基于OBE理念的“結構動力學”課程教學改革與實踐

［摘 要］ “結構動力學”課程是土木工程類碩士研究生的專業核心課，該課程對架構學生知識體系以及培養學生應用技能具有重要的支撐作用。將成果導向教育理念（OBE）引入土木工程“結構動力學”課程教學改革及實踐中，介紹了“結構動力學”課程教學改革背景及實施路線，提出在教學理念、教學目標、教學內容、教學資源、教學方式、考核評價機制等方面開展綜合改革。實踐結果表明，課程改革可有效提升教學效果，提高學生綜合素質水平，激發學生工程意識，拓寬學生科學視野，為其后續從事專業技術工作奠定有利基礎。

［關鍵詞］ 結構動力學；OBE理念；教學改革

［基金項目］ 2022年度黑龍江省本科高校教育教學改革研究項目“新工科背景下基于OBE理念的教學模式探索——以‘結構動力學及其工程應用’課程為例”（SJGY20220124）；2022年度黑龍江省研究生精品課程高質量建設項目“結構動力學”（黑學位辦函〔2022〕5號）

［作者簡介］ 魯軍凱（1985—），男，吉林省吉林市人，博士，東北林業大學土木與交通學院副教授，主要從事結構抗震的理論研究；李明寶（1969—），男，山東濟南人，博士，東北林業大學土木與交通學院教授（通信作者），主要從事巖土工程理論研究；賈永峰（1977—），男，遼寧葫蘆島人，碩士，東北林業大學土木與交通學院副教授，主要從事力學與橋梁工程理論研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）23-0061-04 ［收稿日期］ 2023-11-10

引言

“結構動力學”是土木工程、工程力學等專業的重要基礎課，其與工程實際聯系十分密切。課程涵蓋的知識是解決航空航天、能源動力、土建及交通等工程中振動問題的核心理論及方法。隨著人們安全意識的提高以及社會經濟水平的不斷發展，我國對工程建設及運營過程中的防災減災要求逐漸提高，使得結構動力學在解決上述問題方面顯示了重要價值。東北林業大學土木工程類專業開設有48學時的“結構動力學”及其工程應用課程，如何在有限的學時內使學生掌握結構動力學的基礎知識及基本技能，培養學生具備從事科學研究的創新能力或解決工程問題的實踐能力是本課程的核心任務。

關于“結構動力學”課程教學改革已有部分報道，相關研究也取得了較好的成效［1-2］。筆者在本課程的教學實施中引入成果導向教育（Outcome-based education， OBE）理念，通過多輪次的教學實踐取得了一定的效果。本文結合教學開展的實際情況介紹OBE教育理念在“結構動力學”課程教學中的一些做法。

一、OBE教育理念

OBE是20世紀90年代發展起來的一種基于學習產出的教育模式，其強調“以學生為中心”，以學生學習產出為導向，注重激發學生的積極性與主動性，培養學習者的興趣［3-4］。OBE理念遵循“反向設計”原則，從需求開始，由需求決定培養目標，由培養目標決定畢業要求，再由畢業要求決定課程體系。作為當前國際工程教育領域的主流理念，OBE模式已經成為工科專業教學改革的前沿方向。

相比于單一強調教師“如何教”“教什么”的傳統教育理念，OBE理念更為注重學生的學習成果，強調學生掌握知識及能力的程度。根據這一理論，教育機構在組織教學過程前，必須明確學生畢業時應該具備的能力水平及預期目標，然后圍繞預期的學習產出組織實施教學環節，確保學生達到預設目標，即形成可持續改進的“逆向設計預期產出—正向實施實現產出—后期評估學習產出”教育主線。

二、“結構動力學”教學改革背景

盡管近年來圍繞“結構動力學”的教學改革取得了較好成效，但國內大多數高校開設的“結構動力學”課程仍采用以教師為中心的傳統教學模式。以我校“結構動力學”課程為例，尚需解決的問題主要有以下幾方面。

（一）過于強調自然科學，難以適應新時代教育理念要求

“結構動力學”課程難度較大、模型抽象，可能導致教師授課時過于強調自然科學屬性，忽視了課程中立德樹人和社會主義核心價值觀的引領，無法達到教育部提出的《關于加快新時代研究生教育改革發展的意見》以及《高等學校課程思政建設指導綱要》中的相關要求［5-6］。

（二）教學模式以教師為中心，以課堂講授為主，師生互動少

“結構動力學”課程教學模式仍是以傳統的教師在課堂上的講授為主，學生在學習過程中的參與度較低，課堂溝通互動環節偏少，學生在學習過程中很容易感到枯燥而喪失學習該門課程的興趣和動力，較難達到理想的教學效果［7-8］。

（三）線下教學為主，教學方法較為單一

目前“結構動力學”課程的教學方法主要以PPT結合板書的線下教學方法為主要授課方式，在當前“互聯網+”的大趨勢下，針對線上教學方法及線上線下混合的教學方法開發與使用尚不充分。

（四）學生課外學習效果缺乏有效監控

“結構動力學”課程的教學模式以教師課堂講授為主，而教師只能在課堂有限的時間內對學生的學習情況進行一定的掌握和了解。而課外的學習作為課堂學習的延伸，教師僅依靠課后作業的完成情況無法對學生的課外學習狀況進行有效的指導和把握，缺乏有效的監控機制。

（五）課程目標達成度評價方式以結果性評價為主導，過程性評價不足

現階段“結構動力學”課程目標達成度的評價方式由平時出勤、作業完成及期末考試三部分組成。一般情況下期末考試的占比超過60%，學生的應試思想較為明顯。課程結果性評價占比偏大，過程性評價不足，導致學生在課程學習過程中偏向于最后的期末考試，降低了對平時學習的重視程度。

三、基于OBE理念的“結構動力學”課程教學改革

為響應我國新工科建設工作，突出結構動力學研究特色，課程基于OBE理念，講述結構動力學在工程振動問題建模及分析、揭示工程結構振動規律及現象、開展工程結構動力學優化設計、振動控制產品研發等方向上的基本理論、分析方法、最新前沿和進展情況，分析其難點及重點，引導學生對結構動力學的基本原理、基本理論、基本方法進行深入探索，重點為培養具有良好獨立科研能力或解決工程中復雜問題實踐能力的高層次創新人才奠定基礎。具體課程改革及實施路線如圖1所示。

（一）注重能力培養，重構教學目標

OBE理念強調能力及素質培養，因此課程參考《中國工程教育認證》，以《學術學位研究生核心課程指南（試行）》和《專業學位研究生核心課程指南（試行）》為基礎，制定課程學習的預期產出，確立課程教學目標。

1.知識目標：掌握結構動力學知識體系及知識點，拓寬學生科技視野，深刻理解結構動力學對未來科研及工作的重要意義。

2.能力目標：通過對結構動力學理論的系統學習，培養學生自主學習能力、邏輯思維能力以及運用理論知識解決工程問題的實踐創新能力。

3.價值目標：教育引導學生樹立科技強國信心，培養具有愛國情懷的高素質創新型人才。

（二）轉變教學理念，構建以學生為中心教學新模式

在OBE教育模式中，學習成果所包含的各種能力主要通過課程教學來實現。因此應將學生作為課程教學的主體，利用網絡、課堂和課外三個平臺，分課前、課中和課后三階段設計課程教學活動，綜合培養學生思考、研究、創新和分析解決實際問題的能力。

（三）以學習產出為導向，逆向設計教學內容

針對土木工程行業人才需求及專業發展需求，將人才培養規格融“知識、能力、素質”為一體，將課程學習產出與知識點進行關聯，實現知識點的任務化學習。按照“職業需求—工作技能—學習任務—知識點”的逆向設計方式，重新梳理課程知識點。同時，注重引入科技前沿成果及技術，拓寬學生科學視野。

（四）合理利用網絡平臺及多媒體資源，構建信息化學習環境

“結構動力學”課程課時相對較少，且課程理論性強，概念、公式、定律較多，相關知識比較抽象難懂。因此合理利用主流網絡平臺及多媒體資源更新線下教學資源，深度挖掘網絡課程資源（學習通+學課堂）建設線上教學平臺，構建“結構動力學”課程線上線下信息化學習環境，是激發學生學習熱情、提高學習效果的一個重要途徑。

（五）改革教學方法，促成學習產出達成

針對當代大學生學習特點，積極運用多媒體教學方式，通過圖片、文字、聲音、場景、情感等載體刺激學生的感官，提高學生的課堂參與程度。根據不同的教學內容，采用翻轉課堂、案例式、問題導入式及討論式等教學方法。

（六）建立多維度考核機制，激勵師生共同學習進步，持續改進

“結構動力學”課程的常規考核方式為閉卷或開卷考試，以分數作為評價學生學習效果的主要依據，缺乏過程性評價。因此，本課程將學生演講、報告、調研、討論等情況納入課程考核內容，從而全面考核學生知識掌握情況及運用知識的綜合能力。在課程結束時對學生進行問卷調查，提出課程教學的不足，教師提供反思及總結報告，并在后續教學中持續改進。

四、改革效果分析

課程教學改革實踐從2020年秋季開始，對土木工程2021級及2022級學生進行了試點研究。具體的改革前后的課程成績對比及完成的學生問卷調查情況如下。

（一）課程成績對比

通過2年的教學改革，極大提高了學生的課堂參與度（90%以上同學參與了翻轉課堂及案例討論等）、學習興趣以及學習成績。相比于2020級學生，2021級和2022級學生優秀率（80分以上）分別提高了58.1%、67.6%，平均成績分別增加了10.2分、10.9分。

（二）學生滿意度分析

課程結束后分2批次利用學習通教學平臺發放學習體驗調查問卷95份，共收回問卷93份。調查問卷結果表明學生對課程整體滿意度、考核方式及學習活動的滿意度達90%以上，完成課程后學生對自身的自主學習能力及專業能力的提高情況也有較好的認可度。

（三）學生感言

通過課程學習，多數學生反饋“對工程案例很感興趣，期望老師增加一些與自己課題研究方向相關的案例”“盡管翻轉課堂需要提前做較多準備，但自己講過的知識理解及掌握得更好，而且鍛煉了自己的表達能力”“老師把課堂討論演繹得像擊鼓傳花一樣有趣，提高了課堂的學習氛圍”“期末考試成績占比的降低使我們更加注意平時的學習與積累”“老師帶我們一起刷抖音找資料的感覺太好了”。

綜上可知，基于OBE理念的“結構動力學”課程教學改革有效拓寬了學生的科學視野，提高了學生的學習興趣與學習成績，提升了學生的綜合素質水平，預設的“結構動力學”課程教學目標基本達成。

結語

本文結合教學改革實踐中的經驗，介紹了將OBE理念應用于土木工程“結構動力學”課程的設計、實施及評價的完整操作過程。教學實踐證明，通過在“結構動力學”課程中引入OBE理念，將傳統教學模式轉變為以學生為中心的新模式，重構了重點培養學生“三位一體”的教學目標，明確了以學習產出為導向的教學內容，構建了易于與學生共情的信息化學習環境，采用了互動性更強的教學方法，建立了多維度的考核機制，有效提升了課程的教學效果及教學質量。盡管將OBE理念引入“結構動力學”教學實踐中取得了一定的成效，但關于課程體系的建設等方面仍有待后續的研究與完善。

參考文獻

［1］魯正，翁渝峰.中外土木工程防災專業結構動力學課程比較研究［J］.高等建筑教育，2018，27（4）：13-17.

［2］朱仕堯.“高等結構動力學”研究生課程教學方法初探［J］.教育教學論壇，2021（43）：123-127.

［3］SPADY W G.Choosing outcomes of significance［J］. Educational leadership，1994，51（6）：18-22.

［4］BRADY L. Outcome-based education：a critique［J］. The curriculum journal，1996，7（1）：5-16.

［5］教育部，國家發展改革委，財政部.關于加快新時代研究生教育改革發展的意見：教研〔2020〕9號［A/OL］.（2020-09-21）［2023-09-01］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/s7065/202009/t20200921_489271.html.

［6］教育部.關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-06-01）［2023-09-01］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

［7］孫智，葛耀君.國際研究型大學《結構動力學》課程研究生教學比較研究［J］.教育教學論壇，2013（27）：58-60.

［8］榮學亮，郭進，王慧東，等.研究生結構動力學核心課程建設探討［J］.教育教學論壇，2016（23）：203-204.

Teaching Reform and Practice of Dynamics of Structures Based on the OBE Concept

LU Jun-kai， LI Ming-bao， JIA Yong-feng， WU Gang

（School of Civil Engineering and Transportation， Northeast Forestry University， Harbin，

Heilongjiang 150040， China）

Abstract： Structural Dynamics， a core curriculum for master students in civil engineering， serves as an important role in shaping students’ knowledge structure and cultivating their practical skills. This paper introduced the concept of outcome-based education （OBE） into the teaching reform and practice of Structural Dynamic in civil engineering， presenting the background and implementation plan of Structural Dynamic. It is suggested that comprehensive reform and teaching practice across teaching philosophy， objectives， content， resources， methods， and assessment mechanisms be carried out. The implementation results showed that the curriculum reform can significantly improve the teaching effect of Structural Dynamic course， as well as the level of the students’ comprehensive qualities. Also， both the scientific vision and engineering consciousness of the students were expanded and promoted， respectively. All of these provided a favorable foundation on students’ follow-up professional and technical work.

Key words： Dynamics of Structures; OBE concept; teaching reform