工程教育背景下“工程结构抗震设计”课程教学改革研究

吴 堃，黄 信

（中国民航大学交通科学与工程学院 天津 300300）

1 研究背景

工程教育是一种以培养学生工程思维和解决实际问题能力为目标的教育形式。我国工程教育主要经历了5 个发展阶段[1]，分别是1949―1976 年的起步探索期、1977―1986年的快速发展期、1987―2005年的调整优化期、2006―2016年的创新发展期和2017 年至今的新工科建设期。中华人民共和国国成立以来，我国工程教育培养了一大批工程科技人才，为我国经济的高速增长作出了巨大贡献。

然而，由于发展速度过快，我国工程教育总体呈现出大而不强、多而不精的现象。工科毕业生对课本知识的掌握较好，但是实践能力较差、缺乏创新能力。

针对上述问题，教育部于2010 年6 月提出了“卓越工程师教育培养计划”。卓越计划遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，要培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型高质量工程技术人才，为实现中华民族的伟大复兴奠定人才基础[2]。

在此背景下，本文从中国民航大学土木工程专业学生的实际情况出发，以“工程结构抗震设计”课程为例，深入分析了当前课程教学中存在的问题，提出了基于OBE 理念的项目式教学新思路，详细介绍了该教学方式的学习成果目标、项目式学习任务、教学模式和评价方法。

2 “工程结构抗震设计”教学困境

“工程结构抗震设计”是土木工程专业一门重要的专业基础课，它的前序课程主要有“结构力学”“材料力学”“土力学”“混凝土结构设计原理”等，后续课程主要有“混凝土结构设计”“钢结构设计”“高层建筑结构”等。“工程结构抗震设计”的主要任务是介绍地震作用的基本原理及结构抗震的设计方法，使学生掌握结构抗震的基本理论及设计方法，为完成工程设计课程的学习及以后的工程设计工作打下坚实的基础。

众所周知，我国地处亚欧板块和太平洋板块之间，是世界上地震活动最频繁的国家之一，也是世界上遭受地震损失最严重的国家[3]。因此，土木工程专业学生学好“工程结构抗震设计”是十分必要的。然而，从笔者所在中国民航大学土木工程专业的情况看，该课程的教学中存在以下几点困境。

①该课程新概念较多，学生进入课程学习状态较慢，且部分概念在前序课程中没有任何相关铺垫，学生很难理解。例如，反应谱的概念，学生在接触反应谱之前没有学过频谱相关知识，因此理解比较困难，导致对用于计算结构地震作用的振型分解反应谱法和底部剪力法掌握不牢固，甚至经常有学生会将这两种方法混淆。

②该课程课时偏少，目前该课程的课时为32 学时，笔者认为40 学时更合适。因为该课程学生比较难懂，教师也比较难教；并且，在讲完抗震设计原则，场地、地基与基础，地震作用与结构抗震验算等传统的主要内容后，还应该给学生简要介绍结构的隔震、消能和减震控制。因为我国的建筑结构抗震设计已经渐渐从传统的抗震设计转向隔震和消能减震设计，这是以后的趋势，这方面的教学可以让学生毕业走向工作岗位后掌握的知识不至于落后。

③教学方式单一，目前各大高校对于该课程的教学方式主要是课堂讲授，而且理论性比较强，学生吸收较慢；缺少多元教学方式，例如采用小型的教学振动台，让学生直观感受房屋模型在地震下的反应、高频与低频地震波的区别、高层建筑与低层建筑振动特性的区别等。

④教学评价方式单一，目前大部分学校“工程结构抗震设计”的考核均为平时作业+期末考试，缺乏多元化可操作的、同时又能激发学生学习主动性的评价方式。

3 基于OBE 理念的项目式教学新思路

3.1 基本概念

工程教育的理念是以成果为导向的教育，亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，具体内涵包括：①以学生为中心，即教学过程考虑学生学什么，怎么帮助学生学，学生学得如何；②以反向设计为指导，即从外界需求决定培养目标，以培养目标决定毕业要求，以毕业要求决定课程体系；③以持续改进为动力，即动态评价并改进培养目标、毕业要求、课程体系和课程大纲[4]。

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念[5]，又称为成果导向教育，是国际工程教育专业认证体系主流的教育理念。OBE 是指教师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，强调教育者必须明确定位学生毕业时应具备的能力，并通过与之相对应的教育教学设计来保证学生取得预期成果。

项目式教学[6]是一种以学生为中心的教学方式，以建构主义、实用主义、多元智能理论等为基础，将课堂教学内容与实际工作任务结合设计学习项目，让学生以问题为导向全身心投入课堂学习中。在项目式学习过程中，学生会积极地收集信息、获取知识、探讨方案，以此来解决具有现实意义的问题。因此，在项目式学习过程中，学生不仅要能够应用所学的学科知识，还要懂得如何在现实生活中将这些知识学以致用。

3.2 基于OBE 理念的项目式教学设计

由上述介绍可知，项目式教学和OBE 教育理念有很多类似的内涵。基于此，本文将项目式教学和OBE 教育理念融入课堂教学中，提出基于OBE 教育理念的“工程结构抗震设计”项目式教学设计。该方法不仅能解决目前教学中概念繁多、不易理解、教学和考核方式单一等问题，还能充分调动学生的学习积极性，让学生成为课堂的主体。下面将从4 个方面详细介绍该教学方法。

3.2.1 学习成果目标

在OBE 教育理念的指导下，本课程的学习目标重点关注学生的学习结果，同时突出对学生能力的培养，具体见表1[7]（p105）。

表1 基于OBE理念的“工程结构抗震设计”课程学习成果目标

3.2.2 项目式学习任务

本课程根据建筑结构设计人员的工作流程，以建筑结构中最常用的钢筋混凝土框架结构为项目背景，构建以工程项目全过程抗震设计为主线的项目式学习任务，主要包括结构动力特性计算、底部剪力法计算水平地震作用、阵型分解反应谱法计算水平地震作用、表中无此模块、地基承载力验算4 个模块，每个模块下设若干个学习任务，具体见表2。

表2 基于OBE 理念的“工程结构抗震设计”课程项目式学习任务

3.2.3 学习成果教学模式设计

本课程采用课堂教学+分组任务的教学模式。在课程开始前，将学生分成若干小组；第一次课给每个小组布置项目式学习任务，并告诉学生哪些任务根据已有知识可以提前完成，哪些任务需要在学习完某节课之后完成；同时，为了避免不同小组之间互相抄袭，每个小组任务书中的框架结构的跨度、层高、场地类别、抗震设防烈度等基本参数均不同。

3.2.4 学习效果评价设计

本课程的学习效果评价强调多维度、多元化评价，采用小组项目任务报告+小组成员评价+期末考核的评价方式。其中，小组任务报告占总成绩的50%，主要考查每个小组对4 个模块任务的完成度；小组成员评价占总成绩的10%，主要考查每位同学与其他小组成员交流与合作的能力；期末考核占40%，主要考查本课程中的客观基础知识。

4 结论

本文从工程教育背景出发，基于OBE 理念和项目式学习，针对目前“工程结构抗震设计”教学中存在的问题，提出了基于OBE 理念的“工程结构抗震设计”项目式教学设计，并从课程目标、项目式学习任务、教学模式设计和学习效果评价4 个方面详细介绍了该教学设计思路。笔者认为，该教学方法能够很好地改善当前教学中遇到的问题，从而更好地完成土木工程专业的人才培养目标。