崔宇，王麗，劉鵬，孫林

基于OBE教學模式下“工程力學”課程教學方法的研究＊

崔宇，王麗，劉鵬，孫林

（營口理工學院 機械與動力工程學院，遼寧 營口 115014）

當前教學體系的轉變，導致理論課程教學學時壓縮，需應用OBE教學模式。在“工程力學”教學中，通過成果導向教育，將課程教學目標“解決工程實際問題能力”作為教學起點，引入實踐案例作為先導，觀察和分析案例的特點和規(guī)律。將生活原型轉換為力學模型，再通過觀察構件力學模型的變形特點和影響因素，分析出其數學模型，案例和實驗檢驗數學模型正確后，應用其模型指導工程實踐和構件設計，提高學生學習效率和深化學時記憶，真正掌握課程知識。

OBE；“工程力學”課程；工程實踐；模型

隨著國家產業(yè)機構的調整和升級，教育發(fā)展也在不斷變化，壓縮理論教學、加強實踐環(huán)節(jié)成為當前教育的主流，“產出導向教育”（Outcome based education，OBE）教育模式成為新型教育理念被推廣開來。圍繞著學生的學習成果設 計了一套更新穎的教學評價模式，將工程教育認證標準作為指導性綱領，反向設計、正向實施教學過程，它能引導教師不斷地完善教學方法，為教育發(fā)展注入新鮮的血液，同時更重視對學生學習成果的評價，重點培養(yǎng)學生工程實踐能力?！肮こ塘W”課程作為工科基礎課，在OBE教學模式下，如何開展教學，采用什么樣的教學方法成為當前急需解決的課題。

1 “工程力學”課程教學現狀分析

“工程力學”是大學本科工科專業(yè)的專業(yè)基礎課，也是工科專業(yè)培養(yǎng)計劃中將理論計算與實踐應用相結合的綜合性課程，它包括力學基礎概念、原理、受力分析以及桿件的基本變形、強度、剛度、穩(wěn)定性計算等知識。這門課程對機械構件的設計、新材料的研發(fā)以及生物、環(huán)境保護等相關學科領域的探索有著重要的指導作用。

在傳統(tǒng)的教育模式下，對于“工程力學”課程教學，以原理和公式推導為教學中樞，以大量例題精講和課下習題演練為手段，在以大量教學學時保證的前提下，達到教學目的，完成教學任務。

隨著國民經濟產業(yè)結構的轉型、優(yōu)化、升級，教育教學改革的不斷推進，工科專業(yè)的課程體系做了相應的調整，從變化的結果來看，普遍理論學時下調，實踐環(huán)節(jié)增加，但目前的工程力學教學還不能滿足變化的需求，講授內容和所要達到的教學目標之間的矛盾突出。課程教學學時減少，課堂上僅僅能完成基本內容的講解，沒有學時去精講大量的課堂例題，課下應完成的大量習題演練被實踐課程增加所帶來的附加作業(yè)所占用，因此對于教師來說，教學任務是完成了，但教學目標并沒有達到；對于學生來說，課程已經學完了，但學習效果差強人意。

2 OBE教學模式下的教學方法

OBE教學模式要求成果導向教育，即各個高校都根據產出導向教育的要求，制定不同的培養(yǎng)目標，進而完成對專業(yè)課程群和各門專業(yè)課程的修改和替換，其教育改革的范圍以一門課程或課程群為框架，其工程實踐能力的培養(yǎng)主要在工程知識、問題分析、設計研發(fā)和工程研究等。而作為一門課程，“工程力學”固有的學科特點也可以采用成果導向教育的方式來進行教學。

按照OBE教學模式下制定的“工程力學”教學大綱要求，學生應掌握工程力學知識并構建工程問題的分析模型，識別和表達機械工程相關技術要素，分析和選擇研究路線，設計實驗方案，進一步將其應用于解決復雜機械工程問題的能力。因此，最終目標是解決實踐中的各個問題。根據這一目標要求，在教學過程中，也要以工程實踐為起點來開展教學，引進實踐案例，從實踐案例原型簡化和分析出力學模型，從力學模型總結和歸納出數學模型，充分理解和學習了理論精髓數學模型后，引導學生從數學模型向力學模型轉變，再從力學模型向生活原型轉變，解決生活實踐中的問題，即生活原型→力學模型→數學模型→力學模型→生活原型，這是個從認知到應用的圓環(huán)，也是學習力學知識的基本規(guī)律。“工程力學”課程的教學過程就變換為實踐→建?！炞C→ 實踐。

2.1 實踐案例創(chuàng)建數學模型

首先列舉生活、工作和實踐中具有與所述理論相符合的真實案例，分析案例中構件的結構和運動特點，充分調動學生的觀察和想象能力，從這些案例中找到共同的物理規(guī)律和結構特點，一一將其列舉出來，憑借學生之前所掌握的物理學知識，很快就能發(fā)現其共同的力學承載方式——構件的受力分析，在忽略掉對其影響的相關構件后，一個完整的力學模型就呈現出來，此時學生內心已有一定的成就感，具備了下一步深入的心理狀態(tài)，這時就要引導學生利用已掌握的數學知識，對力學模型進行物理量的數學計算，發(fā)現各個物理量或者力之間的關系，從而列出整個數學模型。從實物原型到數學模型整個過程都是由學生自己發(fā)現、自己總結的，印象深刻，記憶牢靠。例如在進行彎曲變形的教學過程中，首先引入教學實踐案例工廠生產使用的大型吊裝設備橋式起重機，分析起重機的結構特點和主體橫梁的變形規(guī)律，找到起重機橫梁本身的重力分布及兩端的約束構成和吊鉤施加的外力載荷，忽略掉對整體影響小的各種因素，其基本的力學模型就已經簡化完成；然后根據力學模型，運用數學知識，找到哪些參數對起重機的橫梁彎曲變形有關系，如長度對變形有關、其截面形狀和變形有關、材料本身性能和變形有關，這樣其基本的數學模型也建立完成。

2.2 驗證數學模型

通過分析實踐案例得來的數學模型是否正確，還需要進一步的檢驗，來驗證數學模型。教師給出符合此模型的實踐案例，指導學生將列出的數學模型應用到這些案例中，查看是否符合案例的力學平衡條件和構件的運動規(guī)律，當得到肯定的答案后，教師正式進入該理論的常規(guī)教學，學生有了前期的分析鍛煉和實驗總結，很快就能熟練應用這些理論。例如根據總結的彎曲變形的數學模型驗證條形課桌的變形計算，首先對其進行受力分析，發(fā)現其變形形式符合彎曲變形；并運用數學模型公式，通過積分運算，計算課桌板面最大變形位置和變形量；最后對課桌進行實踐檢驗，對課桌施加要求載荷，測量其變形量，恰好符合理論計算數值，證明總結的數學模型真實可信。

2.3 數學模型指導實踐應用

學生在掌握了一門新理論后，迫切地想一試身手，看看自己能不能解決問題，此時教師就要迎合這一契機，拋出生活和實踐中常見而還未解決的問題，要求學生運用剛剛掌握的理論，用最合理的方式解決這些問題，當學生能夠解決一定難度的問題后，教學工作也就結束了，課后留一些思考題，引導學生進一步熟練掌握這些知識。例如引導學生創(chuàng)新設計升降式晾衣架，對晾衣架的橫梁進行長度和直徑設計，通過已經掌握的數學模型，可以很快計算出晾衣架的最佳直徑和長度比值，完成創(chuàng)新設計中的理論計算和圖紙設計。

3 OBE模式教學方法的特點

從學生學習的接收角度看，單純的理論模型的教學確實單調和枯燥，如果從工程實踐模型進行講解，進化到力學模型進行分析，再總結出數學模型會更加清晰明快，而且效率提高也很快。從教師的角度看，完成這樣一節(jié)常規(guī)理論課教學的同時，也鍛煉了學生發(fā)現問題、解決問題的能力，學習效率也大大提高，記憶程度也達到了一定提升，很好達到了OBE教學模式下的目標要求，將成果導向教育很好應用到“工程力學”課程的教學工程中，并在有限的理論教學學時下，完成高效率的教學，再配合以大量實踐教學，讓學生真正掌握本門課程的知識。

4 結語

根據OBE教學模式下的教學要求，對“工程力學”課程的教學采用成果導出教學方法，將教學目標中的工程應用作為教學的起點，把生活實例引入到課程教學中，引導學生發(fā)現這些案例的特點和運動屬性，分析出其力學模型，進而分析出數學模型；再經過試驗和案例計算檢驗，驗證數學模型是正確的；最后利用數學模型指導實踐和設計。這一整套教學模式，可以讓學生充分參與到課程教學過程當中，使教學的主角變成學生，而不是教師，這樣學生對知識點的學習更加快速也更加牢固，同時，也幫助學生參加了一次實際設計的練習，為以后進入一線工作崗位打好堅實基礎。

［1］牛顯春，張冬梅，賈昌梅，等.基于OBE的逆向設計環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式［J］.大學教育，2017，（4）：147-148.

［2］陳靜.OBE理念下工程力學教學研究［J］.新課程研究（中旬刊），2018（5）：20-22.

［3］劉靜靜.創(chuàng)新思維教育背景下“機械工程力學”課程教學改革研究［J］.無線互聯科技，2019（22）：153-154.

［4］張宏偉.工程教育認證下機械類專業(yè)材料力學教學改革初探［J］.高等教育，2017（8）：165-166.

［5］李世清，姚金環(huán).淺析OBE理論下的工科院校人才培養(yǎng)路徑［J］.教育教學論壇，2020（22）：78-79.

G642.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.027

2095－6835（2020）18－0073－02

營口理工學院教改項目“基于OBE模式的《工程力學》課程教學的探索與實踐”（編號：JG201714）

崔宇（1981—），男，遼寧鞍山人，副教授，研究方向為工程力學、機電一體化。王麗（1983—），女，黑龍江齊齊哈爾人，副教授，研究方向為原子與分子物理。劉鵬（1986—），男，遼寧營口人，工程師，研究方向為機械工程。孫林（1986—），男，遼寧營口人，工程師，研究方向為機械工程。

〔編輯：嚴麗琴〕