工程教育專業(yè)認證背景下傳熱學課程達成度分析

［摘 要］課程達成度在工程教育專業(yè)認證中起著至關(guān)重要的作用，對傳熱學課程目標達成度采用層次分析法進行研究，就不同課程目標分配對應(yīng)章節(jié)權(quán)重向量，制定了章節(jié)達成度的權(quán)重表格，建立章節(jié)和考核方式的權(quán)重表進行統(tǒng)計分析，對每位學生的個體課程目標達成度和總達成度做統(tǒng)計分析。達成度最高課程目標2的值為0.837，最低課程目標3的值為0.763，總達成度是0.811，均達到工程教育專業(yè)認證的基本要求。對典型學生的達成度做了定量分析，其最大值與最小值相差總和高達0.728，對達成度較低的目標給出三點改進措施。課程達成度的評價結(jié)果可以應(yīng)用于該課程后續(xù)持續(xù)改進，促進人才培養(yǎng)質(zhì)量有效提升。

［關(guān)鍵詞］傳熱學課程；達成度；課程目標；工程教育專業(yè)認證

［中圖分類號］G642.0［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）03-0021-05

工程教育專業(yè)認證是實施科教興國戰(zhàn)略的時代應(yīng)答，是建設(shè)高質(zhì)量教育體系的必然選擇，是提升人才自主培養(yǎng)質(zhì)量的必由之路，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)[1]。工程教育專業(yè)認證的核心就是要確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質(zhì)量與標準要求[2]，要求專業(yè)課程體系設(shè)置、師資隊伍配備、辦學條件配置等都圍繞學生畢業(yè)能力達成這一核心任務(wù)展開，并強調(diào)建立專業(yè)持續(xù)改進機制[3]。課程教學目標達成評價是工程教育專業(yè)認證重要的內(nèi)部循環(huán)機制之一，通過對課程達成度進行評價，將評價結(jié)果用于后期教學的持續(xù)改進之中，可以進一步為人才畢業(yè)要求達成度評價提供較為科學、合理的支撐，對提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有積極的引導和推動作用[4-5]。

一、傳熱學課程評價機制

（一）課程性質(zhì)

傳熱學課程是高等院校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程（以下簡稱建環(huán)）專業(yè)、熱能與動力工程專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程[6]。傳熱學課程、流體力學課程與工程熱力學課程是建環(huán)專業(yè)的三大專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳熱學課程建立在流體力學與工程熱力學課程的基礎(chǔ)之上，是一門研究熱量傳遞規(guī)律的工程技術(shù)學科，在整個人才培養(yǎng)體系中發(fā)揮著承前啟后的重要作用。就學生在校實習實踐而言，自熱源側(cè)的鍋爐產(chǎn)熱，經(jīng)供熱管網(wǎng)和熱力站的流量熱輸配，到采暖用戶的室內(nèi)末端散熱等過程，處處都需要應(yīng)用傳熱學的知識；就學生繼續(xù)深造而言，高等院校和科研院所的能源類考研專業(yè)課，傳熱學課程是熱門推薦；就學生參加工作而言，從事?lián)Q熱、熱控或者制冷等相關(guān)的設(shè)計工作等都需要傳熱學的知識。因此，傳熱學課程學習的質(zhì)量將直接影響學生個人未來的職業(yè)發(fā)展。

（二）課程目標

每所學校的定位目標和專業(yè)人才培養(yǎng)方案不同，對課程目標的定位也會有所差異。赤峰學院的發(fā)展目標是建設(shè)成應(yīng)用型大學，建環(huán)專業(yè)采用校企合作辦學的人才培養(yǎng)模式，定位于培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型供熱、供燃氣專業(yè)技術(shù)人才。筆者基于OBE理念，以學生學習成果為導向，設(shè)計制定以下傳熱學課程目標[7]。

1.知識目標：掌握熱傳導、熱對流、熱輻射和傳質(zhì)等基本概念。在理解傳熱學的基本原理和公式的基礎(chǔ)上，定量預(yù)測導熱、對流換熱和輻射換熱量，能夠?qū)嶋H工程的換熱問題建立相應(yīng)的數(shù)學物理模型，做到定性預(yù)測換熱的影響參數(shù)確定。

2.能力目標：了解國內(nèi)國際前沿換熱傳質(zhì)的熱點、難點問題及該領(lǐng)域的最新進展。具備運用傳熱學基礎(chǔ)知識和理論于實際的能力，具備設(shè)計校核換熱器的能力，并能夠進行相應(yīng)的實踐測試及結(jié)果分析。

3.素質(zhì)目標：認識碳達峰、碳中和的低碳發(fā)展路徑，樹立可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)文明理念。具有熱愛專業(yè)、熱愛家鄉(xiāng)、熱愛祖國的情感和無私奉獻于祖國事業(yè)的家國情懷。

制定具體的課程目標：一是引導學生掌握工程基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，能用于解決復雜傳熱傳質(zhì)工程問題；二是能夠運用傳熱學知識，借助文獻和工具等手段，對復雜傳熱傳質(zhì)工程問題進行建模與求解，并獲得有效結(jié)論；三是能針對特定需求的換熱設(shè)備等復雜工程問題進行分析，提出解決方案；四是在團隊中分擔任務(wù)，與團隊成員合作共事，獨立完成特定任務(wù)并分享成果，培養(yǎng)組織管理的能力；五是能認識到自主學習和終身學習的必要性，培養(yǎng)自主學習的能力。

（三）課程評價機制

將傳熱學課程的教學過程目標采用課堂教學、課后作業(yè)、案例設(shè)計、隨堂測試、期末考試五種過程性評價方式進行評價，每一種評價方式的權(quán)重占比為20%。課程目標對應(yīng)于評價方式的權(quán)重按畢業(yè)要求支撐度進行分配，在完成一次達成度評價后，就可以發(fā)現(xiàn)最低達成度所在的課程目標，進而調(diào)整教學策略、評價方式和考核權(quán)重，以便進行持續(xù)改進。具體權(quán)重見表1。其中，隨堂測試和期末考試是可以進行定量化的評價方式，而課堂教學、課后作業(yè)和案例設(shè)計則需要將定性評價轉(zhuǎn)為定量評價，采用標準的評分細則量表是行之有效的方案[7]。

二、傳熱學課程達成度分析

（一）課程達成度權(quán)重向量及計算

達成度權(quán)重指標的確定方法主要有德爾菲法、因子分析法、層次分析法（AHP）、CIPP評價模式、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊層次分析法[8]。其中，層次分析法將問題分解為若干個層次，然后對各影響要素進行相互比較，進而得到不同目標的權(quán)重，篩選出優(yōu)化的方案。層次分析法是一種比較容易實施的層次權(quán)重分析方法，是基于現(xiàn)有各個考核項目的成績，對課程達成度制定不同的權(quán)重向量，以衡量學生是否達到課程目標的要求[9]。根據(jù)層次分析法，確立傳熱學課程達成度與畢業(yè)要求支撐度的權(quán)重、章節(jié)教學內(nèi)容與課程目標的權(quán)重。構(gòu)建支撐度和權(quán)重向量的層次關(guān)系如圖1所示。

傳熱學課程的內(nèi)容共有11章，參考教材為中國建筑工業(yè)出版社朱彤主編的《傳熱學》。根據(jù)層次分析法，每一章節(jié)主要支撐某個課程目標，其具體權(quán)重值分配見表2。課程目標對應(yīng)權(quán)重為H（0.3）、M（0.2）、L（0.1）三類。各章節(jié)權(quán)重向量為章節(jié)權(quán)重與課程目標的乘積之和，如第10章的權(quán)重向量數(shù)值=0.3*0.3+0.2*0.3+0.3*0.2+0.3*0.1+0.4*0.1=0.28。

在學期結(jié)束后，對所有選修該課程的學生進行達成度分析，具體計算式[10]：

[A=i=1nαi][?Xj]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[A]為課程目標評價值；[n]為課程教學目標數(shù)量；[αi]是第[i]個課程教學目標對應(yīng)指標點權(quán)重；[Xj]是支撐課程達成第[i]個課程教學目標評價的平均值。

課程目標達成度[S]的計算式[9]：

[S=Aj][?Wj]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：[Aj]為j課程目標評價值；[Wj]為j課程對應(yīng)支撐畢業(yè)要求指標點權(quán)重。

（二）班級課程達成度

例如，2021級學生傳熱學課程成績采用過程性考核方式，采用五種方式權(quán)重各占比20%進行評價，但需要說明三點：一是課堂教學成績直接采用整個班級學生的平均值94.28；二是課后作業(yè)成績采用整個班級學生的平均值89；三是案例設(shè)計中，設(shè)置了五項作業(yè)，分別隸屬于課程的3、4、6、7、10章內(nèi)容，其他設(shè)置為1，避免0的時候不能整除。

（三）學生個體達成度

班級中，每位學生都是學習個體，分析每位學生的課程目標達成度是很有必要的，圖2為2021級學生個體對每一個課程目標達成度的分布情況。

如果以偏差10%的標準為集中程度的度量，可以發(fā)現(xiàn)，課程目標1、課程目標2和課程目標5的達成度散點相對較為集中，說明這部分學生對于課程目標的掌握程度比較接近，而課程目標3和課程目標4的達成度散點更為分散，存在負偏差，說明這部分學生沒有達到課程目標的基本要求，存在較大的教學問題，需要對這部分課程目標的教學與考核進行適當?shù)母倪M，進而提高該部分課程目標的達成度。課程目標3中，最高達成度值為0.882，有7位學生達到平均值正偏差10%以上，表現(xiàn)較為突出；27號學生達成度值最低，僅為0.585，距離平均值0.763相對偏差23.329%；有5位學生沒有達到平均值負偏差10%的范圍之內(nèi)。課程目標4中，最高達成度值為0.927，有5位學生達到平均值正偏差10%以上，13號學生達成度值最低，僅為0.543，距離平均值0.802相對偏差高達32.294%；有4位學生沒有達到平均值負偏差10%的范圍之內(nèi)，這表明在該課程目標下，這4位學生需重點關(guān)注。

（四）學生個體總達成度

為了反映每位學生的課程目標總達成度，將每位學生分別進行個體的綜合比較，篩選出比較具有代表性的學生，篩選條件是某位學生某一個課程目標的最值及總達成度的最值（見圖3）。其中，課程目標1最大達成度值是26號學生、最小值是27號學生，課程目標2最大達成度值是15號學生、最小值是21號學生，課程目標3最小達成度值是27號學生，課程目標4最小達成度值是13號學生，課程目標5最大達成度值是14號學生。學生個體總達成度的分布見圖2的f所示，總達成度值最大的是14號學生，最小值是27號學生，課程達成度相差總和高達0.728。故而，選取最具有代表性的13號、14號、15號、21號、26號和27號共6位學生，畫出具有代表性學生個體的五個課程目標達成度的雷達圖，具體分配見圖3所示。13號學生在五個課程目標中，課程目標4較為欠缺，說明該生在團隊中分擔任務(wù)、團隊成員合作共事，分享成果方面需要不斷提升。相比較而言，21號學生的團隊能力較其他方面更為突出，14號和26號學生的各方面發(fā)展較為均衡。

三、傳熱學課程改進措施

課程目標達成度可以反映教學的效果，這就要求在完成課程目標達成度深度分析后，對教學過程、評價機制和權(quán)重分配進行科學合理的改進。

在五個課程目標中，課程目標3能夠針對特定需求的換熱設(shè)備等復雜工程問題進行分析，提出解決方案，其達成度最低，說明這部分學生在實際工程分析上存在欠缺。由此，可以增加學生的實習實踐環(huán)節(jié)，師生共同前往企業(yè)進行交流學習，提升學生的專業(yè)工程應(yīng)用能力，貼近現(xiàn)代企業(yè)活力及新興科學技術(shù)。

還需重點關(guān)注學生個體中總達成度較低和某一課程目標達成度較低的學生。課堂上的教學雖然已經(jīng)結(jié)束，但學生課后在學校的生活和學習還未結(jié)束，需要與學生開展交流，建立平等的伙伴關(guān)系，使學生在其他后續(xù)課程及終身學習中達成學習實效，樹立良好的學習態(tài)度，不負韶華。同時，將課程目標達成度評價結(jié)果反饋給這部分學生的班主任、輔導員等，提醒其關(guān)注這部分學生后續(xù)的學習生活情況，并進行正確引導。

考核方式選擇和權(quán)重合理分配直接影響課程目標達成度的情況。前期對選修該課程的學生展開學習風格傾向測試，提前了解每位學生的學習風格以及整個班級的學習傾向，便于對教學計劃做出適當調(diào)整，進而用層次分析法劃分章節(jié)、課程目標權(quán)重，并對考核方式的權(quán)重做出更為合理的分配，增加可量化的考核環(huán)節(jié)。

四、結(jié)語

以傳熱學課程為例，采用層次分析法，就不同課程目標分配對應(yīng)章節(jié)權(quán)重向量，制定了章節(jié)目標達成度的權(quán)重分配表，建立章節(jié)與五種考核方式的權(quán)重分配表。對每位學生的個體課程目標達成度和總達成度做了統(tǒng)計分析，并給出了三點持續(xù)改進措施，提出的基于工程教育專業(yè)認證標準下傳熱學課程的達成度評價方式，對應(yīng)用型本科教學自我評估與持續(xù)改進有一定的參考價值。

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［責任編輯：黃緊德］