基于OBE理念的“工程力学实验”课程教学改革研究

“深入实施人才强国战略”“实施更加积极、更加开放、更加有效的人才政策”“完善人才战略布局”“着力形成人才国际竞争的比较优势”是新时代教育发展的新要求，高校作为人才教育的主阵地，对于新型人才的培养发挥着极其重要的作用，是支撑、推动和引领国家现代化发展的重要力量。同时，应对新时代科技革命，培养卓越工程技术创新型人才，也是新时代高等院校本科教育改革的新要求。作为一门面向力学、机械、土木、铁道、交通、材料等工科专业的核心课程，“工程力学实验”课已成为落实新时代强国战略背景下人才培养目标的重要抓手之一［1］。“工程力学实验”是一门面向学校工科专业的基础必修课，该课程的主要目的不仅在于帮助学生深刻理解力学课程的基础理论知识，更重要的是锻炼学生的动手能力，培养其创新思维，提高其独立分析问题和解决问题的能力，帮助其树立实事求是、严肃认真的科学态度，促使学生初步掌握科学研究的方法及思维模式，让学生的综合实践能力得到训练和提升，培养具备扎实力学基础和实验能力，能够在土木、机械、交通、材料等行业从事力学相关科学研究、工程设计、实验检测等工作，适应和实践能力强、富有社会责任感的高素质人才。OBE（Outcome-basedEducation）理念是一种能力或目标导向的教育理念，它强调以学生为中心，重视创新思维的作用，一切教学措施都围绕学生在学习结束时期望实现的学习成果来进行［2］，让学生真正获得知识、能力及素质。其最早由美国学者斯派蒂在其著作《基于产出的教育模式：争议与答案》中进行阐述和研究，20世纪90年代初在美国教育界迅速流行发展起来并被认可，经过数十年的探索与应用，已经形成相对系统的教育理论体系，并且融入了工程教育及人才培育的全部过程［3］。成果导向的教育理论遵循逆向设计原则，对成果目标进行逆向分解，形成递进式细化目标，再基于细化目标组织递进式教学内容与考核方法，设计合理的教学结构、系统化的教学过程及具有强关联性的由基础到高阶的系列主题学习活动，打破了传统的以知识传授为导向的教学手段，有利于创新思维渐进性发展与系统性养成［4-5］。将OBE理念应用到“工程力学实验”课中，根据教学目标探索建立新的考核评价机制，促进学生的关注点由分数获取向能力提升的转变。一方面，扩展了OBE理念在我国高等教育领域的研究与实践范围，促进这一理论的多元化发展；另一方面，提高了工科实践类课程考核评价机制改革的有效性和可操作性，为类似实践课程的改革和发展提供借鉴与参考，具有重要的理论和实践应用价值。本文以石家庄铁道大学“工程力学实验”课程为例，分析了课程教学过程的现状及特点，结合新工科目标，提出了一系列改进方法及举措。一、“工程力学实验”课程现状与问题（一）教学模式固化，不能有效激发学生学习热情目前，“工程力学实验”作为一门独立课程，学时为32学时，课程结构包含理论和实验两部分。理论部分采用的主要授课方式为课堂讲授相应的理论知识及实验原理，实验部分采用的授课方式为课前讲授实验原理、步骤、仪器构造及操作方法等内容，然后教师指导学生分组实验。虽然在一定程度上培养了学生的动手能力和对基础理论知识的理解，但是理论知识和实践内容存在一定程度的脱离，创新思维的培养不足。在实验课上，学生对于前期集中所学的理论知识有所遗忘，需要教师重复带领复习。同时，实验部分采用统一的实验报告，形式固化，偏重数据测量与原理验证，极大地限制了学生的自主思考能力，导致学生重理论轻实践，重数据结果轻实验过程，甚至出现“一人做，多人看”的现象，部分学生参与感、获得感低，降低了学生对于实验课的重视程度，使学生有这是一门放松课的误解，学习热情减退。（二）教学手段单一当前，“工程力学实验”课程的教学手段主要是传统的面对面授课，表现形式为教师在讲台上讲授，学生在讲台下听课，师生难以产生有效沟通和互动，对于新型技术教学手段使用缺乏，线上资源的利用严重不足，一旦出现特殊情况，需要开展线上授课时，实验课程往往被迫停课。此外，教学过程中沿用一贯的思维方法，依照教材按部就班地按章节讲授，主要是教师单一讲授，学生被动接受，知识局限于教材和教师授课的内容，这就导致无法让全部的学生都适应这种教学方式，一些学生跟不上教师的进度的同时又有一些学生觉得课程太过简单、枯燥乏味，影响教学效率。（三）考核方式不能全面反映学生学习情况目前，“工程力学实验”课的考核仍以期末理论考试为主，所有实验知识均通过书面形式进行考查，存在评价不全面、缺少反馈机制等问题，从而导致大部分学生学习的重心主要放在知识的识记方面，实验动手能力的锻炼明显不足。尽管期末综合成绩包含考试成绩及平时实验成绩两部分，其中考试成绩占比60%，实验成绩占比40%，但平时实验成绩的给定依据主要是实验报告，这就导致学生在做实验时更多关注按照教师要求，得到教师想要的结果，产生只要“数据结果对，就能得高分”的错误思想。学生的创新思维、实验技术等综合实践能力的提升极为有限。二、课程教学研究与改革（一）教学模式改革与创新OBE理念提出以学习成果为导向对课程设计和教学过程进行设计。教学的目的不再是教师要教的东西和教材是什么，而是最终所要达成的目标和结果，而最终成果的确定是基于学生和社会的需要。因此，要基于OBE理念确定基础的课程目标：首先，知识目标。掌握工程力学实验的基础知识和基本理论，熟悉力学实验的基本方法。其次，能力目标。培养学生的逻辑思维、质疑精神、独立意识和实践动手能力，掌握“工程力学实验”课程的基本知识和技能，使学生既有独立思考和行动的能力，又能与他人团结协作，共克时艰。最后，素质目标。培养基础理论扎实，富有创新精神和动手能力，具有探索精神特质和开阔视野的高素质应用型人才。课程将采用任务驱动教学法，以知识能力目标为导向，反向设计制定教学内容、培养模式、评价机制及保障机制等。针对教学模式固化所产生的一系列问题，打破传统教学方式，打造新课堂形式，构建“一个中心，两点保障，三阶提升，四项举措”教学体系，即以能力目标为中心，牢固教师与考核机制两点保障，在多种新技术手段的辅助下，让学生通过课前预习、课上汇报及互评与总结，实现知识能力了解—熟悉—掌握的进阶，通过课前导入、案例引出、汇报分析，交流互答的活动举措多层次激发学生的发现创造能力，满足其体验参与、交流分享及被认可的需求。实验课程授课不再是以教师为主，而是开放和多变的，将以传统教师讲演为主的实验教学转变为以学生为主体的教学方式。新的课程形式将教学内容模块化，加强与工程实际的密切联合，学生采用课题组模式进行分组学习，弱化教师的主导作用，转化为引导+辅助作用。同时，加强课程思政元素的融入，培育学生严肃严谨的科学探索精神及勇于担当的工匠精神，将价值塑造、知识传授和能力培养融为一体，并在实践中不断完善，与时俱进。通过模块化教学项目的实践训练，克服传统教学中实验时间连续但教学内容跳跃性大的特点，形成持续参与和浸入式学习，使学生对力学分析的方法与手段形成较完整的概念，深刻地理解实验原理，巩固和拓展力学理论知识，为他们在今后工程实践中能创造性地去从事专业技术工作打下良好的基础。新模式设计的每个模块实验预计占用6个课时（可根据具体内容及难易程度进行调整），分配示例如表1所示。表1模块教学案例（二）丰富教学手段，提升教学效果随着教育信息化的发展，自主学习、主动学习、合作学习和个性化学习应成为大学生的主流学习方式，既要发挥教师引导、启发、监督教学过程的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。结合应用型课程实践性和应用性特征，在选择启发式、探究式、参与式、体验式等教学方式的同时，采用慕课、雨课堂等新兴教学手段，充分发挥线上资源的作用，同时积极开展虚拟仿真实验平台建设，使学生能打破时间和地域限制，进行实验学习。通过线上资源匹配，帮助学生了解所用仪器设备构造及实验原理，让学生可以自由支配时间进行预习和课后复习，极大提高学生的学习自主度，实现课堂拓展。通过课程内容重组与资源优化配置，促使学生不断提升自驱力、行动力和学习力，在做中学、探究中学、反思中学，真正实现由“要我学”向“我要学”转变。（三）考核方式改革由于OBE理念的持续改进，强调将过程性考核与终结性考核相结合，将评价与反馈和改进相结合。基于此，模块化教学后，考核方式将发生显著改变。首先，改变单纯以学业期末成绩为主的评价方式，更加全面系统地对学生学业执行情况和学习状况进行监控；其次，对学习主体的教育活动进行价值判断，促进被评价者的持续发展。综合成绩仍保留考试成绩、实验成绩及课堂考勤三部分，其中考试成绩和实验成绩权重各占45%，课堂考勤占10%。实验成绩的评定不再只依赖于实验报告，而是结合课堂汇报及期末实验操作考核进行，增加形成性评价。课堂汇报采用现场评分的形式形成实时反馈。同时，为了避免实验过程中出现一组学生一人做实验、多人看实验的情况发生，实验操作考核采用抽签形式进行，每组随机抽取一人代表本组学生参加实验考核，考核题目由该学生再次抽签决定。各项考核满分均为100分，期末综合成绩为各项成绩得分乘以所占权重后求和。各项考核所占权重如表2所示。新的考核评价体系全面覆盖学生的学习过程，综合考查学生的学习效果，全面反映学生的能力培养情况，这样才能够达到实验课程教学最终的目的，帮助学生掌握专业知识，使得学生更重视自主探究学习，促进学生综合能力的提升。表2考核权重成绩表结语综上所述，针对我校“工程力学实验”课程教学现状，本次课程教学改革基于OBE理念