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OBE理念下面向应用型人才培养的《工程地质》教学改革
——以PBL教学方法实践为例
摘要:随着高等教育对应用型人才培养的重视度不断提升,如何在专业课程教学中有效落实这一目标成为关键问题。本文聚焦于《工程地质》课程,基于OBE成果导向教育理念展开教学改革与实践探索。根据工程地质课程教学所面临的新形势,引入基于 OBE 理念的 PBL 教学方法并应用于教学中。通过实践证明,不仅培养了学生的工程思维和团队协作能力,还提升了学生认知问题、分析问题和解决问题的能力,提高了成果产出。
关键词:工程地质; OBE 理念;PBL教学方法
一、基于 OBE 理念的工程地质课程教学理念
OBE即成果导向教育,由 Spady 等人提出,目前贯穿于工程教育认证标准。OBE与传统教育理念不同,传统教育侧重于知识结构的完备性,易忽视专业的实际需求,而 OBE 强调学生的学习效果、毕业时应具备的能力和水平,这是当前高校教育改革的主流方向[1]。
通过对国内高校工程地质课程教学的深入研究发现:工程地质是一门交叉学科课程,内容涉及到普通地质学、边坡工程、岩土勘察等多个学科。在教学中具有内容多、知识面广、理论系统性强、理解抽象、实践性强等特点。本课程内容较为庞杂,知识点辐射也相对分散。同时,由于土木工程学科教学计划安排,大多数学生在学习该门课程时,一般没有地质学相关课程的基础,致使学生对教学内容理解的困难。传统的“填鸭式”教学方法,忽视启发学生思维,缺少师生互动,不利于培养学生创新能力与实践能力。
基于OBE理念全面梳理“工程地质”课程的教学产出和目标,适当调整教育取向和教学目标,将现代科学的教学方法应用于“工程地质”课程的现代教学改革中[2]。
二、 基于 OBE 理念的 PBL 教学法的目标分解
PBL方法是由加拿大麦克玛特大学霍华德教授在 20 世纪 60 年代最先提出的,该教学模式强调以问题为导向,引导学生通过自主研究、分组探讨等等方式获得独立思考、协作交流和解决复杂问题的能力[3]。PBL教学方法完全契合了OBE理念——课程教学的理念和方向由OBE 理念引导,而课程设计和实施的方式则是PBL提供。
结合OBE 理念引入PBL教学方法,针对工程地质课程体系,可从教学目标、教学过程、考核方式等方面进行创新改革,形成如图1所示“目标—任务—实践—评价—持续改进”的反馈循环模式[4]。
三、基于 OBE 理念的 PBL 教学法的实施和应用
(一)课堂构建
PBL教学法以问题为导向的教学方法,是基于现实世界的以学生为中心的教学方法。PBL教学模式强调的是学生主动学习,类似于任务驱动教学形式。将教师设置问题、教学实践、小组讨论、课堂点评等环节有机结合。现以“边坡稳定性分析”为例分别从教师设置问题、学生自主探究、小组交流讨论、教师答疑、课堂点评等环节来进行PBL教学模式设计。
1、教师设置问题
首先介绍滑坡的概念,带入课程主题。通过对滑坡的概念、滑坡发生的要素、滑坡的形成条件进行分析,同时结合时政热点问题。与近期发生的相关工程事故相结合,一方面使学生以直观角度体会到滑坡造成的巨大影响;一方面联系实际,增加学生的学习兴趣。
最终提出两个问题,问题1:怎么确定一个滑动面的稳定性?问题2:在实际工程中可能有多个潜在的滑动面,如何判定哪个是最危险的滑动面?
2、课堂活动——以问题为主线,以教师为主导
确定边坡稳定性分析方法,重点在于滑动面的形态。首先对于平面滑动体力学分析,结合高中物理中摩擦力模型受力分析帮助理解。同时要求同学自行分析,结合已学过知识并找出抗滑力的来源。同时由粘性土延伸至砂土,结合生活中砂土的自然休止角为例,对公式的特殊情形予以直观解释,引发学生兴趣。
对于曲面滑动面稳定性计算,提出了瑞典条分法如图2,对于解题思路随时提问:是否还能按照前面平面稳定性分析的方法,根据力的平衡来求解?课堂点评分析:滑动体下滑即围绕O点转动,相当于力对物体产生了转动效应,因此转化为力矩的平衡思路求解。
3、课堂点评拓展
教师课堂点评阶段,需要提出具有争议的疑难问题,具有研究价值的探索性问题,使学生既看到学习的成果又能感受到成长的空间。
(1)瑞典条分法是一种试算法,计算量很大,同学们可能会有疑问,这种迭代计算是不是要计算很多次无限次呢?为此我国水电工程家潘家铮院士提出了滑动圆弧的圆心范围,很大程度降低了计算量,对边坡稳定计算具有重要价值。引入科学家潘家铮院士的理论,激励学生要学习前人敢为人先的创新精神与勤奋探索精神。
(2)对于边坡稳定问题,需要进行理论计算,求得稳定系数,计算量较大。目前,在理论分析基础之上,可采用有限元模拟,来确定临界滑动面与最小安全系数,并结合现场动态监测。我国北斗卫星监测技术,能够对斜坡微小移动或变形连续监测,实现了毫米级别的实时监测,也代表了我国自主创新的伟大成就。
(二)实施效果
基于 OBE 理念的问题驱动法(PBL)于学生而言,是理论与实践紧密结合的有效形式。它通常以实际工程案例为契机,以实践需求带动学生学习理论知识,是一种通过理论与实践的结合有效提高学习效率的方法。学生通过解决问题获得成就感,激发其对知识的渴求,激发了学习兴趣,进而产生良性循环。为了评价新的教学方法的效果,对班级学生进行了课程评价问卷调查,从中发现学生的独立思考能力、解决问题的能力等均有明显提高。
结语
针对传统工程地质课程教学中存在的问题,PBL教学方法深度融合OBE理念形成一套适应现代需要的新教学方案,OBE指明课程教学的理念和方向,PBL则提供课程设计和实施的方式。经过课堂实践检验,证明了基于 PBL 的教学方法具有可操作性,在今后工程地质课程教学中是可以采纳的。在课程教学中要时刻注重将理论和实践应紧密结合,锻炼学生的工程思维,助力把学生培养成懂设计、会施工、能管理的高阶应用型人才。参考文献
[1] 吴辰铌,赵建喆,于海.基于OBE-PBL-CDIO模式的人机交互实践课程改革[J].计算机教育,2020,(01):173-176.
[2] 冯骞,林涛,陶辉,等.基于OBE理念的PBL教学模式在“水处理工程(Ⅰ)”教学改革中的应用[J].创新创业理论研究与实践,2022,5(20):162-165.
[3] 杨光,张志坚,唐响亮.基于PBL模式的土木工程地质课程教改应用[J].科教导刊(下旬),2019,(24):28-29.
[4] 占玉林,卢思吉,邓开来,等.基于OBE理念的桥梁工程专业教学设计PBL方法创新与尝试[J].高等建筑教育,2021,30(03):150-157.
研究项目:中国建设教育协会教育教学科研项目“OBE理念下面向应用型人才培养的‘工程地质’教学改革与实践”(2023128)。