基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的工程化學(xué)課程混合式教學(xué)模式改革與實踐

艾 兵，張麗鵬，柳玉英，董麗麗，王 平

(山東理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 淄博 255049)

所謂工程教育專業(yè)認(rèn)證，它是實現(xiàn)工程教育和工程師資格可以得到國際認(rèn)可的重要基礎(chǔ)，是目前在國際上通行的保障工程教育質(zhì)量的基本制度，同時也是進行工程專業(yè)人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵一環(huán)[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的主旨理念就是以學(xué)生為中心，核心要求是要看工科專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生是否達到了能夠被行業(yè)認(rèn)可的行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或者是行業(yè)質(zhì)量要求，它不是一種選拔性評價，而是這樣一種合格性評價，而且這種評價是以專業(yè)對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)以及專業(yè)對學(xué)生的畢業(yè)出口要求作為它的導(dǎo)向[2]。

工程教育理念最早提出是在2000年左右，由麻省理工學(xué)院等四所國外的大學(xué)聯(lián)合成立了一個跨國機構(gòu)，專門研究以“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作”(簡稱CDIO)為核心的工程教育理念。2006年，我國對工程教育專業(yè)認(rèn)證進行了試點。2007年，教育部召集了中國工程教育改革論壇與CDIO國際合作組織大會兩個活動。2008年，高等教育司建立小組專門研究和實踐CDIO工程教育模式。2010年，我國召開首次CDIO工程教育模式試點工作大會；依據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》，我國開展了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，該計劃為我國由工程教育的大國向工程教育的強國邁進奠定了堅實的基礎(chǔ)，山東理工大學(xué)入選教育部“卓越計劃”首批試點[3]。2016年，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》組織的第18個成員國。山東理工大學(xué)于2018年啟動了7個專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。

工程化學(xué)課程是為參加工程教育專業(yè)認(rèn)證的非化學(xué)化工類各工程類專業(yè)開設(shè)的一門重要基礎(chǔ)化學(xué)理論課程，該課程的主線為化學(xué)反應(yīng)基本原理，授課內(nèi)容涵蓋化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)平衡、水化學(xué)、電化學(xué)、高分子化學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、綠色化學(xué)、環(huán)境保護、材料化學(xué)、能源化學(xué)、生命化學(xué)等內(nèi)容，穿插介紹現(xiàn)代分析測試技術(shù)[3]。目前，山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院機械制造、材料成型及控制、交通與車輛工程學(xué)院車輛工程、建筑工程學(xué)院土木工程等專業(yè)都將工程化學(xué)課程作為本專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)平臺課程中的必修課進行開設(shè)，每年涉及學(xué)生數(shù)近千人。傳統(tǒng)的工程化學(xué)課程教學(xué)存在一些問題，比如，教學(xué)模式單一，對學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)不夠重視，考核方式不夠多元化，課程的信息化建設(shè)水平較低，對學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)不夠立體等，難以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對化學(xué)類課程的要求。

近年來，隨著計算機和信息技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展，混合式教學(xué)模式已經(jīng)成為了高等學(xué)校教育發(fā)展的大勢所趨。所謂混合式教學(xué)模式，是指在學(xué)生整個的學(xué)習(xí)過程中，能夠?qū)⒄n堂面授的優(yōu)勢和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢進行融合和互補，提升學(xué)習(xí)的有效性?；旌鲜浇虒W(xué)模式不僅僅是教學(xué)模式上的改革，而是一種教學(xué)理念的提升，這種提升會使得教師的教學(xué)模式、教學(xué)策略、教學(xué)角色以及學(xué)生的認(rèn)知方式等隨之改變，國內(nèi)外混合式教學(xué)模式的探索在近年來呈現(xiàn)出明顯加快的增長趨勢，混合式教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)也呈現(xiàn)出多元化、專業(yè)化的趨勢，應(yīng)用混合式教學(xué)模式對高等學(xué)校課程教學(xué)進行系統(tǒng)化地改造也受到各高校的廣泛關(guān)注[4]。山東理工大學(xué)在2012年被教育部確定為第一批教育信息化試點單位，對信息技術(shù)與課程教學(xué)深度融合模式進行了深入探索，積累了混合式教學(xué)模式改革的大量經(jīng)驗。2018年，山東理工大學(xué)被教育部評為首批教育信息化試點優(yōu)秀單位，省內(nèi)高校僅有2所。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證和學(xué)校著力推進信息化教學(xué)改革的背景下，結(jié)合學(xué)校工程化學(xué)教學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀，我們以引入混合式教學(xué)模式為抓手，帶動工程化學(xué)課程更新教學(xué)理念、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法，構(gòu)建新的考評體系，進行信息化建設(shè)等，實現(xiàn)課程的整體改造，從而提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使工程化學(xué)課程教學(xué)能夠滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的各項標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生將來能夠成為卓越工程師奠定堅實的化學(xué)基礎(chǔ)。

1 更新教學(xué)理念

教學(xué)改革的第一步應(yīng)該是教師要更新教學(xué)理念。只有具備了先進的教學(xué)理念，任課教師才能夠主動地對教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)進行革新。

以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進是工程教育專業(yè)認(rèn)證最基本的理念，產(chǎn)出導(dǎo)向(OBE)教育理念，是于1981年被提出后迅速得到世界各國認(rèn)可的先進理念，經(jīng)過多年探索與實踐，其理論體系和操作模式已經(jīng)趨于成熟[5]。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，依據(jù)專業(yè)導(dǎo)向制定培養(yǎng)方案，根據(jù)培養(yǎng)方案決定開設(shè)哪些課程，教師組織教學(xué)過程，實際上是教師講哪些學(xué)生學(xué)哪些，注重知識傳授，以教師為中心；而產(chǎn)出導(dǎo)向教育模式，依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)制定畢業(yè)要求，根據(jù)畢業(yè)要求決定開設(shè)哪些課程，教師組織教學(xué)過程，學(xué)生需要講哪些教師就講哪些，注重能力培養(yǎng)，以學(xué)生為中心。同時，工程教育專業(yè)認(rèn)證特別突出持續(xù)改進，要求參加認(rèn)證的專業(yè)要建立持續(xù)且有效的改進制度，從而能夠保證培養(yǎng)目標(biāo)與行業(yè)需求不斷適應(yīng)，能夠保證畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)不斷適應(yīng)，能夠保證教學(xué)活動與畢業(yè)要求不斷適應(yīng)。

2 調(diào)整教學(xué)目標(biāo)

山東理工大學(xué)于2017年在全校第七次本科教學(xué)工作會議上提出了“五有”人才的人才培養(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的目標(biāo)和工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求以及學(xué)校各專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，我們對工程化學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)進行了調(diào)整，同時，建立了課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)的支撐關(guān)系矩陣。以機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)為例，具體的調(diào)整情況如下：(1)教會學(xué)生掌握溶液和膠體的基本性質(zhì)、化學(xué)熱力學(xué)、近代物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)平衡等有關(guān)化學(xué)基礎(chǔ)知識和化學(xué)基本原理。①掌握溶液和膠體的基本概念；能夠研究溶液和膠體的基本性質(zhì)及其原理。②熟練掌握化學(xué)熱力學(xué)的基本理論知識并且能夠加以應(yīng)用。③能夠認(rèn)清物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，并且利用近代物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀分析其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。④熟練掌握化學(xué)平衡的基本原理并加以應(yīng)用。(2)通過學(xué)習(xí)使學(xué)生達到的基本要求。①能夠熟練運用化學(xué)基本原理掌握有關(guān)化學(xué)元素、化合物和化學(xué)反應(yīng)基本知識的能力。②具有按照實際情況運用所學(xué)化學(xué)知識和化學(xué)原理的能力。(3)學(xué)生學(xué)習(xí)后能夠提高的素質(zhì)。①提高工藝素質(zhì)：在產(chǎn)品制造過程中能夠合理地運用人力、物力資源，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下最大限度地提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，從而利用各種技術(shù)手段提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。②提高學(xué)生自身素質(zhì)：在處理多因素復(fù)雜工程問題時運用工藝?yán)碚摵退枷肴ゴ秩【?、去偽存真、抓住主要矛盾或矛盾的主要方面，進而合理地解決問題。

3 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的工程化學(xué)課程采用的是章節(jié)結(jié)構(gòu)來進行課堂教學(xué)，這種授課方式已經(jīng)無法滿足混合式教學(xué)模式的需要。為滿足混合式教學(xué)模式改革的需要，必須對課程的教學(xué)內(nèi)容進行頂層設(shè)計和重構(gòu)。

根據(jù)布魯姆的教學(xué)理論，其將知識維度的類別分為了事實性、概念性、程序性和元認(rèn)知知識，其將認(rèn)知過程維度的類別分為了記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造[6]。依據(jù)該理論，我們對工程化學(xué)課程的知識點進行統(tǒng)一梳理和重新編排，各知識點的授課內(nèi)容也進行了較大的革新，以使授課內(nèi)容適應(yīng)不同專業(yè)的畢業(yè)要求和人才培養(yǎng)目標(biāo)，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的需要。工程化學(xué)課程經(jīng)過梳理后目前形成了75個知識點，我們在梳理的同時明確了各知識點的知識維度和認(rèn)知過程維度，建立了工程化學(xué)課程各個知識點的知識維度和認(rèn)知維度的關(guān)系矩陣。通過一系列基礎(chǔ)性工作，我們打破了工程化學(xué)課程原有的章節(jié)結(jié)構(gòu)，弄清了知識點的難易程度，弄清了哪些知識點應(yīng)該以教師講授為主，哪些知識點應(yīng)該以學(xué)生自學(xué)為主，為實現(xiàn)知識點的模塊化教學(xué)和混合式教學(xué)模式改革奠定了重要的基礎(chǔ)。

另外，我們通過重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容著力加強對學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)。一方面，我們對課內(nèi)實驗教學(xué)項目和內(nèi)容進行了調(diào)整，項目由原來的金屬的腐蝕與防止調(diào)整為氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡，更加注重化學(xué)基本知識和基本技能訓(xùn)練，穿插介紹化學(xué)實驗安全和操作規(guī)范知識，幫助學(xué)生樹立工程安全的防范意識。另一方面，充分發(fā)揮學(xué)院化學(xué)、化工學(xué)科的科研優(yōu)勢，將科學(xué)研究前沿?zé)狳c領(lǐng)域的知識點整合成恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生對工程化學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣，同時較好地實現(xiàn)科研對教學(xué)的反哺功能。

4 探索混合式教學(xué)模式

面對工程教育專業(yè)認(rèn)證，必須深化課程教學(xué)模式改革，提高教學(xué)質(zhì)量，這是達成培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵。第一，課程教學(xué)必須由灌輸型向?qū)υ捫透淖儯坏诙?，課程教學(xué)必須由封閉式向開放式改變；第三，課程教學(xué)必須由知識培養(yǎng)型向能力培養(yǎng)型改變；第四，課程教學(xué)必須由句號型向問號型改變?；谝陨侠砟?，我們設(shè)計構(gòu)建了工程化學(xué)課程的多元混合式教學(xué)模式，注重線上與線下的融合，注重課內(nèi)與課外的互補，注重打破時間和空間局限性，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺各個模塊的功能，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提升學(xué)生自身的綜合素質(zhì)。

基于山東理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺，對工程化學(xué)課程的教學(xué)資源進行了信息化建設(shè)，完善了學(xué)生線上學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺，完善了課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教師信息等課程基本信息。課程教學(xué)資源模塊下初步形成了學(xué)分互認(rèn)、課堂教學(xué)卓越計劃、課程標(biāo)準(zhǔn)、教案、實驗、教學(xué)課件、導(dǎo)學(xué)任務(wù)單、基于知識點的課程體系建設(shè)、拓展性教學(xué)資源等子模塊，為學(xué)生在線學(xué)習(xí)積累了豐富的線上資源。

學(xué)生通過導(dǎo)學(xué)任務(wù)單提前了解教師布置的自學(xué)任務(wù)，線上瀏覽網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺相關(guān)學(xué)習(xí)資料，完成自主學(xué)習(xí)；同時，通過平臺將存在的問題提交給教師，教師就學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果給予跟蹤指導(dǎo)和及時地評價與反饋，還可以組織課前在線測試，教師與學(xué)生完成課前的在線互動。

課堂上教師進行精準(zhǔn)講解，所謂精，是指教師集中精力講授重點和難點部分；所謂準(zhǔn)，是指教師集中解釋學(xué)生線上反饋的問題。精準(zhǔn)講解的目的是要把課堂時間還給學(xué)生，要把學(xué)生的自主權(quán)還給學(xué)生，以問題為導(dǎo)向，授學(xué)生以漁，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。通過精準(zhǔn)講解節(jié)省出來的時間可以用于學(xué)生的小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、課堂在線測試等教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)課堂的師生以及生生互動。

學(xué)生利用課后時間通過線上繼續(xù)學(xué)習(xí)，鞏固課堂上教師所講授的內(nèi)容，根據(jù)教師的要求完成課后作業(yè)并在規(guī)定的時間內(nèi)通過平臺進行線上提交，教師通過平臺及時對學(xué)生提交的作業(yè)進行批閱和反饋，教師還可以向?qū)W生展示優(yōu)秀作業(yè)。另外，我們還通過平臺的答疑討論版塊，鼓勵學(xué)生開展“三問三答”活動，即每個學(xué)生要在該模塊發(fā)表三個與課程相關(guān)的討論主題，并要參加其他三個同學(xué)發(fā)表主題的相關(guān)討論，教師要及時地參與到每一個學(xué)生發(fā)表的主題中并給予解答，實現(xiàn)了課后的師生以及生生互動。

一個模塊的知識點結(jié)束以后，學(xué)生可以將該模塊內(nèi)的知識點進行梳理，將模塊內(nèi)的知識點內(nèi)化到自己的知識體系中，并根據(jù)自己的理解繪制出知識地圖，以學(xué)生筆記的形式上傳到平臺，教師及時進行評價與反饋。教師在本階段也可以進行一定程度的教學(xué)反思，及時形成教師筆記并上傳到平臺供學(xué)生查閱。同時，教師還可以組織課后測試、單元測試、模塊測試等豐富多樣的在線測試活動。

答疑討論、學(xué)生筆記、教師筆記、在線測試等模塊活動的開展極大地促進了教學(xué)相長，也為整個教學(xué)過程的持續(xù)改進找到了抓手。

5 創(chuàng)新教學(xué)方法

在工程化學(xué)課程的課堂授課過程中，經(jīng)常采用啟發(fā)式、問題式、比較式、互動式等教學(xué)方法，往往是根據(jù)授課內(nèi)容的不同靈活選取，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。面向工程教育專業(yè)認(rèn)證，我們首次在工程化學(xué)教學(xué)過程中引入了案例式教學(xué)方法，整理形成了光催化降解水中有機污染物、金屬的腐蝕與防止、配合物的形成及其應(yīng)用、有機合成藥物等多個實際教學(xué)案例。案例教學(xué)法，以貼近工程實際的案例為出發(fā)點，通過講故事的方式向?qū)W生娓娓道來，并將相關(guān)知識點穿插其中，使學(xué)生感覺學(xué)有所用，易于接受，同時，通過實際的工程案例，培養(yǎng)學(xué)生利用化學(xué)知識解決實際工程問題的能力。

6 構(gòu)建新的考評體系

混合式教學(xué)模式的采用迫切要求工程化學(xué)課程建立新的考核體系，其必須滿足多元化的要求，以適應(yīng)對線上和線下、課內(nèi)和課外等多個教學(xué)環(huán)節(jié)的考核；其必須滿足過程性的要求，以適應(yīng)教師可以及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對教學(xué)過程隨時進行有針對性的調(diào)整，實現(xiàn)教與學(xué)的可持續(xù)性改進；其必須滿足注重考查能力的要求，以適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證[7]。工程化學(xué)課程新的考評體系包含過程性成績60%，期末考試成績40%。其中過程性成績包含課堂出勤與表現(xiàn)5%，課后作業(yè)10%，課程論文15%，團隊作業(yè)10%，線上學(xué)習(xí)10%，實驗10%。線上學(xué)習(xí)我們選取了調(diào)查問卷、答疑討論、學(xué)生筆記和在線測試四個能夠準(zhǔn)確量化的模塊活動計算成績，其他指標(biāo)，比如在線時長、登錄平臺次數(shù)、瀏覽課程資源次數(shù)等作為參考。

7 結(jié)語

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證，我們對工程化學(xué)課程進行了混合式教學(xué)模式的改革，并經(jīng)過了六個自然班的實踐與探索。通過對學(xué)生在線的調(diào)查問卷顯示，98%的學(xué)生對這種混合式教學(xué)模式是滿意的，這應(yīng)該是對我們教改工作的最大肯定。同時，任課教師也明顯感覺到，與往屆學(xué)生相比較，參與混合式教學(xué)模式改革的學(xué)生學(xué)習(xí)主動性更高，自學(xué)能力更強，發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力有所提升，綜合素質(zhì)更好，更能適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求。正如某同學(xué)在結(jié)課調(diào)查問卷中寫到的那樣，“工程化學(xué)課程是一門很實用的課程，它涉及的知識面很廣，讓我們非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生也都收獲頗豐；這門課程很注重學(xué)習(xí)過程和平時互動，激發(fā)了我們平時學(xué)習(xí)的興趣，讓我們能夠及時地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；為每個模塊的知識點構(gòu)建知識地圖對于學(xué)習(xí)來說十分有用，可以推廣到其他課程；混合式教學(xué)模式很有意思，讓我受益匪淺；喜歡這種學(xué)習(xí)并快樂的課程”。

我們將依托山東理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺，進一步完善線上教學(xué)資源、完善混合式教學(xué)模式的各個環(huán)節(jié)、完善基于知識點的課程體系建設(shè)，使工程化學(xué)課程持續(xù)改進，永葆生機和活力。