基于工程教育專業認證的工程化學課程混合式教學模式改革與實踐

艾 兵，張麗鵬，柳玉英，董麗麗，王 平

(山東理工大學 化學化工學院，山東 淄博 255049)

所謂工程教育專業認證，它是實現工程教育和工程師資格可以得到國際認可的重要基礎，是目前在國際上通行的保障工程教育質量的基本制度，同時也是進行工程專業人才培養環節中的關鍵一環[1]。工程教育專業認證的主旨理念就是以學生為中心，核心要求是要看工科專業畢業的學生是否達到了能夠被行業認可的行業質量標準或者是行業質量要求，它不是一種選拔性評價，而是這樣一種合格性評價，而且這種評價是以專業對學生的培養目標以及專業對學生的畢業出口要求作為它的導向[2]。

工程教育理念最早提出是在2000年左右，由麻省理工學院等四所國外的大學聯合成立了一個跨國機構，專門研究以“構思、設計、實現、運作”(簡稱CDIO)為核心的工程教育理念。2006年，我國對工程教育專業認證進行了試點。2007年，教育部召集了中國工程教育改革論壇與CDIO國際合作組織大會兩個活動。2008年，高等教育司建立小組專門研究和實踐CDIO工程教育模式。2010年，我國召開首次CDIO工程教育模式試點工作大會；依據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》和《國家中長期人才發展規劃綱要(2010-2020)》，我國開展了“卓越工程師教育培養計劃”，該計劃為我國由工程教育的大國向工程教育的強國邁進奠定了堅實的基礎，山東理工大學入選教育部“卓越計劃”首批試點[3]。2016年，我國正式成為《華盛頓協議》組織的第18個成員國。山東理工大學于2018年啟動了7個專業的工程教育專業認證工作。

工程化學課程是為參加工程教育專業認證的非化學化工類各工程類專業開設的一門重要基礎化學理論課程，該課程的主線為化學反應基本原理，授課內容涵蓋化學熱力學、化學動力學、化學平衡、水化學、電化學、高分子化學、物質結構、綠色化學、環境保護、材料化學、能源化學、生命化學等內容，穿插介紹現代分析測試技術[3]。目前，山東理工大學機械工程學院機械制造、材料成型及控制、交通與車輛工程學院車輛工程、建筑工程學院土木工程等專業都將工程化學課程作為本專業學科基礎平臺課程中的必修課進行開設，每年涉及學生數近千人。傳統的工程化學課程教學存在一些問題，比如，教學模式單一，對學生的實踐能力培養不夠重視，考核方式不夠多元化，課程的信息化建設水平較低，對學生解決復雜工程問題的能力培養不夠立體等，難以滿足工程教育專業認證對化學類課程的要求。

近年來，隨著計算機和信息技術行業的快速發展，混合式教學模式已經成為了高等學校教育發展的大勢所趨。所謂混合式教學模式，是指在學生整個的學習過程中，能夠將課堂面授的優勢和在線學習的優勢進行融合和互補，提升學習的有效性。混合式教學模式不僅僅是教學模式上的改革，而是一種教學理念的提升，這種提升會使得教師的教學模式、教學策略、教學角色以及學生的認知方式等隨之改變，國內外混合式教學模式的探索在近年來呈現出明顯加快的增長趨勢，混合式教學系統的設計和開發也呈現出多元化、專業化的趨勢，應用混合式教學模式對高等學校課程教學進行系統化地改造也受到各高校的廣泛關注[4]。山東理工大學在2012年被教育部確定為第一批教育信息化試點單位，對信息技術與課程教學深度融合模式進行了深入探索，積累了混合式教學模式改革的大量經驗。2018年，山東理工大學被教育部評為首批教育信息化試點優秀單位，省內高校僅有2所。

在工程教育專業認證和學校著力推進信息化教學改革的背景下，結合學校工程化學教學發展的現狀，我們以引入混合式教學模式為抓手，帶動工程化學課程更新教學理念、重構教學內容、創新教學方法，構建新的考評體系，進行信息化建設等，實現課程的整體改造，從而提升學生的自主學習能力，提高學生分析問題和解決問題的能力，使工程化學課程教學能夠滿足工程教育專業認證的各項標準，為學生將來能夠成為卓越工程師奠定堅實的化學基礎。

1 更新教學理念

教學改革的第一步應該是教師要更新教學理念。只有具備了先進的教學理念，任課教師才能夠主動地對教學過程的各個環節進行革新。

以學生為中心、成果導向和持續改進是工程教育專業認證最基本的理念，產出導向(OBE)教育理念，是于1981年被提出后迅速得到世界各國認可的先進理念，經過多年探索與實踐，其理論體系和操作模式已經趨于成熟[5]。在傳統教學模式中，依據專業導向制定培養方案，根據培養方案決定開設哪些課程，教師組織教學過程，實際上是教師講哪些學生學哪些，注重知識傳授，以教師為中心；而產出導向教育模式，依據培養目標制定畢業要求，根據畢業要求決定開設哪些課程，教師組織教學過程，學生需要講哪些教師就講哪些，注重能力培養，以學生為中心。同時，工程教育專業認證特別突出持續改進，要求參加認證的專業要建立持續且有效的改進制度，從而能夠保證培養目標與行業需求不斷適應，能夠保證畢業要求與培養目標不斷適應，能夠保證教學活動與畢業要求不斷適應。

2 調整教學目標

山東理工大學于2017年在全校第七次本科教學工作會議上提出了“五有”人才的人才培養目標。結合工程教育專業認證的目標和工程教育專業認證的畢業要求以及學校各專業的人才培養目標，我們對工程化學課程的教學目標進行了調整，同時，建立了課程教學目標對畢業要求指標的支撐關系矩陣。以機械設計制造及其自動化專業為例，具體的調整情況如下：(1)教會學生掌握溶液和膠體的基本性質、化學熱力學、近代物質結構、化學平衡等有關化學基礎知識和化學基本原理。①掌握溶液和膠體的基本概念；能夠研究溶液和膠體的基本性質及其原理。②熟練掌握化學熱力學的基本理論知識并且能夠加以應用。③能夠認清物質的基本結構，并且利用近代物質結構觀分析其結構與性質之間的關系。④熟練掌握化學平衡的基本原理并加以應用。(2)通過學習使學生達到的基本要求。①能夠熟練運用化學基本原理掌握有關化學元素、化合物和化學反應基本知識的能力。②具有按照實際情況運用所學化學知識和化學原理的能力。(3)學生學習后能夠提高的素質。①提高工藝素質：在產品制造過程中能夠合理地運用人力、物力資源，在保證產品質量的前提下最大限度地提高生產效率、降低生產成本，從而利用各種技術手段提高企業的經濟效益。②提高學生自身素質：在處理多因素復雜工程問題時運用工藝理論和思想去粗取精、去偽存真、抓住主要矛盾或矛盾的主要方面，進而合理地解決問題。

3 重構教學內容

傳統的工程化學課程采用的是章節結構來進行課堂教學，這種授課方式已經無法滿足混合式教學模式的需要。為滿足混合式教學模式改革的需要，必須對課程的教學內容進行頂層設計和重構。

根據布魯姆的教學理論，其將知識維度的類別分為了事實性、概念性、程序性和元認知知識，其將認知過程維度的類別分為了記憶、理解、應用、分析、評價和創造[6]。依據該理論，我們對工程化學課程的知識點進行統一梳理和重新編排，各知識點的授課內容也進行了較大的革新，以使授課內容適應不同專業的畢業要求和人才培養目標，滿足工程教育專業認證的需要。工程化學課程經過梳理后目前形成了75個知識點，我們在梳理的同時明確了各知識點的知識維度和認知過程維度，建立了工程化學課程各個知識點的知識維度和認知維度的關系矩陣。通過一系列基礎性工作，我們打破了工程化學課程原有的章節結構，弄清了知識點的難易程度，弄清了哪些知識點應該以教師講授為主，哪些知識點應該以學生自學為主，為實現知識點的模塊化教學和混合式教學模式改革奠定了重要的基礎。

另外，我們通過重構教學內容著力加強對學生實踐動手能力和創新素質的培養。一方面，我們對課內實驗教學項目和內容進行了調整，項目由原來的金屬的腐蝕與防止調整為氧化還原反應和氧化還原平衡，更加注重化學基本知識和基本技能訓練，穿插介紹化學實驗安全和操作規范知識，幫助學生樹立工程安全的防范意識。另一方面，充分發揮學院化學、化工學科的科研優勢，將科學研究前沿熱點領域的知識點整合成恰當的教學內容，激發學生對工程化學課程的學習興趣，同時較好地實現科研對教學的反哺功能。

4 探索混合式教學模式

面對工程教育專業認證，必須深化課程教學模式改革，提高教學質量，這是達成培養目標的關鍵。第一，課程教學必須由灌輸型向對話型改變；第二，課程教學必須由封閉式向開放式改變；第三，課程教學必須由知識培養型向能力培養型改變；第四，課程教學必須由句號型向問號型改變。基于以上理念，我們設計構建了工程化學課程的多元混合式教學模式，注重線上與線下的融合，注重課內與課外的互補，注重打破時間和空間局限性，充分利用網絡教學綜合平臺各個模塊的功能，提高學生自主學習的能力，提升學生自身的綜合素質。

基于山東理工大學網絡教學綜合平臺，對工程化學課程的教學資源進行了信息化建設，完善了學生線上學習的學習環境。通過網絡教學綜合平臺，完善了課程介紹、教學大綱、教學日歷、教師信息等課程基本信息。課程教學資源模塊下初步形成了學分互認、課堂教學卓越計劃、課程標準、教案、實驗、教學課件、導學任務單、基于知識點的課程體系建設、拓展性教學資源等子模塊，為學生在線學習積累了豐富的線上資源。

學生通過導學任務單提前了解教師布置的自學任務，線上瀏覽網絡教學綜合平臺相關學習資料，完成自主學習；同時，通過平臺將存在的問題提交給教師，教師就學生自主學習的效果給予跟蹤指導和及時地評價與反饋，還可以組織課前在線測試，教師與學生完成課前的在線互動。

課堂上教師進行精準講解，所謂精，是指教師集中精力講授重點和難點部分；所謂準，是指教師集中解釋學生線上反饋的問題。精準講解的目的是要把課堂時間還給學生，要把學生的自主權還給學生，以問題為導向，授學生以漁，提高學生發現問題和解決問題的能力。通過精準講解節省出來的時間可以用于學生的小組討論、翻轉課堂、課堂在線測試等教學環節，實現課堂的師生以及生生互動。

學生利用課后時間通過線上繼續學習，鞏固課堂上教師所講授的內容，根據教師的要求完成課后作業并在規定的時間內通過平臺進行線上提交，教師通過平臺及時對學生提交的作業進行批閱和反饋，教師還可以向學生展示優秀作業。另外，我們還通過平臺的答疑討論版塊，鼓勵學生開展“三問三答”活動，即每個學生要在該模塊發表三個與課程相關的討論主題，并要參加其他三個同學發表主題的相關討論，教師要及時地參與到每一個學生發表的主題中并給予解答，實現了課后的師生以及生生互動。

一個模塊的知識點結束以后，學生可以將該模塊內的知識點進行梳理，將模塊內的知識點內化到自己的知識體系中，并根據自己的理解繪制出知識地圖，以學生筆記的形式上傳到平臺，教師及時進行評價與反饋。教師在本階段也可以進行一定程度的教學反思，及時形成教師筆記并上傳到平臺供學生查閱。同時，教師還可以組織課后測試、單元測試、模塊測試等豐富多樣的在線測試活動。

答疑討論、學生筆記、教師筆記、在線測試等模塊活動的開展極大地促進了教學相長，也為整個教學過程的持續改進找到了抓手。

5 創新教學方法

在工程化學課程的課堂授課過程中，經常采用啟發式、問題式、比較式、互動式等教學方法，往往是根據授課內容的不同靈活選取，以激發學生的學習興趣。面向工程教育專業認證，我們首次在工程化學教學過程中引入了案例式教學方法，整理形成了光催化降解水中有機污染物、金屬的腐蝕與防止、配合物的形成及其應用、有機合成藥物等多個實際教學案例。案例教學法，以貼近工程實際的案例為出發點，通過講故事的方式向學生娓娓道來，并將相關知識點穿插其中，使學生感覺學有所用，易于接受，同時，通過實際的工程案例，培養學生利用化學知識解決實際工程問題的能力。

6 構建新的考評體系

混合式教學模式的采用迫切要求工程化學課程建立新的考核體系，其必須滿足多元化的要求，以適應對線上和線下、課內和課外等多個教學環節的考核；其必須滿足過程性的要求，以適應教師可以及時掌握學生的學習情況，對教學過程隨時進行有針對性的調整，實現教與學的可持續性改進；其必須滿足注重考查能力的要求，以適應工程教育專業認證[7]。工程化學課程新的考評體系包含過程性成績60%，期末考試成績40%。其中過程性成績包含課堂出勤與表現5%，課后作業10%，課程論文15%，團隊作業10%，線上學習10%，實驗10%。線上學習我們選取了調查問卷、答疑討論、學生筆記和在線測試四個能夠準確量化的模塊活動計算成績，其他指標，比如在線時長、登錄平臺次數、瀏覽課程資源次數等作為參考。

7 結語

基于工程教育專業認證，我們對工程化學課程進行了混合式教學模式的改革，并經過了六個自然班的實踐與探索。通過對學生在線的調查問卷顯示，98%的學生對這種混合式教學模式是滿意的，這應該是對我們教改工作的最大肯定。同時，任課教師也明顯感覺到，與往屆學生相比較，參與混合式教學模式改革的學生學習主動性更高，自學能力更強，發現和解決問題的能力有所提升，綜合素質更好，更能適應工程教育專業認證的要求。正如某同學在結課調查問卷中寫到的那樣，“工程化學課程是一門很實用的課程，它涉及的知識面很廣，讓我們非化學專業的學生也都收獲頗豐；這門課程很注重學習過程和平時互動，激發了我們平時學習的興趣，讓我們能夠及時地發現問題和解決問題；為每個模塊的知識點構建知識地圖對于學習來說十分有用，可以推廣到其他課程；混合式教學模式很有意思，讓我受益匪淺；喜歡這種學習并快樂的課程”。

我們將依托山東理工大學網絡教學綜合平臺，進一步完善線上教學資源、完善混合式教學模式的各個環節、完善基于知識點的課程體系建設，使工程化學課程持續改進，永葆生機和活力。