新工科下路橋專業實踐類課程OBE教學模式研究★

雷虎軍，林上順，王文平

(福建工程學院土木工程學院，福建 福州 350118)

隨著科技的進步，傳統的土木工程行業也面臨新技術、新工藝、新產品的強烈沖擊，新工科建設在這種背景下應運而生[1-4]。在新工科建設的大環境下，各行各業都面臨前所未有的挑戰與機遇，如何培養符合新時代土木工程行業需求的工程技術人才是我們面臨的主要任務[5-7]。

道路橋梁與渡河工程專業(簡稱路橋工程專業)屬國家特設專業，是土木工程專業的重要分支之一，它具有土木工程的所有屬性，都對學生的實踐能力要求極高。因此，實踐類課程教學在路橋工程專業人才的培養體系中發揮著舉足輕重的作用。此外，我校屬應用型本科高校，尤其注重學生實踐能力的培養，這是我校的特色和優勢。福建工程學院從2016年開始招收路橋工程專業學生，其培養目標為“培養適應社會需要，具備道路與橋梁設計、施工、養護、管理等方面知識及相關研究能力的應用型高級專門人才”，并以“應用型高級專門人才培養”作為我們的特色和優勢。因此，根據培養目標我們設置了各式各樣的實踐類課程，在最新的2018版路橋工程專業培養方案中實踐類課程的學分數達39.5個，占總學分的30.8%。實踐類課程學分多、占比大、任務重，其教學效果好壞是其培養目標能否達成的關鍵。然而，對于路橋工程專業的實踐類課程，目前我們仍沿用傳統的教學模式，以老師授課、學生被動聽課為主。傳統的教育理念更新緩慢、教學模式單一、教學內容陳舊、教學方法落后，使得課程的教學效果不佳，學生學而不用、動手能力差、業務生疏，到工程單位后無法體現我校應用型本科高校人才培養的特色和優勢。

因此，在新工科背景下，對傳統的路橋工程專業實踐類課程進行綜合改革，研究新的教學模式迫在眉睫，這也是推進路橋工程專業新工科建設的必由之路[8-10]。以成果產出為導向的OBE(Outcome-Based Education)教育理念為路橋工程專業實踐類課程的教學模式改革提供了新思路，本文的研究成果可為同類高校路橋工程專業的實踐類課程教學提供參考，推動應用型高校路橋工程專業的新工科建設。

1 OBE教育理念

成果導向教育簡稱OBE，它是一種教育理念，更是一種思維方式。OBE最早源于美國，由Spady提出[11-13]，經過近10年的發展已具有完備的理論體系，目前美國工程教育認證協會已全部接受OBE理念，并將其貫穿于工程教育認證標準的始終。我國于2013年6月正式被納入“華盛頓協議”，用OBE理念引導工程教育改革對于提升我國當前的工程教育水平具有重要意義。

OBE主要強調4個基本問題：我們想讓學生取得什么學習成果、我們為什么要讓學生取得這樣的學習成果、我們如何有效地幫助學生取得這些學習成果以及我們如何知道學生已經取得了這些學習成果。這4個基本問題實際上是在表達：學什么、為什么學、怎么學和學得怎么樣，并且所有內容都以學生為中心，以成果為導向。成果導向教育強調的是理解而非機械性的記憶，更加突出創造性思維能力、分析與綜合能力、策劃與組織能力等高階能力的培養。當前，在新工科背景下如何將OBE理念與實踐類課程教學深度融合，形成新的教學模式，提升實踐類課程的教學效果，是培養新時代應用型高級專門人才的關鍵[14-17]。

2 基于OBE理念的教學模式探索

OBE的核心是以學生為中心,重在成果產出。因此，針對實踐類課程實施OBE教育的關鍵步驟可歸納為：確定學習成果、構建課程體系、確定教學策略、自我參照評價。本文據此以路橋工程新工科建設為切入點，針對路橋工程實踐類課程提出明確的OBE教學模式改革方法，即：基于OBE理念確定教學目標，在此基礎上通過調研重大工程項目進行課程內容改革、研究新的教學方法、構建多維評價指標和評價體系，建立路橋專業實踐類課程的OBE教學模式。

以我校路橋工程專業的典型實踐類課程《路橋工程工藝技能訓練》為例，探討基于OBE理念的課程目標、課程內容、教學方法和多維評價體系的確定方法，具體實施流程如圖1所示。

2.1 課程目標

根據我校路橋工程專業培養方案(2018版)，《路橋工程工藝技能訓練》是在大三下學期開設的實踐類課程，共2個學分。在此之前，學生已完成混凝土結構設計原理、鋼及組合結構設計原理、路基路面工程、橋梁工程、鋼橋等專業基礎課和專業課的學習，已掌握一定的道路和橋梁專業知識。《路橋工程工藝技能訓練》原有的課程目標為：

1)在實踐中正確理解和掌握橋梁和道路施工的流程、方法、技術、質量要求。

2)了解道路和橋梁的施工工藝，熟悉常用施工機械的使用要求和方法，培養學生的動手能力、實踐能力、解決實際問題的能力。

3)增強勞動觀念，培養吃苦耐勞、團結互助、勇于進取的良好作風和思想品德。

原有的課程目標可能存在以下問題：學生的學習目標不夠明確，學習成果不夠具體，不利于課程目標的達成。《路橋工程工藝技能訓練》只是路橋工程專業培養方案中眾多實踐環節的一環，而對于學生實踐能力的培養，它是一個系統工程，需考慮所有實踐類課程的綜合效果。因此，在確定該課程的課程目標前，首先應確定路橋工程專業人才培養的基本目標，在此基礎上明確該課程對基本目標的支撐作用，從而有針對性地提出課程目標。

我校屬應用型本科高校，培養應用型高級專業人才是我們的基本任務。據此，采用反向思維法，以當前的新工科建設為背景，對在校學生、校友、專業老師以及用人單位等進行跟蹤調研，充分考慮各類目標人群對路橋工程專業培養目標的關注點，提出了我校路橋工程專業人才培養的基本目標：培養適應社會現代化建設需要，具有正確的世界觀、人生觀、價值觀和良好政治思想品質，具有較好基礎理論、較寬專業知識、較強實踐能力與創新能力和一定國際視野的面向未來的高素質專門人才。因此，《路橋工程工藝技能訓練》應對培養目標中的實踐能力和創新能力起支撐作用，其課程內容應具有一定的前瞻性，以便培養學生的國際視野。

此外，根據路橋工程專業培養方案(2018版)，在《路橋工程工藝技能訓練》之前，除了各個理論課程配套的課程設計外，并沒有開設其他綜合類的實踐課程。因此，《路橋工程工藝技能訓練》的課程目標還應立足于培養學生的綜合能力。在此基礎上，提出了《路橋工程工藝技能訓練》的課程目標，見表1。

表1 課程目標

通過對比原有課程目標和新的課程目標可以發現：新的課程目標對于課程學習成果的展示更為具體，更加符合OBE的教育理念。由此可見，基于OBE教育理念調整培養目標，明確實踐課程對培養目標的支撐作用，在此基礎上重構課程目標的方法是可行的。

2.2 課程內容

新工科建設的核心是“新”。對于實踐類課程，其最終目的是培養學生的實踐能力和創新意識，因此其課程內容應緊密聯系工程實際，讓當前行業的主流技術走進課堂，將實際工程與課程教學緊密聯系，最大化提升課程的內容質量。在新工科背景下，實踐類課程的教學內容確定流程如下：

1)通過查閱資料、走訪調研行業重大工程項目，總結路橋工程行業目前采用的新技術、新產品和新工藝。

2)根據總結的新技術、新產品和新工藝設計調查問卷，有針對性地進行行業專家、工程建設人員、工程管理人員和工程設計人員的摸底調查，得到行業需求最高的新技術和新工藝。

3)根據調查結果，緊密結合課程目標，重新制定實踐類課程的教學大綱。在教學大綱的制定過程中，注重學生創新意識的培養，細化教學目標，明確教學目標對學生畢業要求的支撐關系，將OBE理念與課程教學大綱深度融合。

對于路橋行業，當前我國正在建設一大批重大工程，例如：深中(深圳市—中山市)通道、川藏(四川省—西藏)鐵路、福廈(福州—廈門)高鐵等。深中通道是一個橋-島-隧-地下互通的超級集群工程，其中橋梁全長16.9 km，工程難度之大、技術之復雜世界罕見；川藏鐵路東起成都、西至拉薩，地形高差大、地質復雜，是我國進藏的第二條鐵路，建設過程中面臨季節性凍土、高原缺氧、生態環保等世界級難題；福廈高鐵是福建省內第一條時速350 km/h的高速鐵路，也是沿海高速鐵路通道的重要組成部分，在建設中面臨復雜的海洋環境和季節性臺風，尤其是跨海高鐵橋梁的修建極具挑戰。

通過調查發現：“裝配式”“無損檢測”“智能材料”是目前路橋工程行業的主題詞。在復雜環境下，裝配式結構能夠通過工廠化預制-現場拼裝實現快速施工,減小惡劣環境的影響；“無損檢測”可以構建結構的健康監測系統，實時監測結構的運營狀態；“智能材料”可用于特殊路段，形成具有特殊功能的新型路面結構。據此，我們以《路橋工程工藝技能訓練》為例，設計了三項課程內容，見表2。

表2 課程內容

具體而言：課程內容1，可以培養學生的動手能力，熟悉裝配式結構的施工流程、連接構造和靜力行為；課程內容2，學生可以進行無損檢測實驗，培養其分析與綜合能力；課程內容3，可以開拓學生的創新思維，培養學生解決實際問題的能力。由此可見，對于實踐類課程，通過對標行業需求來重構課程內容是實現路橋行業關鍵性技術與課堂教學內容深度融合的有效途徑。

2.3 教學方法

對于實踐類課程，其核心目的是培養學生的動手能力、綜合能力和創新思維，其中教學方法是教學效果好壞的關鍵。傳統的教學模式主要以老師講解、學生動手操作為主，實際上是一種被動學習，學生可能存在理解不深入、操作不熟練、慣性思維等一系列問題，如何改變這一現狀、研究新的教學方法、提升實踐類課程的教學質量是培養應用型高級專門人才的關鍵。

OBE理念強調以學生為中心，據此我們提出將實踐類課程的教學分為3個階段：虛擬仿真、現場實驗和課后展示。首先，充分借助我校的國家級虛擬仿真實驗平臺(http://tmxnfz.fjut.edu.cn/)，在課前通過虛擬仿真實驗，讓學生深入了解實驗原理、熟悉實驗過程、創新實驗方法，將學生被動學習變為主動學習。在此基礎上，進行現場實驗，讓每位同學自主進行實驗操作，掌握實驗方法，分析實驗數據，撰寫實驗報告。最后進行課后展示，讓學生根據實驗內容分階段制作PPT，展示實驗成果，闡明其知識應用和創新性，總結心得體會，從而實現“虛擬仿真”+“現場實驗”+“課后展示”的混合式教學。這種方法讓實踐類課程的教學更加生動、靈活，并實現了虛擬仿真與現場實驗的深度融合，更容易達到課程的學習目標。基于虛實深度融合的實踐類課程教學方法見圖2。

具體到《路橋工程工藝技能訓練》課程，要實現虛實深度融合的課程教學，首先應根據課程內容開發合適的虛擬仿真項目，并將其植入虛擬仿真平臺。在此基礎上設計現場實驗，現場實驗應充分考慮學生的自主性，圍繞課程目標讓學生自主開展實驗，全面培養學生的動手能力、綜合能力和創新思維，提升教學效果。

2.4 多維評價體系

評價指標及其評價體系是課程學習的指揮棒，傳統的評價指標多以實驗操作或實驗結果等單一指標進行評價，不能體現學生的學習過程、綜合能力和創新能力。在OBE教育理念中，強調多元和梯次評價，更加強調個人的進步而非學生間的比較。據此，我們針對實踐類課程提出采用操作水平、知識應用和創新性3個維度來綜合評價學生的學習成果，并根據教學方法將評價階段細分為虛擬仿真、現場實驗和課后展示3個階段。以《路橋工程工藝技能訓練》課程為例，根據新的教學目標和教學內容，重構了多維評價體系，見表3。

表3 多維評價體系

具體而言，在虛擬仿真階段，要求學生進行自我評價，充分了解自身的不足，深入了解實驗原理，夯實基礎；現場實驗階段開展小組成員間的互評，評價他人的同時進行自我反思，加深對實驗現象的理解；而課后展示階段以指導老師的評價為主，讓老師能夠充分了解學生的學習成果，為改進教學方法、優化課程內容和提高教學質量做準備。對于評價結果，按照評價等級分為3級：A,B和C，并不給定具體的分數，最終成績綜合自評、互評和指導老師評價得出。按照“操作水平”“知識應用”和“創新性”3個維度進行分階段評價可大大提升學生課程學習的積極性且符合OBE教育理念。

3 改革效果

根據上述改革方法，我們修訂了《路橋工程工藝技能訓練》的課程目標，重新制定了教學大綱，并在2021年6月，針對我校2018級路橋工程專業54名學生的《路橋工程工藝技能訓練》課程采用了新的教學方法和評價體系。總體而言，對于課程的教學質量提升有如下感受：

1)通過增加虛擬仿真實驗階段，學生的參與度更高，將完全的被動學習變成了主動學習，且學生對知識點的理解更加深刻。

2)學生更愿意主動去了解實驗原理、摸索實驗儀器并進行現場實驗，以驗證虛擬仿真的實驗結果，并能主動分析實驗結果的好壞及原因。

3)通過課后展示能夠直接了解學生的學習效果，并能培養學生的綜合能力，還能直接發現課程教學的瑕疵，并進行持續改進。

由此可見，對于實踐類課程，本文的改革思路是可行的，基于OBE的教學模式可大幅提升其教學質量，促進路橋專業新工科人才的培養。

4 結論

面對新工科背景下路橋工程專業實踐類課程教學模式亟待更新的問題，基于OBE理念提出了實踐類課程教學模式的改革方法，包括課程目標、課程內容、教學方法和多維評價體系，具體如下：

1)以當前的新工科建設為背景，采用反向思維法，對各類目標人群進行走訪調研，修訂了路橋工程專業的培養目標，在此基礎上通過融入OBE理念，重新制定了課程目標。

2)以當前行業的技術需求為切入點，實現了實踐類課程的內容重構。對于路橋行業，“裝配式”“無損檢測”“智能材料”是目前路橋工程行業的主題詞。

3)提出了“虛擬仿真”+“現場實驗”+“課后展示”的混合式教學方法，實現了虛擬仿真與現場實驗的深度融合，能夠讓學生深入了解實驗原理、熟悉實驗過程、創新實驗方法，將學生被動學習變為主動探索。

4)優化了課程評價體系，提出采用“操作水平”“知識應用”和“創新性”三個維度代替原有的單一維度進行分階段評價，可大大提高學生的學習積極性。

本文對于實踐類課程的OBE教學模式進行了深入研究，其有效性尚需更多時間進行驗證，才能進行推廣，全面提升實踐類課程的教學質量。