基于OBE教育理念的鋼結(jié)構(gòu)混合式教學(xué)方法探索

張艷敏 李 正

防災(zāi)科技學(xué)院土木工程學(xué)院 河北三河 065201

鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、力學(xué)性能好、施工周期短、綠色環(huán)保等多方面優(yōu)點(diǎn),推廣鋼結(jié)構(gòu)對于我國推進(jìn)綠色建筑和建筑工業(yè)化,促進(jìn)建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。我國鋼廠量已連續(xù)多年位居世界第一,鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大,在體育場、機(jī)場航站樓、高鐵候車廳等大型公共建筑,超高層建筑、工業(yè)廠房、大型市場及倉儲結(jié)構(gòu)等各類建筑中都有廣泛應(yīng)用[1]。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的蓬勃發(fā)展需要大批具備扎實(shí)的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)知識及良好的實(shí)踐應(yīng)用能力的新工科土木工程專業(yè)人才,這對土木工程專業(yè)在鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)和人才培養(yǎng)上提出了更高的要求。傳統(tǒng)的“重理論輕實(shí)踐、重講授輕應(yīng)用”的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)方式,已無法滿足當(dāng)前的實(shí)際行業(yè)需求,進(jìn)行教學(xué)和人才培養(yǎng)方式的改革是十分必要的。

OBE(Outcome based education)教育理念,又稱成果導(dǎo)向教育,是一種以成果為目標(biāo)導(dǎo)向,以學(xué)生為本,采用逆向思維的方式進(jìn)行課程體系建設(shè)的先進(jìn)教學(xué)理念。該教育理念秉持“以學(xué)生為中心,以目標(biāo)為導(dǎo)向,注重能力培養(yǎng)、質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)”的教育教學(xué)模式,引入我國后逐漸成為教育改革的主流理念,在全國很多高校的教學(xué)建設(shè)和改革中得到應(yīng)用和推廣[2-3]。當(dāng)前信息技術(shù)快速發(fā)展,線上線下混合式教學(xué)已成為一種常態(tài)化的教學(xué)模式[4],作者把OBE教育理念應(yīng)用于混合式教學(xué)全過程,在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)方式改革上進(jìn)行了初步的嘗試與探索。

1 以課程目標(biāo)為導(dǎo)向,采用了“先明確考核方案,后制訂教學(xué)計劃”的逆向課程設(shè)計和全過程評價方式

1.1 能力培養(yǎng)融入教學(xué)目標(biāo),制訂課程考核方案

課程教學(xué)目標(biāo)是課程教學(xué)和效果評價的依據(jù),決定了課程教學(xué)實(shí)施的方向。我課程組根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)對學(xué)生應(yīng)具備的專業(yè)知識和能力素養(yǎng)方面的需求,結(jié)合我院土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)和畢業(yè)要求的指標(biāo)體系,凝練出“材料、連接及結(jié)構(gòu)設(shè)計等理論知識的識記與應(yīng)用能力”“基本構(gòu)件與連接的設(shè)計與計算能力”“常見結(jié)構(gòu)的分析與建模計算能力”“鋼結(jié)構(gòu)的識圖、繪圖能力”“規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的理解與運(yùn)用能力”等培養(yǎng)要求,并將其與課程各個章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)相結(jié)合,內(nèi)化為鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容體系中的課程學(xué)習(xí)目標(biāo)和知識點(diǎn),并融入課程考核體系的全過程。

在課程教學(xué)開始之前,依據(jù)教學(xué)目標(biāo)修訂教學(xué)大綱,制訂好明確具體的考核方案,并在后續(xù)教學(xué)中嚴(yán)格執(zhí)行。本課程考核方案采取“平時成績+期中考核+期末考核”的成果評價方式,考核指標(biāo)及權(quán)重與課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容相統(tǒng)一,過程考核與成果檢驗(yàn)并舉,重在考查學(xué)生全過程的學(xué)習(xí)效果。其中平時成績主要考查學(xué)生的課堂表現(xiàn)、隨堂測試和課后作業(yè)三個方面,學(xué)生學(xué)習(xí)情況應(yīng)全部通過長江雨課堂線上平臺統(tǒng)計記錄,以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。期中、期末考核采用傳統(tǒng)試卷形式考查,試題數(shù)量比例應(yīng)與各考核指標(biāo)及其權(quán)重保持一致,且保證一定量工程應(yīng)用類題目的比重。一般期中考核采用開卷形式,題目以分析計算及應(yīng)用類型為主,而期末考核則采用閉卷統(tǒng)一組織形式,題目兼顧識記、分析、計算、設(shè)計等多方面要求,且基本涵蓋課程教學(xué)內(nèi)容,命題中注意期中和期末考核內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)的區(qū)別。

1.2 成果導(dǎo)向,逆向設(shè)計,正向?qū)嵤?/h3>

以前述考核方案為依據(jù),逆向制訂課程的教學(xué)計劃,進(jìn)行課程的線上線下混合式教學(xué)全過程設(shè)計。根據(jù)課程目標(biāo)或考核指標(biāo)及其權(quán)重,重新安排教學(xué)授課計劃,適當(dāng)增加“梁、柱等基本構(gòu)件設(shè)計”“角焊縫的設(shè)計計算”“螺栓連接的構(gòu)造計算”“工業(yè)廠房鋼屋架設(shè)計”等主要學(xué)習(xí)內(nèi)容和重難點(diǎn)的課時,并安排在線下課堂重點(diǎn)詳細(xì)講授,而對于“鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)”“鋼材的疲勞及選用”“多高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計”等了解或擴(kuò)展性知識則減少課時,將其制成短視頻、微課教學(xué)資源上傳雨課堂學(xué)習(xí)平臺,利用學(xué)生課余時間開展線上自由學(xué)習(xí),使課程教學(xué)課時分配更加合理,同時解決了當(dāng)前課程教學(xué)內(nèi)容偏多、課時明顯不足的難題。理論教學(xué)環(huán)節(jié)中,按照“課前預(yù)習(xí)+課堂講授及隨堂測試+課后復(fù)習(xí)及作業(yè)訓(xùn)練”的模式開展混合式教學(xué),具體步驟及內(nèi)容安排參見表1。

表1 鋼結(jié)構(gòu)課程線上線下混合式教學(xué)過程

2 以學(xué)生為中心,多層次激發(fā)自主學(xué)習(xí)熱情,能力培養(yǎng)貫穿教學(xué)各方面和全過程

鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)知識與力學(xué)及工程實(shí)際聯(lián)系緊密,教學(xué)難度大,難點(diǎn)多,傳統(tǒng)的“重理論輕實(shí)踐”的被動填鴨式教學(xué)方式消磨了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情,限制了學(xué)生的能力培養(yǎng),極大影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[5]。針對此問題,作者通過調(diào)研行業(yè)需求,凝練出本專業(yè)人才培養(yǎng)的能力要求(見前文),在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革和實(shí)踐中,從教學(xué)課件內(nèi)容、教學(xué)方式手段、學(xué)習(xí)成果評價三個方面入手,變被動為主動,將激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)專業(yè)能力貫穿整個教學(xué)過程。

2.1 調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)課件內(nèi)容

鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)課件分為課前預(yù)習(xí)課件和課堂教學(xué)課件兩種類型,通常以一次課為一個教學(xué)單元。課前預(yù)習(xí)課件精煉為兩項(xiàng)內(nèi)容,一項(xiàng)是每次課的主要教學(xué)知識點(diǎn)、學(xué)習(xí)重難點(diǎn)及對應(yīng)的能力和考核要求,另一項(xiàng)是部分國家級精品課的網(wǎng)絡(luò)微課視頻、自制微課教學(xué)視頻或?qū)嶋H工程案例等視頻資源。學(xué)生通過觀看預(yù)習(xí)課件,可提前了解學(xué)習(xí)內(nèi)容和重點(diǎn)難點(diǎn),有準(zhǔn)備地進(jìn)行后續(xù)課堂學(xué)習(xí)。教學(xué)前期由于缺乏激勵政策,課前預(yù)習(xí)課件的參與度和完成度都不理想,后期采用兩種方式改善了這一情況。一種是在部分預(yù)習(xí)課件中增加測試題目;第二種則是將部分隨堂測試調(diào)至課堂教學(xué)開始之前,對課后復(fù)習(xí)和課前預(yù)習(xí)開展雙重考核。測試成績計入平時成績,有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

課堂教學(xué)是教學(xué)實(shí)施的主要環(huán)節(jié)。每個教學(xué)單元的教學(xué)課件一般按照問題導(dǎo)入→知識介紹或設(shè)計方法總結(jié)→案例訓(xùn)練→隨堂測試→課堂總結(jié)的教學(xué)過程進(jìn)行編排。在問題導(dǎo)入、案例訓(xùn)練、隨堂測試等環(huán)節(jié)加入大量工程實(shí)例,與理論知識、案例結(jié)合講授,在設(shè)計原理方法總結(jié)及構(gòu)造知識方面,增加教材內(nèi)容與規(guī)范圖集對應(yīng)部分的聯(lián)系溝通,部分隨堂測試題目增加工程應(yīng)用場景,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和競爭性,培養(yǎng)學(xué)生工程意識和實(shí)踐動手能力。部分理論教學(xué)知識點(diǎn)與實(shí)際工程聯(lián)系情況見表2。

表2 理論教學(xué)知識點(diǎn)與實(shí)際工程項(xiàng)目結(jié)合情況

2.2 多種教學(xué)方法和教學(xué)手段結(jié)合授課

課堂教學(xué)時,根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)預(yù)習(xí)課件過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行重點(diǎn)講解,針對不同的知識點(diǎn),采取啟發(fā)式、案例式、項(xiàng)目驅(qū)動式、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方法進(jìn)行授課。如“鋼材的力學(xué)性能及影響因素”“焊縫連接的特點(diǎn)和構(gòu)造”等內(nèi)容,學(xué)生在其他課程中學(xué)習(xí)過部分知識或有初步了解,則采用翻轉(zhuǎn)課堂方式進(jìn)行分組討論、學(xué)生代表匯報、教師最后補(bǔ)充總結(jié)。如“軸壓柱、梁和壓彎構(gòu)件計算”“角焊縫設(shè)計”“高強(qiáng)螺栓設(shè)計”等核心教學(xué)內(nèi)容,采用了案例式和項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)法。在每章內(nèi)容講授之前,按小組給學(xué)生布置不同的工程項(xiàng)目(鋼框架結(jié)構(gòu)、工作平臺結(jié)構(gòu)、鋼屋架結(jié)構(gòu)等),教學(xué)中以工程項(xiàng)目作為案例,講解具體構(gòu)件或連接的設(shè)計流程、設(shè)計方法和構(gòu)造要求,然后把項(xiàng)目中對應(yīng)的構(gòu)件或連接設(shè)計布置為課后作業(yè),要求學(xué)生分組完成任務(wù)。以實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計訓(xùn)練帶動學(xué)生的積極主動性,鍛煉了學(xué)生利用已有知識解決實(shí)際問題的能力,完成自主學(xué)習(xí)過程。

課堂教學(xué)中結(jié)合使用多種不同教學(xué)手段輔助授課。理論教學(xué)中,對梁、柱、板等各類構(gòu)件的穩(wěn)定分析,節(jié)點(diǎn)連接中力的傳遞和變化過程等疑難問題,采用了動畫演示、三維圖片展示等手段,同時制作了門式剛架廠房模型、格構(gòu)柱模型、梯形鋼屋架模型、各種常見焊縫及螺栓連接節(jié)點(diǎn)等教具輔助演示教學(xué)。對于鋼結(jié)構(gòu)的制造、加工、安裝等工序,及構(gòu)造要求等與實(shí)際工程聯(lián)系緊密的內(nèi)容,還錄制了短視頻插入教學(xué)課件中,最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

因課時及實(shí)驗(yàn)條件限制,與課程相匹配的實(shí)驗(yàn)課較少,且鋼結(jié)構(gòu)很多設(shè)計公式是由實(shí)驗(yàn)得出,適度增加實(shí)驗(yàn)課,加強(qiáng)學(xué)生對力學(xué)理論和公式的直觀認(rèn)識和理解很有幫助。而鋼結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)簡單,材質(zhì)均勻,基于有限元軟件模擬分析的精度很高,基本可以實(shí)現(xiàn)在計算機(jī)中真實(shí)再現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的全過程。為此我們開發(fā)了基于有限元的虛擬仿真實(shí)驗(yàn),包括鋼結(jié)構(gòu)試件的單軸受拉全過程模擬、鋼梁彎曲全過程模擬、壓桿受壓屈曲模擬、板件受壓屈曲模擬、焊縫破壞形式模擬、螺栓破壞形式模擬、銷軸節(jié)點(diǎn)破壞形式模擬等項(xiàng)目,培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?擴(kuò)充了學(xué)生視野。

2.3 多元化考核形式,科學(xué)合理實(shí)施學(xué)習(xí)成果評價

合理的課程評價體系是支撐教學(xué)目標(biāo)達(dá)成和教學(xué)效果持續(xù)改進(jìn)的必要保障[6]。鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果從平時成績、期中考核、期末考核三個方面進(jìn)行評定,過程性考核和終結(jié)性考核并重。平時成績包含線上雨課堂成績記錄和線下課堂表現(xiàn)兩部分,其中雨課堂的題目既有客觀性的課前預(yù)習(xí)成果小測、隨堂知識點(diǎn)檢驗(yàn),又有主觀性的工程案例設(shè)計小練習(xí),還有重點(diǎn)章節(jié)的測驗(yàn)及源于實(shí)際工程的各類構(gòu)件或連接的分析設(shè)計類課后作業(yè)?？陀^題目由雨課堂后臺實(shí)時評閱,主觀題則根據(jù)學(xué)生對知識的理解把握、公式的運(yùn)用、設(shè)計步驟及計算完成情況評定成績。雨課堂線上測試結(jié)果及課后作業(yè)保證及時批改反饋,實(shí)時監(jiān)測跟蹤、持續(xù)改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。線下課堂成績主要記錄學(xué)生課堂回答問題及翻轉(zhuǎn)課堂的表現(xiàn),平時成績占比以雨課堂記錄為主,線下成績作為參考和補(bǔ)充。

期中和期末考核探索開放式、非標(biāo)準(zhǔn)化答案考核方式。期中考核安排在教學(xué)階段的中期,采用雨課堂線上開卷考試形式,題目以工程問題分析、構(gòu)件設(shè)計、受力計算等主觀題為主,主要考查前半部分教學(xué)內(nèi)容,大型設(shè)計計算類題目盡量做到一人一題,有效避免答案雷同;期末考核采用線下閉卷考試形式,題目兼顧識記性基礎(chǔ)知識、構(gòu)件和連接的構(gòu)造要求及結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算(側(cè)重后半部分考核)三方面,難度適中,題型和比例與課程目標(biāo)保持一致。平行班授課時,采用統(tǒng)一的考核方案,保持各次測試和作業(yè)題目類型難度一致。

多元化的考核形式充分發(fā)揮了學(xué)生的積極性,鼓勵學(xué)生全程全員參與,成果數(shù)據(jù)真實(shí)全面地記錄了學(xué)生的全過程學(xué)習(xí)狀態(tài),充分檢驗(yàn)了學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)知識和理論的理解和發(fā)現(xiàn)、分析、解決實(shí)際工程問題的能力,對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行了科學(xué)合理的評價。

結(jié)語

線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)成為我國當(dāng)下各高校的主流教學(xué)模式,OBE教育理念融入工程類課程教學(xué)和人才培養(yǎng)已是教學(xué)改革的大勢所趨。本文將“以生為本,成果導(dǎo)向,持續(xù)改進(jìn)”的OBE理念貫徹于鋼結(jié)構(gòu)課程線上線下混合式教學(xué)的全過程,進(jìn)行了課程考核體系、教學(xué)設(shè)計與實(shí)施、學(xué)習(xí)成果評價的教學(xué)全過程改革初步探索與實(shí)踐,在提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力、改進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果方面取得了一定的成果。在今后教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)開展課程目標(biāo)達(dá)成情況的評價和總結(jié),同時對學(xué)生開展階段性問卷調(diào)查,根據(jù)評價結(jié)果和反饋意見實(shí)時動態(tài)調(diào)整教學(xué)目標(biāo),持續(xù)完善和改進(jìn)教學(xué)全過程。