工程教育專業(yè)認證背景下地方應(yīng)用型高校多元混合式一流課程建設(shè)
——以“材料力學(xué)”為例1)

徐 鋒 * 倪君輝 * 方 淳 * 許晨光

*(臺州學(xué)院智能制造學(xué)院，浙江臺州 318000)

?(浙大寧波理工學(xué)院機電與能源工程學(xué)院，浙江寧波 315000)

1 專業(yè)認證的背景、理念和對課程的基本要求

自我國正式加入《華盛頓協(xié)議》以來，工程教育進入高速發(fā)展期，各高校以極大的熱情投入更多資源開展專業(yè)認證申請工作[1]。隨著2023 年6 月底新一批441 個專業(yè)認證通過結(jié)論的公布，我國已有321 所普通高等學(xué)校的2385 個專業(yè)通過工程教育專業(yè)認證（以下簡稱專業(yè)認證），涉及機械、儀器等24 個工科專業(yè)類。專業(yè)認證已成為我國構(gòu)建“五位一體”本科教育評估與質(zhì)量保障新體系的重要組成部分[2]。專業(yè)認證帶給我國工程教育的新理念以及由此引領(lǐng)的工程教育改革，比專業(yè)認證本身意義更大、影響更深遠[3]。隨著專業(yè)認證的不斷推進，教育界已圍繞指標(biāo)體系、評估主體、評估模式和方法[4]，產(chǎn)教融合[5]，人才培養(yǎng)[6]等熱點問題進行宏觀層面的探索和研究，而如何在具體的課堂教學(xué)和教學(xué)評價等微觀層面落實認證理念，依然是當(dāng)前高等工程教育最為薄弱的環(huán)節(jié)，也是廣大高校工程專業(yè)教師的普遍困惑[7]。而從專業(yè)認證的視角來看，課程教學(xué)已經(jīng)不再以“內(nèi)容為本”，課程教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)資源開發(fā)、教學(xué)手段運用和教學(xué)組織形式等都要圍繞著實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)和達成學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果而展開[8]。課程目標(biāo)變成了課程教學(xué)大綱的首要綱領(lǐng)，也是支撐畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)的基石。而課程目標(biāo)的達成評價也直接關(guān)系到專業(yè)認證的“底線”要求，即專業(yè)是否建立了面向產(chǎn)出的內(nèi)部評價機制[9]。專業(yè)認證理念下的課程與畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)的運行機制如圖1 所示。

圖1 專業(yè)認證理念下的課程與畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)的運行機制

2 專業(yè)認證理念下課程教學(xué)的基本邏輯

2.1 基于專業(yè)認證的課程大綱邏輯內(nèi)涵

課程教學(xué)大綱是課程教學(xué)的綱領(lǐng)，課程目標(biāo)是課程教學(xué)大綱的綱領(lǐng)，課程教學(xué)與實施以課程目標(biāo)為核心構(gòu)建課程內(nèi)容和教學(xué)活動與評價等。與傳統(tǒng)課程教學(xué)大綱相比，認證理念下的課程教學(xué)大綱的主要特點主要有以下4 點。（1）課程目標(biāo)重塑：課程目標(biāo)服務(wù)于畢業(yè)要求（二級指標(biāo)點），涵蓋知識、能力和素養(yǎng)，目標(biāo)描述以布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類模型為參考，可衡量，易檢測。（2）課程內(nèi)容重構(gòu)：課程內(nèi)容安排和教學(xué)方法的使用均圍繞課程目標(biāo)設(shè)定，教材從某種意義上來說變成了參考書，知識傳授僅是課程教學(xué)的目標(biāo)之一，解決復(fù)雜工程問題的能力成為人才培養(yǎng)的重要組成部分。（3）課程思政育人：凸顯立德樹人之根本，課程教學(xué)不再只解決知識和能力問題，價值塑造應(yīng)融于知識傳授和能力培養(yǎng)之中。（4）考核評價方式：明確課程目標(biāo)對應(yīng)的考核內(nèi)容、形式和比例，或者說哪些內(nèi)容應(yīng)以什么形式考核，以及占多少比例才能有效支撐對應(yīng)的課程目標(biāo)，并給出明確的考核評價標(biāo)準(zhǔn)。認證理念下的課程大綱內(nèi)涵解釋如表1 所示。

表1 認證理念下課程教學(xué)大綱的內(nèi)容闡釋

認證理念下的課程教學(xué)大綱的所有內(nèi)容遵循了閉環(huán)管理、環(huán)環(huán)相扣的基本原則，圍繞解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)宗旨，將目標(biāo)設(shè)定、實現(xiàn)目標(biāo)的途徑以及評價目標(biāo)是否實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)起來。對于課程考核結(jié)束后的課程目標(biāo)達成評價具有指導(dǎo)意義，也真正起到了教學(xué)大綱的綱領(lǐng)性作用。

2.2 基于專業(yè)認證的課程目標(biāo)達成評價的邏輯內(nèi)涵

課程目標(biāo)達成情況評價是對教學(xué)大綱執(zhí)行結(jié)果的評價，也是對課程目標(biāo)是否達成以及教學(xué)活動與實施過程中存在的問題和持續(xù)改進策略的詳細分析，也為畢業(yè)要求達成評價提供數(shù)據(jù)支撐。課程目標(biāo)達成評價的主要內(nèi)容及內(nèi)涵闡釋如表2 所示。

表2 課程目標(biāo)達成情況評價的內(nèi)容闡釋

課程目標(biāo)達成情況評價的核心是評價方法、評價結(jié)果和對結(jié)果的分析即持續(xù)改進。其中評價方法可分為定量評價和定性評價兩種。

（1）定量評價

定量評價是評價課程目標(biāo)達成值的數(shù)學(xué)計算方法，若課程目標(biāo)i有N項考核環(huán)節(jié)，每個考核環(huán)節(jié)在該課程目標(biāo)中的實際得分率為Fi，考核比例為Qi，則該課程目標(biāo)的達成值為

式中，F(xiàn)i為該考核分項得分的平均分除以該考核分項的目標(biāo)分值。

（2）定性評價

定性評價是通過問卷調(diào)查的形式，從學(xué)生視角來反映課程目標(biāo)的達成情況，調(diào)查問卷的設(shè)計以評估學(xué)生自己對課程目標(biāo)i所達到的學(xué)習(xí)效果的評價。評價結(jié)果可分為：很好的達成（5 分）、較好的達成（4 分）、基本達成（3 分）、基本未達成（1 分）和完全未達成（0 分）共計5 檔。若問卷調(diào)查達成等級分值為Li，其相應(yīng)的人數(shù)占比為Pi，則該課程目標(biāo)的達成值為

可見，專業(yè)認證理念下的課程教學(xué)與實施從課程教學(xué)大綱的制定開始，通過“大綱合理性審核→教學(xué)過程與實施→課程考核合理性審核→課程目標(biāo)達成評價→課程目標(biāo)評價審核→課程教學(xué)持續(xù)改進”等形似戴明環(huán)封閉鏈的一系列方法和機制保障課程教學(xué)圍繞課程目標(biāo)進行，進而支撐畢業(yè)要求和人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3 專業(yè)認證理念下課程建設(shè)要解決的新問題

專業(yè)認證要求符合本專業(yè)畢業(yè)要求的工程基礎(chǔ)類課程、專業(yè)基礎(chǔ)類課程與專業(yè)類課程至少占總學(xué)分的 30%，由于認證體系還對其他自然科學(xué)、通識課程和實習(xí)實踐等都有底線要求，實際上工程基礎(chǔ)類課程的學(xué)分與學(xué)時的可浮動上限很低。隨著人才培養(yǎng)方案的不斷優(yōu)化調(diào)整，多數(shù)與專業(yè)相關(guān)的理論課程學(xué)時和學(xué)分都有不同程度的壓縮。像“材料力學(xué)”課程學(xué)時已由最初的70+ 學(xué)時壓縮到40+ 學(xué)時（含實驗學(xué)時），但課時壓縮并未降低課程目標(biāo)的總體要求，解決復(fù)雜工程問題的能力仍然是工程教育理念之下課程作為人才培養(yǎng)最后一公里的核心要務(wù)。因此，課程需要依據(jù)其研究內(nèi)容和任務(wù)以及對畢業(yè)要求指標(biāo)體系的支撐關(guān)系，從知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造3 個方面重塑課程目標(biāo)，重構(gòu)課程內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法。

另一方面，地方應(yīng)用型高校以立足地方、服務(wù)地方為辦學(xué)宗旨，所以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的制定既要考慮院校定位，還需與地方產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合?！安牧狭W(xué)”作為機械專業(yè)的工程基礎(chǔ)類課程，除了要求學(xué)生掌握工程基礎(chǔ)理論之外，還要根據(jù)課程內(nèi)容屬性和實際支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點，把能力培養(yǎng)和價值塑造與知識傳授融為一體，譬如：培養(yǎng)學(xué)生判斷和識別機械工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題關(guān)鍵環(huán)節(jié)的能力或者分析建模能力。同時，受制于課時壓縮但課程目標(biāo)總體不變的實際情況，課程還可以借助現(xiàn)代信息技術(shù)和線上資源建設(shè)，以多元混合式教學(xué)改革為契機，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)意識。表3 給出了專業(yè)認證理念下“材料力學(xué)”課程目標(biāo)以及所支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點樣例。

表3 樣例——課程目標(biāo)與所支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點

隨著課程所支撐的畢業(yè)要求及課程目標(biāo)的確定，以及“學(xué)時短、課程難、基礎(chǔ)弱、實踐少”的實際學(xué)情，新問題也隨之而來：（1）如何在少學(xué)時內(nèi)有效傳授基本工程知識；（2）如何培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力；（3）如何充分發(fā)揮線上自主學(xué)習(xí)的輔助作用。上述3 個問題既是地方院校參與專業(yè)認證的大部分課程遇到的共性問題，也是近年來線上線下混合式教學(xué)遇到的共性問題，本文將圍繞以上3 個問題，探索專業(yè)認證理念下“材料力學(xué)”一流課程建設(shè)與改革的路徑。

4 專業(yè)認證理念下課程建設(shè)與教學(xué)方法創(chuàng)新

以課程目標(biāo)引領(lǐng)，根據(jù)課程的研究內(nèi)容、方法和任務(wù)，重構(gòu)課程內(nèi)容（如圖2 所示），將課程內(nèi)容分為簡單問題（基本變形）和復(fù)雜問題（組合變形）。簡單問題聚焦工程知識，以線上學(xué)習(xí)為主；復(fù)雜問題聚焦能力培養(yǎng)，以線下研討為主。提煉課程研究問題的一般方法，即：外力分析→內(nèi)力分析→應(yīng)力應(yīng)變分析→強度理論分析→安全與經(jīng)濟性分析，并將此方法貫穿課程教學(xué)始終，強化力學(xué)思維訓(xùn)練。

圖2 課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

同時，基于少學(xué)時現(xiàn)狀，充分利用線上豐富的課程資源和線下信息化的實體智慧空間，虛實結(jié)合，多元混合，以能力培養(yǎng)為核心，將金課的兩性一度、專業(yè)認證的三大理念和BOPPPS（bridge-in（課程導(dǎo)入）, objective（課堂目標(biāo)）, pre-assessment（課前檢測）, participatory learning（參與式學(xué)習(xí)）, post-assessment（課堂檢測）, summary（總結(jié)））教學(xué)模型的6 個模塊相結(jié)合，探索一種“導(dǎo)入有創(chuàng)新、目標(biāo)較高階、前測有挑戰(zhàn)、以學(xué)生為中心的交互、以產(chǎn)出為導(dǎo)向的后測和持續(xù)改進的總結(jié)”的創(chuàng)新教學(xué)方法（如圖3 所示）。

圖3 課程教學(xué)理念、方法與主要創(chuàng)新措施

（1）以線上資源為主的工程知識學(xué)習(xí)

以“重點知識提醒—課堂目標(biāo)引領(lǐng)—工程案例導(dǎo)入—基本知識講解—章節(jié)檢測評價”的理念來設(shè)計線上教學(xué)視頻，將BOPPPS 模型中的“課程導(dǎo)入、課堂目標(biāo)和課前檢測”3 大模塊與金課的“兩性一度”結(jié)合，形成以下3 點。① 具有創(chuàng)新性的課程導(dǎo)入：明確每節(jié)課的課堂目標(biāo)和重點內(nèi)容，以工程案例作為課程內(nèi)容和思政育人元素的切入點，了解知識從哪里來，用到哪里去，建立知識與工程之間的聯(lián)系；② 具有高階性的課堂目標(biāo)：將課程目標(biāo)分解為課堂目標(biāo)，知識、能力和素養(yǎng)有機融合，明確每一講視頻能讓學(xué)生學(xué)到什么，能夠解決什么問題，培養(yǎng)什么樣的素質(zhì)和能力；③ 具有挑戰(zhàn)度的課前學(xué)習(xí)檢測：帶著教師課前布置的學(xué)習(xí)要點、任務(wù)、問題和練習(xí)完成線上視頻學(xué)習(xí)，并以分值鼓勵學(xué)生將自學(xué)中的疑問留在學(xué)習(xí)平臺，以便線下課堂答疑解惑，學(xué)做相融。

需要說明的是，課程的“兩性一度”并非僅僅體現(xiàn)在線上資源的內(nèi)容設(shè)計和線上自主學(xué)習(xí)，而是貫穿了“線上線下、課內(nèi)課外”育人的全過程?，F(xiàn)以第三章第一講的扭矩和扭矩圖為例，說明線上學(xué)習(xí)所呈現(xiàn)的流程，如表4 所示。

（2）以智慧空間為主的參與式研討

以“重點知識提問—線上問題答疑—作業(yè)問題分析—課堂多屏檢測—內(nèi)容總結(jié)改進”的理念完成線下課堂教學(xué)，將BOPPPS 模型中的“參與式學(xué)習(xí)、課堂檢測和總結(jié)”與工程教育認證的“三大理念”結(jié)合，形成：①以學(xué)生為中心的參與式學(xué)習(xí)，即基于課前線上學(xué)習(xí)，把線下課堂設(shè)計成復(fù)習(xí)課、討論課和習(xí)題課，以問題導(dǎo)向，聚焦重難點和學(xué)生學(xué)習(xí)困惑，提出問題，分組討論；② 以產(chǎn)出為導(dǎo)向的課堂檢測，即圍繞課堂目標(biāo)，借助智慧教室的多屏互動功能，以小組協(xié)作形式全員參與同解一道題，即時發(fā)現(xiàn)問題，檢測課堂目標(biāo)達成情況；③ 持續(xù)改進的課堂總結(jié)，即歸納課堂核心內(nèi)容，引入知識應(yīng)用的實際工程案例，識別并判斷工程案例中的關(guān)鍵參數(shù)，抽象力學(xué)模型，說明解決復(fù)雜問題的多元方法?，F(xiàn)以第七章組合變形中的彎扭組合變形為例，說明線下課堂的教學(xué)組織流程，如表5 所示。

表5 樣例——線下課堂教學(xué)流程示例

線上線下混合的教學(xué)方法改變了傳統(tǒng)課堂在有限學(xué)時內(nèi)的“理論滿堂灌”，把傳統(tǒng)課堂上聽不懂，課后再復(fù)習(xí)完成作業(yè)的時間提到了課前的學(xué)習(xí)和課中的練習(xí)、測試和強化等。所以，相比傳統(tǒng)課堂而言，學(xué)生在混合式教學(xué)中的總體時間投入并未發(fā)生太大變化，只是投入的時間向前“遷移”了。

5 認證理念下課程考核的達成評價方法

5.1 考核評價的形式和內(nèi)容

考核評價的形式和內(nèi)容不但要與課程教學(xué)大綱保持一致，還受到課程考核合理性審查機制的約束，從而確保考核內(nèi)容、比例等合理支撐課程目標(biāo)?！安牧狭W(xué)”課程的每個目標(biāo)由3 項考核成績組成（如圖4），課程目標(biāo)1 主要考察工程知識的掌握程度，課程目標(biāo)2 以能力考核為重，課程目標(biāo)3 旨在考查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識。每一個課程目標(biāo)的考核方法和內(nèi)容闡釋如下。

圖4 課程考核評價方法

（1）課程目標(biāo)1。期末考試主要是基本變形（簡單問題）的安全校核問題。驗證實驗是拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)的線下實驗。課堂測試以基本變形知識點為核心，考核形式分為兩類。① 3 人一組的協(xié)作互助式考核：針對重要的知識難點，3 人自由組隊，在20 分鐘內(nèi)協(xié)作完成3 道題目，題目的難度以每人每道題10～15 分鐘內(nèi)完成為宜，剩余的5～10 分鐘，組內(nèi)人員互相檢查，針對可能出現(xiàn)的問題，相互幫助并討論修正；② 單人線上平臺考核：針對常規(guī)的知識要點，借助課程平臺，從題庫中抽取考題，在規(guī)定的時間開放，20 分鐘內(nèi)完成并自動提交。

（2）課程目標(biāo)2。期末考試主要是利用強度理論分析組合變形（復(fù)雜問題）。虛擬仿真主要針對由于實驗學(xué)時不足，難以開設(shè)的應(yīng)力應(yīng)變測試以及有限元分析等線上仿真實驗。項目報告以工程應(yīng)用為主旨，完成選題、答辯和報告等任務(wù)，基本要求為：① 3 人一組，且項目報告必須含有從工程案例到力學(xué)模型的簡化，從參數(shù)賦值后的理論計算到有限元仿真的對比分析，以此鍛煉以力學(xué)思維解決復(fù)雜工程問題的多元方法；② 評分由教師對答辯和報告的評分以及組間互評組成，每組匯報時需至少接受來自教師和其他組別的提問各一個，匯報人、答題人和報告撰寫人要有明確分工，不可由同一人完成，評分時要考慮選題難度；③ 提交的項目報告封面要明確整個項目的任務(wù)分工，寫明答辯時教師提出的改進建議以及具體改進措施。

（3）課程目標(biāo)3。通過課前視頻學(xué)習(xí)并完成線上檢測和平臺作業(yè)，以及在平臺留痕學(xué)習(xí)的過程性材料等線上學(xué)習(xí)成績的數(shù)據(jù)記錄，實時追蹤學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動態(tài)，并根據(jù)學(xué)生成績的動態(tài)波動情況開展差異化教學(xué)（如圖5）。另外，對有價值的討論設(shè)置為精華帖，對平臺作業(yè)中留下的有價值的問題給予賦分獎勵，并于課堂提出表揚和重點回應(yīng)。

圖5 班級全體學(xué)生和某個體學(xué)生線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)動態(tài)

5.2 課程考核的達成評價

課程結(jié)束后，需要對課程目標(biāo)是否達成進行評價，一方面依據(jù)定量評價方法計算各課程目標(biāo)的達成值，并以散點圖形式呈現(xiàn)學(xué)生個體在各個課程目標(biāo)上的達成情況（如圖6 所示），另一方面依據(jù)定性評價方法了解學(xué)生視角下課程目標(biāo)的總體達成情況。最后從定量評價和定性評價兩方面總體分析教學(xué)過程存在的短板、產(chǎn)生短板的原因，并與上一輪教學(xué)結(jié)果進行比較分析，提出持續(xù)改進的具體策略。

圖6 樣例——課程目標(biāo)達成情況散點圖

例如，從最近一期的課程考核分析發(fā)現(xiàn)：課程目標(biāo)2 是課程教學(xué)的短板，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力仍有較大提升空間，達成值較低的主要原因是在期末考試的有限時間內(nèi)完成以強度理論分析組合變形等復(fù)雜問題上的得分率較低。作為課程教學(xué)的難點，也是課程高階性和挑戰(zhàn)度的重要體現(xiàn)，課程目標(biāo)2 的各項指標(biāo)仍需加強，但與前幾個輪次相比，課程目標(biāo)2 的達成值穩(wěn)步向好，特別是虛擬仿真、項目匯報和課堂討論等環(huán)節(jié)的持續(xù)改進，讓學(xué)生有了更發(fā)散的力學(xué)思維來判斷和識別工程案例中的關(guān)鍵要素，并懂得利用理論、實驗和模擬等更多元的方法去解決實際工程中的力學(xué)問題。

6 總結(jié)

新形勢下，塑造基礎(chǔ)理論扎實、工程思維活躍、實踐能力突出、家國意識自覺的工科人才更符合地方高校的人才培養(yǎng)理念。而課程教學(xué)作為人才培養(yǎng)的基石，最后一公里鋪的實不實，將對人才培養(yǎng)產(chǎn)生重要影響。一流課程建設(shè)和專業(yè)認證完全可以同向同行，但確也由于課程體系的不斷優(yōu)化，“學(xué)時短、課程難、基礎(chǔ)弱、實踐少”幾乎成為地方高校工科專業(yè)課程普遍存在的共性問題。為了解決這些問題，“材料力學(xué)”課程自2018 年開始探索線上線下混合式教學(xué)方法，經(jīng)過5 輪迭代和實踐，特別是在如何將線上學(xué)習(xí)落到實處，線下課堂提高效率等方面取得了明顯成效。課程各個目標(biāo)的達成值均穩(wěn)定在0.6 以上，學(xué)生對課程目標(biāo)的自我評估保持在4.5 分以上，在試卷深度和難度相當(dāng)?shù)那闆r下，學(xué)生的卷面及格率相比多年徘徊在50%以下的傳統(tǒng)課堂而言提升20%左右，個體成績的兩級分化現(xiàn)象明顯改善，學(xué)生對教學(xué)方法的認可度高，評教數(shù)據(jù)穩(wěn)居前列。多元混合式的教學(xué)方法有效彌補了課時壓縮造成的知識傳授捉襟見肘、能力培養(yǎng)無從下手的原狀，課程亦獲得了省級線下、線上、線上線下混合和虛擬仿真一流課程的全方位開花結(jié)果。課程融合專業(yè)認證理念、兩性一度要求和BOPPPS 教學(xué)模型所形成的新方法，以及線上教學(xué)資源建設(shè)、智慧教學(xué)空間使用、教學(xué)模式改革創(chuàng)新等方面可為同類高校的相關(guān)課程建設(shè)提供參考。