基于OBE教育理念的工程力學(xué)課程教學(xué)創(chuàng)新探索

李巧珍 王晶 唐友福 陳桂娟 羅敏 張曉光

摘? 要：工程力學(xué)是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)重要的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程。結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)情特點(diǎn)，基于OBE教育理念，對(duì)工程力學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式三方面進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新改革，助力培養(yǎng)有理想、有能力、有情懷、有擔(dān)當(dāng)?shù)母呒?jí)工程設(shè)計(jì)人才。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；OBE理念；教學(xué)創(chuàng)新；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；考核方式

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）S1-0118-04

Abstract： Engineering Mechanics is an important basic course for major of industrial design. Based on the characteristics of study situation for industrial design and the outcome-based education concept， the teaching innovation reform is carried out in three aspects of teaching content， teaching methods and assessment methods to help cultivate high-level engineering design talents with ideals， abilities， feelings and responsibilities.

Keywords： Engineering Mechanics; outcome-based education; teaching innovation; teaching contents;teaching method; assessment methods

基金項(xiàng)目：東北石油大學(xué)2021年高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于OBE教育理念的工程力學(xué)專業(yè)課程教育改革研究與實(shí)踐”（DYJG2021033）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“基于OBE CDIO理念的力學(xué)專業(yè)課程師資培訓(xùn)”（220402746273349）；黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“‘雙創(chuàng)’人才培養(yǎng)理念下工程材料‘金課’建設(shè)與實(shí)踐”（SJGY20210142）；東北石油大學(xué)2022年課程思政重點(diǎn)建設(shè)課程“實(shí)驗(yàn)力學(xué)”（東油校發(fā)[2022]72號(hào)）；東北石油大學(xué)研究生課程思政建設(shè)項(xiàng)目“有限元理論”（YJSKCSZ_202211）

第一作者簡(jiǎn)介：李巧珍（1985-），女，漢族，天津人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槭褪b備有限元研究與工程力學(xué)教學(xué)工作。

從石油機(jī)械、土木建筑等大型工程結(jié)構(gòu)，到便攜U盤、美工剪刀等生活學(xué)習(xí)用具，越來越多的現(xiàn)代美學(xué)元素被融入產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅點(diǎn)綴了城市容貌，也讓人們的生活變得更加絢麗多彩。而這些充滿了現(xiàn)代美感的工程設(shè)計(jì)，都離不開力學(xué)知識(shí)的強(qiáng)有力支撐。

作為工科高等院校的必修課程——工程力學(xué)，也是東北石油大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一門重要的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過本門課程的學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生具備扎實(shí)的力學(xué)理論，從而為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等奠定基礎(chǔ)。

一? 學(xué)情分析

（一）? 課程性質(zhì)、特點(diǎn)

工程力學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“本課程”）是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一門重要的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有概念多、公式多、推導(dǎo)過程繁瑣等特點(diǎn)。課程共計(jì)4學(xué)分，64學(xué)時(shí)，其中60學(xué)時(shí)為理論課程，要完成靜力學(xué)和材料力學(xué)共計(jì)15章知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)中的造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等都需要以力學(xué)知識(shí)作為其技術(shù)基礎(chǔ)，在本課程開課之前，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)沒有其他力學(xué)課程，并且在本課程之后，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)也不再開設(shè)其他力學(xué)課。因此，學(xué)生的力學(xué)知識(shí)基本上通過本課程獲得。

（二）? 教學(xué)痛點(diǎn)問題

本課程基于OBE教育理念中的“成果導(dǎo)向”[1]，以“為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)培養(yǎng)具備扎實(shí)力學(xué)理論功底的工程設(shè)計(jì)師”作為課程的最終目標(biāo)，開展課程內(nèi)容的教學(xué)與實(shí)踐。由于60學(xué)時(shí)需要完成15章共計(jì)72小節(jié)的內(nèi)容學(xué)習(xí)，課程學(xué)時(shí)少，講授內(nèi)容多，是本課程教學(xué)過程中存在的痛點(diǎn)問題之一。

其次，工程力學(xué)課程在許多工程領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，且理論力學(xué)是學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基礎(chǔ)，理論力學(xué)部分如果基礎(chǔ)不扎實(shí)，后面材料力學(xué)部分的學(xué)習(xí)將會(huì)受到極大的影響；而材料力學(xué)又是解決具體工程問題所必須掌握的力學(xué)知識(shí)，材料力學(xué)掌握不到位，那么就無法解決具體工程問題。而且單純講解書本上的知識(shí)內(nèi)容，學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力得不到鍛煉，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺，無法實(shí)現(xiàn)新工科的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和基于OBE理念的教育培養(yǎng)目標(biāo)，這也是本課程教學(xué)過程中存在的主要問題之一。

再次，工程力學(xué)課程概念多、公式多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，而工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)不修大學(xué)物理課程，只修高等數(shù)學(xué)課程，學(xué)生關(guān)于力的相關(guān)認(rèn)知來源于高中知識(shí)基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)掌握高等數(shù)學(xué)中關(guān)于微積分、線性方程組及常微分方程的求解知識(shí)。枯燥的內(nèi)容講解，會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)課堂氣氛沉悶，師生互動(dòng)差，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性調(diào)動(dòng)不起來，被動(dòng)式的學(xué)習(xí)方式，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量不高，這也是本課程教學(xué)過程中存在的主要問題之一。

二? 教學(xué)創(chuàng)新的目標(biāo)和理念

針對(duì)傳統(tǒng)課程教學(xué)中存在的上述三類“痛點(diǎn)”問題，以“為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)培養(yǎng)具備扎實(shí)力學(xué)理論功底的工程設(shè)計(jì)師”為高階目標(biāo)，基于OBE教育理念，樹立“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，讓考生變學(xué)生，讓教師變導(dǎo)師”的教學(xué)指導(dǎo)思想，針對(duì)當(dāng)前教學(xué)過程中存在的三大“痛點(diǎn)”問題，采用問題導(dǎo)向?yàn)橹骶€，強(qiáng)化約束為輔助手段的教學(xué)改革方式，對(duì)工程力學(xué)課程開展課程教學(xué)創(chuàng)新的探索與研究。

所謂“問題導(dǎo)向”，是指針對(duì)上述三類“痛點(diǎn)”問題，分別給出相應(yīng)的解決方案如下。

1）對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合，采取線上線下混合式教學(xué)，重要內(nèi)容精講、學(xué)生翻轉(zhuǎn)練習(xí)，了解內(nèi)容線上自學(xué)，線下課程簡(jiǎn)單提撥，解決“課時(shí)少內(nèi)容多”這一“痛點(diǎn)”。

2）通過在課堂中引入具有鮮明石油行業(yè)特色的工程案例，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生利用所學(xué)課堂知識(shí)，對(duì)工程案例進(jìn)行力學(xué)建模及分析，解決“學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺”這一“痛點(diǎn)”。

3）采取學(xué)生翻轉(zhuǎn)講解，學(xué)習(xí)通線上搶答、線上隨堂練習(xí)，根據(jù)上課日期抽取相應(yīng)學(xué)號(hào)同學(xué)回答問題的方式，充分活躍課堂氣氛，解決“傳統(tǒng)課堂氣氛沉悶，師生互動(dòng)差，學(xué)習(xí)積極性不高”這一“痛點(diǎn)”。

所謂強(qiáng)化約束，是指對(duì)課程教學(xué)考核方式實(shí)行全過程考核[2-3]，讓學(xué)生每一個(gè)學(xué)習(xí)的痕跡都有相應(yīng)的分值與之響應(yīng)，勞有所得，學(xué)有所獲，增加學(xué)生全過程學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

此外，為深刻回答“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”這一根本性問題，通過在課程內(nèi)容中挖掘古代歷史、著名建筑、科學(xué)家故事、重大工程事故及工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生典型案例等中的思政元素，在融會(huì)貫通知識(shí)體系與內(nèi)容的前提下，實(shí)現(xiàn)潤物細(xì)無聲的課程思政教育，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷、民族自豪感、工匠精神和專業(yè)熱愛精神等[4-5]。

三? 課程教學(xué)創(chuàng)新方法探索

課程教學(xué)創(chuàng)新中的“問題導(dǎo)向”解決辦法及“強(qiáng)化約束”方式，實(shí)際上可以歸納為課程教學(xué)創(chuàng)新方法探索中的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新、教學(xué)方法創(chuàng)新及考核方式創(chuàng)新。

（一）? 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

1? 選用優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源——國家級(jí)精品慕課

工程力學(xué)課程64學(xué)時(shí)中有60學(xué)時(shí)是理論課程，4學(xué)時(shí)是實(shí)驗(yàn)課程，其中，60學(xué)時(shí)的理論課程需要完成靜力學(xué)及材料力學(xué)共計(jì)15章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)任務(wù)很艱巨。所以在課程學(xué)習(xí)中，對(duì)于不在大綱教學(xué)范圍內(nèi)，但是又具有一定實(shí)用性且與大學(xué)物理重復(fù)部分的知識(shí)點(diǎn)，會(huì)采用課上簡(jiǎn)單提撥，課下自主學(xué)習(xí)的方式，自主學(xué)習(xí)的資源內(nèi)容包括兩部分，分別是學(xué)習(xí)通課前推送的線上教學(xué)課件，以及大連理工大學(xué)的國家級(jí)精品慕課——工程力學(xué)靜力學(xué)和工程力學(xué)材料力學(xué)。

2? 巧妙融入與章節(jié)內(nèi)容相關(guān)的課程思政案例

作為坐落在油田上的高等院校，依托于我校鮮明的石油、機(jī)械行業(yè)特色和優(yōu)勢(shì)，在創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施的過程中，通過將專業(yè)內(nèi)容與石油行業(yè)特色、工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)特色及課程思政內(nèi)容等有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)顯性教書育人與隱性思政育人的有效融合。

1）生活處處有力學(xué)，力學(xué)之美無處不在。每一章的導(dǎo)學(xué)內(nèi)容都以生活中或者生產(chǎn)中大家耳熟能詳?shù)膶?shí)例作為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“力學(xué)之美”。

例如：在靜力學(xué)第一章講解過程中，通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行分析，得出橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要合理布置約束，并不是越多越好的結(jié)論。由此引申到人與人之間的相處法則，給彼此留出一些相對(duì)的自由空間，更利于和諧、融洽相處。讓大家感受到力學(xué)之美除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在人際交往中也存在。

2）厚植愛國主義情懷、筑牢工匠精神。通過引入與課程內(nèi)容相關(guān)的具有鮮明石油行業(yè)特色的石油裝備，熟知的歷史名人故事，國內(nèi)外重大的安全事故等案例，潛移默化地厚植學(xué)生的愛國主義情懷，筑牢嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工匠精神等，達(dá)到潤物細(xì)無聲的育人效果。

例如：在講解靜力學(xué)第三章力矩時(shí)，首先，以“力學(xué)之父”阿基米德（公元前287年—公元前212年）曾經(jīng)有一句大家耳熟能詳?shù)拿話佉掝}，讓同學(xué)們共同說出“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球”的名言，揭示杠桿原理中的力學(xué)現(xiàn)象；接著，以展示桔槔圖片及現(xiàn)代部分農(nóng)田灌溉中的桔槔圖的授課形式，向同學(xué)們介紹桔槔的歷史典故。作為中國古代的農(nóng)田灌溉工具，早在春秋戰(zhàn)國時(shí)（公元前770年—公元前221年）就有使用桔槔進(jìn)行灌溉的地區(qū)，而且延續(xù)了幾千年，而桔槔工作的原理就是杠桿原理。鮮活的數(shù)字和圖片，將華夏五千年的歷史文明及中華民族的無限智慧巧妙融入課堂，由此達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生民族自豪感，厚植學(xué)生愛國主義情懷的課程思政育人效果。

在講解材料力學(xué)第九章壓桿穩(wěn)定時(shí)，以圖片展示的授課方式，向同學(xué)們介紹魁北克大橋垮塌失效原因，并將著名的“工程師之戒”典故講給同學(xué)們。工程師在設(shè)計(jì)中一個(gè)小的計(jì)算失誤，將原本可能成為不朽杰作的橋梁變成了典型的反面事故案例，也警醒著同學(xué)們，作為未來的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，一定要筑牢嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、精益求精、一絲不茍的大國工匠精神，設(shè)計(jì)出更多集安全、經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)新和美觀于一體的結(jié)構(gòu)。

3）力學(xué)之美與工業(yè)設(shè)計(jì)之美的巧妙融合。為了使學(xué)生能夠從內(nèi)心中達(dá)到對(duì)課程思政案例的情感共鳴，通過引入工業(yè)設(shè)計(jì)工程專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生的典型案例，讓學(xué)生深刻體會(huì)到，力學(xué)之美與工業(yè)設(shè)計(jì)之美的巧妙融合，可以為現(xiàn)代產(chǎn)品融入新的生機(jī)，令設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品耳目一新。

游梁式抽油機(jī)是石油行業(yè)中典型的機(jī)械設(shè)備，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生將中國傳統(tǒng)文字“福”“祿”“壽”“喜”所代表的動(dòng)物蝙蝠、鹿、龜和喜鵲（圖1）為仿生形態(tài)，對(duì)常規(guī)抽油機(jī)外觀進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)之后的抽油機(jī)結(jié)構(gòu)更具中國特色與親和力（圖2）。通過案例引入，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的專業(yè)熱愛感和認(rèn)同感，一定程度上也對(duì)同學(xué)們學(xué)習(xí)本課程起到了積極的促進(jìn)作用。

（二）? 教學(xué)方法的創(chuàng)新

在教學(xué)方法中，采用線上線下混合式教學(xué)方式，課前推送線上資料，學(xué)生完成線上的自主預(yù)習(xí)，線下課堂教師精講、學(xué)生實(shí)時(shí)練習(xí)，及時(shí)掌握課程重難點(diǎn)內(nèi)容，課后討論與作業(yè)相結(jié)合的方式，對(duì)工程力學(xué)課程進(jìn)行創(chuàng)新，具體作法為如下。

1）課前。提前將課程PPT、電子課本發(fā)布到學(xué)習(xí)通“資料”里面，方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)及課后復(fù)習(xí)。利用學(xué)習(xí)通發(fā)布學(xué)習(xí)通知，提前告知學(xué)生下節(jié)課要開展的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2）課中。采用學(xué)習(xí)通簽到，每堂課進(jìn)行上節(jié)課重、難點(diǎn)回顧，采取搶答提問及學(xué)習(xí)通“課堂練習(xí)”等方式，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的總體學(xué)習(xí)情況。對(duì)于課程的重、難點(diǎn)內(nèi)容，采用教師講解、學(xué)生練習(xí)的方式，邀請(qǐng)與授課當(dāng)日日期相同學(xué)號(hào)的同學(xué)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)講解互動(dòng)，其他同學(xué)將自己的解題過程發(fā)布到釘釘班級(jí)群，這樣可以及時(shí)掌握全部同學(xué)的課堂內(nèi)容掌握情況及課堂參與狀態(tài)。此外，為了達(dá)到更好的線下教學(xué)教學(xué)效果，課程還綜合采用直觀演示法、案例教學(xué)法等。

例如：在靜力學(xué)第一章講解中，采用直觀演示法向同學(xué)們展示幾類常見約束類型的視頻動(dòng)畫（圖3），幫助大家更好地理解約束的特點(diǎn)，進(jìn)而啟發(fā)大家利用約束反力的概念和確定準(zhǔn)則，分析各類常見約束的約束反力畫法。

在對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)時(shí)，引入游梁式抽油機(jī)這一具有鮮明石油行業(yè)特色的石油機(jī)械，采用抽油機(jī)工作原理動(dòng)畫視頻及實(shí)物圖片對(duì)照展示（圖4），啟發(fā)學(xué)生找出抽油機(jī)結(jié)構(gòu)中存在的幾種典型約束類型，從而為構(gòu)造抽油機(jī)簡(jiǎn)化力學(xué)模型奠定基礎(chǔ)。

3）課后。針對(duì)課程的重難點(diǎn)內(nèi)容、易混淆知識(shí)點(diǎn)，在學(xué)習(xí)通發(fā)布相關(guān)的討論題目，根據(jù)學(xué)生的回復(fù)時(shí)間及準(zhǔn)確程度，給予不同程度的積分獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)于回復(fù)的又快又準(zhǔn)的同學(xué)還將得到教師的“點(diǎn)贊”，這些都在學(xué)生的平時(shí)成績(jī)中有所響應(yīng)。針對(duì)課程的重難點(diǎn)內(nèi)容，還會(huì)布置相關(guān)的作業(yè)題，通過對(duì)相關(guān)作業(yè)出現(xiàn)的問題單獨(dú)糾偏，幫助學(xué)生及時(shí)鞏固所學(xué)知識(shí)，打牢基礎(chǔ)。

（三）? 考核方式的創(chuàng)新

突破以往期末考試卷面成績(jī)一錘定音的傳統(tǒng)考核方式，采用平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期末考試成績(jī)?nèi)灰惑w的多角度全過程考核方式，各部分分值比例見表1。學(xué)生從課前資料預(yù)習(xí)、簽到，課中隨堂練習(xí)，課后討論及作業(yè)，每一個(gè)學(xué)習(xí)的動(dòng)作和痕跡，都會(huì)有相應(yīng)的分值來體現(xiàn)。根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，綜合測(cè)評(píng)學(xué)生的總成績(jī)，從而達(dá)到多角度全過程考核的創(chuàng)新效果。同時(shí)，平時(shí)成績(jī)?cè)试S學(xué)生可以實(shí)時(shí)查看，讓學(xué)生有充足的期末沖刺時(shí)間，從而達(dá)到激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目的。

四? 結(jié)束語

采用線上線下混合式教學(xué)方式，利用超星學(xué)習(xí)通智慧教學(xué)工具，對(duì)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)進(jìn)行全過程考核。本課程探索的創(chuàng)新方法，對(duì)于高校大部分理論性專業(yè)課程都適用，在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)教師指導(dǎo)、學(xué)生主導(dǎo)的新教學(xué)模式，并且課程在講授過程中，有效融合了國家級(jí)精品慕課資源、超星學(xué)習(xí)通等信息技術(shù)，一定程度上可以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和能力強(qiáng)化。

通過對(duì)課程開展教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不僅能夠有效實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)OBE教學(xué)理念，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的中國傳統(tǒng)文化教育和愛國主義教育，為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)一支素質(zhì)優(yōu)良、技術(shù)過硬的高級(jí)工程設(shè)計(jì)人才隊(duì)伍提供了強(qiáng)有力的支撐。

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