基于OBE理念的“工程力學實驗”課程教學改革研究

李炎森，馬洪鑫

（石家莊鐵道大學 工程力學系，河北 石家莊 050043）

“深入實施人才強國戰略”“實施更加積極、更加開放、更加有效的人才政策”“完善人才戰略布局”“著力形成人才國際競爭的比較優勢”是新時代教育發展的新要求，高校作為人才教育的主陣地，對于新型人才的培養發揮著極其重要的作用，是支撐、推動和引領國家現代化發展的重要力量。同時，應對新時代科技革命，培養卓越工程技術創新型人才，也是新時代高等院校本科教育改革的新要求。作為一門面向力學、機械、土木、鐵道、交通、材料等工科專業的核心課程，“工程力學實驗”課已成為落實新時代強國戰略背景下人才培養目標的重要抓手之一［1］。“工程力學實驗”是一門面向學校工科專業的基礎必修課，該課程的主要目的不僅在于幫助學生深刻理解力學課程的基礎理論知識，更重要的是鍛煉學生的動手能力，培養其創新思維，提高其獨立分析問題和解決問題的能力，幫助其樹立實事求是、嚴肅認真的科學態度，促使學生初步掌握科學研究的方法及思維模式，讓學生的綜合實踐能力得到訓練和提升，培養具備扎實力學基礎和實驗能力，能夠在土木、機械、交通、材料等行業從事力學相關科學研究、工程設計、實驗檢測等工作，適應和實踐能力強、富有社會責任感的高素質人才。

OBE（Outcome-based Education）理念是一種能力或目標導向的教育理念，它強調以學生為中心，重視創新思維的作用，一切教學措施都圍繞學生在學習結束時期望實現的學習成果來進行［2］，讓學生真正獲得知識、能力及素質。其最早由美國學者斯派蒂在其著作《基于產出的教育模式：爭議與答案》中進行闡述和研究，20世紀90年代初在美國教育界迅速流行發展起來并被認可，經過數十年的探索與應用，已經形成相對系統的教育理論體系，并且融入了工程教育及人才培育的全部過程［3］。

成果導向的教育理論遵循逆向設計原則，對成果目標進行逆向分解，形成遞進式細化目標，再基于細化目標組織遞進式教學內容與考核方法，設計合理的教學結構、系統化的教學過程及具有強關聯性的由基礎到高階的系列主題學習活動，打破了傳統的以知識傳授為導向的教學手段，有利于創新思維漸進性發展與系統性養成［4-5］。

將OBE理念應用到“工程力學實驗”課中，根據教學目標探索建立新的考核評價機制，促進學生的關注點由分數獲取向能力提升的轉變。一方面，擴展了OBE理念在我國高等教育領域的研究與實踐范圍，促進這一理論的多元化發展；另一方面，提高了工科實踐類課程考核評價機制改革的有效性和可操作性，為類似實踐課程的改革和發展提供借鑒與參考，具有重要的理論和實踐應用價值。本文以石家莊鐵道大學“工程力學實驗”課程為例，分析了課程教學過程的現狀及特點，結合新工科目標，提出了一系列改進方法及舉措。

一、“工程力學實驗”課程現狀與問題

（一）教學模式固化，不能有效激發學生學習熱情

目前，“工程力學實驗”作為一門獨立課程，學時為32學時，課程結構包含理論和實驗兩部分。理論部分采用的主要授課方式為課堂講授相應的理論知識及實驗原理，實驗部分采用的授課方式為課前講授實驗原理、步驟、儀器構造及操作方法等內容，然后教師指導學生分組實驗。雖然在一定程度上培養了學生的動手能力和對基礎理論知識的理解，但是理論知識和實踐內容存在一定程度的脫離，創新思維的培養不足。在實驗課上，學生對于前期集中所學的理論知識有所遺忘，需要教師重復帶領復習。同時，實驗部分采用統一的實驗報告，形式固化，偏重數據測量與原理驗證，極大地限制了學生的自主思考能力，導致學生重理論輕實踐，重數據結果輕實驗過程，甚至出現“一人做，多人看”的現象，部分學生參與感、獲得感低，降低了學生對于實驗課的重視程度，使學生有這是一門放松課的誤解，學習熱情減退。

（二）教學手段單一

當前，“工程力學實驗”課程的教學手段主要是傳統的面對面授課，表現形式為教師在講臺上講授，學生在講臺下聽課，師生難以產生有效溝通和互動，對于新型技術教學手段使用缺乏，線上資源的利用嚴重不足，一旦出現特殊情況，需要開展線上授課時，實驗課程往往被迫停課。此外，教學過程中沿用一貫的思維方法，依照教材按部就班地按章節講授，主要是教師單一講授，學生被動接受，知識局限于教材和教師授課的內容，這就導致無法讓全部的學生都適應這種教學方式，一些學生跟不上教師的進度的同時又有一些學生覺得課程太過簡單、枯燥乏味，影響教學效率。

（三）考核方式不能全面反映學生學習情況

目前，“工程力學實驗”課的考核仍以期末理論考試為主，所有實驗知識均通過書面形式進行考查，存在評價不全面、缺少反饋機制等問題，從而導致大部分學生學習的重心主要放在知識的識記方面，實驗動手能力的鍛煉明顯不足。盡管期末綜合成績包含考試成績及平時實驗成績兩部分，其中考試成績占比60%，實驗成績占比40%，但平時實驗成績的給定依據主要是實驗報告，這就導致學生在做實驗時更多關注按照教師要求，得到教師想要的結果，產生只要“數據結果對，就能得高分”的錯誤思想。學生的創新思維、實驗技術等綜合實踐能力的提升極為有限。

二、課程教學研究與改革

（一）教學模式改革與創新

OBE理念提出以學習成果為導向對課程設計和教學過程進行設計。教學的目的不再是教師要教的東西和教材是什么，而是最終所要達成的目標和結果，而最終成果的確定是基于學生和社會的需要。因此，要基于OBE理念確定基礎的課程目標：首先，知識目標。掌握工程力學實驗的基礎知識和基本理論，熟悉力學實驗的基本方法。其次，能力目標。培養學生的邏輯思維、質疑精神、獨立意識和實踐動手能力，掌握“工程力學實驗”課程的基本知識和技能，使學生既有獨立思考和行動的能力，又能與他人團結協作，共克時艱。最后，素質目標。培養基礎理論扎實，富有創新精神和動手能力，具有探索精神特質和開闊視野的高素質應用型人才。

課程將采用任務驅動教學法，以知識能力目標為導向，反向設計制定教學內容、培養模式、評價機制及保障機制等。針對教學模式固化所產生的一系列問題，打破傳統教學方式，打造新課堂形式，構建“一個中心，兩點保障，三階提升，四項舉措”教學體系，即以能力目標為中心，牢固教師與考核機制兩點保障，在多種新技術手段的輔助下，讓學生通過課前預習、課上匯報及互評與總結，實現知識能力了解—熟悉—掌握的進階，通過課前導入、案例引出、匯報分析，交流互答的活動舉措多層次激發學生的發現創造能力，滿足其體驗參與、交流分享及被認可的需求。

實驗課程授課不再是以教師為主，而是開放和多變的，將以傳統教師講演為主的實驗教學轉變為以學生為主體的教學方式。新的課程形式將教學內容模塊化，加強與工程實際的密切聯合，學生采用課題組模式進行分組學習，弱化教師的主導作用，轉化為引導+輔助作用。同時，加強課程思政元素的融入，培育學生嚴肅嚴謹的科學探索精神及勇于擔當的工匠精神，將價值塑造、知識傳授和能力培養融為一體，并在實踐中不斷完善，與時俱進。

通過模塊化教學項目的實踐訓練，克服傳統教學中實驗時間連續但教學內容跳躍性大的特點，形成持續參與和浸入式學習，使學生對力學分析的方法與手段形成較完整的概念，深刻地理解實驗原理，鞏固和拓展力學理論知識，為他們在今后工程實踐中能創造性地去從事專業技術工作打下良好的基礎。新模式設計的每個模塊實驗預計占用6個課時（可根據具體內容及難易程度進行調整），分配示例如表1所示。

表1 模塊教學案例

（二）豐富教學手段，提升教學效果

隨著教育信息化的發展，自主學習、主動學習、合作學習和個性化學習應成為大學生的主流學習方式，既要發揮教師引導、啟發、監督教學過程的主導作用，又要充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。結合應用型課程實踐性和應用性特征，在選擇啟發式、探究式、參與式、體驗式等教學方式的同時，采用慕課、雨課堂等新興教學手段，充分發揮線上資源的作用，同時積極開展虛擬仿真實驗平臺建設，使學生能打破時間和地域限制，進行實驗學習。通過線上資源匹配，幫助學生了解所用儀器設備構造及實驗原理，讓學生可以自由支配時間進行預習和課后復習，極大提高學生的學習自主度，實現課堂拓展。通過課程內容重組與資源優化配置，促使學生不斷提升自驅力、行動力和學習力，在做中學、探究中學、反思中學，真正實現由“要我學”向“我要學”轉變。

（三）考核方式改革

由于OBE理念的持續改進，強調將過程性考核與終結性考核相結合，將評價與反饋和改進相結合。基于此，模塊化教學后，考核方式將發生顯著改變。首先，改變單純以學業期末成績為主的評價方式，更加全面系統地對學生學業執行情況和學習狀況進行監控；其次，對學習主體的教育活動進行價值判斷，促進被評價者的持續發展。綜合成績仍保留考試成績、實驗成績及課堂考勤三部分，其中考試成績和實驗成績權重各占45%，課堂考勤占10%。實驗成績的評定不再只依賴于實驗報告，而是結合課堂匯報及期末實驗操作考核進行，增加形成性評價。課堂匯報采用現場評分的形式形成實時反饋。同時，為了避免實驗過程中出現一組學生一人做實驗、多人看實驗的情況發生，實驗操作考核采用抽簽形式進行，每組隨機抽取一人代表本組學生參加實驗考核，考核題目由該學生再次抽簽決定。各項考核滿分均為100分，期末綜合成績為各項成績得分乘以所占權重后求和。各項考核所占權重如表2所示。新的考核評價體系全面覆蓋學生的學習過程，綜合考查學生的學習效果，全面反映學生的能力培養情況，這樣才能夠達到實驗課程教學最終的目的，幫助學生掌握專業知識，使得學生更重視自主探究學習，促進學生綜合能力的提升。

表2 考核權重成績表

結語

綜上所述，針對我校“工程力學實驗”課程教學現狀，本次課程教學改革基于OBE理念，以學生的知識及能力目標為導向，重構課程模式，整合課程內容，完善評價考核體系，開拓新型教育教學模式，激發學生主動學習、探究學習的熱情，提高其發現問題、思考問題及解決問題的能力，為實現應用型人才培養提供了新途徑。同時，擴展了OBE理念作為一種新型教育理念在我國高等教育領域的研究與實踐范圍，符合當前高等教育改革趨勢和人才培養要求，為促進應用型課程建設模式、教學內容、教學方式、評價標準等方面的教學改革提供驅動力。