崔宇 王义 刘蕾

[摘 要] 在国家大力开展教育改革的背景下，基于OBE教学理念，以学生为中心，对“工程力学”课程的学习目标、教学方法、教学评价进行重新设计，将提高学生解决工程实践问题的能力作为目标，应用OBE理念闭环教学体系的教学方法为手段，采用OBA教学评价体系为评价标准，使学生在毕业时完成相应的毕业要求，达到培养目标要求具备的各项能力，适应工程需要和社会需求，让学生与企业无缝对接，实现学生、学校、企业共赢。

[关键词] OBE;工程力学;学习目标;闭环教学体系;OBA评价体系

[基金项目] 2017年度营口理工学院教学改革项目“基于OBE模式的《工程力学》课程教学的探索与实践”（JG201714）

[作者简介] 崔 宇（1981—），男，辽宁鞍山人，工学硕士，营口理工学院机械与动力工程学院力学教研室主任，副教授，主要从事工程力学、机电一体化研究;王 义（1987—），男，辽宁营口人，工学硕士，营口理工学院机械与动力工程学院教师，实验员，主要从事工程力学研究;刘 蕾（1981—），女，辽宁鞍山人，工学硕士，营口理工学院机械与动力工程学院讲师，主要从事工程力学研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）19-0153-04      [收稿日期] 2020-04-04

OBE是成果導向教育的简称，亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，于1981年由Spady等人提出，现已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念[1]。这种理念认为，OBE不再是以授课内容为目标，而是以学生为本的学习理念;它关注的是学生在学习结束后，具备了何种能力，能为社会的发展做什么;要围绕学习的最终结果，设计教育的一切行为。在OBE教育理念下，制订课程的学习目标成为关键因素。

“工程力学”是工科专业的基础课，其研究对象单一，均为杆系结构，其研究内容是最基本的受力、变形及破坏规律[2]。这门课是学生第一次开始接触实践教学的相关内容，也是后续各个专业开设专业课的基础，其重要程度可想而知。在OBE教学理念下，教学目标、教学方法、评价体系都要进行改变，因此，对“工程力学”课程的教学设计成为重中之重。

一、课程学习目标的设计

在OBE教学理念下，教学的学习目标不再是对课程学习内容的掌握，而是对学生学习能力的培养[3];要了解在毕业后，学生应该获得的学习能力有哪些，在制订学习目标时，进行颠覆性的改变，一方面要确定学生在学习完课程后需具备的能力，另一方面要确认该种能力能否与工程需要和社会需求所对应。因此，“工程力学”课程作为一门理论与实践相结合的课程，其学习目标制订首先要考虑毕业后的应用问题。这门课在工厂和企业中主要是以产品研发、图纸设计、工艺改造等为应用手段，所以要求学生在学习完课程后，要达到三种能力：正确建立复杂工程对象的力学模型的能力、对力学模型进行瞬时分析和过程分析的能力、根据力学模型存在问题提出解决方案的能力。根据这三种能力，我们建立了OBE理念下的“工程力学”课程学习目标。

（一）建立复杂工程对象的力学模型的能力

学生在毕业后走向工厂和企业，首先面对的不是已经分析完做好的力学模型，而是各式各样的机构、零件，这些现场实物如何转换为力学模型是解决一系列问题的第一步，而目前我们的教学是缺失的，因此在教学工程中，必须改变原来的教学模式，将工程需要和社会需求作为我们教学的目标，在教学的第一步就列举大量工程实例，指导学生运用正确方法，分析这些工程案例中的结构和受力特点，提炼和归纳案例构件的物理规律和力学受力方式，并将其逐一列举，在消除对主体分析影响小的因素后，基础力学模型就建立完成了。在这一过程中，学生学习了从实物模型到力学模型的建立方法，掌握力学建模能力，同时也在心理上也有了成就感，为下一步进行机构的强度、刚度、稳定性计算提供了心理支持。在整个能力提升过程中，都是由学生自己完成，体现OBE理念以学生为中心，高效率、高质量、深记忆的学习结果[4]。

（二）对力学模型进行瞬时分析和过程分析的能力

在对构件建立起力学模型后，按照传统教学方法将对构件的强度、刚度、稳定性进行计算，掌握其计算方法，此种计算均为力学结果计算，对构件受力的瞬时计算和力道加载过程分析缺失。因此，采用OBE理念，我们将教学目标定位在提高对力学模型的产生机理和受力过程的原因分析的能力上，在教学工程中，从构件的力学模型加载受力开始研究，到模型稳定，对发生变形的全过程进行瞬时分析和全过程分析，找到其演变数学模型的支撑元素，将构件的每一个实践变形与理论依据相对应，彻底剖析问题产生实质，掌握其力学计算的精髓，而不是公式计算的记忆。学生在这一过程中，分析能力大幅度提升，在以后遇到力学受力加载，可以轻易采用所学知识对现有问题进行研究，采用正确的解决方法。

（三）根据力学模型存在的问题，提出解决方案的能力

传统教学过程中对力学问题的解决方案是固定的，学习目标定义为：采用加宽材料厚度，改变结构形状，更换性能更好的材料等解决工程问题，这样就束缚了学生的创新能力，固守在原有的方案下，不利于专业发展。在OBE的理念下，将学习目标定位在具备提出解决方案的能力上。在当今以创新、创业为主要发展模式的背景下，面对同一问题，需要大学生充分利用想象力和创造力，尽量给出各式各样的解决方案，发挥他们的本身潜力，教师要对他们创新出来的新方法给予肯定并帮助他们进行检验。在这一过程中，学生学会了对待问题应采用什么方式来解决，同时拓宽了自己的视野，也增强了自信，丰富了自己的经验，在毕业后遇到各种工程问题都可以迎刃而解，同时，我们的企业也正需要这样的学生，到岗位工作就能发挥自己的专业能力，免去了培训和实践摸索的时间，可为企业提高工作效率，创造更大的效益。

二、课程教学方法设计

（一）OBE理念闭环教学体系原理

在OBE理念下，根据“工程力学”教学大纲的要求，学生应掌握工程力学知识并构建工程问题的分析模型，识别和表达机械工程相关技术要素，分析和选择研究路线，设计实验方案，进一步将其应用于解决复杂机械工程问题的实践中[5]。我们在进行教学方法设计时，要以解決工程实践中的问题为出发点，从实践案例导入课程，带领学生分析实践案例的各个要素，然后总结和提炼要素并组建初级力学模型;根据力学模型中存在的客观规律，最终发现力学数学模型;在经过实践案例检验确定正确后，开始指导实践应用，将数学模型应用到工程实践中，形成闭环体系，使学生掌握解决工程实践问题的方法，具备毕业要求所规定的实践能力[6]。其闭环教学体系原理如图1和图2。

（二）OBE理念闭环教学体系的应用

我们在“工程力学”课程的教学过程确定为：实践→建模→验证→实践。

1.起始环——实践模型创建。在OBE理念闭环教学体系中，培养目标不是要求学生掌握多少知识，而是以学生具备分析问题和解决问题的能力作为最终目标，整个教学离不开生产实践，因此课堂导入是关键的一步[7]。首先要把符合所讲授的理论知识的实例列举出来，实例要贴近学生生活，每个人都熟悉，然后带领学生对生活实例进行结构分析和运动分析，找到其固有的规律和影响因素。在这个过程中，教师只起到引导作用，学生在教师的启发下，运用已经掌握的物理学知识，对已经很熟悉的生活实例能在很短的时间内，发现其内在的规律，在忽略掉微小的外力影响后，绘制出受力分析简图，就完成了力学模型的创建。力学模型的创建仅在理论部分，而实际构件在受力过程中会发生破坏和各种变形，因此需要找到影响破坏和变形的因素及数学规律。教师要启发学生分析哪些因素对构件有影响，影响是线性还是非线性，成正比还是反比，将分析结果组合在一起，就完成了数学模型的建立。从实物原型到数学模型整个过程都是由学生自己发现、自己总结的，印象深刻，记忆牢靠。例如在进行“工程力学”课程扭转变形强度计算知识点的教学过程中，通过列举电机主轴、豆浆机旋转轴，扭转力学实验等，分析发现，给定的扭转力矩越大，越容易发生损坏，截面形状也有很大影响，多采用圆形，同时与圆轴的半径也有关系，因此，扭转和扭矩有关并成正比;和惯性矩有关并成反比;和距圆心距离有关并成正比，这样就总结出扭转变形的强度规律。

2.中间环——模型验证。OBE教学模式主要培养学生解决工程实际问题的能力，因此解决工程复杂问题的思考方法成为重中之重。我们引导学生通过分析总结出构件的数学模型，其是否是正确的，需要进一步验证，这也是学生作为工程师必须具备的严谨性、工匠精神的培养。这里教师需要再一次引入生产、生活和实践中的各种案例，将总结出来的数学模型应用到这些案例中，查看其受力分析、平衡条件、运动规律是否符合其实验结果。如果数学模型与实际案例的实验结果不符合或者具有一定偏差，就需要返回上一环节，对数学模型进行检查和修正，直到得到正确的数学模型，这一过程由教师掌控进度，根据实际需要来控制数学模型建立的时间。学生有了前期的分析和总结的锻炼，对本部分的理论学习有了充分的认识和掌握，具备了解决工程实践问题的能力。例如：在分析出扭转变形的强度数学计算公式后，将其应用到电机作为动力的传动轴的计算当中，按照计算结果与圆轴扭转实验得出的实验结果进行比对，得到肯定的答案后，我们就确认了学生总结的数学模型是正确的，可以进行下一步应用实践了。

3.封闭环——模型指导实践应用。OBE模式的最终的目标是学生能够解决工程实际问题。学生通过自身的学习、分析，验证了一种新的数学模型，非常渴望尝试去解决实践生产中存在的问题，教师就要利用这一教学契机，将符合教学要求的生产、科研、实验中的问题抛出，利用分组讨论、翻转课堂、对分课堂等，让学生提供各种解决方案，对于其中一些可行的方案，可以纳入科学研究中来，让学生继续研究下去，即使解决方案不可行，学生也会在这一过程中掌握解决工程实际问题的知识、方法、步骤，具备了毕业后直接进入工作岗位、解决企业技术问题的能力。最后给学生留课后思考题，引导学生进一步熟练掌握这些知识。

OBE理念闭环教学体系从实践开始，最终应用于实践，时刻以培养学生解决工程实际问题的能力为最终目标，将枯燥、难懂的力学课程与生活案例结合起来，使教学效率大大提高，教学效果非常显著，记忆程度也达到了一定的深度，学生既掌握了理论知识，也掌握了发现问题、分析问题、解决问题的能力，将成果导向教育很好地应用于“工程力学”课程的教学过程，并在有限的理论教学学时下，完成高效率的教学，再配合以大量实践教学，让学生真正地掌握了本门课程的知识。

三、课程评价体系的设计

“工程力学”课程OBA评价体系。目前“工程力学”课程包含了“理论力学”中的静力学公理、平面力系、空间力系、摩擦等课程，还包含了“材料力学”中拉伸、压缩、弯曲、扭转等基础变形，同时还有应力和应变分析理论、组合变形和压杆稳定的知识，因此在进行模块化分解的时候，按照各个知识点的学科特点和毕业要求的能力水平，将所有知识分为以下几个模块：

（一）理论力学静力学模块

包括静力学公理、平面力系、空间力系、摩擦等知识点。主要评价学生将生活、生产、实践等实物转换为力学模型的能力，考核评价方式采用课程设计的方式，由教师给出相应实物模型，由学生进行研究分析，给出力学模型。教师通过查验静力学知识在实物上的应用情况，评价学生是否具备了发现问题和分析问题的能力。

（二）材料力学基础变形模块

包括拉伸、压缩、弯曲、扭转、组合变形等知识点。主要评价学生针对已经分析出来的力学模型，进行数学建模，分析其变形情况，确定其强度和刚度，并针对存在的问题提出解决方案的能力。考核评价方式采用综合设计和科研项目相结合的方式，将符合教学要求难度的相关实际案例或教师承担的科研项目等作为考题分发给学生，学生通过已掌握的知识对力学模型进行分析，找到存在的问题，并给出解决方案。教师根据解决方案的实际效果，评价学生是否具备了分析问题和解决问题的能力。

（三）材料力学应力和应变分析模块

包括单向、二向、三向应力和应变分析理论知识点。主要评价学生对构件基础变形后，分析其内部应力、应变变化规律的能力。考核评价方式采用闭卷考试的方式，该部分理论性极强，对学生的逻辑推算能力要求很高，要求学生利用已经掌握的知识，能够推算构件内单元体应力、应变的变化规律，从而解决构件在复杂应力状态下出现问题的能力。教师可根据闭卷考试的成绩来评价其学生是否具备解决复杂应力、应变状态下问题的能力。

（四）材料力学压杆稳定模块

包括临界压力、临界应力、欧拉公式和经验公式等知识点。主要评价学生在解决材料力学稳定性问题时，其校核和设计计算能力。采用实验考核方式，根据教师给定的不同约束形式的各类压杆，学生进行理论计算，并通过实验验证理论计算和设计的截面形状及承受最大外载荷是否达到设计标准，是否会出现失去稳定性的情况。教师观看实际实验结果，可确定学生在压杆稳定问题上所掌握的设计和校核能力，给出评价等级。

基于OBE理念的OBA课程评价体系，以学生对各项知识在实践中应用情况作为考核标准，来确定其对毕业要求的各项能力掌握情况，通过雷达图直接给出了学生在毕业后，哪个方面工作比较有优势，帮助学生和招聘企业在最短时间将人才优势最大化，实现学生、学校、企业共赢。

参考文献

[1]李鹤，高飞.基于OBE理念的信管专业“互联网+”应用型人才培养模式研究——以财经类院校为例[J].科技视界，2019（32）：44-45.

[2]夏璐.高职土木类工程力学课程中重点与难点的分析

[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2019（12）：57-61.

[3]王敏.基于OBE理念的学习目标设计——以《财务管理》课程为例[J].科教论坛，2020（1）：62-63.

[4]牛显春，张冬梅，贾昌梅，等.基于OBE的逆向设计环境工程专业人才培养模式[J].大学教育，2017（4）：147-148.

[5]陈静.OBE理念下工程力学教学研究[J].新课程研究（中旬刊），2018（5）：20-22.

[6]刘静静.创新思维教育背景下“机械工程力学”課程教学改革研究[J].无线互联科技，2019（22）：153-154.

[7]张宏伟.工程教育认证下机械类专业材料力学教学改革初探[J].高等教育，2017（8）：165-166.

On the Teaching Design of the Course of Engineering Mechanics Based on OBE Concept

CUI Yu， WANG Yi， LIU Lei

（Department of Mechanical and Power Engineering， Yingkou Institute of Technology， Yingkou， Liaoning 115014， China）

Abstract： Under the background of the national education reform， and based on the OBE and student-centered teaching concepts， the teaching objectives， teaching methods and evaluation methods of the course of Engineering Mechanics are redesigned. We take the improvement of students ability to solve practical engineering problems as the goal， take the closed-loop teaching system based on the OBE concept as the teaching method， and take the OBA teaching evaluation system as the evaluation standard， so that students can meet the corresponding graduation requirements， obtain the abilities required by the training objectives， and be able to adapt to engineering and social needs when they graduate. These reforms can realize seamless docking between students and enterprises to achieve a win-win situation for students， schools and enterprises.

Key words：  OBE; Engineering Mechanics; learning goals; closed-loop teaching system; OBA evaluation system