基于OBE教学模式下“工程力学”课程教学方法的研究＊

崔宇，王丽，刘鹏，孙林

基于OBE教学模式下“工程力学”课程教学方法的研究＊

崔宇，王丽，刘鹏，孙林

（营口理工学院 机械与动力工程学院，辽宁 营口 115014）

当前教学体系的转变，导致理论课程教学学时压缩，需应用OBE教学模式。在“工程力学”教学中，通过成果导向教育，将课程教学目标“解决工程实际问题能力”作为教学起点，引入实践案例作为先导，观察和分析案例的特点和规律。将生活原型转换为力学模型，再通过观察构件力学模型的变形特点和影响因素，分析出其数学模型，案例和实验检验数学模型正确后，应用其模型指导工程实践和构件设计，提高学生学习效率和深化学时记忆，真正掌握课程知识。

OBE；“工程力学”课程；工程实践；模型

随着国家产业机构的调整和升级，教育发展也在不断变化，压缩理论教学、加强实践环节成为当前教育的主流，“产出导向教育”（Outcome based education，OBE）教育模式成为新型教育理念被推广开来。围绕着学生的学习成果设 计了一套更新颖的教学评价模式，将工程教育认证标准作为指导性纲领，反向设计、正向实施教学过程，它能引导教师不断地完善教学方法，为教育发展注入新鲜的血液，同时更重视对学生学习成果的评价，重点培养学生工程实践能力。“工程力学”课程作为工科基础课，在OBE教学模式下，如何开展教学，采用什么样的教学方法成为当前急需解决的课题。

1 “工程力学”课程教学现状分析

“工程力学”是大学本科工科专业的专业基础课，也是工科专业培养计划中将理论计算与实践应用相结合的综合性课程，它包括力学基础概念、原理、受力分析以及杆件的基本变形、强度、刚度、稳定性计算等知识。这门课程对机械构件的设计、新材料的研发以及生物、环境保护等相关学科领域的探索有着重要的指导作用。

在传统的教育模式下，对于“工程力学”课程教学，以原理和公式推导为教学中枢，以大量例题精讲和课下习题演练为手段，在以大量教学学时保证的前提下，达到教学目的，完成教学任务。

随着国民经济产业结构的转型、优化、升级，教育教学改革的不断推进，工科专业的课程体系做了相应的调整，从变化的结果来看，普遍理论学时下调，实践环节增加，但目前的工程力学教学还不能满足变化的需求，讲授内容和所要达到的教学目标之间的矛盾突出。课程教学学时减少，课堂上仅仅能完成基本内容的讲解，没有学时去精讲大量的课堂例题，课下应完成的大量习题演练被实践课程增加所带来的附加作业所占用，因此对于教师来说，教学任务是完成了，但教学目标并没有达到；对于学生来说，课程已经学完了，但学习效果差强人意。

2 OBE教学模式下的教学方法

OBE教学模式要求成果导向教育，即各个高校都根据产出导向教育的要求，制定不同的培养目标，进而完成对专业课程群和各门专业课程的修改和替换，其教育改革的范围以一门课程或课程群为框架，其工程实践能力的培养主要在工程知识、问题分析、设计研发和工程研究等。而作为一门课程，“工程力学”固有的学科特点也可以采用成果导向教育的方式来进行教学。

按照OBE教学模式下制定的“工程力学”教学大纲要求，学生应掌握工程力学知识并构建工程问题的分析模型，识别和表达机械工程相关技术要素，分析和选择研究路线，设计实验方案，进一步将其应用于解决复杂机械工程问题的能力。因此，最终目标是解决实践中的各个问题。根据这一目标要求，在教学过程中，也要以工程实践为起点来开展教学，引进实践案例，从实践案例原型简化和分析出力学模型，从力学模型总结和归纳出数学模型，充分理解和学习了理论精髓数学模型后，引导学生从数学模型向力学模型转变，再从力学模型向生活原型转变，解决生活实践中的问题，即生活原型→力学模型→数学模型→力学模型→生活原型，这是个从认知到应用的圆环，也是学习力学知识的基本规律。“工程力学”课程的教学过程就变换为实践→建模→验证→ 实践。

2.1 实践案例创建数学模型

首先列举生活、工作和实践中具有与所述理论相符合的真实案例，分析案例中构件的结构和运动特点，充分调动学生的观察和想象能力，从这些案例中找到共同的物理规律和结构特点，一一将其列举出来，凭借学生之前所掌握的物理学知识，很快就能发现其共同的力学承载方式——构件的受力分析，在忽略掉对其影响的相关构件后，一个完整的力学模型就呈现出来，此时学生内心已有一定的成就感，具备了下一步深入的心理状态，这时就要引导学生利用已掌握的数学知识，对力学模型进行物理量的数学计算，发现各个物理量或者力之间的关系，从而列出整个数学模型。从实物原型到数学模型整个过程都是由学生自己发现、自己总结的，印象深刻，记忆牢靠。例如在进行弯曲变形的教学过程中，首先引入教学实践案例工厂生产使用的大型吊装设备桥式起重机，分析起重机的结构特点和主体横梁的变形规律，找到起重机横梁本身的重力分布及两端的约束构成和吊钩施加的外力载荷，忽略掉对整体影响小的各种因素，其基本的力学模型就已经简化完成；然后根据力学模型，运用数学知识，找到哪些参数对起重机的横梁弯曲变形有关系，如长度对变形有关、其截面形状和变形有关、材料本身性能和变形有关，这样其基本的数学模型也建立完成。

2.2 验证数学模型

通过分析实践案例得来的数学模型是否正确，还需要进一步的检验，来验证数学模型。教师给出符合此模型的实践案例，指导学生将列出的数学模型应用到这些案例中，查看是否符合案例的力学平衡条件和构件的运动规律，当得到肯定的答案后，教师正式进入该理论的常规教学，学生有了前期的分析锻炼和实验总结，很快就能熟练应用这些理论。例如根据总结的弯曲变形的数学模型验证条形课桌的变形计算，首先对其进行受力分析，发现其变形形式符合弯曲变形；并运用数学模型公式，通过积分运算，计算课桌板面最大变形位置和变形量；最后对课桌进行实践检验，对课桌施加要求载荷，测量其变形量，恰好符合理论计算数值，证明总结的数学模型真实可信。

2.3 数学模型指导实践应用

学生在掌握了一门新理论后，迫切地想一试身手，看看自己能不能解决问题，此时教师就要迎合这一契机，抛出生活和实践中常见而还未解决的问题，要求学生运用刚刚掌握的理论，用最合理的方式解决这些问题，当学生能够解决一定难度的问题后，教学工作也就结束了，课后留一些思考题，引导学生进一步熟练掌握这些知识。例如引导学生创新设计升降式晾衣架，对晾衣架的横梁进行长度和直径设计，通过已经掌握的数学模型，可以很快计算出晾衣架的最佳直径和长度比值，完成创新设计中的理论计算和图纸设计。

3 OBE模式教学方法的特点

从学生学习的接收角度看，单纯的理论模型的教学确实单调和枯燥，如果从工程实践模型进行讲解，进化到力学模型进行分析，再总结出数学模型会更加清晰明快，而且效率提高也很快。从教师的角度看，完成这样一节常规理论课教学的同时，也锻炼了学生发现问题、解决问题的能力，学习效率也大大提高，记忆程度也达到了一定提升，很好达到了OBE教学模式下的目标要求，将成果导向教育很好应用到“工程力学”课程的教学工程中，并在有限的理论教学学时下，完成高效率的教学，再配合以大量实践教学，让学生真正掌握本门课程的知识。

4 结语

根据OBE教学模式下的教学要求，对“工程力学”课程的教学采用成果导出教学方法，将教学目标中的工程应用作为教学的起点，把生活实例引入到课程教学中，引导学生发现这些案例的特点和运动属性，分析出其力学模型，进而分析出数学模型；再经过试验和案例计算检验，验证数学模型是正确的；最后利用数学模型指导实践和设计。这一整套教学模式，可以让学生充分参与到课程教学过程当中，使教学的主角变成学生，而不是教师，这样学生对知识点的学习更加快速也更加牢固，同时，也帮助学生参加了一次实际设计的练习，为以后进入一线工作岗位打好坚实基础。

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G642.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.027

2095－6835（2020）18－0073－02

营口理工学院教改项目“基于OBE模式的《工程力学》课程教学的探索与实践”（编号：JG201714）

崔宇（1981—），男，辽宁鞍山人，副教授，研究方向为工程力学、机电一体化。王丽（1983—），女，黑龙江齐齐哈尔人，副教授，研究方向为原子与分子物理。刘鹏（1986—），男，辽宁营口人，工程师，研究方向为机械工程。孙林（1986—），男，辽宁营口人，工程师，研究方向为机械工程。

〔编辑：严丽琴〕