工程教育認證標準下的課程教學設置

王保建， 陳花玲， 楊立娟, 王永泉， 張鐵山， 段玉崗

(西安交通大學 機械基礎國家級實驗教學示范中心，西安 710049)

0 引 言

2016年6月我國正式成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》的正式成員，這標志著我國工程教育人才培養質量標準與國際通用標準的實質等效[1-4]。《華盛頓協議》的工程教育專業認證有三大核心理念：以學生為中心、產出導向(OBE)及持續改進，在OBE教育理念中，教學單位必須首先對學生畢業時及畢業一段時間內(5年內)應達到的能力及其水平有清楚的設定，即有清楚的培養目標，然后構造適當的教學體系來保證學生達到這些預期目標。所有的教學環節包括課程體系、教學內容、教學方式等都是為達到培養目標而設置的，教學體系及教學方法是達到培養目標的手段而非教學的目的，如果課程無法為培養學生特定能力作出貢獻，課程就要被取消或重建[5-7]。工程教育認證委員會提出了新畢業要求12條，各個學校在制定培養目標的時候要基于畢業要求12條充分認識學校及專業定位、了解學生畢業工作性質合理制定本專業的畢業要求及培養目標[8-9]。

在工程教育認證標準下要培養合格的畢業生在培養目標上要根據學生后期從事的工作性質結合學校及專業自身定位合理制定，要充分聽取雇主的意見，按照OBE的教學理念進行教學體系重構。除了理論課要根據雇主要求進行重建外實踐教學也是工程教育改革的重點和難點所在，因為創新能力的鍛煉、動手能力的培養及團隊合作意識的養成都需要通過實踐教學環節完成。以需求引領改革方向，聚焦工程教育認證的內涵特征，及時更新教學理念與教學模式，是當前和今后面臨的一項重要的改革任務[10-13]。

1 課程大綱

“機械工程測試技術”是工科類高校機械類專業的一門專業核心課。根據工程教育認證標準，課程大綱設置的依據是本課程在“課程支撐畢業要求”矩陣圖中的支撐點，形象的描述就是“從矩陣圖中領取任務”，而課程體系、教學內容、教學手段都是為了完成“任務”而量身定制的。

本專業在結合學校辦學特色及人才培養定位、高標準地響應社會經濟發展對高素質工程人才的需求及社會評價制定了專業培養目標，依據認證的通用標準和專業的培養目標，制定了專業的畢業要求，畢業要求內容完全覆蓋通用標準12條，共包含36條二級指標點。圖1為本專業課程支撐畢業要求矩陣圖(局部)。從矩陣圖上可以看出，“機械工程測試技術”在整個培養體系下支撐畢業要求2.2、4.3、4.4、5.4、9.2五項二級指標點，以此為依據設定本課程教學大綱。

圖1 本專業課程支撐畢業要求矩陣圖(局部)

本課程的主要任務是通過課堂教學、實驗教學及企業專家案例講解等環節，讓學生牢固掌握機械工程測試技術的基本理論和知識，培養學生分析與解決復雜機械工程測試方面問題的能力及創新意識，以滿足該領域科學研究與技術創新需求，培養學生具有自主學習能力以及團隊合作意識。根據以上定位進而設定本課程目標及能力要求：

課程目標1。掌握機械工程測試技術中的基礎知識和分析方法，能夠利用它們對復雜問題進行描述及分析并給出解決方案，且能夠綜合評價、比較不同測試方案(支撐畢業要求中的2.2)。

課程目標2。掌握機械工程測試技術中常用的測試技術、數據處理方法，能夠對機械工程中的復雜測試問題設計測試方案，搭建實驗系統，采集實驗數據，并能依據實驗數據解釋現象、評價性能、解決問題(支撐畢業要求中的4.3、4.4和5.4)。

課程目標3。培養學生團隊合作意識，對給定的復雜測試任務能夠以團隊形式完成，個人能在團隊中有效工作(支撐畢業要求中的9.2)。

表1為“機械工程測試技術”課程目標與畢業要求關系，到這一步就把課程對畢業要求的支撐轉換為課程的培養目標，接下來就是組織教學環節及教學手段以達到課程目標進而有效支撐專業畢業要求。

2 教學體系

根據教學目標鉤織教學體系。教學內容上系統講授測試技術的基本理論與構建測試系統的方法，培養解決工程測試問題的相關基礎知識；教學方式上采用虛擬仿真教案、多媒體與傳統板書教具相結合，提高課堂教學信息量，增強教學的直觀性；教學手段上采用以問題為驅動的啟發式和討論式教學，激發學生主動學習的興趣，以學生為中心，培養學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，引導學生主動通過實踐和自學獲得知識，讓學生從被動接受知識轉變為主動學習知識；同時在課外設立網上答疑時間，及時解決學習過程中的問題；加大課內綜合設計性試驗，課內講授內容與實驗互動，發揮課堂講解對實驗的指導作用，同時通過實驗鞏固和加深對講授內容的理解；理論講授與實際案例結合，聘請企業專家進課堂，給出典型的工程測試系統設計案例，從而起到舉一反三的效果。表2為課程教學內容與學時分配表(部分)。

表1 本課程課程目標與畢業要求關系

表2 課程教學內容與學時分配(部分)

3 實驗教學設置

布盧姆等人曾于1956年提出認知領域教育目標分類,圖2為新布盧姆教育目標模型，從圖中可以看出該模型把認知過程維度主要分為6類：記憶(Remembering)、理解(Understanging)、應用(Applying)、分析(Analyzing)、評價(Evaluating)、創造(Creating)，其中記憶是對學習內容的“保持”，與理解一同處于認知過程的基本階段；應用、分析、評價和創造則是對各種知識的遷移、加工和應用，從而使學習者習得解決問題的能力。創造更多的是學習者通過認知過程，隨著知識的積累，產生和形成的各種新觀念、新理論和新技術,認知過程維度中的“創造”正符合當前社會對學生創新思維的培養[14-15]。

圖2 新布盧姆教育目標模型

從教學過程中看，理論教學主要實現知識的記憶及理解，應用、分析、評價和創造則需要通過實踐教學來實現。為了達到應用階段課程設置了企業講座及基礎實驗，通過企業講座學生可以了解測試技術在企業實際生產中的應用，通過基礎實驗學生可獲得部分知識點的應用及加深知識點的理解，而分析、評價和創造則需要更深層次的實踐教學環節來支撐，而且在分析、評價和創造的過程中學生一定會達到記憶、理解及應用，所以在實踐教學環節應該加大綜合設計性實驗的教學設置，減少基礎實驗的教學設置。

基于以上分析，課程加大了綜合設計性實驗的開設，通過綜合設計性實驗將課程知識點有機的系統的整合起來，使得所有需要學習的知識、需要培養的能力和需要具備的素質都圍繞綜合設計性實驗項目這個核心形成一個整體，學生以團隊形式在實驗進行過程中經過查閱文獻、設計方案、系統搭建、數據采集、數據分析及答辯陳述的過程中培養實踐動手能力、綜合創新能力、團隊協作精神。

對于綜合設計性實驗，實驗室提供以上4個大綜合實驗條件，要求學生自由選擇其中2個；完成形式采用團隊形式，學生3～5人一組自由組合，每個綜合實驗設1個組長2～4個組員，由組長協調組員的分工，第2個綜合實驗換1個組長，新組長協調組員完成新的綜合實驗。對于每個綜合實驗，6學時課內、4學時課外，6學時課內實驗具體安排為：測試系統設計與系統搭建(2學時)、數據采集及記錄(2學時)，數據處理與分析(2學時)；4學時課外準備具體安排為：熟悉與自學補充相應知識(2學時)，完成實驗報告及準備答辯PPT(2學時)。

2個綜合實驗完成后除了提交2份實驗報告外，還需準備PPT進行答辯。每組答辯總時間20 min，每個小組由2個人分別匯報2個綜合實驗完成情況，每人匯報7 min，2人共14 min，教師提問6 min。答辯時由任課教師與實驗教師共同組成評委，評委給出每個小組、每個綜合實驗的總成績，由組長根據組員在實驗中的實際貢獻度分配成績，原則上不可平分。

4 課程評價體系

在工程教育認證的標準下，各個教學環節都需要有清晰可實施的評價體系，課程或環節的達成度評價是認定畢業要求是否達成的基礎，科學、合理和真實的課程評價方式才能反映畢業要求是否達成，才能反饋教學中存在的問題，為教學內容、教學方法的持續改進提供依據。課程的評價體系以評價學生能力培養目標為主要目的，以檢查學生對各知識點的掌握程度和應用能力為重要內容，包括課后作業、實驗、期中考試和期末考試環節。現重點闡述綜合性實驗的評價體系。

綜合設計性實驗由于涉及環節較多，對這些主觀性較強的教學采用量規法可直觀地反映教學的效果，也可以更好地引導學生學習。所以課程制定綜合設計性實驗量規表，公正、清晰評價每一個學生學習結果。關于綜合性設計實驗量規表的構建首先評價內容和過程上與實驗教學目標一致，針對學生的主要方面進行重點評價，以起到激勵和引導作用，評價原則和標準要清晰，評價體系要具有公開性和透明性及持續改進性。表4是機械工程測試技術綜合設計性實驗量規表。

在該綜合設計性實驗評價體系中，教師根據量規表認真評價小組各項細則上情況，每一項執行過程中準確給出評價結果并通報小組，對于好的方面給予肯定，對于有待改進的地方提出改進意見，在整個實驗答辯完成后匯總各項成績，給出該小組的平均成績，而各個組員的最終成績由組長負責給出，原則上小組成員成績不能一樣，按照個人對小組貢獻程度在平均分的基礎上給出差異化的成績。在整個綜合設計性實驗開設過程及公開答辯中發現大部分學生都完成了教學目標，一些團隊進行了一些思考和總結甚至超出教師的預期，學生對該實驗的評價和心得也非常好[16]。

5 持續改進

持續改進是工程教育認證的核心理念之一，教學內容、教學方法應根據用人單位反饋、學生反饋、達成度計算等結果持續進行改進，以保證在不斷變化的社會、技術環境中始終能培養達到畢業要求的畢業生。

為了有效提高“機械工程測試技術”課程教學質量，更好地滿足企業對機械工程專業畢業生在測試技術方面能力的需求，課程組定期針對測試技術課程教學大綱向機械、航空航天、船舶能源等行業大型企業的專家開展問卷調查，就課程教學內容、實驗內容以及學時安排等征求企業專家的意見和建議，同時對每一屆學生發放教學質量調查問卷，為教學大綱的修訂和改進提供依據，為提高課程教學質量提供了保證。

最近一次行業的專家調查反饋結果中顯示企業希望在現有的教學大綱基礎上增加課程綜合實驗的數量，提高綜合實驗的質量，增加無損檢測技術方面的內容和學時，增加計算機測試技術的內容、學時和案例。最近一屆的學生調查問卷反饋結果中學生認為部分內容和其他課程有重復、希望加大綜合性實驗的學時。

課程教學組認真分析了調查結果，結合2015版培養方案提出了相應的改進措施：在新版教學計劃中增加了無損檢測技術的內容，無損檢測技術內容由原來的一節擴展到了一章，用于新版培養方案的教材已經編寫完成等待印刷，保證下屆學生按計劃使用；新版同時修改并增加了計算機測試系統的內容和計算機測試案例，對原教材中的計算機測試系統設計案例內容進行精簡、豐富和充實。在綜合實驗方面，從2013年開始就設置了轉子振動與噪聲測量綜合設計性實驗、機械結構模態測試綜合設計性實驗、大位移測量綜合設計性實驗， 2017年新開設多轉速測量綜合設計性實驗，學生綜合性實驗由原來三選一增加為四選二，綜合實驗數量及學時提高一倍。

表4 綜合設計性實驗量規表

以上在教學大綱、教材內容和綜合性實驗方面的改進均來源于對企業專家調研及學生反饋的結果，課程把定期開展大綱的調查工作作為教學的一部分，不斷改進課程的教學內容，為本專業畢業生達到預期培養目標提供有力的支撐。

6 實施效果

以“機械工程測試技術”為例，期末考試在本課程考核環節中所占比例為60%，主要檢驗3個課程目標的達成度。實施效果首先從期末考試成績分析來看，同樣試卷難度，同一個教師負責的班級，2016年分數區間為56分～89分，平均成績72分，其中：60分以下(不及格)為14%；60～79分(中等)為63%，80～89分(良好)為23%，90分以上(優秀)無；2017年分數區間為54分～95分，平均成績77分，其中：60分以下(不及格)為12%；60～79分(中等)為42%，80～89分(良好)占21%，90分以上(優秀)為6%，從以上2年的試卷統計分析可以看出，2017年學生期末考試成績及反應出來的課程目標達成度比2016年全面提高，說明了該課程在工程教育認證體系下以學生為中心、持續改進的教學效果。另外機械工程專業學生參加各類高水平學科競賽及獲獎呈上升態勢，學生申請的全國大學生創新訓練基金呈上升態勢，學生就業率、就業平均工資、升學率及出國深造率都呈現上升趨勢。

7 結 語

在工程教育認證標準下專業畢業要求和培養目標的達成需要每一門課程尤其是專業核心課程的有效支撐，這就要求每一門課程都要按照工程教育認證標準來組織、重建課程教學內容和教學方法，確保課程目標能達成進而支撐整個專業的畢業要求達成，專業畢業要求的持續改進也需要落實到具體課程的持續改進，所以說課程是基石，是按照工程教育認證標準組織教學的最底層保障，在頂層設計做好之后，各認證專業需要監督每一門課程按照工程教育認證的標準重建課程的教學體系以確保培養質量。

認證不是目的而是手段，通過工程教育認證可以推進我國工程教育改革，提高高校工程教育質量，促進我國高校與企業的聯系與合作，有針對性地培養企業、社會發展需要的有國際競爭力畢業生，為我國快速發展的各個領域提供人才保證。