基于工程教育認(rèn)證的《土力學(xué)》課程教學(xué)實(shí)踐

錢(qián)建固，彭慧敏

(1.同濟(jì)大學(xué) 巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系，上海 200092)

工程教育認(rèn)證是一種國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。我國(guó)的工程教育認(rèn)證工作開(kāi)始于2006年，是全國(guó)工程師制度改革工作的基礎(chǔ)和重要組成部分。中國(guó)土木工程專(zhuān)業(yè)教育評(píng)估，是工程學(xué)士學(xué)位專(zhuān)業(yè)中第一個(gè)按照國(guó)際通行的專(zhuān)門(mén)職業(yè)性專(zhuān)業(yè)認(rèn)證制進(jìn)行合格評(píng)估的專(zhuān)業(yè)，并率先獲得國(guó)際承認(rèn)。2016年中國(guó)正式加入《華盛頓協(xié)議》以來(lái)，國(guó)際工程教育認(rèn)證在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。截至2019年底，全國(guó)共有241所普通高等學(xué)校21個(gè)工科類(lèi)1 353個(gè)專(zhuān)業(yè)通過(guò)了工程教育認(rèn)證[1-5]。

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的核心理念是以學(xué)生為中心(Student Centered, SC)、以成果為導(dǎo)向(Outcome Based Education，OBE)、持續(xù)改進(jìn)(Continuous Quality Improvement, CQI )[3]。同濟(jì)大學(xué)土木工程認(rèn)證率先以《土力學(xué)》課程為示范課程開(kāi)展了基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念的專(zhuān)業(yè)課程教革實(shí)踐。《土力學(xué)》課程教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生建立對(duì)土的基本特性的感性認(rèn)識(shí)，掌握土的有效應(yīng)力原理，熟練運(yùn)用土體變形及穩(wěn)定的主要分析方法以及理論在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，掌握扎實(shí)的《土力學(xué)》理論知識(shí)是從事土木類(lèi)工程實(shí)踐及巖土工程科學(xué)研究理應(yīng)具備的專(zhuān)業(yè)能力。本課程教學(xué)改革以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向，基于《土力學(xué)》課程“基礎(chǔ)性”、“時(shí)代性”、“實(shí)踐性”的三大特點(diǎn)，逆向設(shè)計(jì)課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建“線(xiàn)上-線(xiàn)下-實(shí)驗(yàn)”三位一體的教學(xué)模式、優(yōu)化成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)建立基于目標(biāo)達(dá)成的課程考核機(jī)制與開(kāi)展基于調(diào)查問(wèn)卷的主體反饋環(huán)節(jié)來(lái)保障專(zhuān)業(yè)建設(shè)和教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。

1 畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐性分析

1.1 畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)

畢業(yè)要求是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出一般要求，指學(xué)生在畢業(yè)時(shí)應(yīng)該具備的知識(shí)、能力、素質(zhì)，包括工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案等共12條要求。針對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)的自身特點(diǎn)將畢業(yè)要求分解成若干指標(biāo)點(diǎn)。畢業(yè)要求通過(guò)指標(biāo)點(diǎn)分解落實(shí)到各門(mén)課程，其中，《土力學(xué)》課程對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求及指標(biāo)點(diǎn)如表1所示，學(xué)時(shí)分配如表2所示。

表1 畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)

表2 學(xué)時(shí)分配

1.2 課程目標(biāo)重構(gòu)

結(jié)合同濟(jì)大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)的綜合實(shí)力與生源質(zhì)量，針對(duì)《土力學(xué)》主要教學(xué)內(nèi)容，以畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)為導(dǎo)向，重構(gòu)了課程目標(biāo)：

(1) 課程目標(biāo)1：熟練掌握土的基本物理性質(zhì)與分類(lèi)，能夠根據(jù)土類(lèi)別及物理指標(biāo)，能夠依據(jù)物理指標(biāo)對(duì)土的工程性質(zhì)優(yōu)劣進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)，具備野外識(shí)別土的類(lèi)別的初步能力。

(2) 課程目標(biāo)2：掌握飽和土的有效應(yīng)力原理，熟練運(yùn)用有效應(yīng)力原理進(jìn)行滲流計(jì)算、土中應(yīng)力計(jì)算、地基沉降計(jì)算、抗剪強(qiáng)度分析、土壓力計(jì)算、土坡穩(wěn)定分析、地基承載力計(jì)算，能夠?qū)σ罁?jù)實(shí)際工況選取合理的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行地基沉降與強(qiáng)度分析，具有對(duì)地基應(yīng)力的空間分布與沉降的隨時(shí)間發(fā)展規(guī)律的合理性做出判斷的能力。

(3) 課程目標(biāo)3：熟練常規(guī)土工試驗(yàn)的操作技能與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理方法，能夠依據(jù)施工快慢與土體類(lèi)別選擇合適的土工試驗(yàn)類(lèi)別。

1.3 支撐性分析

根據(jù)內(nèi)容分析各課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐性可知，課程目標(biāo)1對(duì)指標(biāo)點(diǎn)1具有支撐性，課程目標(biāo)2對(duì)指標(biāo)點(diǎn)1和指標(biāo)點(diǎn)2具有支撐性，課程目標(biāo)3對(duì)指標(biāo)點(diǎn)1、指標(biāo)點(diǎn)2、指標(biāo)點(diǎn)3都具備支撐性。

2 教學(xué)改革舉措

2.1 優(yōu)化課時(shí)分配

根據(jù)每一課程目標(biāo)的內(nèi)容體量與重要性，結(jié)合土力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化學(xué)時(shí)分配。如表2所示，課程目標(biāo)1、目標(biāo)2、目標(biāo)3分別對(duì)應(yīng)11個(gè)、49個(gè)、12個(gè)學(xué)時(shí)。

2.2 構(gòu)建全新“三位一體”教學(xué)模式

線(xiàn)上慕課平臺(tái)的出現(xiàn)打破了《土力學(xué)》課堂的時(shí)空限制，為老師教學(xué)和學(xué)生自學(xué)提供便利。因此，《土力學(xué)》課程構(gòu)建了全新的“線(xiàn)上-線(xiàn)下-實(shí)驗(yàn)”三位一體的教學(xué)模式[6-7]。

《土力學(xué)》線(xiàn)上課堂在中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)搭建，設(shè)有中英文課堂，包含四大功能模塊：(1) 第一模塊是課件以及授課視頻，視頻由專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的老師錄制以統(tǒng)一并保證授課質(zhì)量，學(xué)生根據(jù)自身情況選擇觀看；(2) 第二模塊為測(cè)試與作業(yè)，用以學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)效果的自測(cè)自評(píng)、查漏補(bǔ)缺、知識(shí)鞏固；(3) 第三模塊為考試區(qū)，用于老師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核；(4) 第四模塊為討論區(qū)，分為老師答疑區(qū)、課件交流區(qū)和綜合討論區(qū)。除了常規(guī)MOOC之外，個(gè)別班級(jí)還可根據(jù)需要開(kāi)設(shè)SPOC，即小型線(xiàn)上課堂，能實(shí)現(xiàn)上傳文檔、實(shí)時(shí)測(cè)驗(yàn)、課堂點(diǎn)名等功能?！锻亮W(xué)》實(shí)驗(yàn)課除包含5個(gè)常規(guī)土工試驗(yàn)外，還新添2個(gè)學(xué)時(shí)的在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，演示三軸壓縮試驗(yàn)的過(guò)程。

線(xiàn)下課堂傳授《土力學(xué)》基礎(chǔ)知識(shí)，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，線(xiàn)上課堂滿(mǎn)足深層學(xué)習(xí)需求，增強(qiáng)自學(xué)能力，擴(kuò)大了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的疆界；試驗(yàn)環(huán)節(jié)培養(yǎng)動(dòng)手能力，幫助理解土工原理。“三位一體”的全新教學(xué)模式彌補(bǔ)了舊模式的不足，全方位保證了學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

2.3 優(yōu)化成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

課程成績(jī)?cè)u(píng)定由平時(shí)表現(xiàn)(10%)，課后作業(yè)(15%)、《土力學(xué)》實(shí)驗(yàn)(15%)和期末考試(60%)四部分組成，平時(shí)表現(xiàn)根據(jù)課堂學(xué)習(xí)、專(zhuān)題討論(課堂)、自主學(xué)習(xí)(MOOC、SPOC)等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3 基于目標(biāo)達(dá)成度的課程考核

3.1 “目標(biāo)達(dá)成度”的算法

以學(xué)生為中心的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的根本目的，不是看教師教了什么，而是學(xué)生學(xué)會(huì)了什么。為定量化考核與分析《土力學(xué)》教學(xué)改革的效果，促使課程教學(xué)“以成果為導(dǎo)向”進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，同濟(jì)大學(xué)目前執(zhí)行以“目標(biāo)達(dá)成度”為指標(biāo)的課程考核制度。在考核中以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容?！锻亮W(xué)》課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)包括課程分目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)和課程總目標(biāo)達(dá)成度，計(jì)算方法如下：

(1)

R總=(μ1A+μ2B+μ3C+μ4D)/100

(2)

式中:Ri(i=1,2,3)表示課程目標(biāo)i的達(dá)成度;R總表示課程總目標(biāo)達(dá)成度;字母A、B、C、D分別表示考勤成績(jī)、平時(shí)作業(yè)成績(jī)、《土力學(xué)》試驗(yàn)成績(jī)和期末考試成績(jī)的得分,均采用百分制；μ1、μ2、μ3、μ4表示考勤、平時(shí)作業(yè)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、期末考試在課程成績(jī)中的比重；ai、bi、ci、di(i=1,2,3)分別表示考勤成績(jī)中對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2和課程目標(biāo)3的權(quán)重，其余符號(hào)意義類(lèi)似，按照表3取值。

3.2 課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)分析

2020年—2021年第一學(xué)期《土力學(xué)》共有490位學(xué)生修讀，從同濟(jì)大學(xué)教學(xué)管理系統(tǒng)中調(diào)取全體學(xué)生成績(jī)記錄，按照上述計(jì)算方法計(jì)算統(tǒng)計(jì)出課程目標(biāo)達(dá)成度，分布如圖1所示，目標(biāo)達(dá)成度系數(shù)如表3所示。

圖1 課程目標(biāo)達(dá)成度分布圖

表3 目標(biāo)達(dá)成度系數(shù)表

課程總目標(biāo)達(dá)成度為0.74，在0.6～0.8之間的學(xué)生占約50%，0.8以上的學(xué)生約40%，說(shuō)明學(xué)生學(xué)習(xí)成果已經(jīng)滿(mǎn)足工程教育認(rèn)證的質(zhì)量要求。本課程參加考試465人，其中44人未能達(dá)到課程目標(biāo)，主要是未能及時(shí)參加階段考試、期末考試成績(jī)不及格造成的。

對(duì)比三個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度，課程目標(biāo)1、目標(biāo)2及目標(biāo)3分別為0.78、0.69及0.81，學(xué)生對(duì)課程目標(biāo)1和課程目標(biāo)3的達(dá)成度水平相當(dāng)，說(shuō)明通過(guò)課程學(xué)生基本已建立起對(duì)土的感性認(rèn)識(shí)，整體的實(shí)驗(yàn)操作技能與數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)；相比較，課程目標(biāo)2達(dá)成度相對(duì)較低，主要是由于考試卷面成績(jī)較低所致，結(jié)合試卷得分明細(xì)分析發(fā)現(xiàn)學(xué)生在土的沉降計(jì)算原理、強(qiáng)度理論及其應(yīng)用方面較為薄弱。比較三個(gè)課程目分配的學(xué)時(shí)與最終達(dá)成度發(fā)現(xiàn)，并不是學(xué)時(shí)越多最終達(dá)成度就越高，教學(xué)內(nèi)容的難度、教學(xué)的手段對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果影響很大。

4 基于調(diào)查問(wèn)卷的主體反饋

為檢驗(yàn)“課程目標(biāo)達(dá)成度”用以評(píng)估課程教學(xué)效果及問(wèn)題反饋的合理性，作者針對(duì)課程教學(xué)改革后各教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和關(guān)心的問(wèn)題設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，以了解學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的感受及其真實(shí)需求[8-10]。調(diào)查采用匿名方式，收回有效問(wèn)卷58份。反饋問(wèn)卷質(zhì)量較高，提供了比較詳細(xì)的意見(jiàn)與建議。

對(duì)同學(xué)在《土力學(xué)》課程中掌握得最薄弱的章節(jié)展開(kāi)調(diào)查。前三名均為課程目標(biāo)2對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，分別是第八章土的穩(wěn)定分析(約52%)、第五章土的壓縮性與地基沉降(約40%)以及第九章地基承載力(約35%)，而課程目標(biāo)1對(duì)應(yīng)的“第一章土的物理性質(zhì)與工程分類(lèi)”只有13%的同學(xué)認(rèn)為掌握得不好。對(duì)于目前《土力學(xué)》教學(xué)模塊中最需要改進(jìn)的部分，線(xiàn)上課堂模塊高居第一，約占45%，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)僅占約20%。這兩條結(jié)果從主觀角度顯示出課程目標(biāo)1和目標(biāo)3完成度較高，課程目標(biāo)2相對(duì)較低。與目標(biāo)達(dá)成度的考核結(jié)果相吻合。

針對(duì)最需要改進(jìn)的線(xiàn)上課程(MOOC)展開(kāi)調(diào)查，結(jié)果如圖2所示。對(duì)于在線(xiàn)上課程中的收獲，約45%的同學(xué)表示“收獲很大”，43%的同學(xué)表示“收獲一般”，只有約10%的同學(xué)表示“收獲很少”。對(duì)于在線(xiàn)上平臺(tái)自學(xué)時(shí)的認(rèn)真程度，超過(guò)50%的同學(xué)表示“每次都會(huì)認(rèn)真完成”，35%的同學(xué)表示“偶爾會(huì)認(rèn)真完成”，也有約9%表示“幾乎沒(méi)有認(rèn)真完成過(guò)”。調(diào)查結(jié)果說(shuō)明學(xué)生在線(xiàn)上課程中能有所收獲，但總體而言參與度與認(rèn)真度還不夠，慕課平臺(tái)的內(nèi)容需要做進(jìn)一步調(diào)整。

圖2 線(xiàn)上課程收獲

對(duì)于《土力學(xué)》課程現(xiàn)有成績(jī)考核標(biāo)準(zhǔn)是否合理，近9成學(xué)生認(rèn)為“合理”?？梢?jiàn)現(xiàn)有的考核模式是較為合理的，能全面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)與學(xué)習(xí)成果。

5 總 結(jié)

(1) 同濟(jì)大學(xué)《土力學(xué)》課程貫徹落實(shí)工程教育認(rèn)證中“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的核心理念，通過(guò)重構(gòu)課程目標(biāo)，深化建設(shè)教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建全新“三位一體”教學(xué)模式來(lái)進(jìn)行教學(xué)改革，并以目標(biāo)達(dá)成度為標(biāo)準(zhǔn)考核課程教學(xué)效果。

(2) 調(diào)查問(wèn)卷的結(jié)果一定程度上檢驗(yàn)了課程目標(biāo)達(dá)成度對(duì)課程教學(xué)反饋的合理性。同時(shí)，課程考核結(jié)果與調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果綜合主客觀兩方面顯示：教學(xué)改革后課程目標(biāo)均達(dá)標(biāo)，學(xué)生對(duì)教學(xué)效果評(píng)價(jià)較高，總體來(lái)說(shuō)教學(xué)改革成效顯著，但課程目標(biāo)2相對(duì)有較大提升空間。

(3) 今后需通過(guò)重點(diǎn)改進(jìn)線(xiàn)上課程來(lái)提升課程目標(biāo)2的達(dá)成度。MOOC的選課人數(shù)有逐年下降的趨勢(shì)，究其原因，是目前MOOC板塊不夠吸引人、互動(dòng)性不強(qiáng)、反饋性不足。因此，首先要精簡(jiǎn)化內(nèi)容，降低與線(xiàn)下授課和課后作業(yè)的重復(fù)性，避免引起學(xué)生的厭煩情緒。其次要多元化，比如添加管涌、滑坡等視頻激發(fā)學(xué)生觀看興趣；增加學(xué)習(xí)難度大的升級(jí)模塊，如針對(duì)性的論文[11-12]，滿(mǎn)足學(xué)有余力的學(xué)生的需求；上傳土工實(shí)驗(yàn)演示視頻以供學(xué)生課前預(yù)習(xí)等。另外，慕課內(nèi)容發(fā)布要力求與線(xiàn)下授課進(jìn)度同步，保證學(xué)生學(xué)習(xí)的連貫性，起到兩相輔助、提高效率的效果。

(4) 線(xiàn)下教學(xué)有進(jìn)一步提升空間。需要完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，多采用啟發(fā)式、提問(wèn)式教學(xué)方式，不要“填鴨式”灌輸實(shí)驗(yàn)操作，要引導(dǎo)學(xué)生思考試驗(yàn)每一步驟背后的原理，多讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)、動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。線(xiàn)下課堂中要針對(duì)知識(shí)薄弱章節(jié)加強(qiáng)講解，尤其是土的變形及強(qiáng)度的基本原理與問(wèn)題分析，有必要增加習(xí)題練習(xí)以提升學(xué)生對(duì)《土力學(xué)》問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算分析的能力。