OBE导向下材料力学课程线上线下混合式教学模式改革

张青霞 曲艳东 高凌霞 徐蕾 崔利富 刘伟兵

摘  要：材料力学作为高校土木工程专业的基础课，具有建立专业技术基础，培养学生开发创新能力的作用。近年来该课程以OBE教学理念为导向，基于大连民族大学学情开展线上线下“混合式”教学模式的改革实践与探索。首先进行线上课程资源建设;然后有机结合“线上+线下”的教学组织方式，根据课程目标合理设计教学内容。通过多样化的教学环境，因材施教，调动学生学习主动性和学习兴趣，提升课程的“两性一度”。最后针对线上线下各教学环节，采用多元素考核评价方式衡量课程目标达成情况。该课程的教学改革效果表明该教学模式能够有效提高教学质量和学生的学习效果，突出学生的能力培养。

关键词：OBE导向;线上线下“混合式”教学;材料力学;教学改革;课程资源

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）15-0123-04

Abstract： As a basic course of civil engineering in colleges and universities， Mechanics of Materials plays a key role in establishing the foundation of professional technology and cultivating students' development and innovation ability. This paper summarized the OBE-oriented practice and exploration of this course in the reform of online-offline "mixed" teaching mode based on the student learning of Dalian Minzu University in recent years. Firstly， the curriculum resources were constructed online. Then the teaching contents were reasonably designed according to the curriculum objectives via organically combining the online-offline "mixed" teaching manners. Through diversified teaching environment， students are taught according to their aptitude， such that their learning initiative and interest are easily to be mobilized， and the advancement-innovation-challenge of the course is improved. At last， for all online and offline teaching segments， multi-element assessment and evaluation method is used to measure the achievement of the curriculum objectives. The reform effect of this course shows that this teaching mode can effectively improve the teaching quality and learning effect， and finally the cultivation of students' ability is highlighted.

Keywords： OBE-oriented; online-offline "mixed" teaching; Mechanics of Materials; teaching reform; curriculum resources

2016年，我國正式加入了《华盛顿协议》，这标志着具有国际实质等效的工程教育专业认证的帷幕在我国已经拉开。工程教育专业认证遵循3个基本理念：成果导向、以学生为中心、持续改进[1]，其中成果导向教育（Outcomes-Based Education，简称OBE）是指教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果。因而这要求教学实施中需要以学生为中心，课程教学目标的制定需要满足对专业毕业要求指标点的支撑，继而设计相应的课程教学内容和教学方法。材料力学作为大连民族大学（以下简称“我校”）土木工程专业基础课，研究杆件的强度、刚度和稳定性问题，在高级工程技术人才的培养过程中，具有建立专业技术基础，培养开发创新能力的作用。为贯彻落实OBE教学理念，结合该课程特点，即专业基础理论性和工程实践性，实践与探讨了线上线下“混合式”教学模式的改革。

一  课程建设及存在的问题

大连民族大学是隶属国家民族委员会的高校之一，学校的办学定位为“服务民族，应用为主、教育创新，质量立校、因材施教”。根据土木工程专业培养能够为区域经济及民族地区工程建设及事业发展服务的应用型人才的培养目标，本课程设计了“理论学习+实践锤炼”阶梯式的课程目标，主要包括知识目标和能力目标。其中，知识目标具体为：①准确认知和理解材料力学的基本概念和力学原理，能正确计算杆件内力、应力和位移;②进行构件强度、刚度和稳定性等问题的计算分析;③根据有关力学实验方法和实验原理，设计实验方案，并系统开展实验，整理试验数据，对实验结果进行科学分析与解释。能力目标体现在培养学生根据实际工程问题建立力学模型的能力、熟练的计算能力、一定的分析能力和实验能力、工程技术实践能力和创新能力。

我校材料力学课程历经数十年建设，课程教学文件、实验室平台等资源得到了良好的发展和完善。近年来，随着社会对学生毕业后应用与创新能力要求的提高，如何在有限的课时内满足毕业要求成为教学中要解决的难点。该课程理论性强、概念抽象，加之我校学生有一半来自偏远民族地区，学习基础平均比较弱，因此，学生在课程学习中普遍感到困难。教学团队自2019年开始了小班化教学，探讨了基于应用创新能力培养的教学模式改革和学业评价方式改革[2]，同时基于OBE教学理念，积极探索了线上线下“混合式”教学模式[3]在课程中的实践，主要包括以下几方面内容：①优化设计符合课程目标达成的教学内容，满足毕业需要;②根据教学目标和学情分析，合理制定教学策略，因材施教，提高课程目标达成度;③完善课程线上线下混合式教学的考核评价体系，提高对学习过程性的监督和管理;④有机融入课堂思政教育，培养学生的创新意识、工程职业道德和社会责任感，激发学生的学习内驱力。

二  线上线下“混合式”教学模式的改革和应用

（一）  内涵与特点

互联网信息技术的快速发展拓宽了教学资源的获取渠道。尤其是在疫情期间，教育部公开了4 000门次的国家级在线精品课程，几乎涵盖了各个学科、各个专业，这为高校老师和学生提供了优质的课程资源，另外，通过线上教学平台能够丰富课堂教学手段和方法，能够灵活、便捷和实时检测教学效果，便于学生进行课前的预习和课后复习。但纯粹的线上教学使师生之间、生生之间缺乏面对面的互动交流，容易造成学生心理问题，而且有的学生自律性差，教学效果难以全面保证。而将在线教学和传统线下教学的优势结合起来的教学模式，即线上线下“混合式”教学，通过有机结合2种教学组织形式，可以多方面兼顾学生的学习情况，把学习者的学习由被动到主动、由浅到深地引向深度学习。

（二）  应用情况

我校目前具有雨课堂、超星学习通等线上学习平台支撑，借助这些平台，本课程开展了课前预习、课堂测验、课后测试等教学活动。在课前通过发布预习课件让学生明确本节课的学习目标。由于课程力学概念多，在预习课件中设置相应的学习内容，并通过测试题目检验学生的预习情况。这样，课堂上能使学生在短时间内做到应用基本概念分析工程问题，摆脱了以往靠记公式求解问题的弊端，不但“知其然”，而且能“知其所以然”。课后通过线上题库等资源及时让学生巩固复习所学内容，并且每个学习单元完成后通过线上平台进行测试，从而温故而知新。在线下课堂之外，结合专业导师工作室对学生进行学科竞赛指导，利用材料力学开放式实验对有关课程试验开展“做中学”教学模式。此外，借助线上学习平台，师生之间的讨论不受時空限制，更加方便教师的答疑辅导，使学生的问题及时解决。

多样化的教学环境极大调动了学生的学习主动性和学习兴趣，使学生具备了解决课程相关复杂工程问题所需的基础知识和能力，从而也提高了学生实践锤炼的信心。近年来我校学生参加各级力学竞赛、结构设计大赛等学科竞赛和课外活动的人数逐渐增多，成绩也越来越好。通过开展混合式“线上”+“线下”的教学模式，有助于提升课程的“两性一度”[4-5]，争取努力实现课程的创新性、高阶性及其挑战度的深度融合。

三  教学改革效果

（一）  基于互联网的课程资源建设

该课程包括理论和实验教学2部分，具备了线上教学平台和开放式试验平台，为开展线上线下混合式教学提供了必要的前提条件。目前，课程教师团队结合超星学习通平台上已有的精品课，制作了适合本专业学生的视频课程。这样，学生线上学习中既能兼顾本校课程的学习内容和学习目标，又能拓展学习维度，提高学习深度。此外，收集并整理了该课程的典型习题，在学习通平台上建立习题库，便于学生随时随地通过手机进行学习和自我检测。由于课程学习内容多，线下课堂内学时紧张，因此在线上建立课程思政案例库，比如港珠澳大桥的工程技术背景介绍，我国著名的流体力学家和理论物理学家周培源先生的生平事迹及以其名字命名的全国周培源力学竞赛，我国著名的力学大师钱伟长先生的生平等，激发学生的民族自豪感，引导学生们继承和发扬敢闯敢干、有责任有担当、勇于创新的土木人精神。

此外，与试验技术公司合作，建立材料力学开放试验教学平台，开展了“做中学”教学模式。鼓励学生在课堂上学完相关理论以后，以小组形式自行设计实验方案，然后在老师的指导下进行集中实验或开放实验。通过动手实践进一步夯实提高学生对力学概念和力学原理的理解，提高学生的实践能力和创新能力。针对疫情特殊时期的教学工作，开展了材料力学虚拟仿真实验建设，实现课程理论学习、软件仿真和实训一体化，提高课程目标达成度。具体教学资源与应用如图1所示。

（二）  混合式教学模式的改革实践

理论教学中围绕课程目标优化课程内容体系结构，强调杆件的“内力-应力-变形-强度、刚度计算”这一分析主线。课程内容设计为4个模块，如图2所示。按照由理论到实践，学习变形构件的内力、应力、变形等基本理论分析，以及杆件的强度与刚度计算、稳定性计算等工程问题的求解。

在教学方法方面，目前采用小班化教学，每个班级有2个自然班，60人左右，便于分小组开展线上课前预习/课后拓展、线下理论讲解/实践操作的混合式教学。具体如下。

1）每个章节提前在超星学习通上发布预习任务，向学生明确学习目标。学生利用学习通中建好的课件、视频等资料进行自主学习，并通过完成预习任务中的测试题目检测预习效果。

2）理论课堂主要设在线下教室内，并同时采用雨课堂线上直播开展教学活动。根据学生的预习情况合理设计课程导入、新课讲解、课堂讨论和测验等教学环节。首先以工程案例重点为引子，重点讲解基本力学概念和力学原理;然后通过讨论、学生讲解、教师补充等方式巩固运用已学知识。课堂上，借助雨课堂进行随机提问和小测验，提高学生的专注力和参与度，并能实时评估学生的学习效果，及时进行教学目标矫正。此外，线上线下课堂中有机融入课程思政教育，比如讲杆件的强度和稳定性计算时，介绍魁北克大桥的倒塌，讲述质量不合格的工程给人民生命和财产带来的严重损害，激发学生的专业责任感，感受土木从业者所肩负责任的重要性。

3）课后布置作业进行复习、拓展和提升。利用开放性试验平台进行做中学训练，提高学生的实践能力和创新能力。通过学习通上的视频、题库和资料进行课程的巩固和提高。课堂内外，因材施教，尽可能兼顾学生的不同层次需求，提升学生的学习正能量、增强学习信心。比如根据雨课堂上的学生表现数据，在课后及时关注表现差的学生，找到原因，帮助其解决困难;积极指导学有余力的同学参加学科竞赛，拓展培养其解决复杂问题的综合能力和高级思维。

（三）  学习效果的考核评价改革

对学生学习效果的分析能够为教师调整和改进教学工作、对课程持续改进提供充足的依据，是教学管理过程中的一个重要组成部分。针对课程目标，为激发学生的学习内驱力，促进学生学习质量的提高，结合线上、线下各教学环节，采用多元素考核评价方式进行课程目标的衡量和评价。该课程评价项目包括課后作业、课堂测试、实验、阶段考试和期末考试，如图3所示。加强对学生学习过程的监督，把考核时间分段化、连续性，在制度上避免考试的考前突击行为。

对于线上学习任务，包括课前预习和章节测验，这部分内容目前没有纳入课程期末总评成绩，但把学生的完成情况作为评定学生是否能参加期末考试的节点，即学生线上学习任务完成情况不低于60%才可以参加课程期末考试。

在课程期末总评完成后，基于本院《土木工程专业课程目标达成评价机制和实施办法（试行）》，及时评价课程目标达成情况，收集统计教学大纲中规定的各课程目标对应的考核环节资料，确认各考核环节对应的权重，以所有上课学生的考核成果为评价样本，分别计算样本中各课程目标考核环节平均分，计算课程目标达成度，并进行课程目标达成情况评价分析，为下一轮课程教学改革及持续改进提供依据和建议。

作为一门力学基础课，该课程学习难度较大。相对于2016级的授课情况，从阶段考试到课堂测试，2017—2019级授课中逐步增加了过程性考核元素，从图4可以看出，课程的及格率、优秀率、平均成绩均得到明显提高，表明了课堂教学模式及学业评价方式改革取得了有效成果。

该课程教学大纲中制定了6个课程目标，图5显示并比较了2018级和2019级学生的达成情况，由图5可知，2019级课程总体达成情况比2018级课程有明显提升。大部分学生较好掌握了本课程的基本理论与方法，具备了理论联系实际、分析问题的能力。结合课程教学和考试形式，课程目标达成情况与实际情况基本相符。

相对而言，课程目标2和目标3的达成度较低，主要是期末考试中失分较多，具体知识点涉及压杆稳定问题、组合变形杆件的强度问题、能量法分析求解杆件的变形问题。这些内容在课程后期讲解，且综合性强。这反映了大部分学生对前面有关知识点的理解不到位，后期听课效果不好。需要继续研究针对实际学情特点的教学方法和教学手段，在保证理论严谨的条件下，运用通俗易懂的语言讲述课程的概念、原理和方法。此外，加强日常的教学管理，加大过程考核力度。

四  结束语

随着互联网技术的广泛应用和信息化时代的快速发展，高等教育的教学理念和教学模式不断与时俱进，线上线下“混合式”教学模式一方面能够让学生充分享用网络上的优质教学资源，一方面能够通过线下课堂更好地为学生把脉，增加学习温度，因而得到了广大高校教师的认可和践行。我校该课程的教学改革效果也表明了混合式教学模式提高了课程学习中学生的中心地位，加强了学生的学习过程，突出了学生的能力培养。然而，这种混合式教学模式的改革和建设尚处于起步阶段，如何合理设计线上、线下教学内容，合理分配线上、线下教学学时，以及有效开展线上和线下的学习过程评估，仍需要进一步的摸索尝试。在后续教学中，该课程将进一步贯彻OBE教育理念，以学生为中心，按照“两性一度”的“金课”标准，深入开展线上线下混合式教学，提高对学生线上学习、测试等任务点完成情况的管理，加强线下课堂中师生互动、生生互动，以学习小组为单位开展翻转课堂等教学方法实践。充分挖掘课程中的思政元素，激发学生的学习内驱力。因材施教，加强对学生的学习指导，提升课程的高阶性、创新性和挑战度。

参考文献：

[1] 李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[2] 张青霞，高凌霞.土木工程基础力学考核评价方式改革研究[J].科技风，2018（17）：98.

[3] 黄丽华，王跃方，曲激婷，等.材料力学课程线上线下“混合式”教学模式的改革与实践[J].高教学刊，2021（19）：126-129.

[4] 吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[5] 于敏，缑瑞宾，但文蛟，等.OBE导向下专业基础课程知识体系重构方法研究——以材料力学课程为例[J].浙江水利水电学院学报，2021，33（5）：84-86.