工程教育專業認證背景下研究生電化學課程教學的探索與實踐

劉雙科 李宇杰 王丹琴 郭青鵬 葉益聰

[摘 要]工程教育專業認證對于保障和提高工程專業的教學質量和人才培養質量至關重要。為適應我校工程教育專業認證的形勢，切實提高研究生教學質量，課題組根據工程教育專業認證對課程教學的要求，以“以學生為中心、成果導向、持續改進”理念為出發點，對研究生電化學課程教學改革進行了以下探索與實踐： 深化教學內容改革，突出知識的實用性、前沿性和交叉性; 創新教學方法手段，以學生為中心，發揮學生主觀能動性;優化考核方式方法，激勵師生共同學習共同進步，持續改進。

[關鍵詞]工程教育;專業認證;電化學;教學改革

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）10-0074-03

工程教育專業認證是指為了保證和改進工程教育質量、促進工程教育的國際交流和實現國際互認，由專業認證機構針對高等教育機構開設的工程類專業教育實施的專門性認證[1]。工程教育專業認證的三個核心理念[2]為： 以學生為中心、成果導向、持續改進。這些核心理念代表了高等院校本科生和研究生工程專業教育改革的方向，對于保障和提高工程專業的教學質量和人才培養質量至關重要。

2016年6月，我國正式加入國際工程教育《華盛頓協議》組織[3]，標志著我國工程教育質量認證體系實現與國際實質等效，工程師資格國際互認。在這種背景下，為了提高工程教育質量，與國際同行接軌，國內高校的優勢專業紛紛開展工程教育專業認證。國防科技大學作為985、211及“雙一流”建設高校，2014年開始申請并通過了計算機科學與技術、網絡工程專業的工程教育專業認證，并計劃進一步使更多的優勢工程專業獲得國際認證。

為了適應我校工程教育專業認證的形勢，切實提高研究生的科研創新能力和解決實際工程問題的能力，課題組基于對工程教育專業認證理念的認識和理解，對研究生電化學課程的教學內容、教學方法及考核方式等進行了相關探索和實踐。

一、工程教育專業認證核心理念對課程教學的基本要求

我國現行的工程教育專業認證有一套認證標準——《工程教育專業認證標準（2015）》，其基本邏輯思路為：體現以全體學生為中心，以畢業要求和培養目標為導向，通過課程體系、師資和其他支持條件來有效實施教學，最后建立和完善內外部質量保障機制，形成不斷持續改進[4]。該認證標準倡導三大核心理念：以學生為中心、成果導向、持續改進。

“以學生為中心”強調學生是學習的主體，教學的目的和任務不在于“教”，而在于“學”，教學應重點關注學生的學習和需要，教師在教學活動中起引導作用，通過以學生“學”為中心的教學模式使全體學生在知識、 能力和素質上得到全面提升。這就需要教師在進行課程教學前對全體學生進行深入的學情分析，在教學活動中充分體現以學生為中心的思想，改變“以教師為中心”的傳統灌輸式教學模式，更多地引入啟發式、研討式、互動式教學，激發學生對課程的興趣，充分發揮學生的主觀能動性，全面有效地提高學生的知識能力素質。

“成果導向”是指教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果[5]，即通過課程教學和專業建設使得全體學生在專業知識和技能、人文社會素養、團隊協作和終身學習等方面均達到培養目標制訂的要求。因此，課程教學活動應圍繞以“學生能力素質培養”為導向進行教學設計、教學實施和教學評價，尤其作為研究生課程，除了要求學生掌握堅實的基礎理論和知識，更應重點培養學生運用所學知識解決實際科研或工程中專業問題的應用和創新能力。

“持續改進”則要求對課程教學活動進行有效的質量管理，這就需要建立具有“評價—反饋—改進”特征的持續改進機制[6]。具體來說，就是要對課程教學進行常態性的評估與評價，及時將評估結果反饋給教師，然后針對課程教學中的不足及時進行改進。

二、研究生電化學課程教學改革的探索與實踐

電化學是材料科學與工程專業的學科專業課，也是電化學專業的基礎理論課，主要包括電化學基礎理論、電化學應用以及電化學研究方法和測試技術三大部分內容，具有很強的基礎理論性、實踐應用性和綜合交叉性。其課程目標旨在使學生掌握堅實的電化學基礎理論和知識，培養學生應用所學知識解決實際科研或工程中電化學問題的能力。

為了踐行工程教育專業認證理念，達成研究生教學的知識目標——“掌握堅實的基礎理論和系統的專門知識”以及能力目標——“培養實踐和創新能力”，課題組從“以學生為中心、成果導向、持續改進”三大核心理念為出發點，對研究生電化學課程的教學內容、教學方法及考核方式等進行了有益的探索和實踐。

（一）深化教學內容改革：突出知識的實用性、前沿性和交叉性

根據工程教育專業認證“以學生為中心”和“產出導向”的理念，在教學開始前對學生進行深入的學情分析，并結合本校研究特色和當前技術發展需要，突出課程教學的實用性、前沿性和交叉性，有針對性地對教學內容進行了調整。

1.了解學生的基礎，調整教學內容和難度。由于我校研究生來源廣泛，既有軍校背景的本校研究生，也有地方院校的讀研學生，專業基礎參差不齊，因此每次開課前我們都會先調研全體學生是否具備物理化學和高等數學的知識，根據學生掌握的情況調整教學內容和難度，以使所有學生都能夠聽得懂、跟得上課堂教學。

2.調研學生的需求，調整教學重點。一般來說，選修本門課程的研究生其研究課題基本會涉及電化學研究方向，其碩士、博士階段會從事與電池、電催化、電沉積、腐蝕與防護等相關的研究，因此他們選修本門課程通常具有較強的目的性，希望在本門課程中學到與將來研究課題相關的基礎理論和專門知識，從而有助于其更有效、更快地進入課題研究。所以，在開課之前教師會調研每一個學生的學位論文研究方向、參與科研項目情況以及學術興趣等，根據調研情況在課程教學上重點向與其研究相關的內容傾斜，希望能夠達到學以致用、以學生為中心的目的，使授課內容對他們未來的科研工作有所幫助。

3.更新教學內容，突出特色，緊跟前沿。研究生教學內容一方面要突出本校科研特色，突出國防軍事特色，堅持為軍服務;另一方面也要緊跟學科發展前沿，引進和吸收國內外一流大學優秀教材，將最新的電化學科研成果和進展引入課堂中，拓寬學生視野、增強學生科研實踐能力。我校研究生既有軍人研究生，也有地方研究生，他們對電化學教學內容的需求也有所不同。因此，在緒論學習中我們考慮弱化電化學的研究對象和發展歷史，重點講述電化學的重要應用領域，尤其突出化學電源、金屬腐蝕防護等在軍事武器裝備中的具體電化學應用。

此外，我們重點跟蹤了國內外一流大學如清華大學、麻省理工學院等高校的電化學課程，對教學內容進行有效的篩選和更新。教學內容刪減了與本科物理化學中電化學部分相重復的內容，以及明顯跟不上電化學技術發展、與當前產業和電化學專業發展脫節的內容，如電解質溶液的活度、鋅錳電池、鉛酸電池、氯堿工業等;加大了與電化學生產實踐、科技前沿有關的內容，如加入了電催化、新型二次電池以及固體電解質膜的最新研究進展。

4.引入交叉研究方向，培養科研創新思維。科學新理論、新發明的產生，新的工程技術的出現，經常是在學科的邊緣或交叉點上，重視交叉學科將使科學本身向著更深層次和更高水平發展。電化學本身就是一門重要的交叉學科，它與能源、環境、生命、材料等學科密切相關，催生了能源電化學、環境電化學、生物電化學、材料電化學、半導體電化學等分支。近年以來，電化學與其他領域結合產生了新的研究方向，如將電鍍原理應用于3D打印技術形成電化學增材制造，如采用高通量計算對電極材料進行篩選以提供理論參考。在課程教學上，及時將這些新的交叉研究方向引入課堂，使學生建立交叉創新的科研思維。

（二）創新教學方法手段：以學生為中心，發揮學生主觀能動性

在工程教育專業認證理念下，以教師為中心的現狀需要轉變為以學生為中心，我們結合本校的研究特色和小班教學優勢，通過豐富教學手段，合理利用多媒體、問題教學法、研討式教學以及實踐性教學等，使課堂“活”起來，讓學生“動”起來。

1.優化傳統的多媒體和板書教學，改進教學效果。電化學課程理論性強，概念、公式、定律較多，比較抽象難懂，因此需要合理利用多媒體和板書等方式，認真制作多媒體課件，多采用圖片、動畫、視頻等，以生動形象地展示電化學中的結構、過程，方便學生理解。例如將電池比如為水庫，電量比如為水庫水量、電勢差比如為水庫落差;通過板書設計幫助學生理解課程的重點以及電化學體系的邏輯層次。

2.引入問題教學法，提升學生學習興趣。在課程教學過程中引入現實生活生產中有關電化學的現象和事實，有意地創設問題情境，以引起學生的興趣和思考，然后引導學生學習電化學相關理論知識，最終回歸到問題的解答上來。例如，講解電化學腐蝕時，首先給出兩張圖片：生銹的瓦良格號航母和歷經千年而光潔如新的越王勾踐劍，提出問題：為什么兩種金屬材料腐蝕情況和腐蝕速度相差如此之大？然后介紹金屬腐蝕的概念、分類、原理以及影響金屬腐蝕速率的因素，通過這些基礎理論的學習使得學生明白原因在于金屬種類不同、所處環境介質不同、腐蝕機理也不同。再比如，在講述氫燃料電池時，引入當前社會關注的熱點青年汽車的“水氫發動機”，引導學生深入分析其實質是“燃料電池汽車”。

3.大力開展研討式教學，激發學生學習主動性。在開課準備階段，根據學生未來的研究方向給每個學生劃分一個與電化學相關的子專題，要求學生圍繞該子專題查閱相關資料和文獻，在課堂上做一次學術報告，講解該領域的研究現狀、存在的問題以及未來發展趨勢。然后組織和引導其他學生參與討論，報告人進行解答。最后采用同行評議的方式對該報告進行打分和評價，使學生了解自己的不足以便后續改進。

4.引入實踐性教學，增強對理論知識的深刻理解。電化學涵蓋內容很廣，從基礎理論、研究方法到實際應用，在有限學時內需要講授完這么多內容，對于老師和學生都是一個不小的挑戰。過去為了完成教學任務，不得不采取全程講授的教學方式，簡略講解難度較大的內容，壓縮實踐性課時。這就容易導致學生在課堂上難以抓住重點，匆匆聽完課程但理解不夠深入，缺乏實踐環節對將來的科研和工作沒有幫助、啟發。因此，需要加強實踐教學環節，將理論與科研實踐緊密結合起來，通過科研實踐加深對理論的理解和認識。根據實驗室的條件，我們加入了電池制備、循環伏安法和交流阻抗法測試等實踐教學環節，通過學生在制備電池并對其進行電化學性能研究的過程中加深對電極電勢、極化、阻抗、容量、比能量等電化學概念的理解和認識。

（三）優化考核方式方法：激勵師生共同學習共同進步，持續改進

由于電化學為基礎理論課，常規考核方式為閉卷考試，以分數作為評價學生學習效果的主要依據，缺乏過程性評價，而且考試只針對學生，缺乏對老師的考核評價，無法體現工程教育專業認證“持續改進”的教學理念。

為了激勵學生自主學習，注重知識、能力、素質全方位考核和過程性考核，我們將課堂表現、實踐操作和研討教學等情況納入課程考核。考核方式分為五個方面：期終考試占70%、課堂表現占10%、實踐環節占10%、研討環節占10%，從而全面考核學生掌握知識及靈活運用知識的綜合能力。

此外，為了促進教師持續改進教學質量，學期結束時，對學生進行問卷調查，讓學生提出課程教學的不足，教師提供教學反思報告、教學總結報告，在后續教學過程中保證課程的持續改進。同時，結合學校教學督導專家的聽課反饋，學校及時了解督導專家的相關意見。通過學生和督導專家兩方面的意見搜集，教師及時了解了授課的不足之處，從而在后續教學過程中不斷完善和改進教學效果。

三、結語

為適應我校工程教育專業認證的形勢，切實提高研究生教學質量，基于工程教育專業認證“以學生為中心、成果導向、持續改進”的教育理念，通過深入的學情分析，結合本校研究特色和當前技術發展需要，對研究生電化學課程的教學內容、教學方法手段以及考核方式方法等進行了有益的探索與實踐。教師通過這些改革和實踐措施，激發了學生的學習興趣，培養了學生的創新思維，提高了學生應用所學知識解決實際科研或工程中電化學問題的能力，鍛煉了學生的自主學習能力和團隊協作意識，從而有效提升了電化學教學質量，培養出優秀的、符合工程教育專業認證要求和培養目標的創新人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王孫禺，孔鋼城，雷環.《華盛頓協議》及其對我國工程教育的借鑒意義[J]. 高等工程教育研究，2007（1）：10-15.

[2] 夏淑倩，王曼玲，程金萍，等.踐行OBE理念，開展化工類專業新工科建設[J].化工高等教育，2018（1）：9-61.

[3] 陳濤，邵云飛.《華盛頓協議》：內涵闡釋與中國實踐：兼談與“新工科”建設的實質等效性[J]. 重慶高教研究，2018，6 （1） ： 56 - 64.

[4] 尤園. 基于工程教育專業認證的本科人才培養模式研究：以某高校計算機科學與技術專業為例[D].綿陽：西南科技大學，2018.

[5] 李志義. 解析工程教育專業認證的成果導向理念[J]. 中國高等教育， 2014（17）： 7-10.

[6] 李志義. 解析工程教育專業認證的持續改進理念[J]. 中國高等教育， 2015（15） ：33-35.

[責任編輯：鐘 嵐]