基于OBE教育理念的工程力学课程教学创新探索

李巧珍 王晶 唐友福 陈桂娟 罗敏 张晓光

摘  要：工程力学是工业设计专业重要的学科专业基础课程。结合工业设计学情特点，基于OBE教育理念，对工程力学教学内容、教学方法和考核方式三方面进行教学创新改革，助力培养有理想、有能力、有情怀、有担当的高级工程设计人才。

关键词：工程力学；OBE理念；教学创新；教学内容；教学方法；考核方式

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）S1-0118-04

Abstract： Engineering Mechanics is an important basic course for major of industrial design. Based on the characteristics of study situation for industrial design and the outcome-based education concept， the teaching innovation reform is carried out in three aspects of teaching content， teaching methods and assessment methods to help cultivate high-level engineering design talents with ideals， abilities， feelings and responsibilities.

Keywords： Engineering Mechanics; outcome-based education; teaching innovation; teaching contents;teaching method; assessment methods

基金项目：东北石油大学2021年高等教育教学改革研究项目“基于OBE教育理念的工程力学专业课程教育改革研究与实践”（DYJG2021033）；教育部产学合作协同育人项目“基于OBE CDIO理念的力学专业课程师资培训”（220402746273349）；黑龙江省高等教育教学改革项目“‘双创’人才培养理念下工程材料‘金课’建设与实践”（SJGY20210142）；东北石油大学2022年课程思政重点建设课程“实验力学”（东油校发[2022]72号）；东北石油大学研究生课程思政建设项目“有限元理论”（YJSKCSZ_202211）

第一作者简介：李巧珍（1985-），女，汉族，天津人，博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为石油石化装备有限元研究与工程力学教学工作。

从石油机械、土木建筑等大型工程结构，到便携U盘、美工剪刀等生活学习用具，越来越多的现代美学元素被融入产品结构设计中，不仅点缀了城市容貌，也让人们的生活变得更加绚丽多彩。而这些充满了现代美感的工程设计，都离不开力学知识的强有力支撑。

作为工科高等院校的必修课程——工程力学，也是东北石油大学（以下简称“我校”）工业设计专业教学计划中一门重要的学科专业基础课程。通过本门课程的学习，旨在培养学生具备扎实的力学理论，从而为产品结构设计等奠定基础。

一  学情分析

（一）  课程性质、特点

工程力学（以下简称“本课程”）是工业设计专業教学计划中一门重要的学科专业基础课程，具有概念多、公式多、推导过程繁琐等特点。课程共计4学分，64学时，其中60学时为理论课程，要完成静力学和材料力学共计15章知识内容的学习。

工业设计专业中的造型设计、机械设计、建筑设计等都需要以力学知识作为其技术基础，在本课程开课之前，工业设计专业没有其他力学课程，并且在本课程之后，工业设计专业也不再开设其他力学课。因此，学生的力学知识基本上通过本课程获得。

（二）  教学痛点问题

本课程基于OBE教育理念中的“成果导向”[1]，以“为工业设计专业培养具备扎实力学理论功底的工程设计师”作为课程的最终目标，开展课程内容的教学与实践。由于60学时需要完成15章共计72小节的内容学习，课程学时少，讲授内容多，是本课程教学过程中存在的痛点问题之一。

其次，工程力学课程在许多工程领域中有着广泛的应用，且理论力学是学习材料力学的基础，理论力学部分如果基础不扎实，后面材料力学部分的学习将会受到极大的影响；而材料力学又是解决具体工程问题所必须掌握的力学知识，材料力学掌握不到位，那么就无法解决具体工程问题。而且单纯讲解书本上的知识内容，学生应用理论知识解决复杂工程问题的能力得不到锻炼，实践经验欠缺，无法实现新工科的专业培养目标和基于OBE理念的教育培养目标，这也是本课程教学过程中存在的主要问题之一。

再次，工程力学课程概念多、公式多，推导过程复杂，而工业设计专业不修大学物理课程，只修高等数学课程，学生关于力的相关认知来源于高中知识基础。学习本课程之前，学生应掌握高等数学中关于微积分、线性方程组及常微分方程的求解知识。枯燥的内容讲解，会导致传统课堂气氛沉闷，师生互动差，学生学习积极性调动不起来，被动式的学习方式，导致教学质量不高，这也是本课程教学过程中存在的主要问题之一。

二  教学创新的目标和理念

针对传统课程教学中存在的上述三类“痛点”问题，以“为工业设计专业培养具备扎实力学理论功底的工程设计师”为高阶目标，基于OBE教育理念，树立“以学生为中心，以产出为导向，让考生变学生，让教师变导师”的教学指导思想，针对当前教学过程中存在的三大“痛点”问题，采用问题导向为主线，强化约束为辅助手段的教学改革方式，对工程力学课程开展课程教学创新的探索与研究。

所谓“问题导向”，是指针对上述三类“痛点”问题，分别给出相应的解决方案如下。

1）对课程教学内容进行重新整合，采取线上线下混合式教学，重要内容精讲、学生翻转练习，了解内容线上自学，线下课程简单提拨，解决“课时少内容多”这一“痛点”。

2）通过在课堂中引入具有鲜明石油行业特色的工程案例，引导启发学生利用所学课堂知识，对工程案例进行力学建模及分析，解决“学生实践经验欠缺”这一“痛点”。

3）采取学生翻转讲解，学习通线上抢答、线上随堂练习，根据上课日期抽取相应学号同学回答问题的方式，充分活跃课堂气氛，解决“传统课堂气氛沉闷，师生互动差，学习积极性不高”这一“痛点”。

所谓强化约束，是指对课程教学考核方式实行全过程考核[2-3]，让学生每一个学习的痕迹都有相应的分值与之响应，劳有所得，学有所获，增加学生全过程学习中的学习动力。

此外，为深刻回答“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一根本性问题，通过在课程内容中挖掘古代历史、著名建筑、科学家故事、重大工程事故及工业设计专业优秀毕业生典型案例等中的思政元素，在融会贯通知识体系与内容的前提下，实现润物细无声的课程思政教育，培养学生的爱国主义情怀、民族自豪感、工匠精神和专业热爱精神等[4-5]。

三  课程教学创新方法探索

课程教学创新中的“问题导向”解决办法及“强化约束”方式，实际上可以归纳为课程教学创新方法探索中的教学内容创新、教学方法创新及考核方式创新。

（一）  教学内容的创新

1  选用优质教学资源——国家级精品慕课

工程力学课程64学时中有60学时是理论课程，4学时是实验课程，其中，60学时的理论课程需要完成静力学及材料力学共计15章内容的学习，学习任务很艰巨。所以在课程学习中，对于不在大纲教学范围内，但是又具有一定实用性且与大学物理重复部分的知识点，会采用课上简单提拨，课下自主学习的方式，自主学习的资源内容包括两部分，分别是学习通课前推送的线上教学课件，以及大连理工大学的国家级精品慕课——工程力学静力学和工程力学材料力学。

2  巧妙融入与章节内容相关的课程思政案例

作为坐落在油田上的高等院校，依托于我校鲜明的石油、机械行业特色和优势，在创新教学实施的过程中，通过将专业内容与石油行业特色、工业设计专业特色及课程思政内容等有机融合，实现显性教书育人与隐性思政育人的有效融合。

1）生活处处有力学，力学之美无处不在。每一章的导学内容都以生活中或者生产中大家耳熟能详的实例作为切入点，引导学生发现“力学之美”。

例如：在静力学第一章讲解过程中，通过对桥梁结构受力状态进行分析，得出桥梁结构设计时需要合理布置约束，并不是越多越好的结论。由此引申到人与人之间的相处法则，给彼此留出一些相对的自由空间，更利于和谐、融洽相处。让大家感受到力学之美除了在结构设计中，在人际交往中也存在。

2）厚植爱国主义情怀、筑牢工匠精神。通过引入与课程内容相关的具有鲜明石油行业特色的石油装备，熟知的历史名人故事，国内外重大的安全事故等案例，潜移默化地厚植学生的爱国主义情怀，筑牢严谨认真的工匠精神等，达到润物细无声的育人效果。

例如：在讲解静力学第三章力矩时，首先，以“力学之父”阿基米德（公元前287年—公元前212年）曾经有一句大家耳熟能详的名言抛引话题，让同学们共同说出“给我一个支点，我就能撬起整个地球”的名言，揭示杠杆原理中的力学现象；接着，以展示桔槔图片及现代部分农田灌溉中的桔槔图的授课形式，向同学们介绍桔槔的历史典故。作为中国古代的农田灌溉工具，早在春秋戰国时（公元前770年—公元前221年）就有使用桔槔进行灌溉的地区，而且延续了几千年，而桔槔工作的原理就是杠杆原理。鲜活的数字和图片，将华夏五千年的历史文明及中华民族的无限智慧巧妙融入课堂，由此达到增强学生民族自豪感，厚植学生爱国主义情怀的课程思政育人效果。

在讲解材料力学第九章压杆稳定时，以图片展示的授课方式，向同学们介绍魁北克大桥垮塌失效原因，并将著名的“工程师之戒”典故讲给同学们。工程师在设计中一个小的计算失误，将原本可能成为不朽杰作的桥梁变成了典型的反面事故案例，也警醒着同学们，作为未来的工程结构设计师，一定要筑牢严谨认真、精益求精、一丝不苟的大国工匠精神，设计出更多集安全、经济、创新和美观于一体的结构。

3）力学之美与工业设计之美的巧妙融合。为了使学生能够从内心中达到对课程思政案例的情感共鸣，通过引入工业设计工程专业优秀毕业生的典型案例，让学生深刻体会到，力学之美与工业设计之美的巧妙融合，可以为现代产品融入新的生机，令设计出来的产品耳目一新。

游梁式抽油机是石油行业中典型的机械设备，工业设计专业优秀毕业生将中国传统文字“福”“禄”“寿”“喜”所代表的动物蝙蝠、鹿、龟和喜鹊（图1）为仿生形态，对常规抽油机外观进行改进设计，使得设计之后的抽油机结构更具中国特色与亲和力（图2）。通过案例引入，激发学生强烈的专业热爱感和认同感，一定程度上也对同学们学习本课程起到了积极的促进作用。

（二）  教学方法的创新

在教学方法中，采用线上线下混合式教学方式，课前推送线上资料，学生完成线上的自主预习，线下课堂教师精讲、学生实时练习，及时掌握课程重难点内容，课后讨论与作业相结合的方式，对工程力学课程进行创新，具体作法为如下。

1）课前。提前将课程PPT、电子课本发布到学习通“资料”里面，方便学生课前预习、课中学习及课后复习。利用学习通发布学习通知，提前告知学生下节课要开展的学习内容。

2）课中。采用学习通签到，每堂课进行上节课重、难点回顾，采取抢答提问及学习通“课堂练习”等方式，实时掌握学生的总体学习情况。对于课程的重、难点内容，采用教师讲解、学生练习的方式，邀请与授课当日日期相同学号的同学进行翻转讲解互动，其他同学将自己的解题过程发布到钉钉班级群，这样可以及时掌握全部同学的课堂内容掌握情况及课堂参与状态。此外，为了达到更好的线下教学教学效果，课程还综合采用直观演示法、案例教学法等。

例如：在静力学第一章讲解中，采用直观演示法向同学们展示几类常见约束类型的视频动画（图3），帮助大家更好地理解约束的特点，进而启发大家利用约束反力的概念和确定准则，分析各类常见约束的约束反力画法。

在对课程内容进行总结时，引入游梁式抽油机这一具有鲜明石油行业特色的石油机械，采用抽油机工作原理动画视频及实物图片对照展示（图4），启发学生找出抽油机结构中存在的几种典型约束类型，从而为构造抽油机简化力学模型奠定基础。

3）课后。针对课程的重难点内容、易混淆知识点，在学习通发布相关的讨论题目，根据学生的回复时间及准确程度，给予不同程度的积分奖励，对于回复的又快又准的同学还将得到教师的“点赞”，这些都在学生的平时成绩中有所响应。针对课程的重难点内容，还会布置相关的作业题，通过对相关作业出现的问题单独纠偏，帮助学生及时巩固所学知识，打牢基础。

（三）  考核方式的创新

突破以往期末考试卷面成绩一锤定音的传统考核方式，采用平时成绩、实验成绩、期末考试成绩三位一体的多角度全过程考核方式，各部分分值比例见表1。学生从课前资料预习、签到，课中随堂练习，课后讨论及作业，每一个学习的动作和痕迹，都会有相应的分值来体现。根据各项数据分析结果，综合测评学生的总成绩，从而达到多角度全过程考核的创新效果。同时，平时成绩允许学生可以实时查看，让学生有充足的期末冲刺时间，从而达到激励学生自主学习的目的。

四  结束语

采用线上线下混合式教学方式，利用超星学习通智慧教学工具，对学生的课前预习、课中学习、课后复习进行全过程考核。本课程探索的创新方法，对于高校大部分理论性专业课程都适用，在一定程度上可以实现教师指导、学生主导的新教学模式，并且课程在讲授过程中，有效融合了国家级精品慕课资源、超星学习通等信息技术，一定程度上可以促进学生自主学习和能力强化。

通过对课程开展教学创新设计，不仅能够有效实现课程教学目标，实现OBE教学理念，还实现了对学生的中国传统文化教育和爱国主义教育，为社会主义现代化建设培养一支素质优良、技术过硬的高级工程设计人才队伍提供了强有力的支撑。

参考文献：

[1] 崔宇，王义，刘蕾.基于OBE理念“工程力学”课程教学设计[J].教育教学论坛，2021（19）：153-156.

[2] 黄和祥，侯作富，夏成宇，等.基于OBE理念的课程教学分析评价与改进策略[J].黑龙江科学，2022，13（19）：125-127.

[3] 粟梅，张太乐，熊灿娟，等.基于OBE的《工程力学》课程考核方式改革[J].山东化工，2020，49（4）：207-208.

[4] 孙双双，袁向丽，郭建章，等.工程力学课程思政教育教学改革探索与实践[J].大学教育，2020（10）：83-85.

[5] 陈亮，刘丹，吕鑫颖.融入思政理念的“工程力学”课程教学改革探索与实践[J].福建建材，2021（4）：116-118.

[6] 張晓光.抽油机外观造型改进设计及理论计算[D].大庆：大庆石油学院，2009.