基于OBE理念的工程力學課程教學改革探索

[摘 "要]工程力學是一門與工程實際聯系緊密的重要專業基礎課。然而，傳統的工程力學課程在教學過程中存在基本概念抽象、過程考核缺乏、學生實踐創新薄弱等問題。OBE教育理論的核心內涵是以學生為中心，以學習成果為導向，以持續改進為保障，該理念自提出以來，引起了各國教育界的廣泛關注。為此，將OBE教育理念全面滲透和貫穿到工程力學的教學過程中，在不改變現有學時的基礎上，開展多模式立體教學方法改革研究，探索多階段過程考核評價體系，激發學生獨立思考與創新創業的熱情，綜合提升學生發現問題、分析問題與解決問題的能力，將為培養符合新時代、新工科需求的高校本科人才提供參考。

[關鍵詞]OBE理念 "工程力學 "教學改革

基金項目：西安理工大學教育教學改革研究項目（項目編號：xqj2312）。

引 "言

作為航空航天、機械自動化、土木水利、車輛智造等工科專業最為重要的一門必修基礎課，工程力學課程是培養創新型人才極為重要的一環。工程力學課程一般在完成高等數學、大學物理的基礎上，也就是大二第一學期進行開設，該課程主要利用靜力學知識建立力學模型，經過邏輯推理和數學演繹，獲得復雜力系下的簡化結果，建立物體系統的平衡條件，并依據實驗結論建立變形體的力學理論體系，給出靜載下構件強度、剛度和穩定性的計算方法，旨在培養學生綜合運用力學知識正確分析和解決工程實際與科技前沿問題的能力。

OBE教育理念（亦稱為成果導向教育），是一種以學生的學習成果為導向的教育理念，其核心在于以學生為中心，關注教育過程結束后學生所真正擁有的能力。OBE理念強調教育者應清晰地定義學生預期達成的學習成果，并以此成果為導向設計課程與教學，確保學生在完成所有學習過程后能夠達成這些成果。此外，OBE理念還注重持續改進，通過對學生的學習成果進行持續評估與反饋，不斷優化教學過程，提升教育質量。OBE理念的理論基礎主要來自教育學、心理學等多個學科領域。在第四次工業革命的背景下，隨著技術的快速發展和產業結構的深刻變革，教育理念和方式也需要進行相應的調整和創新。OBE理念強調學生的學習成果和實際應用能力，這與第四次工業革命對人才的需求高度契合。因此，將OBE理念應用于與第四次工業革命相關的高等教育課程中，有助于培養具備創新精神和實踐能力的高素質人才，推動產業的轉型升級和創新發展。

工程力學與OBE理念

傳統的工程力學課程是以教材為導向的，老師的教和學生的學完全依賴于教材。而以成果為導向的教學設計遵循逆向原則，根據國家、社會、企業等的外部需求確定培養目標，進而確定學生的畢業要求及具備的能力，最后確定相應的課程體系。在課程設計中，OBE理念強調以學生的學習成果為導向，反向設計課程內容和教學方法。具體來說，教育者首先需要明確學生在完成課程后應達到的學習成果和預期能力；然后，根據這些成果和能力要求，設計相應的課程內容、教學方法和評估方式；最后，通過持續的教學實踐和評估反饋，不斷優化課程設計，確保學生能夠達成預期的學習成果。在教學方法上，OBE理念提倡采用多樣化的教學方式和手段，以滿足不同學生的學習需求和興趣。例如，可以采用項目式學習、案例分析、實踐操作等教學方式，讓學生在實踐中學習和掌握知識技能；同時，也可以利用信息技術手段，如在線課程、虛擬實驗等，為學生提供更加豐富多樣的學習資源和學習體驗。在教學效果評價上，OBE理念主要采用多元化的評價方式和方法。這包括對學生學習成果的直接評價，如作業、測驗、實踐報告等；也包括對學生學習過程的間接評價，如課堂表現、小組討論、項目完成情況等。此外，還可以通過問卷調查、訪談等方式收集學生和教師的反饋意見，以便對教學效果進行全面客觀的評價。在OBE理念下，教學效果評價不僅關注學生的學習成果是否達成預期目標，還注重分析學生在學習過程中所表現出的能力、態度和情感等方面的變化。通過深入分析評價結果，教育者可以了解學生的學習特點和需求，進而優化課程設計和教學方法，提高教學效果。因此，將OBE理念應用到工程力學課程中，根據成果導向探索建立新的教學模式，促進學生的關注點由分數獲取向能力提升轉變，具有重要的現實意義。

盡管OBE理念在教育領域具有廣泛的應用前景和重要的實踐價值，但在工程力學的實際應用過程中仍面臨著一些挑戰和問題。首先，學習成果具有多樣性和復雜性，難以用單一的指標或標準來衡量，如何準確界定和衡量學生的學習成果是一個難題。其次，OBE理念強調以學生為中心，注重個性化教學，然而，在實際操作中，由于教育資源有限，難以實現真正意義上的個性化教學，如何確保教育資源的公平分配也是一個挑戰。本文以西安理工大學工程力學課程為例，闡明工程力學教學過程中存在的問題，基于OBE教學理論，提出了相應的改進措施。

工程力學課程現狀分析

1.基本概念抽象

工程力學課程包括靜力學和材料力學兩篇內容，涉及知識面廣。靜力學部分主要包括：靜力學基礎、匯交力系、力偶理論、平面一般力系、空間一般力系和重心；材料力學部分主要內容有：軸向拉伸和壓縮、扭轉、彎曲內力、彎曲應力、彎曲變形與簡單超靜定梁、應力狀態和強度理論、組合變形、壓桿穩定等。課程內容偏多，概念抽象，主要采用老師灌輸式講解、學生被動式接受的方法開展教學。學生在學習過程中基本無實物接觸，不能有效建立直觀的認識，普遍感到課程內容枯燥乏味。目前我校本科課程學時壓縮，僅用傳統的教學手段在有限的學時內完成規定的教學內容面臨較大挑戰。

2.過程考核缺乏

工程力學課程以課后習題作業和期末考試為主要考核方式，對教學過程中學生運用基礎知識的能力培養不足，缺乏階段性的學習目標與評價。學生雖然能夠完成課后作業并且通過期末考試，但實際對課程內容的理解往往比較差，遇到不同場景的實際問題經常無從下手。因此，需要重視教學過程中的工程滲透和過程考核，強調教學過程的輸出而不是輸入，加強學生對課程內容的理解和運用，有效提高工科類學生利用工程力學基本知識解決實際工程問題的能力。

3.實踐創新薄弱

目前工程力學的教學計劃主要由教師來完成，除了部分課后習題和兩次實驗（拉伸破壞實驗與彎曲正應力電測實驗），學生基本沒有實踐與創新環節，與新工科背景下對工程力學課程的要求明顯不符，學生往往不能做到學以致用，知行合一。僅有的兩次實驗，學生僅需按照既定的步驟實行即可，基本無須思考與創新，學生的創新思維與批判性思維得不到系統的鍛煉。其次，學生對工程力學的最新發展和技術前沿了解不足，學生發現問題、分析問題、解決問題的能力不能得到有效的提升。

工程力學課程改革措施

在第四次工業革命背景下，隨著教育改革的不斷深入和社會對人才培養需求的不斷變化，OBE理念將在未來得到更加廣泛的應用和發展。首先，OBE理念將進一步強調跨學科融合和綜合素質培養。未來的教育將更加注重學生綜合素質的培養和跨學科知識的融合，以適應社會多元化和復雜化的需求。OBE理念將推動教育者打破學科壁壘，構建跨學科的教學體系，培養具有創新精神和跨學科能力的人才。其次，OBE理念將更加注重技術與教育的深度融合。隨著信息技術的快速發展，未來的教育將更加依賴技術手段來提升教學效果和學生學習體驗。OBE理念將推動教育者積極探索技術與教育的融合點，利用大數據、人工智能等技術手段優化教學設計和評估方式，實現個性化教學和精準教學。同時，OBE理念也將進一步強調全球化視野。在全球化的背景下，國際交流與合作對于提升教育質量和培養具有國際視野的人才具有重要意義。OBE理念將推動教育者加強與國際先進教育理念和實踐的交流與合作，引進優質教育資源和先進的教學方法，推動教育國際化進程?；诖?，本小節針對工程力學課程存在的問題，結合OBE理念，提出如下改革措施（見圖1）。

1.開展多模式立體教學方法改革

OBE理念提出以學習成果為導向對教學過程進行設計，強調以學生為中心。針對工程力學課程涉及的力偶、力矩、變形、應力狀態、強度理論、穩定性等抽象概念，可開展多模式立體教學方法改革，讓學生真正成為學習的主人，具體為：

（1）將教學內容模塊化。工程力學課程可細化為靜力學模塊（權重30%）、軸向拉壓與扭轉變形模塊（權重15%）、彎曲變形模塊（權重20%）、應力狀態與組合變形模塊（權重20%）、壓桿穩定模塊（權重15%）。將每一模塊設置若干開放性問題（該問題可以是國家或企業重大工程問題，也可以是國際學術前沿的學科交叉問題），然后將學生進行分組學習與討論，弱化教師的主導作用，充分調動學生的積極性。

（2）將教學課堂開放化。工程力學的課堂可設置為在時間和空間上開放的課堂，不再是在固定的教學時間內完成固定教學任務的課堂。實現工程力學課堂開放的關鍵是如何充分地吊起學生的胃口。根據模塊化教學，在課上將與實際聯系緊密的工程問題提出后，可有效地將句號課堂變成問號課堂。下課后，學生就會主動地將學習時間從課內向課外延伸，迫不及待地在圖書館、互聯網查閱各種資料，或者進入實驗室進行相關的探索。

（3）將教學手段多樣化。工程力學教學可采取多媒體視頻教學、板書理論推導、案例仿真演示與人工智能模型等多手段相結合的方法。利用多媒體技術將非常抽象的工程力學概念以立體和直觀的形式展現出來，讓學生能深刻地了解概念的本質，同時激發學生的學習興趣；通過傳統板書形式，推導復雜的力學理論，并結合仿真模擬案例進行定量化的分析，使學生能更加深刻地理解工程力學的理論。例如，可以引入重大工程裝備如飛行器中存在的工程問題，以多媒體視頻教學，將系統各個構件的受力過程直觀地展示給學生，并對不同階段會發生的受力狀態、能量傳遞及其變形特點都進行直觀深入的介紹；將構件變形與破壞的基本規律，從基本理論概念入手，推導計算過程，并結合仿真模擬與工程實際，說明一些邊界怎么進行數學描述與處理，這樣可使學生對實際問題的理解更加深刻。

2.開展多階段過程考核改革

OBE理念注重過程化的學習考核模式，強調把學生的學習進程劃分成不同的階段，將階段評價與持續改進相結合以促進學生的學習成果。因此，針對工程力學課程過程考核的缺乏，可開展多階段過程考核改革。具體為：

（1）前期階段（權重30%）：將工程力學細化為若干模塊之后，可在課堂上營造真實的工程實際環境，讓學生以小組討論的形式針對每個模塊設置的若干工程問題進行探究。在前期階段，學生可以采用文獻調研、資料查詢、慕課學習、開展預實驗或者與老師交流等手段對相應的問題有初步的了解。

（2）中期階段（權重40%）：在中期階段，主要采取通過PPT進行小組匯報的方式。在該階段，學生應提出一個如何利用學習的理論知識解決布置的實際工程問題的基本方案。然后，教師進行提問并對該方案提出相應的建議，給出及時的評價與反饋。為了提高小組每個學生的參與度，匯報時采取隨機抽簽的形式進行。

（3）后期階段（權重30%）：在后期階段，每個小組應形成最終的解決方案，以研究報告為主，并在研究報告中附上每個學生的具體貢獻。通過最終研究報告的質量，可為老師的進一步教學改進提供參考。在此過程中既可以鍛煉學生發現問題、分析問題、解決問題的能力又可以通過實踐過程中學生的思路、效率及結果等方面的表現，綜合評價學生對基礎知識的理解與運用能力。

總評成績可分為過程考核成績和期末考試成績，其中過程考核成績共占總評成績的50%，對于每個教學模塊均設置為滿分，然后根據相應的權重進行計分。新的階段考核體系可全面地考查學生對工程力學的學習成果，有效地提升學生全階段的學習興趣與效果。

3.開展創新創業能力培養改革

OBE理念強調創新思維的培養，但是傳統的工程力學教學模式忽視了創新能力和實踐能力的培養。因此，可開展學生創新創業能力培養改革，具體為：

（1）將與工程力學相關的力學國際前沿最新研究成果以視頻介紹的形式引入課堂教學，拓展學生的眼界，讓學生了解到工程力學的最新動態和發展趨勢，提高學生對工程力學課程學習的興趣，引導學生獨立思考，善于創新。

（2）選取國際和國內高端工程裝備、顛覆性材料相關的最新研究論文，詳細介紹工程力學課程基本理論和分析方法在研究中的運用，讓學生了解國內外高端工程裝備類、固體力學類相關期刊，引導學生利用基礎理論和分析方法開展研究，改變課堂教師的主體地位，樹立“以學生為中心”的理念，通過線上與線下探究融合、專業與思政啟發融合、校內與校外深度融合來解放思想。

（3）結合高端工程裝備、新型材料等的最新研究成果，引導學生針對社會和企業實際工程應用需求開展新型工程材料與結構的思考和設計，指導大學生參加“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽、中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽、“創青春”中國青年創業大賽等，提高學生的創新創業思維、實踐能力和全球化視野。

結 "論

OBE理念作為一種以學生為中心、關注能力培養的教育理念，在教育改革和人才培養中具有重要的價值和意義。它不僅有助于改變傳統教育模式的弊端，推動教育向更加注重學生個體發展和能力培養的方向發展；還有助于提高教育質量和教學效果，培養具有創新精神和實踐能力的人才；同時也有助于促進國際交流與合作，推動教育的國際化和現代化進程?；贠BE教育理念，針對傳統工程力學課堂存在的基本概念抽象、過程考核缺乏、學生實踐創新薄弱等問題，本文提出了將教學內容模塊化、將教學課堂開放化、將教學手段多樣化的多模式立體教學方法，開拓了多模塊多階段的過程考核評價與反饋改進體系，探究了激發學生獨立思考與創新創業熱情的改革措施，擴展了OBE教育理念在我國力學教育領域的研究與實踐范圍。展望未來，我們有理由相信，隨著對OBE理念的不斷探索和實踐，工程力學教育將迎來更加美好的未來，培養出更多具有創新精神和實踐能力的滿足工業4.0要求的新時代人才，為社會的發展和進步作出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]李志義.中國工程教育專業認證的“最后一公里”[J].高教發展與評估，2020，36（3）：1-13+109.

[2]杜陽陽，杜彩鳳，王貞，等.工程教育認證背景下應用型創新人才培養模式研究——基于大學生競賽活動的分析[J].科教文匯，2024（4）：55-58.

[3]陳艷華，常莉，魏蓉，等.融合OBE與創新創業理念的學生學習成果達成度評價體系研究[J].西部素質教育，2024，10（8）：86-89.

[4]周澤尋，林曉珊，邱樹偉.融合AI與軟件工程的OBE-CDIO創新創業實踐教學改革[J].計算機教育，2024（4）：139-143.

[5]袁宇鳳，張博，孫建平，等.OBE理念下專業課過程考核方案的探究[J].課程教育研究，2021（41）：185-186.

[6]李炎森，馬洪鑫.基于OBE理念的“工程力學實驗”課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2023（33）：81-84.

（孫洋：西安理工大學土木建筑工程學院）