專業(yè)認證背景下的基礎力學課程教學改革

戴隆超，龔俊杰

(揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州225127)

0 引言

工程教育專業(yè)認證是指專業(yè)認證機構針對高等教育機構申請認證的單位與專業(yè)，組建由專門職業(yè)或行業(yè)協(xié)會、聯(lián)合會、專門學會、及該領域的教育專家、相關行業(yè)的企業(yè)專家構成的專家組，開展的工程類專業(yè)教育的專門性認證，目的是為相關工程技術人才進入工業(yè)界從業(yè)提供預備教育質(zhì)量保證。具有自愿性評價、合格性評價、外部評價、同行評價、實證評價等特征。我國各高校開始逐漸重視與推動專業(yè)認證工作。因此，如何深入理解與全面結合工程教育專業(yè)認證標準［1］，并在課程教學活動中加以貫徹與指導持續(xù)改進，不斷提升教學質(zhì)量［2］，是高校教師將要面對的問題。

1 工程教育專業(yè)認證概述

1.1 工程教育專業(yè)認證的基本理念

(1) 學生中心理念。以學生為中心，圍繞培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求進行資源配置與教學安排，并將學生與用人單位的滿意度作為專業(yè)評價的重要參考依據(jù)。

(2) 產(chǎn)出導向理念。專業(yè)教學設計與教學實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向(Outcome－based)［3］，并嚴格按照畢業(yè)生核心能力與要求評價專業(yè)教育的有效性。

(3) 持續(xù)改進理念。建立有效的質(zhì)量監(jiān)控與持續(xù)改進機制，能開展持續(xù)跟蹤改進，以不斷提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1.2 工程教育專業(yè)認證的基本內(nèi)容

我國的工程教育專業(yè)認證標準由通用標準與專業(yè)補充標準兩部分構成，內(nèi)容涵蓋了《華盛頓協(xié)議》提出的畢業(yè)生素質(zhì)要求，具有國際等效性。其中，通用標準給出了7 個方面的要求，包括學生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍與支持條件等; 專業(yè)補充標準針對具體專業(yè)在前述7 個方面中的后3 個方面提出特殊要求。

1.3 工程教育專業(yè)認證標準中三大理念的貫徹實施

(1) 學生中心理念的實施。學生中心理念在認證標準的其它6 個指標中都得到充分體現(xiàn): ①這一理念直接體現(xiàn)在培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求這兩個指標的設置與改進上; ②以此為基礎，通過這兩個指標對課程體系設置、師資隊伍建設、與支持條件配套的作用，從而對課程體系、師資隊伍、支持條件施加間接影響，以利于學生到達培養(yǎng)目標與滿足畢業(yè)要求;③遵循學生中心理念，質(zhì)量保障制度通過各種持續(xù)改進措施，來推動專業(yè)質(zhì)量的持續(xù)改進與提升，從而保證學生培養(yǎng)質(zhì)量以滿足相關職業(yè)要求。

(2) 產(chǎn)出導向理念的實施。產(chǎn)出導向(或者說能力導向) 是國際工程教育倡導的一種先進理念，也是工程教育認證的核心理念，我國的工程教育認證標準正是按照這一理念來設計與制定的。產(chǎn)出導向強調(diào)工程教育認證應關注教育產(chǎn)出(即學生學到什么) ，而非教育輸入(即教師教了什么) 。要求圍繞培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求這兩個導向指標，設計合理的培養(yǎng)方案與課程大綱，采用匹配的教學內(nèi)容與教學方法，提供充足的軟硬件資源。要求每個教師都能明確自己的責任，對學生是否達成畢業(yè)要求進行恰當考核，最終給出課程目標與畢業(yè)要求達成情況的評估與分析，并以此為依據(jù)在后續(xù)的教學活動中進行相應的持續(xù)改進。

(3) 持續(xù)改進理念的實施。工程教育專業(yè)認證的一個重要特點是要求建立與執(zhí)行質(zhì)量監(jiān)控與持續(xù)改進機制，并采取切實可行的措施，落實到機制的執(zhí)行、跟蹤、評價、與改進等各個環(huán)節(jié)上，形成“評價——改進——再評價”的閉環(huán)管理，從而推動專業(yè)質(zhì)量的持續(xù)改進與提升。

2 現(xiàn)代工程教育的特點及其與基礎力學課程教學改革的關系

大學教育的目的是為社會培養(yǎng)人才，工程教育的核心是能力培養(yǎng)。美國工程與技術認證協(xié)會(ABET) 工程認證委員會將此細分為11 條畢業(yè)要求［4］，可歸納為以下幾個方面:理解與運用各學科知識的能力，理解與運用各類技術、技能、工具、手段的實踐能力，終身學習能力，溝通交流與團隊運作的能力，管理、規(guī)劃與解決工程問題的能力，道德、倫理與責任的認知與理解。

大學工科教育的基礎是知識的傳授與汲取。在此基礎上，將通過教學環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)、考核環(huán)節(jié)、社團活動等多種途徑，來培養(yǎng)與鍛煉各種能力與品德，使得畢業(yè)生具備成為合格、優(yōu)秀甚至杰出人才的可能。這種培養(yǎng)與鍛煉過程由學生、教師、與履行管理與服務職責的各職能部門三方共同協(xié)作完成。而工程教育專業(yè)認證背景下的工科教育一方面是強調(diào)面向工程;另一方面是明確工科教育的達標線，制定確保培養(yǎng)質(zhì)量達標的系統(tǒng)規(guī)范與措施，并開展持續(xù)評估與改進。其中，課程教學尤其是課堂教學是知識傳授與汲取的最為常見的媒介，是學生知識運用能力、技術實踐能力、學習能力等多種能力得到初步培養(yǎng)與不斷鍛煉強化的重要途徑，也是大學教育中的最為基礎與重要的一個環(huán)節(jié)。

在我國產(chǎn)業(yè)結構在自主創(chuàng)新道路上不斷攀升過程中，工程問題越來越多地體現(xiàn)出復雜化、綜合化、巨型化及與之相反的高純度、專業(yè)化、精細化的特點［5］。其表面現(xiàn)象紛繁蕪雜，背后因由氣象萬千，本質(zhì)機理莫衷一是，這些往往與解決問題的目的與手段相關，即要在哪個層面上解決相應工程或技術問題。與之相適，知識、技術的應用也越來越多的體現(xiàn)出多學科交叉、多尺度融合、與輕知識點的應用、重綜合運用實踐能力與素養(yǎng)等特點。這些對于課程教學提出了更高要求。此外，一方面社會發(fā)展使得學生所學課程有所增加，相應地單門課程的學時相對減少; 另一方面，青年學生的興趣越來越廣泛，課程學習方面花費的時間與精力也將相對減少。同時，科研與服務任務不斷加重，生源質(zhì)量降低，新教學手段的學習推廣等各種交流學習任務不斷，這些都對教師及其所承擔的課程教學產(chǎn)生影響。而基礎力學課程往往具有理論性邏輯性強、學科體系完整嚴謹、數(shù)學工具運用深入等特點，學習方面所需精力較多，理解掌握的難度大［6］。與之相對照，基礎力學課程是工科課程中為數(shù)極少的、兼具直接面向工程實踐并且能進行嚴謹定量分析這兩個特點的課程，對于學生多種能力及科學素養(yǎng)的培養(yǎng)有著顯著作用。因而開展基礎力學課程教學改革、提升教學質(zhì)量，對于學生能力培養(yǎng)、畢業(yè)生科學素養(yǎng)提升、及大學教育質(zhì)量提高都具有較為重要的意義。

對于教師而言，工程教學專業(yè)認證背景下現(xiàn)代工科教育的基礎力學課程教學改革仍然必須堅持學生中心理念、產(chǎn)出導向理念、與持續(xù)改進理念。關注所有學生的發(fā)展，幫助他們理解與明確幾個關系: 知識點與學科知識體系的關系、工程實例與學科理論模型的關系、理論模型的創(chuàng)建與學科知識的運用，在此過程中逐步培養(yǎng)與鍛煉學生的相關能力與科學素養(yǎng)。在課堂教學方面可以采取研討型教學、翻轉課堂，與微課、MOOC［7］等在線學習方式，引導學生積極主動的開展力學課程的學習。

3 教學改革探索與實踐活動

學校在基礎力學課程的教學方面開展了持續(xù)的教學改革實踐活動，突出體現(xiàn)在課堂教學方面。首先，每門課程都會針對若干工程實例或生活事例開展研究性教學與分組研討，一方面培養(yǎng)學生將學科知識應用于實踐的能力，另一方面激發(fā)學生學習熱情。其次，利用微課、慕課等形式開展在線學習，引導學生投入精力; 借鑒翻轉課堂的形式，推動學生主動學習。在每個章節(jié)的學習過程中，努力使學生理解與明確以下幾個方面:

(1) 本學科或本章節(jié)要解決的學科問題是什么，它在工程實踐中大致表現(xiàn)為什么問題。這方面的介紹能夠幫助學生認識本學科或本章節(jié)知識的作用與定位，明確各章節(jié)在本學科知識系統(tǒng)中處于何種地位、能解決何種問題，也能幫助學生認識與理解整個學科知識體系。

(2) 本章節(jié)要解決該問題的出發(fā)點或者已知條件是什么。這方面的介紹能幫助學生明確運用本章節(jié)知識解決問題，能幫助學生理解各章節(jié)之間的相互關系。

(3) 本章節(jié)所提出的基本概念，這種抽象在工程實踐中有何意義及這種抽象的應用范圍。這方面的介紹能夠幫助學生認識科學抽象與工程實踐之間的關系，有助于培養(yǎng)學生將學科知識應用于工程實踐的能力。

(4) 本章節(jié)從已知條件出發(fā)，基于基本概念，如何得到最終的結論或公式，其中每一步的數(shù)學或力學依據(jù)是什么，如何理解這一結論或公式其使用要求與范圍是怎樣的。這是章節(jié)知識體系的核心內(nèi)容，是向學生揭示從知識點學習到學科能力與科學素養(yǎng)二者之間關系的中心環(huán)節(jié)。在此過程中，需要使學生掌握本章節(jié)的力學模型，及其建立過程，與在此基礎上解決問題的數(shù)學過程。建模能力［8］是力學課程中需要學生學習與掌握的重要能力之一，對于理解與解決相關工程問題具有突出作用。

(5) 上述結論或公式在本學科例題中的運用。這是課程考核的基本要求，對于上述能力培養(yǎng)有著積極幫助作用。

(6) 本章節(jié)內(nèi)容的工程實例應用。深入研討將能極大激發(fā)學生學習的積極性與主動性，對于學生的建模能力與將相關知識應用于工程實踐的學科能力、乃至綜合運用多學科的能力的培養(yǎng)都會起到顯著幫助作用。

專業(yè)認證標準對于教學質(zhì)量的影響可通過課程目標達成度進行量化，從而實現(xiàn)較為客觀的評估與分析。近幾年來，揚州大學機械工程學院著力推進專業(yè)認證。力學組也在開展基礎力學課程教學改革基礎上，全面借鑒專業(yè)認證標準中課程目標達成度這一量化指標協(xié)助進行教學質(zhì)量評估。揚州大學機械工程學院某專業(yè)2016 年與2017 年的理論力學課程目標達成度評價結果詳見表1、表2。

表1 2016 年度某專業(yè)理論力學課程目標達成度評價結果

表2 2017 年度某專業(yè)理論力學課程目標達成度評價結果

可以看出，在不考慮標準化題庫中歷年試卷出題難度方面的波動，及教師授課的業(yè)務能力及精力投入等因素的情況下，該課程教學質(zhì)量在一定程度上稍有提升。這表明之前的教學改革活動的一些措施在某種程度上有所成效，相信在深入理解與全面落實專業(yè)認證標準的理念與措施之后，教學改革活動的開展會更有實效。這一應用與分析實例表明實施當前工程教育專業(yè)認證標準相比之前，工科的課程教學工作有了明確與切實可行的系統(tǒng)規(guī)范與措施，有了客觀的評估指標，有了不斷改進的指導依據(jù)，能夠有力推動課程教學質(zhì)量的提升與教學改革工作的開展。

4 結語

基礎力學課程由于兼具直接面向工程實踐并且能進行嚴格定量分析的特點，對于工科學生多種能力及科學素養(yǎng)的培養(yǎng)有著重要作用。在當前工程教育專業(yè)認證背景下，開展基礎力學課程教學改革對于學生能力培養(yǎng)、畢業(yè)生科學素養(yǎng)鍛煉、大學及專業(yè)教育質(zhì)量提升都有積極推動作用。揚州大學近幾年來在力學教學方面著力進行教學改革，在探索教學改革的理念、方法、內(nèi)容與措施方面取得了階段性成績。大學教育與人才培養(yǎng)必須要適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展與工程需要，所以基礎力學課程教學也必須秉承專業(yè)認證的三大理念，以專業(yè)認證標準為及格線，持續(xù)開展教學改革，不斷提升教學質(zhì)量與學生的學科能力及專業(yè)素養(yǎng)。