公式，通過對理論公式的講解，最后回歸到需要解決的實際工程案例中。例如在講解桿梁結構的受力分析時，通過對訂書釘壓入紙張時的受力分析，引出桿梁結構的有限元分析方法;第二個學時針對老師提出的工程問題進行小組討論，然后以書面報告的形式上交。課堂內化環節針對的是工程教育專業認證畢業要求中“研究”的標點。

課后復習。課后教師根據課堂所講理論內容在網絡平臺上發布多個實際工程案例分析題目，由學生運用Ansys仿真軟件獨立完成，以培養學生運用仿真軟件解決實際問題的能力。例如通過對桿梁結構的有限元分析方法的講解，由學生運用軟件獨立對類似結構的鐵路橋梁進行受力分析[9]。教師根據平臺的反饋情況結合學生的課堂表現對錄制的微課視頻內容進行適當的調整，不斷完善后期的教學過程。課后復習環節針對的是工程教育專業認證畢業要求中“問題分析”的指標點。

運用翻轉課堂的新型教學模式，基于工程教育專業認證標準以學生為中心的基本思想，在教學中始終堅持從實際案例中來，到實際案例中去的思路，對“機械結構有限元分析”課程的教學方法進行了改革[10]。

三、“機械結構有限元分析”課程目標達成度分析

基于工程教育專業認證持續改進的核心理念，從工程知識、問題分析、研究及終生學習四個方面對學生的學習成果進行線性研究，如圖1所示，建立了“評價—反饋—改進”的閉環持續改進機制。通過2016年曲線可知，自2015年實施課程改革以來，學生的各項能力有較大的提升，但是終生學習的能力提升較為緩慢。因此在2017年的翻轉課堂教學中，加大了課前預習環節的權重，從2017年曲線可知，學生的終生學習能力有了明顯的提升。但是相比于研究和終生學習能力，工程知識與問題分析能力提升較少。因此在2018年的翻轉課堂教學中，加大了教學內容精簡與課后復習環節的權重，從2018年曲線可知，學生的工程知識與問題分析能力有了較大的提升，表明基于工程教育專業認證的“機械結構有限元分析”翻轉課堂教學模式改革取得了預期的成果。

四、結論

本文基于工程教育專業認證思想，緊緊圍繞工程教育專業認證標準以學生為中心、產出導向（OBE）和持續改進的核心理念。以產出導向的理念為基石，確定了改革針對的四種問題;從以學生為中心的理念出發采用了新型的翻轉課堂教學模式，圍繞畢業要求指標點的工程知識、終生學習、研究及問題分析四項指標開展翻轉課堂教學改革環節;基于持續改進的理念對學生的學習情況進行了課程目標達成度評價分析，建立了“評價—反饋—改進”的閉環持續改進機制。通過翻轉課堂的教學模式改革，充分發揮了學生學習的自主性。為該課程在進行工程教育專業認證建設中課程體系的改革建設提供了一定的參考依據。

參考文獻：

[1]陳濤，邵云飛.理念與現實：我國高等工程教育加入《華盛頓協議》后的發展趨向探析[J].高校教育管理，2018，（1）.

[2]孫晶，張偉，任宗金，等.工程教育專業認證畢業要求達成度的成果導向評價[J].清華大學教育研究，2017，（4）.

[3]劉寶，李貞剛，阮伯興.基于工程教育專業認證的大學課堂教學模式改革[J].黑龍江高教研究，2017，（4）.

[4]孫春玲，許芝衛.工程造價專業認證中工程倫理標準設置與評價研究[J].高等工程教育研究，2018，（4）.

[5]朱正偉，李茂國.面向新工業革命的中國工程教育發展戰略研究[J].中國高教研究，2018，（3）.

[6]林健，鄭麗娜.從大國邁向強國：改革開放40年中國工程教育[J].清華大學教育研究，2018，（2）.

[7]李樹森，任毅.基于工程教育認證的機械結構ANSYS課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2016，（51）.

[8]李樹森，曾劍鋒，張恩惠.“有限元法”課程教學改革與實踐[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2014，（2）.

[9]丁子珊，錢煒.基于工程教育認證的高校教師教學與科研關系探究[J].中國高等教育評估，2017，（4）.

[10]陳群.創新校內專業評估 加快建設高水平地方領軍型大學[J].中國高等教育，2018，（9）.