基于成果導向的“結構力學”課程改革與實踐

冉然 劉燕 周楚兵

摘?要：本文從構建體系、豐富資源、轉變評價三個方面入手，踐行成果導向教學（OBE）模式，反向教學設計，充分發揮學生主體性，鍛煉學生創新實踐能力、組織策劃能力，提高課程目標達成度，為土木工程專業應用型人才培養打下堅實基礎。

關鍵詞：成果導向；結構力學；教學改革；應用型本科

Abstract：Starting from three aspects of building a system，enriching resources，and transforming evaluation to practice the Outcome-Based-Education（OBE）model.Reverse teaching design，give full play to students' subjectivity，exercise students' innovative practice ability，organizational planning ability，and improve the attainment of course objectives，so as to lay a solid foundation for the cultivation of applied talents in civil engineering.

Keywords：achievement orientation；structural mechanics；teaching reform；applied undergraduate

1 課程改革背景

1.1 學科變革需求

土木工程長久以來都是國家重要行業和支柱產業，能持續為人民的生產生活提供基礎設施保障，同時在高等教育學科類別中，土木工程作為一門工程與技術相結合的學科，應用性極強。《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》［1］中將土木專業的培養目標定義為“掌握學科基本原理和基本知識，獲得工程師基本訓練，能夠勝任建筑、道路、橋隧、地下等土木工程設施的設計、建造和管理的專門人才。”隨著時代的發展和進步，我國工程教育不斷地尋求變革，為同國際接軌及獲得全球競爭力，改革方向也朝著滿足國家戰略發展、國際競爭形勢、創新人才培養的要求逐步邁進。土木工程作為傳統工科專業，在面臨新一輪科技革命和產業變革時，亟待升級。面對新工科建設要求，應實現從學科導向轉向產業需求導向，滿足社會發展和行業發展的需要，積極培養并造就一批具有創新創業能力、跨界整合能力的學科交叉復合型卓越工程科技人才［2］。

1.2 課程變革意義

《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》［1］中，土木工程學科基礎類課程占比28%，其中“結構力學”屬于專業核心課程，推薦設置學時最多，為78課時。作為土木工程專業的基礎支撐、通往專業學習的橋梁，“結構力學”不僅是眾多高等院校研究生入學考試的初試科目，也是各類土木工程師必備的專業技術知識，與土木學子今后的升學、從業密不可分。新工科背景下，人才需求的變化決定培養目標的更新與畢業要求的調整，而完成上述改革則需要專業課程的進一步變革與重構［3］。依據筆者多年的教學經驗與反饋，學生的力學基礎不同，影響其對知識的掌握，同樣的授課老師、授課內容、授課方法對不同的學生，效果差別很大。面對上述教學現狀，如何重塑“結構力學”課程，既符合產業需求導向，又能滿足不同類型學生的學習要求，讓學生學到有用的知識，是在“以人為本，以本為本”的教育方針下一個值得深思的問題。

如何尋求問題的答案？部分一線教師選擇以實際土建工程項目為課程切入點［4］，具象化力學概念，在有條件的基礎上進行工程現場授課，形成與課堂授課互補的“第二課堂”［5］；還有教師借助云班課［6］、慕課［7］、釘釘［6，8］、騰訊課堂［9］等現代通信教學技術，實現“結構力學”課程的線上線下混合式教學改革與實踐，豐富傳統課堂教學方式的同時極大地提高學生的學習興趣和學習效率，都取得一定的成效。但在構建課程體系、針對性改善教學資源、發揮學生主體性等方面仍有進一步研究的空間。

筆者從新工科建設的綱領性指導思想“北京指南”［10］出發，認為基于結果產出的OBE模式［11］能實踐“學生中心、成果導向、持續改進”的工程教育理念，并通過建設學習通課程資源庫、創新課堂教學的同時滿足學生主體性與個性化需求，改革“結構力學”課程教學。

2 課程改革內容

OBE模式的核心在于以產出成果為導向，關注新的社會及行業變化發展，根據變化的需求，確定學生學習的最終成果，再映射到高校專業人才培養目標及課程設計目標，進而反向教學設計［12］。區別于研究型本科高校，應用型本科院校主要為社會培養應用型行業技術人才。對土木工程專業而言，即是懂設計、會施工、能管理的復合型人才。結合以上需求，本次“結構力學”課程改革主要從以下幾方面著手。

2.1 連貫課程體系

“結構力學”課程教學大體分為幾何組成分析、靜定結構受力分析與位移計算、力法、位移法、影響線、結構動力學等內容，復雜多樣而且環環相扣。幾何組成分析是整個課程的基礎，由此而衍生出結構與機構、靜定與超靜定之分；靜定結構的受力分析會為其位移計算作鋪墊（例如圖乘法需要彎矩圖）；力法分析超靜定問題需將結構去除多余約束，化簡成靜定結構來處理；位移法的基本單元內力圖是由力法求得的……知識點聯系緊密、層層遞進。學生在學習過程中，往往會出現基礎部分掌握不扎實，還未弄清結點、桿件之間的聯系便開始幾何分析，接著又著手對結構進行受力分析，但逐漸積累的問題如同雪球般越滾越大，最終在處理問題時手足無措、信心崩潰，導致學習熱情低、學習成效差。本次教改注重土木工程專業的畢業要求，映射出“結構力學”課程的最終培養目標。以學習成效為核心、目標能力為導向，要成為合格的土木工程師，學生需要具備識別工程概況、轉化工程模型、分析桿系結構受力與變形的核心能力，且設計方向學生偏向定量手工計算和計算機輔助計算，施工方向則更側重模型轉化和工程軟件定性分析。教師在反向教學設計時須對應畢業目標，明確課程目標，同時連貫課程體系。模型轉化能力對應幾何組成與結構簡化規則，分析計算能力對應超靜定結構的力法與位移法及靜定結構的基本計算，計算機輔助計算對應矩陣位移法。強調分析實際工程問題中的超靜定結構，需要掌握靜定結構的內力和位移分析，幾何組成的規則判斷。依次倒推后，讓學生意識到基礎知識的重要性，如桿件的連接，何為鉸接、何為剛接、兩剛片規則和三剛片規則如何組成結構等問題，并在后續內容教學中常常循環往復，形成連貫的課程體系。

2.2 豐富課程資源

教材和PPT課件一直都是“結構力學”課程教學的主要教學資源，但學生普遍對這類教學資源興趣不大，覺得枯燥乏味，尤其是應用型本科學生本身力學基礎薄弱，學習畏難心理較重，更需要多樣化、個性化的教學資源發揮引導作用。由此，眾多教師開始積極建設線上教學平臺，逐漸發現相較于書本、課件這樣的扁平化資源，豐富多彩的影音、視頻無疑更能激發學生的學習興趣。土木工程專業學生今后的就業方向包含結構設計、施工技術、項目管理等方面，在補充課程資源上更應符合多元化特征。因此，本次改革借由超星學習通平臺，創設“結構力學”班課，并上傳形式各樣的教學資源，包括電子教材、課件、教師精講課程視頻、“結構力學”趣味小實驗、工程項目案例分析、課后練習題庫等，滿足學生課程學習的個性化與差異性需求。這里面，電子教材和課件是對紙質版教材的精煉化歸納；課程視頻是對書本知識的可視化呈現，由橡皮糖、小木棍、硬幣等生活中的常見物品所展示的幾何不變、幾何可變實驗；硬幣拱結構等力學實驗能極大地激發學生的學習熱情；工程案例分析可以為幫助學生提前熟悉工程環境，提升力學思維；習題庫能在學生期末考試復習和考研準備中發揮重要作用。此外，班課開放上傳資源的權限，學生也可以在完成課下活動時上傳個人收集的教學資源，經教師審核后采納，這樣也提高了學生學習熱情和教學參與度。

2.3 轉變課程評價

傳統的“結構力學”課程考評一般由平時表現和期末考試兩部分成績組成，平時表現多為考勤、作業完成情況，依然是“教主于學”的硬性指標考核模式。對教師而言，這種評價方式自然便于操作，方便統計成績，可是難免過于機械化，不利于課堂教學情況的真實反饋。相反地，OBE模式采取柔性考評機制，加大平時成績占比，考查項目多元化，包含課堂活動參與度、教學視頻觀看時長、課堂練習與課后作業完成度等，不僅注重學生在學習中的過程參與情況，而且關心學生的最終學習成果是否達到預期的課程教學設計目標。這樣以學生為中心，顧及學生的學習感受，不再機械地以簽到、作業定成績。雖然在一定程度上增加了任課教師對平時成績的統計與匯總工作量，但能夠更合理、更精確地展示每名學生的課業達成情況，對整體課程教學改革是有利的。進行評價的目的是檢驗課程教學目標的達成情況，更多地聚焦在學習成果上，包含階段性成果和課程完成成果，且更強調學生個人所取得的進步，而不是學生之間的成績比較。

3 課程改革成效

據每學期末的調查問卷顯示90.9%的學生都認為“結構力學”課程教學資源豐富，形式新穎，增添了學習興趣。實行課改后學生的學習主動性明顯提升，學習通后臺統計章節學習次數隨著課程的進行逐漸遞增，平時成績優良率達到60.6%，期末考試成績優良率達到27.3%，及格率達到87.9%。另有不少學生反映，“結構力學”課程習題庫收納了從基礎概念到名校考研真題等不同層次的練習題，而且能夠實現根據知識點自組試卷的功能，對考研復習幫助很大；課堂上的工程案例和一些愛國科學家、工程師的經歷分享令他們更加熱愛自己所學的專業，并堅定信念努力向前輩學習。在課外活動上，土木系學生連續兩年在湖北省結構設計大賽中斬獲獎項：2021年獲一等獎一項、二等獎兩項，2022年獲二等獎兩項、三等獎一項，參賽學生反映“結構力學”課堂上的趣味實驗給了他們許多啟發。此外，學生的后續專業課學習反饋情況也呈現較好發展趨勢，對畢業班升學和就業情況的統計也在進一步建檔統計中，以期檢驗成果導向教育模式的課程改革成效。

結語

本次基于成果導向的“結構力學”課程改革主要從課程體系、資源、評價等方面進行探索、研究和實踐，利用超星學習通平臺創設更適合應用型本科學生的線上線下混合式力學課堂，建立以學生為中心、面向產出、持續改進的教學框架，鼓勵學生發展個性化學習，鍛煉全方位能力。從課程改革成效來看，取得了一定的階段性成果，幫助學生意識到“結構力學”的課堂人人都能成功，清楚認識“結構力學”課程的學習成果是什么，為何獲取、怎樣獲取、怎樣知道自己已經獲取這些學習成果。相信這一學習過程，能夠內化到學生的心靈深處，更能應用于實際。接下來將進一步依托土木工程湖北省級一流專業建設點，湖北省“十四五”高等學校優勢特色學科群，加快課程建設步伐，完成應用型人才培養背景下的“結構力學”課程建設任務，達到一流課程標準。

參考文獻：

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［12］王紅霞，程偉麗，牛曉峰，等.基于OBE教育理念的體驗式教學模式改革與實踐——以合金熔煉原理與工藝課程為例［J］.大學教育，2022，142（04）：47-50.

基金項目：2021年武漢城市學院教學研究項目“基于OBE的《結構力學》教學研究與資源庫建設”（2021CYYB JY029）

作者簡介：冉然（1990—?），男，漢族，河南潢川人，碩士研究生，講師，研究方向：力學與土木工程專業課程教學。