冉然 劉燕 周楚兵
摘?要:本文從構(gòu)建體系、豐富資源、轉(zhuǎn)變評價三個方面入手,踐行成果導向教學(OBE)模式,反向教學設計,充分發(fā)揮學生主體性,鍛煉學生創(chuàng)新實踐能力、組織策劃能力,提高課程目標達成度,為土木工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)打下堅實基礎。
關(guān)鍵詞:成果導向;結(jié)構(gòu)力學;教學改革;應用型本科
Abstract:Starting from three aspects of building a system,enriching resources,and transforming evaluation to practice the Outcome-Based-Education(OBE)model.Reverse teaching design,give full play to students' subjectivity,exercise students' innovative practice ability,organizational planning ability,and improve the attainment of course objectives,so as to lay a solid foundation for the cultivation of applied talents in civil engineering.
Keywords:achievement orientation;structural mechanics;teaching reform;applied undergraduate
1 課程改革背景
1.1 學科變革需求
土木工程長久以來都是國家重要行業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè),能持續(xù)為人民的生產(chǎn)生活提供基礎設施保障,同時在高等教育學科類別中,土木工程作為一門工程與技術(shù)相結(jié)合的學科,應用性極強?!镀胀ǜ叩葘W校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》[1]中將土木專業(yè)的培養(yǎng)目標定義為“掌握學科基本原理和基本知識,獲得工程師基本訓練,能夠勝任建筑、道路、橋隧、地下等土木工程設施的設計、建造和管理的專門人才?!彪S著時代的發(fā)展和進步,我國工程教育不斷地尋求變革,為同國際接軌及獲得全球競爭力,改革方向也朝著滿足國家戰(zhàn)略發(fā)展、國際競爭形勢、創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求逐步邁進。土木工程作為傳統(tǒng)工科專業(yè),在面臨新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革時,亟待升級。面對新工科建設要求,應實現(xiàn)從學科導向轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求導向,滿足社會發(fā)展和行業(yè)發(fā)展的需要,積極培養(yǎng)并造就一批具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力的學科交叉復合型卓越工程科技人才[2]。
1.2 課程變革意義
《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》[1]中,土木工程學科基礎類課程占比28%,其中“結(jié)構(gòu)力學”屬于專業(yè)核心課程,推薦設置學時最多,為78課時。作為土木工程專業(yè)的基礎支撐、通往專業(yè)學習的橋梁,“結(jié)構(gòu)力學”不僅是眾多高等院校研究生入學考試的初試科目,也是各類土木工程師必備的專業(yè)技術(shù)知識,與土木學子今后的升學、從業(yè)密不可分。新工科背景下,人才需求的變化決定培養(yǎng)目標的更新與畢業(yè)要求的調(diào)整,而完成上述改革則需要專業(yè)課程的進一步變革與重構(gòu)[3]。依據(jù)筆者多年的教學經(jīng)驗與反饋,學生的力學基礎不同,影響其對知識的掌握,同樣的授課老師、授課內(nèi)容、授課方法對不同的學生,效果差別很大。面對上述教學現(xiàn)狀,如何重塑“結(jié)構(gòu)力學”課程,既符合產(chǎn)業(yè)需求導向,又能滿足不同類型學生的學習要求,讓學生學到有用的知識,是在“以人為本,以本為本”的教育方針下一個值得深思的問題。
如何尋求問題的答案?部分一線教師選擇以實際土建工程項目為課程切入點[4],具象化力學概念,在有條件的基礎上進行工程現(xiàn)場授課,形成與課堂授課互補的“第二課堂”[5];還有教師借助云班課[6]、慕課[7]、釘釘[6,8]、騰訊課堂[9]等現(xiàn)代通信教學技術(shù),實現(xiàn)“結(jié)構(gòu)力學”課程的線上線下混合式教學改革與實踐,豐富傳統(tǒng)課堂教學方式的同時極大地提高學生的學習興趣和學習效率,都取得一定的成效。但在構(gòu)建課程體系、針對性改善教學資源、發(fā)揮學生主體性等方面仍有進一步研究的空間。
筆者從新工科建設的綱領(lǐng)性指導思想“北京指南”[10]出發(fā),認為基于結(jié)果產(chǎn)出的OBE模式[11]能實踐“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的工程教育理念,并通過建設學習通課程資源庫、創(chuàng)新課堂教學的同時滿足學生主體性與個性化需求,改革“結(jié)構(gòu)力學”課程教學。
2 課程改革內(nèi)容
OBE模式的核心在于以產(chǎn)出成果為導向,關(guān)注新的社會及行業(yè)變化發(fā)展,根據(jù)變化的需求,確定學生學習的最終成果,再映射到高校專業(yè)人才培養(yǎng)目標及課程設計目標,進而反向教學設計[12]。區(qū)別于研究型本科高校,應用型本科院校主要為社會培養(yǎng)應用型行業(yè)技術(shù)人才。對土木工程專業(yè)而言,即是懂設計、會施工、能管理的復合型人才。結(jié)合以上需求,本次“結(jié)構(gòu)力學”課程改革主要從以下幾方面著手。
2.1 連貫課程體系
“結(jié)構(gòu)力學”課程教學大體分為幾何組成分析、靜定結(jié)構(gòu)受力分析與位移計算、力法、位移法、影響線、結(jié)構(gòu)動力學等內(nèi)容,復雜多樣而且環(huán)環(huán)相扣。幾何組成分析是整個課程的基礎,由此而衍生出結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、靜定與超靜定之分;靜定結(jié)構(gòu)的受力分析會為其位移計算作鋪墊(例如圖乘法需要彎矩圖);力法分析超靜定問題需將結(jié)構(gòu)去除多余約束,化簡成靜定結(jié)構(gòu)來處理;位移法的基本單元內(nèi)力圖是由力法求得的……知識點聯(lián)系緊密、層層遞進。學生在學習過程中,往往會出現(xiàn)基礎部分掌握不扎實,還未弄清結(jié)點、桿件之間的聯(lián)系便開始幾何分析,接著又著手對結(jié)構(gòu)進行受力分析,但逐漸積累的問題如同雪球般越滾越大,最終在處理問題時手足無措、信心崩潰,導致學習熱情低、學習成效差。本次教改注重土木工程專業(yè)的畢業(yè)要求,映射出“結(jié)構(gòu)力學”課程的最終培養(yǎng)目標。以學習成效為核心、目標能力為導向,要成為合格的土木工程師,學生需要具備識別工程概況、轉(zhuǎn)化工程模型、分析桿系結(jié)構(gòu)受力與變形的核心能力,且設計方向?qū)W生偏向定量手工計算和計算機輔助計算,施工方向則更側(cè)重模型轉(zhuǎn)化和工程軟件定性分析。教師在反向教學設計時須對應畢業(yè)目標,明確課程目標,同時連貫課程體系。模型轉(zhuǎn)化能力對應幾何組成與結(jié)構(gòu)簡化規(guī)則,分析計算能力對應超靜定結(jié)構(gòu)的力法與位移法及靜定結(jié)構(gòu)的基本計算,計算機輔助計算對應矩陣位移法。強調(diào)分析實際工程問題中的超靜定結(jié)構(gòu),需要掌握靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移分析,幾何組成的規(guī)則判斷。依次倒推后,讓學生意識到基礎知識的重要性,如桿件的連接,何為鉸接、何為剛接、兩剛片規(guī)則和三剛片規(guī)則如何組成結(jié)構(gòu)等問題,并在后續(xù)內(nèi)容教學中常常循環(huán)往復,形成連貫的課程體系。
2.2 豐富課程資源
教材和PPT課件一直都是“結(jié)構(gòu)力學”課程教學的主要教學資源,但學生普遍對這類教學資源興趣不大,覺得枯燥乏味,尤其是應用型本科學生本身力學基礎薄弱,學習畏難心理較重,更需要多樣化、個性化的教學資源發(fā)揮引導作用。由此,眾多教師開始積極建設線上教學平臺,逐漸發(fā)現(xiàn)相較于書本、課件這樣的扁平化資源,豐富多彩的影音、視頻無疑更能激發(fā)學生的學習興趣。土木工程專業(yè)學生今后的就業(yè)方向包含結(jié)構(gòu)設計、施工技術(shù)、項目管理等方面,在補充課程資源上更應符合多元化特征。因此,本次改革借由超星學習通平臺,創(chuàng)設“結(jié)構(gòu)力學”班課,并上傳形式各樣的教學資源,包括電子教材、課件、教師精講課程視頻、“結(jié)構(gòu)力學”趣味小實驗、工程項目案例分析、課后練習題庫等,滿足學生課程學習的個性化與差異性需求。這里面,電子教材和課件是對紙質(zhì)版教材的精煉化歸納;課程視頻是對書本知識的可視化呈現(xiàn),由橡皮糖、小木棍、硬幣等生活中的常見物品所展示的幾何不變、幾何可變實驗;硬幣拱結(jié)構(gòu)等力學實驗能極大地激發(fā)學生的學習熱情;工程案例分析可以為幫助學生提前熟悉工程環(huán)境,提升力學思維;習題庫能在學生期末考試復習和考研準備中發(fā)揮重要作用。此外,班課開放上傳資源的權(quán)限,學生也可以在完成課下活動時上傳個人收集的教學資源,經(jīng)教師審核后采納,這樣也提高了學生學習熱情和教學參與度。
2.3 轉(zhuǎn)變課程評價
傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)力學”課程考評一般由平時表現(xiàn)和期末考試兩部分成績組成,平時表現(xiàn)多為考勤、作業(yè)完成情況,依然是“教主于學”的硬性指標考核模式。對教師而言,這種評價方式自然便于操作,方便統(tǒng)計成績,可是難免過于機械化,不利于課堂教學情況的真實反饋。相反地,OBE模式采取柔性考評機制,加大平時成績占比,考查項目多元化,包含課堂活動參與度、教學視頻觀看時長、課堂練習與課后作業(yè)完成度等,不僅注重學生在學習中的過程參與情況,而且關(guān)心學生的最終學習成果是否達到預期的課程教學設計目標。這樣以學生為中心,顧及學生的學習感受,不再機械地以簽到、作業(yè)定成績。雖然在一定程度上增加了任課教師對平時成績的統(tǒng)計與匯總工作量,但能夠更合理、更精確地展示每名學生的課業(yè)達成情況,對整體課程教學改革是有利的。進行評價的目的是檢驗課程教學目標的達成情況,更多地聚焦在學習成果上,包含階段性成果和課程完成成果,且更強調(diào)學生個人所取得的進步,而不是學生之間的成績比較。
3 課程改革成效
據(jù)每學期末的調(diào)查問卷顯示90.9%的學生都認為“結(jié)構(gòu)力學”課程教學資源豐富,形式新穎,增添了學習興趣。實行課改后學生的學習主動性明顯提升,學習通后臺統(tǒng)計章節(jié)學習次數(shù)隨著課程的進行逐漸遞增,平時成績優(yōu)良率達到60.6%,期末考試成績優(yōu)良率達到27.3%,及格率達到87.9%。另有不少學生反映,“結(jié)構(gòu)力學”課程習題庫收納了從基礎概念到名??佳姓骖}等不同層次的練習題,而且能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)知識點自組試卷的功能,對考研復習幫助很大;課堂上的工程案例和一些愛國科學家、工程師的經(jīng)歷分享令他們更加熱愛自己所學的專業(yè),并堅定信念努力向前輩學習。在課外活動上,土木系學生連續(xù)兩年在湖北省結(jié)構(gòu)設計大賽中斬獲獎項:2021年獲一等獎一項、二等獎兩項,2022年獲二等獎兩項、三等獎一項,參賽學生反映“結(jié)構(gòu)力學”課堂上的趣味實驗給了他們許多啟發(fā)。此外,學生的后續(xù)專業(yè)課學習反饋情況也呈現(xiàn)較好發(fā)展趨勢,對畢業(yè)班升學和就業(yè)情況的統(tǒng)計也在進一步建檔統(tǒng)計中,以期檢驗成果導向教育模式的課程改革成效。
結(jié)語
本次基于成果導向的“結(jié)構(gòu)力學”課程改革主要從課程體系、資源、評價等方面進行探索、研究和實踐,利用超星學習通平臺創(chuàng)設更適合應用型本科學生的線上線下混合式力學課堂,建立以學生為中心、面向產(chǎn)出、持續(xù)改進的教學框架,鼓勵學生發(fā)展個性化學習,鍛煉全方位能力。從課程改革成效來看,取得了一定的階段性成果,幫助學生意識到“結(jié)構(gòu)力學”的課堂人人都能成功,清楚認識“結(jié)構(gòu)力學”課程的學習成果是什么,為何獲取、怎樣獲取、怎樣知道自己已經(jīng)獲取這些學習成果。相信這一學習過程,能夠內(nèi)化到學生的心靈深處,更能應用于實際。接下來將進一步依托土木工程湖北省級一流專業(yè)建設點,湖北省“十四五”高等學校優(yōu)勢特色學科群,加快課程建設步伐,完成應用型人才培養(yǎng)背景下的“結(jié)構(gòu)力學”課程建設任務,達到一流課程標準。
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基金項目:2021年武漢城市學院教學研究項目“基于OBE的《結(jié)構(gòu)力學》教學研究與資源庫建設”(2021CYYB JY029)
作者簡介:冉然(1990—?),男,漢族,河南潢川人,碩士研究生,講師,研究方向:力學與土木工程專業(yè)課程教學。