李樹森 周梓健 曹有為

摘要：工程教育認證對機械類工科專業(yè)大學教育質量提出新的標準和要求，對培養(yǎng)大學生的能力要求更加明確。本文針對課堂教學模式不能滿足培養(yǎng)需求的現狀，以學生為中心、學習成果達成為目標、持續(xù)改進的理念，以傳統(tǒng)課堂教學模式為基礎，以在線開放課堂、互動課堂和實踐能力課堂的教學模式作為改革思路，從專業(yè)培養(yǎng)目標出發(fā)對機械結構有限元分析課程進行教學結構改革和優(yōu)化，形成一套不斷自我完善可持續(xù)發(fā)展的教學改進機制。在近三年機械結構有限元分析課程實際教學過程中進行實踐應用并取得較好效果，為促進機械類大學課堂教學模式改革和提高大學生綜合素質能力奠定基礎。

關鍵詞：工程教育認證；在線課程；互動課堂；課程目標達成度；實踐能力課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0158-03

2006年，中國的工程教育認證工作正式開始，成為我國提高工程教育專業(yè)教學質量的一項重要措施[1]。工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[2]。2013年我國成為國際本科工程學位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的預備成員[3]。在國際工程師互認體系中，《華盛頓協(xié)議》是最具權威和國際化意義的[4]。2016年我國成為《華盛頓協(xié)議》的正式會員，標志著我國的工程教育專業(yè)認證標準得到國際認可[5]。工程教育專業(yè)認證標準以學生為中心、產出導向（OBE）和持續(xù)改進為核心理念，要求一切教育活動圍繞培養(yǎng)學生的畢業(yè)要求和學生畢業(yè)后五年的培養(yǎng)目標為導向開展[6]。

本文基于工程教育專業(yè)認證標準，通過進行在線課程的建設，充分利用在線課程與傳統(tǒng)課堂教學相結合的教學方法，以課程作為培養(yǎng)工程教育人才能力的載體，將學生的學習能力，工程能力及其他能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)科學的滲透到課程教學活動中，以滿足社會對應用型人才的需求。

一、課程培養(yǎng)目標

現今“有限元法”已成為解決工程實際問題必不可少的工具[7]。我校根據企業(yè)反饋的信息分析發(fā)現，學生在運用基礎知識分析解決實際工程問題的能力較弱，缺乏工程意識，且創(chuàng)新意識也較薄弱。我校從2015年依據工程教育專業(yè)認證標準對機械結構有限元分析課程的教學模式進行改革，圍繞學生從課程目標培養(yǎng)、教學內容優(yōu)化、教學模式改革和教學成果評估四個方面進行了教學改革與實踐，如下圖1所示。

本文基于工程教育專業(yè)認證標準，針對現今教學中存在的問題，對機械結構有限元分析課程理論與實踐教學環(huán)節(jié)進行形成性教學改革與實踐，使學生具備下列幾方面的能力[8]。

1.掌握桿梁結構、平面問題離散化方法、勢能極小原理、三維問題和薄板彎曲等的有限元解法。強調有限元方法的工程概念與理解，注重培養(yǎng)學生的工程知識水平。

2.掌握靜力結構、傳熱問題、彈塑性問題和振動問題的有限元分析方法。了解參數單元的構造方法、溫度場及熱應力的有限元計算、彈塑性及振動結構的有限元動力分析，注重培養(yǎng)學生的工程知識水平與問題分析能力。

3.通過ANSYS軟件程序平臺的實驗模擬和仿真訓練，將所學理論知識與工程運用有機結合，能夠對機械結構典型算例的特性、實驗設備進行研究和實驗驗證，對實驗結果進行仿真分析和解釋，得到合理有效的結論，注重培養(yǎng)學生的研究能力。

4.針對具體案例進行查閱資料、撰寫設計報告和分組答辯等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)文獻檢索能力、團隊合作能力和溝通表達能力，具有自主學習和終身學習的意識。

二、課程改革措施

1.教學內容優(yōu)化重組。教科書作為教學的基礎，是課堂教學質量的重要影響因素，機械結構有限元作為一門工程應用類學科，要讓學生在掌握連續(xù)變形體的力學描述等基本有限元方法理論的同時，能夠利用ANSYS軟件程序平臺對經典結構進行有限元分析，提高學生應用基礎知識解決實際問題的能力。因此，應本著教材的先進性、學術性和適用性出發(fā)，合理選取了科學出版社和機械工業(yè)出版社的優(yōu)質規(guī)劃教材。

2.教學的科學性。采用在線課堂教學，互動式課堂教學，實踐能力課堂教學營造研究型課程教學環(huán)境，以著重培養(yǎng)學生認知能力和實踐能力。（1）在線課堂教學：提供課堂教學及在線課程等多種學習資源，使學生能夠在課堂教學之外利用在線課程等資源進行針對性預習及復習，將短期集中學習變?yōu)橹芷诜稚W習，以增強學生對深奧理論知識的感性認識。（2）互動式課堂教學：學生在課堂之外通過在線課程進行針對性預習，使課堂變?yōu)槔蠋熍c學生互動的場所，包括答疑解惑，知識的運用等，充分調動了學生的主觀能動性。（3）實踐能力課堂教學：針對工程中的實際問題，由老師進行引導，學生自行收集資料，設計解決方案，進行仿真預測與評估。將理論與實踐有機的結合在一起，訓練學生學以致用，獨立解決問題的能力，以社會需求為標準進行培養(yǎng)。

實踐表明，這種教學方式的轉變，從課前學生通過在線課程進行針對性預習，到課上對于重點和難點問題的小組討論和具體闡述；從教師課題項目問題的提出，到學生對項目問題的分析、研究和解決，始終以學生獨立自主研究為主，以老師教授引導為輔，并在教學的各個環(huán)節(jié)中逐步的訓練學生運用基礎知識解決實際工程問題的能力，從而使學生自身的分析能力，動手能力，理論水平，創(chuàng)新能力等都得到鍛煉和發(fā)展。

3.實施全方位考核。針對傳統(tǒng)的僅從卷面進行考核的方式進行改革，采用下列五種考核方式對學生進行考查評估，使得考核成績能夠更加全面的反應學生的學習情況。（1）先進軟件平臺訓練考核：要求學生能夠運用ANSYS軟件程序平臺對典型機械結構進行分析研究和實驗驗證，并對實驗結果進行分析和解釋，得到合理有效的結論。（2）在線網絡課程綜合評價：利用網絡教學平臺，通過視頻內嵌試題、章節(jié)測試、討論數、任務進度、視頻觀看時長、課程相關行為軌跡等信息對學生的學習情況進行綜合評價。這種大數據式的綜合評價，能夠更加客觀、科學的對學生學習情況進行了解和掌握。（3）開放性卷面考核：合理布局試卷的難易度、深廣度、區(qū)分度，以復雜實際問題的主觀開放題型為主，重點突出對于學生有關機械結構有限元設計思想方法的考核。（4）設計答辯考核：要求學生自由組隊、自主選題；查閱資料提出具體的結構設計指標要求和設計方案；建模仿真要求給出仿真結果并分析；完成設計計算報告撰寫、答辯PPT，分組答辯總結。（5）課程目標達成度評估：通過以上四種考核方式對學生的學習情況進行考核了解，然后從工程知識水平、問題分析能力、設計開發(fā)解決方案能力、研究能力、溝通能力及終身學習意識六個方面對學生進行分析評估，考查是否達到預定的教學效果。

采用以上五種考核方式對學生的學習情況進行了全面的評估考查，培養(yǎng)了學生獨立解決復雜工程問題的時間能力，提高了學生的理論水平，促進了學生自主學習，終生學習及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、課程目標達成度評價分析

自2015年實施教改以來，以學生的學習成果為研究對象，建立了“評價—反饋—改進”的閉環(huán)持續(xù)改進機制。以下是以成果為導向機械結構有限元分析課程教學實踐：

通過2016年與2015年的學生學習成果達成情況比較分析，發(fā)現自從實施課程改革以來教學效果明顯提升，學生的各項能力指標有了明顯提高。但是學生的創(chuàng)新能力提升較為緩慢。因此在2017年的教學中，加大了案例式教學在課程學習中的比重，在課堂教學中增加了更多的工程實際案例，并嘗試通過對同一案例從不同角度，不同方法進行講解，以提高學生的創(chuàng)新意識和能力。從2017年的學生學習成果達成情況分析，學生獨立解決復雜工程問題的能力有明顯的提升，且其余各種能力也呈現不斷上升的趨勢，表明基于工程教育認證的機械結構有限元分析在線課程教學改革與實踐取了預期的成果。表1為2017年課程目標各項能力達成度評價情況。

從表1中可知，近三年機械結構有限元課程教學改革取得了一定成果，學生理論學習水平、實踐能力和創(chuàng)新能力等都得到了顯著提升。根據改革的目標設定了6大能力指標，通過對學生的學習情況進行考核，然后依據所設定的目標對學生各種學習實踐能力進行評估分析，形成課程目標達成度專業(yè)評價表。依據課程目標達成度專業(yè)評價表對教學效果進行考查，并通過“評價—反饋—改進”的閉環(huán)持續(xù)改進機制對教學目標，教學內容，教學方法，考核方式等進行持續(xù)的改進，始終圍繞以社會需求為導向，以學生能力培養(yǎng)為最終發(fā)展目標的培養(yǎng)方針進行教學工作。

四、工程教育專業(yè)認證新標準下的在線課程建設成果

該課程利用學校在線課程平臺，經過在線課程建設，為教師提供了與學生隨時交流的窗口。教師可隨時掌握和分析學生的在線學習狀況和信息，能夠有針對性開展學習輔導，特別是對于哪些問題是學生普遍關心的，哪些知識點是學生理解不到位甚至有偏差的，教師可以據此設置為課堂教學中進行點撥、或作為討論的重點。在線教學平臺系統(tǒng)地搜集學生課后練習的信息，包括正確率，典型的錯誤，甚至解題過程中的偏差和錯誤等。教師可以據此設計出全班講授或個別指導的具體方案和內容。

經在線課程建設后，教師從知識教授中解放出來，根據所教課程特點，強化解決實際問題方面的教學任務。教師在線上教學的同時，騰出時間把線下教學的重點轉移到聚焦于復雜實際問題解決的課程實驗或課程設計上。作為項目教學通常采用與企業(yè)合作的形式，讓學生參與完成企業(yè)真實的項目開發(fā)工作。

在建設該在線課程的過程中，發(fā)現專業(yè)性在線課程要贏得高校師生的認可，必須要有效地解決這門課程傳統(tǒng)課堂教學的普遍性問題，或者有效彌補這門課程傳統(tǒng)課堂教學的普遍性不足。這就要求在線課程開發(fā)應當以問題解決為主要策略，深入研究傳統(tǒng)課堂教學普遍存在的問題，針對問題，創(chuàng)新課程的內容、課程的呈現形式，從而形成在線課程的特色和優(yōu)勢。

五、結束語

本文基于工程教育專業(yè)認證理念，建立了新的課程培養(yǎng)目標，針對以往教學的不足，從選取優(yōu)質教材內容，采用在線課堂教學、互動式課堂教學及實踐能力課堂教學，利用先進軟件平臺訓練考核、在線網絡課程綜合評價、開放性卷面考核、設計答辯考核等全方位考核方式對學生學習情況進行考核，結合課程目標達成度評估方式對學生從工程知識水平、問題分析能力、設計開發(fā)解決方案能力、研究能力、溝通能力及終身學習意識六個方向對學生能力進行分析考核，通過“評價—反饋—改進”的閉環(huán)持續(xù)改進機制對教學方式方法進行課程目標達成度評價分析改革。通過在線開放課程建設，整合數字化教學內容，實現學習過程的即時管理，達到師生在線互動，調動學習者參與積極性，將網絡資源納入人才培養(yǎng)體系。始終堅持以學生為中心、產出導向（OBE）和持續(xù)改進的核心理念。為該課程在進行工程教育專業(yè)認證建設中課程體系的改革建設提供了一定的參考依據。

參考文獻：

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[7]李樹森，曾劍鋒，張恩惠.“有限元法”課程教學改革與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2014，（2）：1-2.

[8]李樹森，任毅.基于工程教育認證的機械結構ANSYS課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2016，（51）：233-235.