基于OBE理念的结构力学课程改革与实践★
2021-01-14赵延林高红梅孟丽岩
赵延林 高红梅 孟丽岩
(黑龙江科技大学建筑工程学院,黑龙江 哈尔滨 150022)
0 引言
结构力学课程是土木工程专业、道路桥梁与渡河工程专业的核心专业基础课。近年来，在新工科建设与工程教育专业认证的带动下，国内高校对结构力学课程开展了一系列的建设工作。
文献[1]～[3] 以OBE教育理念为指导思想，从教学形式、教学策略、教学设计、教学模式、考核方式等方面对结构力学课程建设进行了探索与实践；文献[4]在新工科背景下，以培养学生综合应用能力作为课堂教学质量的目标,从力学思维、教学体系、教学方法、课程评价四方面对结构力学课程教学进行了重构；文献[5]探讨了专业课程教学过程中渗透人文素养培育实践的切入点和视角，实现了知识传授与价值引领的有机统一；文献[6][7]通过引导大学生积极参加结构设计竞赛，培养了学生解决工程问题的能力、创新能力、动手能力和团队协作能力，从而达到全面提升学生综合应用专业知识的能力。
本文在工程教育专业认证大背景下，结合我校结构力学课程的建设经验，基于OBE教学理念，重构了结构力学课程的总体培养目标，从思政元素融入教学、课程知识模块划分、课堂教学设计、素质教育、课程考核方法与教学质量保障机制等方面详细阐述了结构力学课程教学改革措施及取得的建设成效。
1 课程建设历程
我校结构力学课程于2006年建成校级合格课，2009年建成校级优秀课，2011年建成校级精品课。2012年—2020年，课程主要经历了“项目载体”“3+1培养模式”与“工程专业认证”三个建设阶段。
第一个阶段(2012年—2014年)，依托校级重点教学研究项目“面向工程的土木工程专业学生力学分析能力综合培养方式研究”，主要探讨了课程中工程案例教学的实施形式与教学方法，以提高学生实际工程问题的力学分析能力。
第二个阶段(2015年—2017年)，依托省级教育科学规划课题“以项目为载体的结构力学课程‘1+0.5+0.5’全程式教学模式的构建与实施”，主要从结构力学课程对后续专业课程设计与毕业设计支撑的角度，探讨了“3+1”人才培养模式下课程的纵深化、全程式培养模式，提高了学生在后续专业课程设计与毕业设计中的结构分析能力。
第三个阶段(2018年—2020年)，依托省级高等教育教学改革项目“基于工程教育专业认证的土木工程专业力学类课程教学改革与实践”，主要围绕工程专业认证标准与行业人才需求标准，以学生为中心，突出OBE教学理念，从培养目标、毕业要求、教学内容、教学方法、教学手段、达成度考核方法及课程改进机制等方面对课程进行了全面的创新性建设。
2 课程总体培养目标
立足于学校应用型人才培养的办学定位，紧紧围绕土木工程专业认证标准与行业人才需求标准，以学生为中心，基于OBE教学理念，确定了结构力学课程的总体培养目标为：
1)结合专业特点，将思政教育融入课堂教学，培养学生的爱国情怀、工匠精神和创新意识。
2)掌握结构力学的基本力学原理与计算方法，具备土木工程领域的基本结构分析与计算能力。
3)针对实际工程结构，能够合理提出不同的结构分析方案，并能从中选取最优方案进行结构分析。
4)能够应用基本的力学原理和方法对较复杂的工程结构进行分析，给出有效解决方案，并能进行电算分析。
3 各教学环节实施方法
3.1 思政教育融入教学
以教育部《高校“三全育人”综合改革试点建设标准》为指导，全面贯彻学校“立德树人”的教育方针，将思想价值引领贯穿于结构力学课程教学全过程，培养符合国家战略和经济建设需求、精通土木工程专业知识的应用型人才。
结合我校土木工程专业特色与结构力学课程的教学内容，精心进行课程的教学设计，注重挖掘结构力学课程的思政元素，积极推进课程思政教学改革。具体措施包括：
1)结合土木工程专业特点，培养学生投身行业的归属感与责任感以及吃苦耐劳的土木精神与精益求精的工匠精神。
2)结合土木工程学科特色，激发学生的创新意识，培养学生的科技创新精神。
3)结合结构力学课程特点，培养学生严谨、科学的治学态度。
4)结合学校“矿业特色”文化，培养学生服务国家和地方经济的爱国情怀和使命担当。
3.2 课程知识模块与教学方法
3.2.1 课程知识模块
基于OBE教学理念，对标行业人才需求标准，确定结构力学课程的教学内容为：平面杆件体系的构造分析、静定结构受力分析、结构位移计算、超静定结构受力分析、影响线及其应用、结构动力分析与结构电算分析。
以学生为中心，遵循人的认识规律，将结构力学课程的课堂教学划分为“基本理论模块”+“ 工程实训模块”+“拓展提升模块”，全面培养学生应用基本力学原理与方法对实际工程进行结构分析的能力与创新意识。
基本理论模块：采用质疑式教学，针对每一个教学内容，精心设计出一个工程问题，带领学生应用已经掌握的力学原理与方法对问题进行分析，并对分析结果总结归纳，在此基础上进行难点与重点精讲，加深学生对基本理论知识的理解与掌握，教学时间为30 min。
工程实训模块：采用启发式和提问式教学，引导学生积极思考，应用基本力学理论知识对工程案例进行结构分析训练，注重师生互动，提高学生的课堂教学参与度，培养学生应用基本力学理论分析和解决实际工程问题的能力，教学时间为40 min。
拓展提升模块：在工程案例分析的基础上，由教师提出1个～2个复杂工程问题，采用翻转课堂形式，组织学生分组讨论，注重生生互动，激发学生主动思考的积极性与学习兴趣，培养学生应用基本力学理论分析和解决复杂工程问题的创新意识，教学时间为20 min。
3.3 第二课堂与素质教育
为提高学生应用基本力学原理和方法对实际工程进行结构分析与计算的能力，课程组教师积极引导学生开展第二课堂与素质教育等课外活动，充分调动了学生的学习兴趣。具体措施包括：
1)组织学生自学力学分析软件(如力学求解器、pkpm软件等)，并完成一个工程实例的电算分析，从而提高学生应用先进力学计算手段进行结构分析的能力。
2)组织学生开展一年一届的校级结构分析大赛与结构模型大赛，并选取优秀作品参加省级结构模型大赛，从而提高学生的学习兴趣、结构分析能力、动手能力与团队精神。
3)组织部分优秀学生参加校级、省级与国家级大学生创新创业大赛，培养学生的创新意识与初步科研能力。
3.4 课程达成度考核方法
为突出学生力学应用能力的培养，课程总体采用基于达成度的考核方法。该考核方法以学生的学习成果为导向，注重过程考核，相对于传统考核方法更具科学性。具体做法为：
本文选取西藏测震台网2016年、2017年编目结果中的MS3.5级以上、ML3.6级以上地震事件，剔除其中参与震级计算台站在8个以下的事件，共得到地震事件95个。 编目结果中计算MS震级42个，计算ML震级55个，同时计算 ML震级和MS震级的地震事件2个。西藏台网只有24个台站，分布极为稀疏，M3.0至 M4.0地震中参与震级计算的台站常常不到8个，同时测定面波震级MS和地方性震级ML的事件较少。选取的地震目录如表1和表2所示，其震中分布如图 1所示。
1)在课程总体培养目标的基础上，细化出课程的具体教学目标，并确定各细化教学目标所对应的教学内容。
2)针对每一个细化教学目标，采用“期末考核+过程考核”的考核方式，其中期末考核占70%、过程考核占30%。
3)期末考核采用“基本理论+工程应用”的考核方式，其中基本理论占40%、工程应用占60%。
4)过程考核采用“日常作业+电算作业+设计性大作业+素质教育”的综合考核方式。
5)根据以上的学情统计数据，计算出课程各细化教学目标的达成度，用以评价各教学目标的达成情况。
最后，依据达成度评价结果，对课程教学进行综合分析，找出存在的问题，提出课程的整改措施，从而对课程教学进行持续改进。
3.5 双循环质量保障机制
基于OBE教学理念，构建校内外双循环的闭合式持续性改进的课程教学质量保障机制，确保课程教学质量持续改进，提高学生的结构分析能力。具体措施为：
1)校内评价：依据课程各细化教学目标达成度完成情况、学生评课数据与校内同行专家评价数据，对课程各教学环节进行综合分析，提出整改意见，在下一轮教学中进行持续改进，该评价周期为一年。
2)校外评价：依据专业毕业学生的调查反馈数据、校外同行专家评价数据与土木工程行业的反馈数据，整理出专业建设的整改建议，然后从中归纳出本课程的相关整改意见，在下一轮教学中进行持续改进，该评价周期为两年。
4 课程改革成效
通过以上的改革措施，不仅使学生掌握了扎实的基本力学理论知识，而且能够较好地应用其对实际工程进行结构分析。具体成果表现为：
1)课程各细化教学目标的达成度均大于0.7，表明课程的教学目标均已达成。
2)在毕业设计中，80%以上的学生可以针对实际项目设计出合理的结构分析方案，90%的学生可以完成对项目的电算分析。
3)在校学生对基于翻转课堂的“模块式”教学形式评价较高，认为该教学方式可以积极调动其学习主动性与学习兴趣。
4)从毕业生的反馈意见来看，课程教学模式和培养效果得到了毕业生和用人单位的好评。
5)结构力学课程的建设水平与教学效果得到了校内外同行、专家的高度评价。
5 结语
基于专业认证标准与行业需求，将OBE教学理念与翻转课堂教学相结合，形成了结构力学课程的基本教学特色。
1)将思政教育融入课堂教学，培养了学生的爱国情怀、工匠精神和创新意识。
2)基于OBE理念，结合毕业生和用人单位的反馈意见，以土木工程行业需求为主导，优化了课程教学内容与教学体系。
3)以学生为中心，通过翻转课堂、“模块式”教学等形式，提高了学生课堂参与度与主动学习意识，培养了其应用基本力学知识分析、解决实际工程问题的能力与创新意识。
4)构建了校内外双循环的闭合式持续性改进的课程教学质量保障机制，确保课程的教学质量逐年持续改进。
