工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程教學(xué)改革探索

魏真真，李媛媛，張 巖，眭建華，潘志娟

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215123)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1-2]。2016年我國正式成為《華盛頓協(xié)議》成員后，在我國掀起了工程教育專業(yè)認(rèn)證熱潮，截至2018年底，全國共有227所高校的1 170個(gè)專業(yè)通過了工程教育專業(yè)認(rèn)證。我校(蘇州大學(xué))紡織工程專業(yè)是國家特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”專業(yè)、江蘇高校品牌專業(yè)以及江蘇省紡織類重點(diǎn)專業(yè)的核心專業(yè)[3]。目前該專業(yè)正積極開展工程教育專業(yè)認(rèn)證工作?！霸囼?yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”是紡織工程專業(yè)的一門必修課程，通過介紹以正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的各種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析方法，使學(xué)生具有科學(xué)開展試驗(yàn)與正確分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化的能力，為今后在學(xué)習(xí)、科研或工作中靈活運(yùn)用科學(xué)試驗(yàn)方法打下基礎(chǔ)。因此為符合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程需要有新的定位，并在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面進(jìn)行改革。

一、“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程的新定位

我校紡織工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)之一是使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)和專業(yè)知識(shí)，對復(fù)雜紡織工程問題提供系統(tǒng)性解決方案。畢業(yè)要求中工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究以及使用現(xiàn)代工具等都可為達(dá)成這一目標(biāo)起到支撐作用。結(jié)合“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程的內(nèi)容與性質(zhì)，該課程可以很好地對應(yīng)畢業(yè)要求1工程知識(shí)以及畢業(yè)要求4研究，具體的對應(yīng)關(guān)系見表1。按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的制定是面向全體學(xué)生的，即全體學(xué)生在畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到畢業(yè)要求，畢業(yè)五年后符合培養(yǎng)目標(biāo)[4]。然而，“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”以往被設(shè)置為紡織工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課，安排在大三階段，課程修讀時(shí)間偏晚，面向?qū)ο笥邢?，不能做到面向全體學(xué)生。因此在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，該課程應(yīng)被納入紡織工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，且為專業(yè)必修課，達(dá)到對應(yīng)的畢業(yè)要求及培養(yǎng)目標(biāo)。該課程的教學(xué)目標(biāo)分解為3個(gè)，與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 畢業(yè)要求及分解指標(biāo)點(diǎn)與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系

二、“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程教學(xué)改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證賦予“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程新的定位，在認(rèn)清目前該課程存在問題的基礎(chǔ)上，為保證學(xué)生可以順利達(dá)成畢業(yè)要求以及培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面作出合理改革。

1.教學(xué)內(nèi)容改革

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程因涉及試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法等，內(nèi)容多，概念多，知識(shí)點(diǎn)分散，具有一定的抽象性和邏輯性。該課程的基本原理涉及大量統(tǒng)計(jì)學(xué)和概率論知識(shí)，公式多且復(fù)雜，學(xué)生容易感覺枯燥乏味，難以掌握。課程偏重理論知識(shí)的講解以及公式的推導(dǎo)，雖講清了知識(shí)點(diǎn)的根源，但對學(xué)生應(yīng)用幫助不大，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性不高[5]。教學(xué)內(nèi)容沒有明顯結(jié)合專業(yè)特色，不能將試驗(yàn)設(shè)計(jì)與專業(yè)課題研究相結(jié)合，不利于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際專業(yè)工程問題的能力。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，針對上述問題，應(yīng)以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

(1)明確課程內(nèi)容及知識(shí)點(diǎn)關(guān)系。根據(jù)課程新的定位制定詳細(xì)的課程教學(xué)大綱，將課程內(nèi)容梳理歸納總結(jié)，制定各知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系圖(如圖1所示)，并在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解前將此關(guān)系圖展示給學(xué)生，便于學(xué)生明確課程重點(diǎn)，了解各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系。

(2)弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用。雖然一些公式的推導(dǎo)可以幫助學(xué)生暫時(shí)理解記憶，但學(xué)習(xí)這些公式的根本目的是會(huì)使用它們，所以在課程講授過程中適量刪減公式的推導(dǎo)過程，將課時(shí)用于講解公式如何用于解決實(shí)際問題以及具體的應(yīng)用場所。

(3)引入專業(yè)案例，強(qiáng)化專業(yè)與課程的相關(guān)性。從工程教育專業(yè)認(rèn)證的角度分析，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)滿足能夠培養(yǎng)具有對復(fù)雜紡織工程問題提供系統(tǒng)性解決方案的能力，在這種能力的培養(yǎng)過程中，講授內(nèi)容應(yīng)積極將紡織工程專業(yè)的具體實(shí)例引入到“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程知識(shí)中。例如，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是該課程的重點(diǎn)內(nèi)容，在講解試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法時(shí)可以以優(yōu)化滌綸紗線斷裂強(qiáng)度工藝為例，分析需要考慮如紡絲速度、牽伸倍數(shù)等影響因素及其水平，設(shè)計(jì)試驗(yàn)，開展試驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析，最后得出結(jié)論。這樣引用專業(yè)特色實(shí)例，不僅便于將課程的知識(shí)點(diǎn)講解透徹，而且還可以深化專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)中做到融會(huì)貫通。

2.教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程多是以教師講、學(xué)生聽的被動(dòng)式和填鴨式方式教學(xué)。雖有部分專業(yè)為該課程開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，但實(shí)驗(yàn)方式多是讓學(xué)生按部就班地根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程操作一遍，缺少學(xué)生主動(dòng)思考的空間；雖也有課堂上的提問式交流互動(dòng)，但由于課程內(nèi)容枯燥、難理解，互動(dòng)往往以學(xué)生的應(yīng)付式回答結(jié)束，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不理想。因此，傳統(tǒng)教學(xué)方法不符合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求中“以學(xué)生為中心”的理念[6]。同時(shí)，在此教學(xué)方法下的學(xué)習(xí)，學(xué)生也很難滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證提出的畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，針對上述問題，應(yīng)貫徹“以學(xué)生為中心”的理念，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求進(jìn)行教學(xué)方法改革?！霸囼?yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活選用多樣的教學(xué)方法。

圖1 “試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系

(1)充分利用多媒體與網(wǎng)絡(luò)資源。教師在講授基本概念、理論、公式時(shí)，可配合將相應(yīng)的圖像、動(dòng)畫以及聲音呈現(xiàn)給學(xué)生，節(jié)省板書時(shí)間。同時(shí)在講授過程中可以穿插相關(guān)歷史、典故、人物、事件等，這就需要教師充分利用網(wǎng)絡(luò)資源提前做足功課。這不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生理解記憶，還可以將思政教育融入課堂，提高教學(xué)效果。

(2)以學(xué)生為中心，引入翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問題引導(dǎo)等教學(xué)方式。讓學(xué)生變成課程教學(xué)的主體，需要進(jìn)行合適的布置安排與引導(dǎo)。將簡單基本的知識(shí)點(diǎn)翻轉(zhuǎn)到學(xué)生課下學(xué)習(xí)，并布置相應(yīng)課下與課上任務(wù)，讓學(xué)生帶著問題來上課，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，還可以使學(xué)生在課上溫故而知新。值得注意的是，在課堂討論過程中教師要發(fā)揮引導(dǎo)員和裁判員的作用，不僅要適時(shí)給予引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生發(fā)散思維，還要對學(xué)生課堂發(fā)言、提問、總體表現(xiàn)給予公正、公平、公開的評價(jià)，促進(jìn)學(xué)生積極表現(xiàn)。例如，利用方差分析檢驗(yàn)回歸方程的顯著性問題，可以在上一節(jié)課時(shí)給出下節(jié)課的討論問題(如何檢驗(yàn)回歸方程的顯著性)，上課時(shí)分組討論并派代表發(fā)言，教師作出評價(jià)；同時(shí)針對不同情況(一元或多元，線性或非線性)，教師給予引導(dǎo)性提問(如重復(fù)性試驗(yàn)的目的等)，以提高學(xué)習(xí)質(zhì)量及課堂教學(xué)效果。

(3)強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，促進(jìn)能力培養(yǎng)。“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”是一門實(shí)踐性與應(yīng)用性強(qiáng)的課程，工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下更重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。我校紡織與服裝工程學(xué)院擁有現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等國家級(jí)科研平臺(tái)，該課程在設(shè)置實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)需緊密結(jié)合專業(yè)優(yōu)勢和這些科研平臺(tái)開展。例如，開展正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理，可以分組設(shè)置試驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己確定與紡織工程專業(yè)相關(guān)的考察指標(biāo)以及影響因素及水平，在實(shí)驗(yàn)室開展試驗(yàn)，獲得結(jié)果，對結(jié)果進(jìn)行分析，并得出結(jié)論。這樣不僅可以充分利用學(xué)院現(xiàn)有資源，而且可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力，同時(shí)還可以使學(xué)生總體把握該課程的主要內(nèi)容，邏輯思路上更為清晰。

3.考核方式改革

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程的考核方式主要為閉卷考試，雖也計(jì)入平時(shí)成績，但所占比例低，且沒有明確的量化標(biāo)準(zhǔn)。這種考核方式一方面不能公平客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，另一方面也不利于對課程進(jìn)行合理有效的評價(jià)以及持續(xù)改進(jìn)。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，針對上述問題，應(yīng)重視教學(xué)過程中的考核與評價(jià)。根據(jù)“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，在教學(xué)過程中設(shè)計(jì)不同環(huán)節(jié)，如課堂發(fā)言及表現(xiàn)、課后練習(xí)作業(yè)、小組互動(dòng)表現(xiàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)等，將學(xué)習(xí)過程中學(xué)生在不同環(huán)節(jié)的表現(xiàn)都納入考核范圍并按比例給予成績；同時(shí)調(diào)整卷面考試內(nèi)容，不僅有基礎(chǔ)知識(shí)，而且注重對解決實(shí)際問題能力的考核；最終成績由過程考核成績和卷面考試成績構(gòu)成。教師在實(shí)施每個(gè)需要考核的過程時(shí)，需制定并提前公開此過程的考核標(biāo)準(zhǔn)，便于課程考核與評價(jià)。過程考核不僅有利于教師及時(shí)了解各環(huán)節(jié)中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，及時(shí)調(diào)整課程教學(xué)進(jìn)度，還有利于發(fā)揮學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神與解決問題能力；同時(shí)也將改善學(xué)生只在期末考試前死記硬背的突擊式應(yīng)考心態(tài)，促進(jìn)學(xué)生加強(qiáng)平時(shí)學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語

開展工程教育專業(yè)認(rèn)證是提升工程人才培養(yǎng)質(zhì)量以及促進(jìn)工科專業(yè)建設(shè)的契機(jī)，也是工程教育改革的內(nèi)在發(fā)展要求和必然趨勢。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，我校紡織與服裝工程學(xué)院針對“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化”課程教學(xué)存在的問題，將專業(yè)認(rèn)證的基本理念引入到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式中，采取內(nèi)容上強(qiáng)化專業(yè)與課程的相關(guān)性，方法上注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)，考核上重視過程化評價(jià)等一系列改革措施。堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以學(xué)生成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，以持續(xù)改進(jìn)為手段，培養(yǎng)紡織工程專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜紡織工程問題的能力，達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證下的培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求。