李雅婷 邊金 張會(huì)領(lǐng)

我國(guó)為適應(yīng)現(xiàn)代工程快速發(fā)展的需要，近幾年做出了工程教育的重大變革。工科專業(yè)院校一方面為提升學(xué)生培養(yǎng)水平，另一方面縮小與國(guó)際一流院校的教學(xué)水平差異，積極進(jìn)行工科專業(yè)工程認(rèn)證活動(dòng)。通過(guò)工程認(rèn)證，專業(yè)院校目的在于努力培養(yǎng)一批既具有工程創(chuàng)新能力又適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高素質(zhì)專業(yè)工程技術(shù)人員，為我國(guó)走科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)奠定人員基礎(chǔ)。在工程認(rèn)證教育背景之下，合理的教學(xué)理念才能有效的指導(dǎo)課程改革?，F(xiàn)代OBE教學(xué)理念OBE（Outcome based education）是“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念，也就是以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，遵循反向設(shè)計(jì)的原則，按照“專業(yè)需求”來(lái)進(jìn)行人才培養(yǎng)。這與傳統(tǒng)“老師講，學(xué)生聽(tīng)”灌輸類教學(xué)模式有很大不同，OBE理念更強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課程培養(yǎng)下掌握哪些實(shí)際技能，實(shí)現(xiàn)了“灌輸類”教學(xué)模式向 “研究性”教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。

一、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程改革

土力學(xué)是土木工程、港口航道、水利水電等工程專業(yè)中非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。在OBE教育理念之下，通過(guò)課程培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生第一具備掌握土力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，第二具有解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力，第三具備工程創(chuàng)新和深入研究的能力。

1.《土力學(xué)》課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)改革

OBE理念要求首先明確學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)應(yīng)達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，隨后反向進(jìn)行相關(guān)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課程設(shè)計(jì)工作。這一理念實(shí)質(zhì)是考察學(xué)生是怎么學(xué)的，學(xué)的效果如何，獲得哪些學(xué)習(xí)成果，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的現(xiàn)代教育理念。同時(shí)土力學(xué)課程具有內(nèi)容多、難度大、系統(tǒng)性差的課程特點(diǎn)。根據(jù)OBE理念要求，首先設(shè)定學(xué)生課程教學(xué)完成應(yīng)達(dá)到的培養(yǎng)目標(biāo)。（1）基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)：獨(dú)立運(yùn)用土力學(xué)的基本原理和方法解決實(shí)際工程中與 “土體”有關(guān)的穩(wěn)定、變形和滲流等工程問(wèn)題的能力。（2）中等教學(xué)目標(biāo)：學(xué)生具有發(fā)現(xiàn)工程實(shí)踐中的問(wèn)題、獨(dú)立分析和設(shè)計(jì)完成工程實(shí)驗(yàn)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。（3）高階教學(xué)目標(biāo)：學(xué)生具有獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究和創(chuàng)新的能力。

課程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循OBE核心理念，“以學(xué)生為中心，以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向”；通過(guò)有效的課程環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)有效的課程設(shè)計(jì)也應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。從傳統(tǒng)的先理論，后實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為“四步”課堂。整個(gè)課程環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下圖1：《土力學(xué)》課程設(shè)計(jì)環(huán)形圖。首先設(shè)置啟發(fā)性實(shí)驗(yàn)課堂，通過(guò)啟發(fā)性實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)土力學(xué)中“土體”基本性質(zhì)的感性認(rèn)知、引起學(xué)生對(duì)土力學(xué)的基本理論思索和研究興趣。其次隨后進(jìn)行《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》理論學(xué)習(xí)，掌握土體基本物理性質(zhì)，并進(jìn)一步掌握理論應(yīng)用，初步獨(dú)立進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。學(xué)生完成前兩個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，基本完成學(xué)生的基礎(chǔ)培養(yǎng)目標(biāo)。第三步建立驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課堂，通過(guò)學(xué)生自行設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)核實(shí)土力學(xué)基本理論，加深理論學(xué)習(xí)知識(shí)，同時(shí)學(xué)生也可設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)-自擬地基處理方案檢驗(yàn)自身學(xué)習(xí)成果，啟發(fā)新的研究思路。前面三步已初步建立學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行理論學(xué)習(xí)能力，獨(dú)立進(jìn)行土力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)的能力。這個(gè)階段完成《土力學(xué)》課程中等目標(biāo)，學(xué)生可以獨(dú)立運(yùn)用土力學(xué)的基本原理和方法解決實(shí)際工程中與 “土體”有關(guān)的穩(wěn)定、變形和滲流等工程問(wèn)題的能力。學(xué)生基本完成土木建筑工程師等職業(yè)工作培養(yǎng)要求，具備獨(dú)立從事專業(yè)技術(shù)工作的職業(yè)能力。第四步建立工程實(shí)踐研究課堂。通過(guò)工程實(shí)踐案例理論學(xué)習(xí)，將動(dòng)手實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算有機(jī)結(jié)合，充分掌握實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證科學(xué)理論，科學(xué)理論指導(dǎo)工程實(shí)踐的科學(xué)研究過(guò)程，完成課程高階培養(yǎng)目標(biāo)，使學(xué)生具有獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究和創(chuàng)新的能力，為學(xué)生繼續(xù)深造奠定學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。

圖1 《土力學(xué)》課程設(shè)計(jì)環(huán)形圖

我校土力學(xué)課程教學(xué)環(huán)節(jié)-環(huán)形設(shè)計(jì)，既考慮了學(xué)生不同學(xué)習(xí)能力的要求，又兼顧學(xué)生對(duì)未來(lái)的不同追求，體現(xiàn)OBE理念中的以學(xué)生為中心，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果為目的要求。同時(shí)也為學(xué)生建立學(xué)習(xí)中工作、工作中學(xué)習(xí)的循環(huán)學(xué)習(xí)理念，突出土力學(xué)在工程設(shè)計(jì)、施工應(yīng)用的教學(xué)理念。

二、《土力學(xué)》教學(xué)方法改革

在OBE教學(xué)理念要求下，以學(xué)生為中心，就要積極引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，自主開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)。傳統(tǒng)的“板書(shū)+PPT”教學(xué)方法缺乏互動(dòng)性，難以滿足OBE教學(xué)理念要求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于20 世紀(jì)末傳入我國(guó)以來(lái)，在軍事、航空航天、工程、建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)、考古、文化教育等方面取得了飛速發(fā)展。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)，可以很好地適應(yīng)高?；驑O端環(huán)境、不可逆操作、高成本或大型綜合訓(xùn)練等，在高等教育實(shí)踐中顯示出了強(qiáng)大作用。虛擬仿真技術(shù)具有交互性、直觀性、構(gòu)想性的優(yōu)異特點(diǎn)，可以很好地應(yīng)用于土力學(xué)課程中的基坑開(kāi)挖、邊坡支護(hù)、地基基礎(chǔ)選用等，因?yàn)樵囼?yàn)場(chǎng)地、試驗(yàn)成本和實(shí)驗(yàn)安全的要求而無(wú)法開(kāi)展的現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)項(xiàng)目。開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)一方面可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，“身臨其境”完成地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的全過(guò)程虛擬仿真，另一方面也符合教育部對(duì)加強(qiáng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的本科教學(xué)要求。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)會(huì)更加突出學(xué)生的主體地位，手腦并用，更加有助于學(xué)生建構(gòu)科學(xué)的知識(shí)體系；更加突出觀察思考、綜合設(shè)計(jì)和多元分析結(jié)合，更加有助于提高學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)；更加突出知、情、意、能的高級(jí)復(fù)合作用，更符合OBE以學(xué)生為中心教學(xué)理念。

1.虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)在《土力學(xué)》課程初步應(yīng)用

以土力學(xué)中地基基礎(chǔ)邊坡穩(wěn)定性知識(shí)點(diǎn)為例，實(shí)際工程中邊坡穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程基坑案例設(shè)計(jì)的安全問(wèn)題，需要學(xué)生熟練應(yīng)用多方面的土力學(xué)理論知識(shí)。虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)在此知識(shí)點(diǎn)中設(shè)計(jì)為三個(gè)實(shí)驗(yàn)框架過(guò)程，如下圖2虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖。

圖2 虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)第一模塊理論回顧，促使學(xué)生進(jìn)行理論回顧，幫助學(xué)生理解綜合實(shí)驗(yàn)的目的，復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)；第二模塊實(shí)驗(yàn)?zāi)K，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（廣聯(lián)達(dá)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性交互式實(shí)驗(yàn)，直觀感受邊坡失穩(wěn)引起土方滑移帶來(lái)的工程地質(zhì)災(zāi)害，隨后進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，初步選定加固邊坡的施工方法，使學(xué)生綜合應(yīng)用土力學(xué)多個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)，完成基礎(chǔ)和中等課程教學(xué)目標(biāo)，使得學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用土力學(xué)的基本原理，獨(dú)立解決實(shí)際工程中邊坡加固問(wèn)題。第三個(gè)模塊交互學(xué)習(xí)，目的是幫助學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)，鞏固土力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)并最終實(shí)現(xiàn)高階課程教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生具備創(chuàng)新性解決工程實(shí)踐問(wèn)題和進(jìn)一步進(jìn)行巖土工程科學(xué)研究的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真技術(shù)蓬勃開(kāi)展的新時(shí)代教育背景下，OBE教學(xué)理念應(yīng)深入貫穿《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，以“理論知識(shí)+實(shí)驗(yàn)”的環(huán)形教學(xué)模式體現(xiàn)OBE理念的學(xué)生培養(yǎng)水平持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化的過(guò)程。學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)指導(dǎo)《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程改革過(guò)程，從 “教師教學(xué)為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為核心”，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新研究思維為最高考核要求，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)后具備獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)土力學(xué)知識(shí)去進(jìn)行復(fù)雜的工程基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)的能力，具備對(duì)工程實(shí)踐科學(xué)探索的能力。虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)也使得教學(xué)過(guò)程從傳統(tǒng)的“輸出知識(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤骄恐R(shí)”，更符合OBE以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的現(xiàn)代教學(xué)理念，也可以為國(guó)家更好地培養(yǎng)一批既具備扎實(shí)理論知識(shí)又具備工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新意識(shí)的新時(shí)代卓越工程師。