基于成果导向的“结构力学”课程改革与实践

冉然 刘燕 周楚兵

摘 要：本文从构建体系、丰富资源、转变评价三个方面入手，践行成果导向教学（OBE）模式，反向教学设计，充分发挥学生主体性，锻炼学生创新实践能力、组织策划能力，提高课程目标达成度，为土木工程专业应用型人才培养打下坚实基础。

关键词：成果导向；结构力学；教学改革；应用型本科

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 课程改革背景

1.1 学科变革需求

土木工程长久以来都是国家重要行业和支柱产业，能持续为人民的生产生活提供基础设施保障，同时在高等教育学科类别中，土木工程作为一门工程与技术相结合的学科，应用性极强。《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》［1］中将土木专业的培养目标定义为“掌握学科基本原理和基本知识，获得工程师基本训练，能够胜任建筑、道路、桥隧、地下等土木工程设施的设计、建造和管理的专门人才。”随着时代的发展和进步，我国工程教育不断地寻求变革，为同国际接轨及获得全球竞争力，改革方向也朝着满足国家战略发展、国际竞争形势、创新人才培养的要求逐步迈进。土木工程作为传统工科专业，在面临新一轮科技革命和产业变革时，亟待升级。面对新工科建设要求，应实现从学科导向转向产业需求导向，满足社会发展和行业发展的需要，积极培养并造就一批具有创新创业能力、跨界整合能力的学科交叉复合型卓越工程科技人才［2］。

1.2 课程变革意义

《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》［1］中，土木工程学科基础类课程占比28%，其中“结构力学”属于专业核心课程，推荐设置学时最多，为78课时。作为土木工程专业的基础支撑、通往专业学习的桥梁，“结构力学”不仅是众多高等院校研究生入学考试的初试科目，也是各类土木工程师必备的专业技术知识，与土木学子今后的升学、从业密不可分。新工科背景下，人才需求的变化决定培养目标的更新与毕业要求的调整，而完成上述改革则需要专业课程的进一步变革与重构［3］。依据笔者多年的教学经验与反馈，学生的力学基础不同，影响其对知识的掌握，同样的授课老师、授课内容、授课方法对不同的学生，效果差别很大。面对上述教学现状，如何重塑“结构力学”课程，既符合产业需求导向，又能满足不同类型学生的学习要求，让学生学到有用的知识，是在“以人为本，以本为本”的教育方针下一个值得深思的问题。

如何寻求问题的答案？部分一线教师选择以实际土建工程项目为课程切入点［4］，具象化力学概念，在有条件的基础上进行工程现场授课，形成与课堂授课互补的“第二课堂”［5］；还有教师借助云班课［6］、慕课［7］、钉钉［6，8］、腾讯课堂［9］等现代通信教学技术，实现“结构力学”课程的线上线下混合式教学改革与实践，丰富传统课堂教学方式的同时极大地提高学生的学习兴趣和学习效率，都取得一定的成效。但在构建课程体系、针对性改善教学资源、发挥学生主体性等方面仍有进一步研究的空间。

笔者从新工科建设的纲领性指导思想“北京指南”［10］出发，认为基于结果产出的OBE模式［11］能实践“学生中心、成果导向、持续改进”的工程教育理念，并通过建设学习通课程资源库、创新课堂教学的同时满足学生主体性与个性化需求，改革“结构力学”课程教学。

2 课程改革内容

OBE模式的核心在于以产出成果为导向，关注新的社会及行业变化发展，根据变化的需求，确定学生学习的最终成果，再映射到高校专业人才培养目标及课程设计目标，进而反向教学设计［12］。区别于研究型本科高校，应用型本科院校主要为社会培养应用型行业技术人才。对土木工程专业而言，即是懂设计、会施工、能管理的复合型人才。结合以上需求，本次“结构力学”课程改革主要从以下几方面着手。

2.1 连贯课程体系

“结构力学”课程教学大体分为几何组成分析、静定结构受力分析与位移计算、力法、位移法、影响线、结构动力学等内容，复杂多样而且环环相扣。几何组成分析是整个课程的基础，由此而衍生出结构与机构、静定与超静定之分；静定结构的受力分析会为其位移计算作铺垫（例如图乘法需要弯矩图）；力法分析超静定问题需将结构去除多余约束，化简成静定结构来处理；位移法的基本单元内力图是由力法求得的……知识点联系紧密、层层递进。学生在学习过程中，往往会出现基础部分掌握不扎实，还未弄清结点、杆件之间的联系便开始几何分析，接着又着手对结构进行受力分析，但逐渐积累的问题如同雪球般越滚越大，最终在处理问题时手足无措、信心崩溃，导致学习热情低、学习成效差。本次教改注重土木工程专业的毕业要求，映射出“结构力学”课程的最终培养目标。以学习成效为核心、目标能力为导向，要成为合格的土木工程师，学生需要具备识别工程概况、转化工程模型、分析杆系结构受力与变形的核心能力，且设计方向学生偏向定量手工计算和计算机辅助计算，施工方向则更侧重模型转化和工程软件定性分析。教师在反向教学设计时须对应毕业目标，明确课程目标，同时连贯课程体系。模型转化能力对应几何组成与结构简化规则，分析计算能力对应超静定结构的力法与位移法及静定结构的基本计算，计算机辅助计算对应矩阵位移法。强调分析实际工程问题中的超静定结构，需要掌握静定结构的内力和位移分析，几何组成的规则判断。依次倒推后，让学生意识到基础知识的重要性，如杆件的连接，何为铰接、何为刚接、兩刚片规则和三刚片规则如何组成结构等问题，并在后续内容教学中常常循环往复，形成连贯的课程体系。

2.2 丰富课程资源

教材和PPT课件一直都是“结构力学”课程教学的主要教学资源，但学生普遍对这类教学资源兴趣不大，觉得枯燥乏味，尤其是应用型本科学生本身力学基础薄弱，学习畏难心理较重，更需要多样化、个性化的教学资源发挥引导作用。由此，众多教师开始积极建设线上教学平台，逐渐发现相较于书本、课件这样的扁平化资源，丰富多彩的影音、视频无疑更能激发学生的学习兴趣。土木工程专业学生今后的就业方向包含结构设计、施工技术、项目管理等方面，在补充课程资源上更应符合多元化特征。因此，本次改革借由超星学习通平台，创设“结构力学”班课，并上传形式各样的教学资源，包括电子教材、课件、教师精讲课程视频、“结构力学”趣味小实验、工程项目案例分析、课后练习题库等，满足学生课程学习的个性化与差异性需求。这里面，电子教材和课件是对纸质版教材的精炼化归纳；课程视频是对书本知识的可视化呈现，由橡皮糖、小木棍、硬币等生活中的常见物品所展示的几何不變、几何可变实验；硬币拱结构等力学实验能极大地激发学生的学习热情；工程案例分析可以为帮助学生提前熟悉工程环境，提升力学思维；习题库能在学生期末考试复习和考研准备中发挥重要作用。此外，班课开放上传资源的权限，学生也可以在完成课下活动时上传个人收集的教学资源，经教师审核后采纳，这样也提高了学生学习热情和教学参与度。

2.3 转变课程评价

传统的“结构力学”课程考评一般由平时表现和期末考试两部分成绩组成，平时表现多为考勤、作业完成情况，依然是“教主于学”的硬性指标考核模式。对教师而言，这种评价方式自然便于操作，方便统计成绩，可是难免过于机械化，不利于课堂教学情况的真实反馈。相反地，OBE模式采取柔性考评机制，加大平时成绩占比，考查项目多元化，包含课堂活动参与度、教学视频观看时长、课堂练习与课后作业完成度等，不仅注重学生在学习中的过程参与情况，而且关心学生的最终学习成果是否达到预期的课程教学设计目标。这样以学生为中心，顾及学生的学习感受，不再机械地以签到、作业定成绩。虽然在一定程度上增加了任课教师对平时成绩的统计与汇总工作量，但能够更合理、更精确地展示每名学生的课业达成情况，对整体课程教学改革是有利的。进行评价的目的是检验课程教学目标的达成情况，更多地聚焦在学习成果上，包含阶段性成果和课程完成成果，且更强调学生个人所取得的进步，而不是学生之间的成绩比较。

3 课程改革成效

据每学期末的调查问卷显示90.9%的学生都认为“结构力学”课程教学资源丰富，形式新颖，增添了学习兴趣。实行课改后学生的学习主动性明显提升，学习通后台统计章节学习次数随着课程的进行逐渐递增，平时成绩优良率达到60.6%，期末考试成绩优良率达到27.3%，及格率达到87.9%。另有不少学生反映，“结构力学”课程习题库收纳了从基础概念到名校考研真题等不同层次的练习题，而且能够实现根据知识点自组试卷的功能，对考研复习帮助很大；课堂上的工程案例和一些爱国科学家、工程师的经历分享令他们更加热爱自己所学的专业，并坚定信念努力向前辈学习。在课外活动上，土木系学生连续两年在湖北省结构设计大赛中斩获奖项：2021年获一等奖一项、二等奖两项，2022年获二等奖两项、三等奖一项，参赛学生反映“结构力学”课堂上的趣味实验给了他们许多启发。此外，学生的后续专业课学习反馈情况也呈现较好发展趋势，对毕业班升学和就业情况的统计也在进一步建档统计中，以期检验成果导向教育模式的课程改革成效。

结语

本次基于成果导向的“结构力学”课程改革主要从课程体系、资源、评价等方面进行探索、研究和实践，利用超星学习通平台创设更适合应用型本科学生的线上线下混合式力学课堂，建立以学生为中心、面向产出、持续改进的教学框架，鼓励学生发展个性化学习，锻炼全方位能力。从课程改革成效来看，取得了一定的阶段性成果，帮助学生意识到“结构力学”的课堂人人都能成功，清楚认识“结构力学”课程的学习成果是什么，为何获取、怎样获取、怎样知道自己已经获取这些学习成果。相信这一学习过程，能够内化到学生的心灵深处，更能应用于实际。接下来将进一步依托土木工程湖北省级一流专业建设点，湖北省“十四五”高等学校优势特色学科群，加快课程建设步伐，完成应用型人才培养背景下的“结构力学”课程建设任务，达到一流课程标准。

参考文献：

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［6］王小蔚，王敏容，陈孔亮，等.基于钉钉+云班课的线上教学改革与实践研究——以《结构力学》为例［J］.创新创业理论研究与实践，2021，4（14）：33-36.

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［10］王许云，王辉，王荣方，等.新工科背景下研究生协同创新培养模式探索［J］.高教学刊，2020（16）：33-35.

［11］陈兴文，黄永东，袁传军，等.基于OBE的学生学习成效评价方法研究与实践［J］.高教学刊，2022，8（03）：62-65+69.

［12］王红霞，程伟丽，牛晓峰，等.基于OBE教育理念的体验式教学模式改革与实践——以合金熔炼原理与工艺课程为例［J］.大学教育，2022，142（04）：47-50.

基金项目：2021年武汉城市学院教学研究项目“基于OBE的《结构力学》教学研究与资源库建设”（2021CYYB JY029）

作者简介：冉然（1990— ），男，汉族，河南潢川人，硕士研究生，讲师，研究方向：力学与土木工程专业课程教学。