OBE理念下工程力学教学研究

摘 要：本文从OBE工程教育理念出发，阐述了工程力学在工科专业中的重要作用及当前教学中存在的诸多问题，并建议工程力学教学改革从转变教学理念，更新教学手段和教学组织形式，重新设计、整合教学内容，完善考核体系等方面进行。同时，文章指出鼓励学生参加力学竞赛以提高学生的实践能力、设计能力和创新能力。

关键词：OBE；工程力学；教学研究

作者简介：陈静，硕士，唐山学院基础教学部讲师，研究方向为力学教学及分子动力学模拟与研究。（河北 唐山 063000）

基金项目：本文系唐山学院教学研究项目“唐山学院工程力学网络课程教学设计与研究”（编号：170332）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2018）14-0020-03

OBE（Outcome based education），是1981 年由Spady 率先提出的[1]，是一种工程教育中的能力导向教学理念，通常被翻译为能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育。OBE理念适应了社会经济发展，特别是企业界对人才的需求，被认为是追求卓越教育的正确方向。美国工程教育认证协会（ABET）全面接受了OBE 的理念，并将其贯穿工程教育认证标准的始终。这一模式在澳大利亚、英国、加拿大、南非、新西兰等国家也得到广泛运用。按照OBE理念，教师可以得出课程的教学设计、教学组织以及教学实施的目标就是学生最后所取得的学习成果（Learning outcomes），因此OBE关注如下四个方面问题：教师想让学生取得的学习成果是什么；为什么要让学生取得这样的学习成果；如何有效地帮助学生取得这些学习成果；如何知道学生已经取得了这些学习成果，并依次细分教学内容和教学环节关联矩阵，持续改进教学效果[2]。

一、工程力学课程的教学现状分析

工程力学是机械、土木、交通运输类等工科专业的专业技术基础课程，对于新材料研制、生物力学、环境材料等新领域的开发与探索起着十分重要的作用。但当前工程力学课程的教学现状与其应该起到的作用是不相符的。主要表现在以下几个方面：首先，随着国民经济产业结构的转型、优化、升级，教育教学改革的不断推进，工科专业的课程体系做了相应的调整，从变化的结果来看，普遍理论学时下调，实践环节大幅度增加，但目前的工程力学教学还不能满足变化的需求，讲授内容和所要达到的教学目标之间的矛盾突出。其次“以学生为中心”的教学理念基本没有形成，没有形成良好的课堂互动环境，翻转课堂等现代教学方式几乎没有应用，授课方式仍然以课堂的“灌输式”为主，教师在讲台上拼命讲解，学生坐在下面默不作声的“单方面沉默式课堂”普遍存在。再次，讲授内容与实际应用脱节，课内实验学时偏少，学生学习过程中具有较大的盲目性，不知道所学的知识应该怎样应用或者在后续的课程中将用到哪里。最后，课程的考核方式单一，仍然是以理论作业和出勤等方面作为平时成绩，大约占30%，期末考试大约占70%，其中理论推导偏多，实践能力等过程考核偏少或几乎没有体现，无法达到课程教学目标[3]。

二、OBE理念下工程力学教学研究

1.工程力学课程的教学目标。按照OBE工程教育理念，教师首先需要思考工程力学课程想让学生取得的学习成果是什么？为什么要让学生取得这样的学习成果？为了能够弄清楚上述两个问题，笔者研究了华北理工大学、河南科技学院、河南工程学院、金陵科技学院、唐山学院等学校相关工科专业的人才培养方案，并与一些专业老师进行了充分交流。首先从各校的培养方案中我们可以看出一个共性的问题，不同学校、不同专业虽然都开设工程力学，但课程的学时却有着非常大的差别，以唐山学院为例，目前共有26个工科专业，其中有14个专业开设了工程力学课程。在2017级人才培养方案中可以看出，从机械设计制造及其自动化专业的128学时到无机非金属材料专业的30学时，学时跨度整整相差近100学时。如此大的学时差别反映出不同专业对工程力学教学要求是不同的，也就是说要求学生学习课程后掌握的知识的程度、范围等方面是不相同的。例如，机械类专业和土木类专业要求较高，大都要求通过该课程的学习使学生掌握各类工程问题的分析和计算方法，掌握并运用变形体力学的知识，在保证构件或结构满足安全性要求的前提下，以最经济的代价为合理设计构件或结构，选择适宜的材料提供必要的理论基础、计算方法与实验技术。掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法以及杆件强度、刚度和稳定性问题的计算方法。工程管理、工程造价、给排水科学与工程、建筑环境与能源应用工程等专业与土木工程专业密切相关，但相比土木工程专业，对工程力学掌握的要求有所降低。环境工程和无机非金属材料专业要求进一步下降，主要为学习环境工程机械及材料热工设备等专业课程打基础，要求学生掌握静力学部分即可。

2.工程力学教学方法探究。不同专业开设工程力学课程的目标不同，按照OBE理念，第二步是如何有效地幫助学生取得学习成果？经过长期的教学研究和教学实践，可从以下三个方面进行：

（1）积极转变教学理念。教师需要思考怎样解决当前课堂教学中以教师为中心，“单方面沉默式课堂”的问题。解决这个问题，教师需要从课堂教学的“主演”变为“导演”，使学生变为“演员”。在教学过程中教师充分发挥指导作用，将沉默式课堂变为对话式课堂，质疑式的课堂。把教师当前这种单方面知识输出变为知识的多向交流，力争达到教师与同学之间、同学与同学之间知识的对话、思维的对话[2]。此外，教师在教学过程中还要根据专业背景、专业需求等方面要求，个性化培养，鼓励学生创新，充分体现工程教育的理念，实现从知识课堂向能力课堂转变。

（2）引入现代的教学方式和教学组织形式。实现教师和学生角色的转变，打破沉默式的课堂，将课堂变为对话式的课堂、质疑式的课堂、开放式的课堂需要我们在一定程度上改变当前的授课方式和教学形式。教学需要积极引入和制作在线课程等网络教学资源，利用学校的网络课程平台进行翻转课堂教学，将工程力学的授课方式变为“网络课程学习+学生间讨论+课堂教学及讨论”的多种方式组合模式。当然，三种教学方式的比重需要教师根据不同专业、不同章节的实际情况进行调整。此外，教师应该充分利用网络课程平台或手机课程平台（例如学习通）的各种教学功能，实现教学资源的推送、教学问题讨论等。这样，同一门课程也可以有不一样的呈现方式，同时也可以拓展教学时空，激发学习者的学习积极性和自主性，取得事半功倍的效果。

（3）优化课程内容。课程教学内容首先要与专业培养目标、能力要求一致，因此不同专业的工程力学课程都需要认真制定与培养要求一致的教学内容，科学设计课程结构，合理分配理论力学和材料力学两门课程中的内容及讲授顺序。教师应积极建设符合本校学生的网络课程资源，对课程知识点要重新梳理、重新设计，“颗粒化”组织教学内容及资源。网络课程资源尽可能采取“微视频+图片+多媒体动画”等“富媒体化”呈现方式，要针對各模块知识点或专题设置相应的作业题或讨论题，借鉴一些网络游戏体验方法和激励规则，在帮助学习者掌握学习内容或测试学习效果的同时还增加学习的趣味性。教师要通过网络课程平台所提供的课程学习情况大数据分析发现学习者学习中的问题，以给予个性化的指导[4]。教师在授课过程要突出工程力学在工程实际中的应用，培养学生对于工程的整体认知，引导学生的工程思维。同时加强课内实验训练，适当增加设计性实验，让学生通过小组内讨论交流，综合利用荷载计算、强度设计等方面理论知识自主设计实验方案。

3.工程力学教学效果的检验及改进。前面论述的教学理念的转变、教学手段的改进、教学组织形式的设计、教学内容等资源的重组与建设都是为了更好地实现教学目标，因此检验教学效果是否达到目标要求是极为关键的一步。首先现有的工程力学大多为“一考定结果”的考核方式，这种考核方式缺乏科学的设计，不能全面考察学生的学习情况，需要建立一套较为完善的、符合学生情况、专业特点的考核体系。例如，对于课程的考核需要贯穿整个教学过程，加大能力考核的比重，增加学生在学习过程中思维、设计、创新、协作等方面考核的比重。其次，鼓励或引导学生积极参加各类的力学竞赛，通过竞赛的方式一方面可以较好地检验学生掌握知识的情况，另一方面也可以进一步提高学生创新能力和实践能力。与“工程力学”相关的竞赛有许多，如各省大学生力学竞赛、结构设计竞赛等，其中全国周培源大学生力学竞赛是当前影响力最大的与工程力学相关的竞赛。笔者通过多次组织校级力学竞赛并指导学生参加省级竞赛，学生学习力学的兴趣明显增强，分析、解决实际问题的能力得到了较大的提高[5]。最后，教学本身是一个循环过程，教学效果正好是教学过程的反馈。教师需要根据教学效果来修正或改进之前教学过程中存在的问题。通过教学效果的反馈，持续地改进教学活动，可以保障教学目标始终与毕业要求相符合，始终符合社会发展的需要，能够与时俱进。

综上所述，对于工程力学教学的研究与实践是一个永无止境的过程，需要教师通过不断的教学实践，总结出符合本学校的一套教学方案，在借鉴和吸收其他学校优秀的教学经验同时绝不可完全照搬，否则只能适得其反。无论学者或教师通过怎样的方式对工程力学进行研究和探索，有一点是大家的共识，工程力学教学在注重理论知识的同时，要使学生充分了解工程力学在工程实践中的作用，强化学生的实践能力、设计能力和创新能力，更好地为各专业的工程服务。

参考文献：

[1] WG Spady.Choosing Outcomes of Significance[J].Educational Leadership， 1994， （51） 6： 18–22.

[2] 李志义.适应认证要求 推进工程教育教学改革[J].中国大学教学，2014，（6）： 9-16.

[3] 陈静.基于CDIO思想的工程力学教学改革探索[J].高教学刊，2016， （6）： 131-132.

[4] 冯年华，陈小虎，吴钟鸣.应用型本科高校在线开放课程建设的思考与实践[J].中国大学教学，2016，（3）： 58-61.

[5] 贾海朋，江春冬.力学竞赛与工程力学课程教学改革关系探究[J].黑龙江教育，2016， （8）： 1-3.

责任编辑 程 华