基于OBE 理念的結構力學課程教學改革與實踐

■林彥，張智，范夕森

（山東建筑大學土木工程學院，山東 濟南 250101）

目前，OBE 理念是我國教育改革的主流理念，是工程教育專業(yè)認證的核心，該理念遵循“以學生為中心，以教師為主導”的教學原則，以學習成果為導向，注重實際成效和學生解決問題能力的培養(yǎng)。在教學中，OBE 重點關注4 個方面。第一，通過教與學，可以獲得哪些成果；第二，為何讓學生獲得這些成果；第三，如何指導學生獲得這些成果；第四，如何檢驗學生是否獲得這些成果。

結構力學作為土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，既具有嚴謹?shù)睦碚擉w系，又具有明顯的工程背景，在土木工程專業(yè)課程體系中起著承前啟后的關鍵作用，密切關系著學生解決工程實際問題和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。基于“大土木”“新工科”“教育信息化”發(fā)展需求，結構力學課程的目標主要為：第一，要求學生理解各類結構的受力性能，掌握結構計算簡圖、結構組成規(guī)律、結構內力和變形計算的基本原理和經典方法；第二，具備將復雜工程問題轉化為力學問題，并進行結構分析和計算的能力，以及結構計算軟件應用能力和創(chuàng)新實踐能力，具有較好的力學素養(yǎng)；第三，具有用馬克思主義辯證觀點分析結構力學規(guī)律的思維，具備團隊協(xié)作能力、社會責任和使命感以及工匠精神。在教學過程中，教學模式、教學設計、教學方法、考核方式等如何保證這些課程目標的達成，是結構力學課程教學改革研究的熱點之一。因此，本文首先分析結構力學課程中存在的痛點問題，然后基于OBE 教學理念，從課程思政、教學模式、教學內容、教學方法、教學評價、信息化技術應用等方面進行探索和實踐。

一、結構力學課程教學存在的痛點問題

結構力學是土木工程專業(yè)公認的教師難教、學生難學的一門課程，在教學過程中主要存在以下問題。

重思政教育，輕特色融合。傳統(tǒng)教學雖然重視思政教育，但未充分挖掘課程中蘊含的思政元素，導致課程思政缺乏針對性，與專業(yè)教育相脫節(jié)，課程育人效果不明顯。

重教師傳授，輕學生互動。傳統(tǒng)教學主要采用“教師傳遞－學生接受”的模式，教師注重如何講授知識，而忽視教師與學生以及學生與學生之間的互動，導致課堂上經常出現(xiàn)“教師激情洋溢地講”和“學生死氣沉沉地聽”的不和諧現(xiàn)象。

重理論教學，輕聯(lián)系實踐。傳統(tǒng)教學內容以抽象力學理論和繁瑣手算為主，電算分析內容較少，而且教學注重培養(yǎng)學生解答習題和應付考試的能力，與工程應用的銜接不緊密，使得學生利用力學知識解決實際工程問題的能力較低，無法達到學以致用的目的。

重單一考核，輕過程評價。傳統(tǒng)考核方式以期末考試為主，且在考核中注重學生的計算能力，缺乏過程化考核和綜合應用能力評價，導致一些學生平常不努力，考前臨時抱佛腳，抄襲作弊等考試陋習的出現(xiàn)。

二、基于OBE 理念的結構力學課程教學改革

課程團隊以上述的教學痛點為邏輯起點，基于OBE教學理念，以立德樹人為價值引領，以混合設計為基本思想，以“兩性一度”為核心標準，利用現(xiàn)代化信息技術手段，從課程思政、教學模式、教學內容、教學方法、教學評價，信息化技術應用等方面進行結構力學課程教學改革與實踐[2]。

（一）深化特色思政建設，實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)與課程思政耦合育人

本課程遵循“以立德樹人為根本，強國興國為己任”的育才原則，深入挖掘課程蘊含的思政育人元素，創(chuàng)設思政情境。通過課程思政資源建設、思政教學設計、師德師風示范引領等環(huán)節(jié)構建“三全”育人的課程格局，將思政教育潤物無聲地浸潤到教與學的全過程中，解決“重思政教育，輕特色融合”的痛點問題。

對于思政資源建設，本課程廣泛收集與力學發(fā)展史、杰出工程專家、中國古代和當代建筑等相關的文檔、圖片、視頻等資料，建立課程思政元素庫。

對于思政教學設計，教師在教學過程中通過引導學生運用辯證統(tǒng)一的觀點分析力學規(guī)律，讓學生從專業(yè)角度構建哲學思維；通過引入力學發(fā)展史、杰出工程師、世界著名的中國古代和當代建筑，激發(fā)學生民族自信心和愛國主義情懷；通過工程事故案例的導入，增強學生的工程安全意識和社會責任感。

團隊各位教師通過與學生分享人生感悟和奮斗經歷，用教師嚴謹求實的治學態(tài)度和身正為范的人格魅力感染學生，引導學生樹立正確的人生觀和價值觀。

（二）構建“QIP”混合式教學模式，實現(xiàn)線上－線下－實踐三位一體化教學

基于OBE 理念，以工程情境創(chuàng)設為主線，構建“QIP”三階段混合式教學模式，即“問題導向，任務驅動”的課前探索（Quest）；“重點釋疑，討論探究”的課堂互動（Interaction）；“作業(yè)訓練，鞏固拓展”的課后實踐（Practice）。

基于“QIP”模式，設計教學流程，形成三步教學法。

（1）課前。教師以問題為導向，工程案例為載體，通過在線平臺布置學習任務；學生基于布置的任務，利用自建的智慧樹在線課程自學基本理論和方法，借助互聯(lián)網搜集相關資料，通過平臺與教師和同學交流，并完成線上自學測試，檢測學習效果。

（2）課堂。教師集中解決線上學習的疑難問題、講解重難點以及通過工程案例展示力學的應用，同時引入工程項目分析，結合知識競答、小組討論、成果匯報等環(huán)節(jié)，引導學生解決實際工程問題。

（3）課后。一方面，學生進行基礎作業(yè)訓練，鞏固認知；另一方面，依托于工程實踐的研討題目，教師將學生進行異質分組，引導學生開展分工合作探究式學習，同時結合特色知識講座、課外研學訓練拓展學生認知的深度和廣度。

通過“QIP”三階段混合式教學，學生學習熱情大增，培養(yǎng)了學生自主學習、工程實踐、團隊協(xié)作的能力，提升了學生勇于鉆研和敢于挑戰(zhàn)的能力，彰顯了“學生為主體，教師為主導”的教學理念，有效解決了重課堂講授、輕學生互動的痛點問題。

（三）優(yōu)化整合課程內容，重塑知識模塊，形成多維度知識結構

基于工程教育認證的要求，打破教材原有知識體系，增加結構定性分析、工程案例、電算分析等內容，有機融入思政元素，同時將學術前沿成果納入教學內容，形成三個知識模塊。一是基礎知識模塊，包括計算簡圖、組成分析、靜定結構和超靜定結構內力變形計算方法；二是電算分析模塊，包括計算軟件應用和結構定性分析；三是，知識拓展模塊，包括工程案例分析及與結構工程相關的前沿科研成果。

針對重塑的三個知識模塊，結合“QIP”混合式教學模式進行教學組織。

（1）基礎知識模塊：線上學生自主學習在線課程，線下教師通過疑難解惑、重難點講解及案例分析等環(huán)節(jié)，鞏固學生對知識點的掌握。

（2）電算分析模塊：線上學生自主學習軟件視頻教程，線下教師通過引入電算分析結果，引導學生運用概念驗證其正確性，同時結合計算機實踐，培養(yǎng)學生定性分析的能力。

（3）知識拓展模塊：線上學生自主學習擴展資源，線下教師通過引入工程案例、前沿性成果，同時結合結構創(chuàng)新思考題、結構設計大賽等綜合性訓練題目，提升設計創(chuàng)新能力[3]。

整合后的課程內容滿足面向產出的專業(yè)人才培養(yǎng)需求，保證知識體系的完整性，彰顯課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，有效解決課程實踐性不強等痛點問題[4]。

（四）建立“案例+實物+實踐”多元教學方法，實現(xiàn)形象化教學

為了實現(xiàn)形象化教學，結合信息化教學手段，課程團隊精心設計與土木工程專業(yè)緊密相連的工程案例，建立理論知識與工程案例融合的案例教學法、結構模型展示的實物教學法以及工程實地考察、電算分析和結構模型制作的實踐教學法，形成以結構力學知識為立足點、以工程案例和結構模型展示實現(xiàn)理論聯(lián)系實際、以實地考察拓寬學生視野的“專業(yè)知識+土木工程背景+實踐應用”的多層次教學形態(tài)[5]。

通過形象化教學方法，可增強學生的感性認識和課程的趣味性，有利于激發(fā)學生的學習興趣和求知欲，引導學生運用所學知識分析和解決工程問題，加深學生對所學知識的理解[6]。

（五）構建多元化課程評價體系，全面考核學生的學業(yè)水平

課程團隊基于課程教學目標，構建“過程與結果，定性與定量”相結合的評價體系。課程考核構成主要由三部分組成。第一，線上課程學習成績（30%）：包括視頻學習、討論區(qū)回帖次數(shù)、討論區(qū)自主提問、作業(yè)、章節(jié)測試等；第二，平時表現(xiàn)成績（20%）：包括課堂出勤、互動搶答、隨堂測驗、小組任務等；第三，線下期末考試成績（50%）：考試內容包括基本概念、基本理論、基本方法和綜合運用[7]。

（六）借助信息化技術，全方位提供教學支持

在教學過程中，課程團隊充分利用信息化技術進行教學改革，主要有以下幾個方面。第一，基于智慧樹平臺自建了“結構力學A1”在線開放課程；第二，基于在線平臺，打造了包括工程案例庫、試題庫、視頻庫等在內的豐富的教學資源；第三，通過互聯(lián)網平臺，學生隨時自主學習在線課程，并與教師、同學進行交流討論，培養(yǎng)了學習的主觀能動性；教師通過平臺發(fā)布學習任務，推送視頻、課件等電子資源，極大豐富了線上教學資源；第四，課堂上，教師借助智慧樹翻轉課堂、雨課堂等開展頭腦風暴、隨堂測驗、知識競答、小組討論等教學活動，激發(fā)學生學習熱情，提升課堂趣味性；第五，基于平臺大數(shù)據(jù)分析，教師及時掌握學生的學習動態(tài)和學習情況，進行教學反思，教學方法和教學內容優(yōu)化，進而實現(xiàn)精準教學[8]。

三、基于OBE 理念的結構力學課程教學改革效果

自2018 年以來，課程團隊開始進行結構力學課程教學改革，并應用于山東建筑大學土木工程專業(yè)，到目前為止，已連續(xù)應用于三屆學生。實踐結果表明：結構力學課程自實施創(chuàng)新教學改革以來，學生參與教學的積極性和主動性得到了極大地提高，97%的學生認為自學能力得到提高，94%的學生認為學習主觀性增強，80%以上學生認為團隊合作能力、創(chuàng)新拓展能力顯著優(yōu)于傳統(tǒng)課堂。另外，該課程自實施創(chuàng)新教學改革以來，教學團隊中各位老師受到督導員和學生的一致好評，其測評成績均為優(yōu)秀。

圖1 給出了傳統(tǒng)教學與改革后的教學學生成績對比，由圖1 可知，相對于傳統(tǒng)模式，教學改革后的學生平均成績提高15%左右，學生不及格率明顯下降。考慮到結構力學是土木工程專業(yè)研究生初試需要考核的專業(yè)基礎課，圖2 給出了山東建筑大學近幾年考研人數(shù)和錄取人數(shù)的統(tǒng)計。由圖2 可以看出，隨著教學改革的推進，學生考研率、錄取率明顯提升，教學成效顯著。

圖1 改革后教學與傳統(tǒng)教學學生成績對比

圖2 近四年學生考研人數(shù)和錄取人數(shù)統(tǒng)計

另外，經過教學改革創(chuàng)新，學生團隊協(xié)作精神、電算分析素養(yǎng)、工程實踐和創(chuàng)新能力明顯提高，建筑信息模型（BIM）設計大賽、結構設計大賽的參與率逐年上升，并在全國及省級各類結構設計競賽中取得了優(yōu)異成績。

課程團隊針對結構力學課程中存在的“痛點”問題，基于OBE 理念，對整個教學過程進行改革，主要包括：深化特色思政建設，構建“QIP”三階段混合式教學模式，優(yōu)化整合課程內容，建立“案例+實物+實踐”形象化教學方法，建立多元化課程評價體系，在教學中充分利用信息化技術。教學改革實踐表明：改革后的教學激發(fā)了學生的學習熱情和主觀能動性，培養(yǎng)了學生解決復雜工程問題的能力和創(chuàng)新思維，提升了學習效果和實踐創(chuàng)新能力，全面提高了教學質量，教學改革成果具有較好的推廣意義。今后，社會將對土木工程專業(yè)提出更高的人才培養(yǎng)標準，結構力學作為重要的專業(yè)基礎課，在教學中仍需要積極進行教學探索與改革，以滿足人才培養(yǎng)需求。