基于成果导向的力学实践教学改革.pdf

西南交通大学学报（社会科学版）2023 年 2 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Feb.2023 第 24 卷 （Social Sciences)Vol.24 增刊第 2 期 实验教学 基于成果导向的力学实践教学改革 黄志来1，2，王 彪1，2，胡文锋1，2（1.特种重载机器人安徽省重点实验室，安徽 马鞍山 243002；2.安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243002）摘 要：从系统论的角度，给出成果导向教学(Outcomes-based Education，OBE)的系统论原理，发现其对应有社会产出为主、学生产出为主和全反馈综合评估三种模式。从系统理论上探讨 OBE教学理念存在的关键点及难点，并分析其存在的原因以及解决的可能办法，可为 OBE教学理念的研究提供新思路。以此为基础，开展基于 OBE理念的力学实践教学改革，并列出相应的教改思路和措施，为同行提供教学参考。关键词：系统论；成果导向；力学实践；教学改革 基金项目：安徽省课程思政示范课程“工程力学综合实验”(2020szsfkc0133)；安徽工业大学重点教学研究项目“OBE 理念的力学实践教学改革研究”(2019jy05)；安徽工业大学课程思政教学研究项目“工程力学综合实验课程思政建设的研究与实践”(2020 xkcsz021)作者简介：黄志来(1983-)，男，湖南双峰，讲师，主要从事动力学与控制研究，E-mail：zhilai_。力学实践教学是一门技术基础课，不仅可以帮助学生掌握力学理论知识，亦可锻炼学生动手能力和培养其创新精神1-2。同时，力学实践教学具有很强的工程背景，其教学涉及解决工程问题的重要方法，因此，通过提高力学实践教学效果，有助于提高学生分析和解决工程实际问题的能力4，这正是基于成果导向教学5-6理念下工程认证的重要目标之一。2006 年中国围绕着三个基本理念：学生中心7、产出导向8-9和持续改进，建立工程教育专业认证体系10。目前的 OBE 理念，强调学生接受教育后所取得的学习成果为导向开展教学，从毕业生核心能力和要求，评估专业教育的有效性。OBE 理念改变传统“以知识为主导”的理念，以学生预期能力为导向，反向设计和正向实施教学，聚焦于“学生产出”，注重培养学生创新和实践等能力。学者们主要关注 OBE 理念的教学应用11-15，已经成功地将这一理念运用至课堂教学中16，并取得较好效果。在此，尝试从系统论角度更全面解读 OBE 教学理念，以此为出发点，开展基于 OBE 理念的力学实践教学改革，以期能给出 OBE 理念的新脚注，以提供教学参考。42 西南交通大学学报（社会科学版）第 24 卷 一、OBE 教学理念的系统论原理 在此，将教学整个过程看作系统，从系统控制论角度理解基于成果导向教学的 OBE 理念，其本质是带有反馈控制的系统，可描述成如图 1 至 3 所示。由图 1 至 3 可知，OBE 教学理念可分为社会产出为主(模式一)、学生产出为主(模式二)和全反馈综合评估(模式三)三种模式。模式一以社会产出为主，会首先考虑社会需求的人才，以其为主导，开展教育活动。我国在建国初期，百废待兴，亟需要大量的专业人才，所以当时的国情决定会以模式一开展教育，如图 1 所示。当前国内开展的工程认证，更多地强调以学生培养为中心，属于模式二，如图 2 所示。许多人误认为，OBE 教学理念是特指模式二。其实，若从控制论角度理解，如果可以获取参与教育的所有角色的状态，就能更全面的了解系统状态，将能给出更合理的决策，即如图 3 所示全反馈的 OBE 教学模式，它可以提高控制品质。显然模式三是包括前两种模式，当全反馈只反馈部分信息时就成了模式一或模式二。因此后述不作特说明时，OBE 教学模式就指模式三。图 1 社会产出为主的 OBE 教学模式 图 2 学生产出为主的 OBE 教学模式 图 3 全反馈的 OBE 教学模式 二、OBE 教学理念的关键点及难点 从图 1 至图 3 可知，参与教学的所有角色相互耦合，并且每个角色都有各自己的复杂子系统，这注定要观测系统的所有状态是非常困难的事，也就是 OBE 教学体系中如何评价成为关键点和难点。就算是系统完全可观测，但观测所有状态，成本过高，不符合经济性要求。此时，选择哪些量进行观测，就成为考量决策者的难题。显然，在这个方面，可以根据自身的实际情况进行有选择观测，不必照搬他人的方案。每个角色的子系统显然属于非线性系统，面对这样高度耦合的非线性系统，图 3 中决策环节的控制策略显然非常具有挑战，这也是关键点和难点。若策略不科学，系统输出可能会出现震荡，进一步会导致输出发散，无法收敛至教学目标。这归结为系统的可控制性问题。因此，目前通常的做法是参考同行的策略，类似于控制论中的先验值，然后通过学习总结形成具有各自风格的决策。人类社会在不断前时，社会需求和环境都在变化，因为教学目标亦随时间变化。如果教学目标调整过快，可能会因为系统调节能力有限而出现整体崩溃现象。但如果教学目标永远不变，则会出现决策与被控制对象脱节，而使决策失效。因此这也是关键点和难点。增刊第 2 期 43 黄志来 基于成果导向的力学实践教学改革 三、基于 OBE 的力学实践教学改革 从 OBE 教学理念系统论的本质出发，安徽工业大学从整体看待力学教学体系，将力学实践教学与理论教学有机融合起来，实现理论教师、实践教师和学生，这三者交叉支撑，最终现实力学实践教学科学体系的建立，达到学以致用，学有所用，让知识落地生根。同时以工程认证的 12 种能力要求为出发点，基于 OBE 理念，在综合考虑的前提下，进行改革实践教学，包括实验项目设计，实践教学组织形式，评判方式等。通过构架的闭环实践教学，深入研究如何通过合理科学的组织力学理论教学和力学实践教学，从外因上形成驱动力，进而调动学生的内因，以实现教学的良性循环。将力学实践教学与大学生思政教学有机融合起来，构建生动且有生命力的教学环节，在培养学生科学素养同时也兼顾人文素养提升，这二者交叉支撑，最终现实力学实践课程思政教学科学体系的建立。达到用科学思想理解人文，用人文情怀融汇科学理念，让科学知识不再留于公式，让知识深入内心，让学生掌握科学地分析问题和解决工程问题的能力的同时，助力学生们建立健全的人生观和价值观。基于 OBE 的力学实践教学改革的思路如图 4 所示。图 4 安徽工业大学力学实验教学改革思路图 具体的力学实验教学改革内容措施：课程制度、教学理念、教师队伍和教学模式。图 5 安徽工业大学力学实验教学改革措施 44 西南交通大学学报（社会科学版）第 24 卷 其中，教学理念的形成绝非易事，需要有一定过程，要日积月累才能成熟。充分发挥力学教学团队老教师的领头羊作用，采用老教师传帮带的方式，助青年教师迅速成长。教学相长，描述的就是师生角色会有互换的情形。因此，老教师的传帮带的过程，也在不断完善自我，青年教师在传帮带的过程中在吸收老教师的教学经验中，也会形成自己独立的教学风格。教学团队多年来形成的教育共识：作为一名教师，不应该总是抱怨学生基础差，因为学生的基础越薄弱，才越能体现教育的力量，这同时也是对老师教学功力的锤炼。形成的教学理念：人生是长跑，暂时的落后，并不意味着没有未来；不在同一起跑线，未必不能赢得终点线。教师队伍是教学的执行者，教师队伍建设成败直接关系到改革成败，如何打造出乐于奉献且有执行力的队伍是关键的所在。在过去很长一定时间里，高等教育是重理论轻实践，这种理念形成的惯性思维到如今影响依然很大。其实高等教育应该是理论教学与实验教学并重，这是高等教育的两条腿，两条腿不一样长，势必会“瘸腿”。如果理论教学懂实验，实验教学老师会理论教学，就能达到完美的平衡关系，互为补充，并能相得益彰。“言传身教，润物无声”是最好的教育方式，团队的所有老师都非常认真做好教学工作，以“守好一段渠，种好责任田”职业操守，认真备好每一堂课，认真总结每一节课，认真对待每一位学生，这给学生树立非常好的表率。人才的度量，本身就是个多维度的问题，所以培养人才也应该从多维度来进行。因此在培养学生时，不仅要关注知识的传授，也应该注意人文情怀的陶冶，前面说的“言传身教”本质就是人文情怀的教育。一个只具有知识的人，不一定是能为社会做贡献的人才，既有知识又有人文情怀的人，才能称得上是对社会真正有益的人才。通过这种内在修炼过的人，精神面目定会焕然一新，定会充满着自我认同感和自信，会对科学更加专注和倾注，这样说会形成良性循环。从哲学的角度理解这种教育：外因引导内因发挥作用，这属于内因驱动型的教学方式，是最长久且最有效的教学方式。增加实验项目的测试方案多样性、设计更多地开放性力学实验项目，增加学生自主学习的项目。在互动环节方面，增加实验教学过程中师生的探讨环节，包括现场交流以及在微信公众号上的在线交流，在教学过程中尽量调动学生的学习积极性，让同学们保持强劲的学习内动力。实施全方面的实验考核，重视实验过程考核，从实验操作的自主性、参与度和积极性，实验准备的充分性，实验完成的完整性，实验过程的纪律性，全方面综合考核得到平时成绩。四、结语 本文从系统论的角度，审视 OBE 教学理念，发现其对应有社会产出为主、学生产出为主和全反馈综合评估三种模式。以系统论思想，探讨 OBE 教学理念存在的关键点及难点，并从理论上分析其存在的原因以及解决的可能办法。并以此为基础，开展基于 OBE 理念的力学实践教学改革，给出了教学改革的思路和具体的措施，并作详细解读，以供同行参考。总之，凡事都有因才有果，基于 OBE 理念的力学实验教学改革要成功，实验课程制度是保证，科学的教学理念是纲，一支爱岗敬业和乐于奉献且高素养的教学队伍是关键，理论与实验教学的交叉融合是核心，合适的实验教学模式确保了改革有坚实的土壤，这样才能让教学改革落到实处，才能最终开花结果。参考文献：1 王英、朱志辉、罗建阳、谢晓晴、李海英、蔡儒雅.运用课堂演示实验,促进学生创新能力培养J.力学与实践,2020,42(5):639-641.2 杨毅刚,孟斌,王伟楠.基于 OBE 模式的技术创新能力培养J.高等工程教育研究,2015,(6).24-30.3 周向东,张大志,王铁光.改革实验教学培养学生的创新能力J.东北大学学报(社会科学版),2000,2(3):220-222.增刊第 2 期 45 黄志来 基于成果导向的力学实践教学改革 4 刘峰,石永军.OBE 理念下机械创新设计实践课程教学研究与实践J.实验室研究与探索,2018,37(10):196-200.5 Evans,K.M.&J.A.King.Research on OBE:What we know and dont knowJ.Educational Leadership,1994,51(6):12-17.6 Fu-Lai,Tony,Yu.Outcomes-Based EducationJ.International Journal of Educational Reform,2016,25(3):319-333.7 江萍,王翠.基于 OBE 的学生中心化的树木学实践教学体系优化研究J.教育教学论坛,2018(18):193-194.8 范圣法,黄婕,张先梅,等.基于产出导向(OBE)理念的本科教学培养体系探究J.教育理论与实践,2019,39;No.695(24):8-10.9 周春月,刘颖,张洪婷,等.基于产出导向 OBE 的阶梯式实践教学研究J.实验室研究与探索,2016,35(11):206-208+220.10徐爱玲,唐敬超,张焕云,等.国际工程教育认证下基于成果导向教育(OBE)理念重构闭环式环境工程微生物学课程教学J.微生物学通报,2021,48(2):11.11刘小亮、岳虎、张士林.OBE 理念下土力学实验课程的过程化考核实践J.大学教育,2020,124(10):101-103+120.12孟大敏,曹汉军,胡亚敏,等.华盛顿协议 对我国工科物理教育的启示J.合肥工业大学学报(社会科学版),2010，24(4):110-112.13王金旭,朱正伟,李茂国.成果导向:从认证理念到教学模式J.中国大学教学,2017(6):77-82.14孙玉超.基于产出导向法的研究生学术英语三位一体写作教学模式研究J.西南交通大学学报:社会科学版,2021,22(3):126-134.15龙奋杰,王建平,邵芳,等.新建本科院校推行成果导向工程教育模式的探索与实践J.高等工程教育研究,2017,167(6):76-80.16佩华，胡文龙，等基于“学习产出”(OBE)的工程教育模式一一汕头大学的实践与探索 J高等工程教育研究，2014,(1):27-37 Reform of Mechanics Practice Teaching with Outcomes-based Education HUANG Zhilai 1,2,WANG Biao1,2 (1.Anhui Province Key Laboratory of Special Heavy Load Robot,Maanshan,Anhui 243002,China;2.School of Mechanical Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan,Anhui 243002,China)Abstract:Based on the system theory,the system model of OBE teaching is given.It is found that there are three corresponding models:social output model,student output model and full feedback comprehensive evaluation model.This paper discusses the key points and difficulties of OBE teaching concept from the system theory,and analyzes the reasons for its existence and possible solutions,which can provide new ideas for the research of OBE teaching concept.On this basis,the reform of mechanics practice teaching based on OBE concept is carried out,and the corresponding teaching reform ideas and measures are listed to provide teaching reference for peers.Key words:system theory;Outcomes-based Education;mechanical practice;reform in education