基于能力導(dǎo)向的《高分子創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐*

楊繼年，黃新華，王周鋒，丁國新

(安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

為了適應(yīng)新形勢下工程類專業(yè)發(fā)展的需要，我國從2006年開始在構(gòu)建能夠銜接工程師制度的工程教育專業(yè)認(rèn)證體系，并在2016年加入《華盛頓協(xié)議》之際制定了“面向世界、面向未來”的高等教育發(fā)展戰(zhàn)略，全面推動(dòng)工程類專業(yè)的專業(yè)認(rèn)證行動(dòng)，促進(jìn)學(xué)科和專業(yè)發(fā)展。工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種基于能力導(dǎo)向的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，其倡導(dǎo)的核心理念包括成果導(dǎo)向、學(xué)生中心和持續(xù)改進(jìn)等三個(gè)方面，目的是確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，在能力導(dǎo)向的培養(yǎng)背景下，必須圍繞“學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成度”這一核心任務(wù)進(jìn)行專業(yè)課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍配置、教學(xué)條件以及能力培養(yǎng)的配置和優(yōu)化[1]；要改變傳統(tǒng)的知識傳導(dǎo)型學(xué)生培養(yǎng)理念，基于學(xué)生預(yù)期獲得能力的問題進(jìn)行反向設(shè)計(jì)和正向措施的實(shí)施[2]，促進(jìn)高等教育的發(fā)展從外延式擴(kuò)張發(fā)展向內(nèi)涵式質(zhì)量提升的轉(zhuǎn)變，向用人單位需求為驅(qū)動(dòng)的發(fā)展，促進(jìn)高等教育人才市場供求關(guān)系的可持續(xù)發(fā)展[3-4]。因此，基于能力導(dǎo)向的教學(xué)培養(yǎng)體系要以學(xué)生為中心，出發(fā)點(diǎn)不是教師想要教給學(xué)生什么，而是要確認(rèn)學(xué)生達(dá)到最終能力需要什么，并以此開展課程教學(xué)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)[2]。

《高分子創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)》是我校高分子材料與工程專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修的綜合型實(shí)驗(yàn)課程，與高分子物理實(shí)驗(yàn)、高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)和高分子成型加工實(shí)驗(yàn)等共同構(gòu)成了高分子材料專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊。該實(shí)驗(yàn)課程是學(xué)生在全部完成了基礎(chǔ)課和專業(yè)課后，進(jìn)行專業(yè)知識體系的構(gòu)建、提升工程實(shí)踐能力和培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)、分析和解決復(fù)雜工程問題能力的重要環(huán)節(jié)。該課程通過在教師的指導(dǎo)下，在一定的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目選題、分組討論、方案制定、過程實(shí)施、結(jié)果分析以及報(bào)告撰寫等全部過程[5]。此類實(shí)驗(yàn)課程因其能夠打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程在理論知識上的桎梏、提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力以及訓(xùn)練學(xué)生多方面的能力等優(yōu)點(diǎn)而頗受國內(nèi)眾多高校青睞[6-9]。國內(nèi)各高校開設(shè)的高分子材料類綜合實(shí)驗(yàn)課程普通存在一定的共性問題：一是時(shí)間短，任務(wù)重，留給學(xué)生和老師自主發(fā)揮的空間?。欢撬x實(shí)驗(yàn)方案陳舊，不具有創(chuàng)新性，難以體現(xiàn)材料發(fā)展的前沿，對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)有限；三是課程評價(jià)體系不夠完善，幾乎都是看著撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告給學(xué)生打分，不夠公平。本文將結(jié)合該課程在我校高分子專業(yè)的多年教學(xué)實(shí)踐，針對以上問題提出一些見解和改進(jìn)措施，以期更好地適應(yīng)工程認(rèn)證背景下的實(shí)踐教學(xué)體系，切合“能力達(dá)成度”的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)。

1 基于能力導(dǎo)向的課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

依據(jù)工程認(rèn)證體系中的成果導(dǎo)向教育理念，教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施的最終目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程所獲得的學(xué)習(xí)成果[3]?；谀芰?dǎo)向的課程目標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)在確定專業(yè)課程體系支撐矩陣的前提下，根據(jù)課程的具體支撐指標(biāo)點(diǎn)來確定教學(xué)指標(biāo)點(diǎn)和設(shè)計(jì)具體的課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核程序[10]。根據(jù)我校高分子專業(yè)認(rèn)證的課程體系支撐矩陣，《高分子創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)》支撐了工程知識、問題分析、研究、使用現(xiàn)代工具和溝通等5點(diǎn)畢業(yè)要求。因此，課程的教學(xué)目標(biāo)可設(shè)計(jì)為：掌握并能夠應(yīng)用高分子材料合成、改性和加工的基本原理和基本方法，根據(jù)材料的性能缺點(diǎn)提出解決措施并優(yōu)化方案實(shí)施過程，掌握正確的高分子材料評價(jià)手段并得出正確的結(jié)論，具有從事開發(fā)高分子新材料的能力。為了進(jìn)一步明確教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)邏輯，適應(yīng)學(xué)生的能力達(dá)成度評價(jià)，將課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化為5點(diǎn)，并與畢業(yè)要求相對應(yīng)：

目標(biāo)一：掌握常見的高分子材料的合成、改性和加工方法，具有運(yùn)用工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識進(jìn)行復(fù)雜工程問題的恰當(dāng)表達(dá)的能力；

目標(biāo)二：掌握分析高分子材料與工程相關(guān)問題的影響因素的能力，能正確提出一個(gè)工程問題的解決方案，并證實(shí)其合理性；

目標(biāo)三：能夠搭建合理的實(shí)驗(yàn)裝置和平臺開展材料制備、性能檢測和采集數(shù)據(jù)等實(shí)驗(yàn)過程，具備運(yùn)用專業(yè)和工程知識設(shè)計(jì)合理的研究路線的能力；

目標(biāo)四：能夠正確選用現(xiàn)代分析測試工具正確采集、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、建模、分析處理，獲取合理有效的結(jié)論，具有將現(xiàn)代工具用于解決高分子材料開發(fā)與應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題的能力。

目標(biāo)五：能夠正確用圖紙、報(bào)告或?qū)嵨镄问匠尸F(xiàn)高分子材料與工程方向的報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿。

2 基于能力導(dǎo)向的課程教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建

基于研教相促的基本理念，本項(xiàng)目擬從教學(xué)和科研這兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的方面出發(fā)，旨在利用科研工作的創(chuàng)新性為創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)提供必要的素材和創(chuàng)新的思路，同時(shí)也通過此類綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施能夠讓學(xué)生，尤其是本科生能夠盡早接觸科研、了解科研并最終喜歡上科研，為科研工作培育更多的候選人。因此，為了培養(yǎng)學(xué)生具有敏銳的專業(yè)視野，在實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容選用上必須擯棄陳舊的實(shí)驗(yàn)方案，體現(xiàn)出較強(qiáng)的創(chuàng)新性，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施內(nèi)容上也要提出更高的要求。具體如下：

(1)從實(shí)驗(yàn)課程指導(dǎo)教師所承擔(dān)的科研項(xiàng)目中選取實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容能夠滿足創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的基本特征，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性和探索性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序的自主性和開放性以及實(shí)驗(yàn)過程的可行性和可操作性等；

(2)提前與學(xué)校和學(xué)院分析測試中心溝通，在實(shí)驗(yàn)過程中增加先進(jìn)分析儀器的測試環(huán)節(jié)，合理安排階段性實(shí)驗(yàn)試樣的結(jié)構(gòu)和性能測試，必要時(shí)選取代表性試樣進(jìn)行外協(xié)測試，使學(xué)生不但能觀察材料的宏觀表象，更能探索材料的微觀世界，拓展專業(yè)視野和科研興趣；

(3)做到實(shí)驗(yàn)未動(dòng)，理論先行，要確保學(xué)生在開始動(dòng)手之前已經(jīng)對整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程做到嫻熟于胸，能夠理解實(shí)驗(yàn)原理，預(yù)測可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并具有制定出相應(yīng)改進(jìn)措施的能力；

(4)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程與高分子專業(yè)主干課程相結(jié)合，充分利用有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理等課程中所學(xué)的基本理論，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行描述和解釋，并與類似文獻(xiàn)中報(bào)道的結(jié)果進(jìn)行比較，闡述相關(guān)的反應(yīng)機(jī)理和作用機(jī)制；

(5)采用個(gè)人獨(dú)立實(shí)驗(yàn)和小組成員協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，在鍛煉學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ耐瑫r(shí)，著重培養(yǎng)小組成員之間的協(xié)調(diào)配合能力。

根據(jù)專業(yè)學(xué)生人數(shù)、實(shí)驗(yàn)室容納能力以及專業(yè)教師承擔(dān)的國家和省部級科研課題的情況，本課程著重選取了“聚苯胺納米纖維的合成、表征及在高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用”、“原位熔融聚合制備聚乳酸/硫酸鈣晶須復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)與性能表征”以及“聚乳酸/四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備及微波發(fā)泡性能研究”等3個(gè)課題作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?；谀芰_(dá)成度的考核要求，在教學(xué)大綱修訂時(shí)進(jìn)一步明確了課程教學(xué)目標(biāo)與具體教學(xué)內(nèi)容的支撐關(guān)系，如表1所示。

表1 課程教學(xué)內(nèi)容對課程教學(xué)目標(biāo)的支撐關(guān)系Table 1 Supporting relationship between teaching content and teaching objectives

3 基于能力導(dǎo)向的課程教學(xué)學(xué)時(shí)安排

針對本課程的教學(xué)學(xué)時(shí)安排短，實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)重，留給學(xué)生和老師自主發(fā)揮的空間比較小的缺點(diǎn)，在無法增加有效教學(xué)學(xué)時(shí)的前提下，可以通過對《高分子創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)方案進(jìn)行合理細(xì)化和劃分，優(yōu)化各部分的學(xué)時(shí)安排，做到謀劃全局和著眼細(xì)節(jié)相結(jié)合。具體如下：

(1)可以提前2～4周將該實(shí)驗(yàn)課的整體操作過程對學(xué)生進(jìn)行動(dòng)員，讓每一個(gè)學(xué)生都能充分認(rèn)識到該課程的重要性和必要性，熟悉實(shí)驗(yàn)流程的每一個(gè)步驟，同時(shí)完成學(xué)生分組和選題等基本任務(wù)；

(2)將課程中的理論環(huán)節(jié)，包括實(shí)驗(yàn)選題、文獻(xiàn)查閱和實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化等，提前下達(dá)給學(xué)生，讓學(xué)生能夠利用課余和周末等時(shí)間自行完成，不占用寶貴的實(shí)驗(yàn)周學(xué)時(shí)；

(3)通過個(gè)別與分組討論，以及建立網(wǎng)絡(luò)討論群等方式，讓實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師能夠及時(shí)對學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行點(diǎn)評并反饋給學(xué)生，以便合理優(yōu)化；

(4)在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，根據(jù)既定的實(shí)驗(yàn)方案推動(dòng)實(shí)驗(yàn)有序進(jìn)行，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

4 基于能力導(dǎo)向的課程考核

為了消除傳統(tǒng)的根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫而盲目給學(xué)生打分的評價(jià)方式，需要建立一套完善的、能夠全方面評價(jià)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)成績的成績體系。考慮到實(shí)驗(yàn)類課程在流程上的復(fù)雜性，如涉及到文獻(xiàn)查閱、資料分析、相互協(xié)作、集體討論以及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等一系列環(huán)節(jié)，對學(xué)生的考核應(yīng)靈活運(yùn)用多種形式，并結(jié)合過程管理和結(jié)果考核相并重。具體如下：

(1)學(xué)生實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)：要求授課教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中密切關(guān)注每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，并及時(shí)做好記錄，或者委托各小組長在每節(jié)課后進(jìn)行匯總報(bào)告，主要考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、相互協(xié)作能力以及現(xiàn)場解決問題的方式和途徑等。此部分應(yīng)為實(shí)驗(yàn)課程的主要考核內(nèi)容，應(yīng)占總分的40%；

(2)結(jié)果處理和討論：要求學(xué)生在獲得測試結(jié)果后，進(jìn)行小組討論，評價(jià)所得結(jié)果的合理性，積極運(yùn)用所學(xué)理論知識來揭示相關(guān)作用機(jī)理，主要考察學(xué)生對測試數(shù)據(jù)的再現(xiàn)能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力以及作用機(jī)理的提煉和歸納能力等。此部分對個(gè)人專業(yè)知識和邏輯思維能力的要求較高，應(yīng)占總分的30%；

(3)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫：要求學(xué)生在單獨(dú)查閱和整理資料的基礎(chǔ)上，獨(dú)立撰寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主要考察學(xué)生對國內(nèi)外文獻(xiàn)的收集和分析能力、邏輯分析能力以及文字組織能力。此部分內(nèi)容是綜合實(shí)驗(yàn)過程的再現(xiàn)和結(jié)尾，應(yīng)占總分的20%；

(4)現(xiàn)場結(jié)果匯報(bào)：要求學(xué)生根據(jù)所撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行PPT的制作，并公開匯報(bào)答辯，主要考察學(xué)生對綜合實(shí)驗(yàn)課程的整體回顧和反饋，同時(shí)考察學(xué)生的言語表達(dá)技能。此部分內(nèi)容應(yīng)占總分的10%。

對照工程教育認(rèn)證中對本專業(yè)學(xué)生支撐度較高的畢業(yè)要求，包括工程知識、問題分析、研究、使用現(xiàn)代工具和溝通等，與上述考核內(nèi)容相對照并進(jìn)行細(xì)化分析，設(shè)計(jì)合理的能力分析表，通過對各項(xiàng)能力的得分進(jìn)行分析，有效地評估《高分子綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》課程的實(shí)施對學(xué)生各項(xiàng)能力的提升情況，凸顯出本課程的實(shí)施在提升學(xué)生能力方面的優(yōu)勢和短板，做到強(qiáng)化優(yōu)勢的同時(shí)，積極尋找有效的改進(jìn)措施來彌補(bǔ)短板。通過我校高分子材料與工程專業(yè)近幾年的課程教學(xué)實(shí)踐，基于能力導(dǎo)向的課程改革與實(shí)施對于提高學(xué)生的綜合能力大有裨益。

5 結(jié) 語

開展能力導(dǎo)向的課程教學(xué)改革是專業(yè)認(rèn)證背景下，構(gòu)建具有國際實(shí)質(zhì)等效的工程教育質(zhì)量保障體系重要保障之一。在高分子材料與工程專業(yè)教學(xué)體系中開展以探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)、開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和可行性的實(shí)驗(yàn)過程為特征的創(chuàng)新型綜合實(shí)驗(yàn)課程，不但可以夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識，拓展學(xué)生的動(dòng)手能力，融會(huì)貫通學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)綜合知識，提高其綜合能力，更能激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)、參與科研的興趣。這有利于學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于能滿足現(xiàn)代高分子材料與工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，有利于高素質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的建設(shè)，更能為本校工科類實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供示范經(jīng)驗(yàn)，帶動(dòng)學(xué)校相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)和發(fā)展。