基于工程認證的“金屬材料及熱處理”課程質量評價的研究與實踐

向定漢 陳國華

摘 要 工程認證是全球通行的教學質量保障制度，提高教學質量是當前高等教育的迫切使命。課程質量評價是教學質量監控的核心環節。本研究，從明確“面向產出”課程任務、建立“面向產出”的評價標準、設計“面向產出”的教學內容以及選擇合適定性或定量評價方法等4個方面介紹“金屬材料及熱處理”課程，如何培養學生能力，又是如何考核與評價學生能力。實現與國際接軌，為高校建立“面向產出”的內部質量保障體系提供了借鑒。

關鍵詞 工程教育認證 內部質量保障體系 面向產出 課程質量評價

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.12.058

Abstract Engineering certification is a universal teaching quality assurance system， and improving teaching quality is the urgent mission of higher education. Curriculum quality evaluation is the core link of teaching quality monitoring. In this study， we introduce the course of "metal materials and heat treatment" from the following four aspects： defining the task of the "output oriented" course， establishing the "output-oriented" evaluation standard， designing the "output-oriented" teaching content， and selecting the appropriate qualitative or quantitative evaluation methods. It provides a reference for colleges and universities to establish "output oriented" internal quality assurance system.

Keywords engineering education certification; internal quality assurance system; output oriented; curriculum quality evaluation

截止2019年底，我國有241所高校的1353個專業通過了工程教育認證，分布在機械、化工與制藥等21個工科專業類。[1]通過國際工程教育認證，標志著這些專業的教學質量實現了國際實質等效。喧囂的背后有質量（實質等效）的隱憂，2019年4月2日，中國計算機學會（CCF）在官網發布公告稱，不再承擔工程教育認證工作。CCF解釋退出的原因是難以協調質量與數量之間的矛盾。[2]

以課程為中心的傳統工程教育，圍繞著課程內容培養學生基礎理論和實踐能力。未來工程教育需要革新傳統課堂，回應新的科技革命和產業革命。[3]實踐證明：沒有標準就沒有質量，管理監控是質量的保證。[4]建立工程教育的質量標準，必須滿足當今社會發展對人才的需要，即掌握知識，能夠應用知識的人（技能）。因此，工程教育認證以培養學生的能力（技能）為標準，突出以學生為中心的理念，強調學生學習的主動性與學習的效果。中國工程教育認證標準（2018版）

畢業要求12條全部以能力為考核標準。困難在于能力如何教？如何考核？如何評價呢？眾所周知，能力很難用數字量化，但是可以評價、可以衡量的。因此，課程質量評價是教學質量監控的核心環節，也是畢業要求達成的依據。本項研究，以“金屬材料及熱處理”課程為例，探索學生能力如何培養、如何考核以及如何評價。

1 明確“面向產出”的課程任務

本校材料科學與工程專業按照工程教育認證標準（2018版），依據明確、公開、可衡量的要求，將12條畢業要求分解為36個指標點。專業要求本課程承擔的畢業要求的3個指標點如下：

指標點1.2：能針對材料工程問題建立數學或力學模型并求解。

指標點4.2：能夠根據復雜工程問題相關的材料特征，選擇研究路線，設計實驗方案。

指標點7.2：能夠站在環境保護和可持續發展的角度思考材料工程實踐的可持續性，評價材料制品周期中可能對人類和環境造成的損害和隱患。

2 建立“面向產出”的課程評價標準

2.1 指標點1.2的評價標準

在傳統教學模式中，教學主要是知識傳輸，學習則是記憶知識，學習效果評價主要是通過考試檢查學生記憶的完整性和準確性。[5]國際工程教育則強調以學生為中心的理念，重點評價學生學習效果，即能力的增量。

根據指標點1.2的涵義，能針對材料工程問題建立數學或力學模型并求解。由于期末考試為120分鐘，數學建模難以在規定的時間內完成，因此對學生建模能力不可能通過考試來評價。合理的做法是布置一個材料工程問題，讓學生課外建模解決，提交研究報告。建模解決工程問題能力，可通過定性評價。評價標準如表1所示。

2.2 指標點4.2的評價標準

根據指標點4.2的涵義，能夠根據復雜工程問題相關的材料特征，選擇研究路線，設計實驗方案。這項指標點涉及的解決復雜工程問題能力、綜合實驗技能可通過定性評價，有關工程設計的期末考試，則可通過定量評價，評價標準如表2所示。

2.3 指標點7.2的評價標準

根據指標點7.2的涵義，能夠站在環境保護和可持續發展的角度思考材料工程實踐的可持續性，評價材料制品周期中可能對人類和環境造成的損害和隱患（表3）。

本指標點對環境與可持續發展的理念掌握情況，可通過研討課與學生提交的環境與可持續發展研究報告，可定性評價，而能否活學活用，則可通過期末考試定量評價。評價標準如表3所示。

3 “面向產出”課程目標的設計及實現

3.1 設計課程目標

本課程依據專業指定的4個指標點，設計4條課程目標如下：

課程目標1，能針對一個金屬材料的工程問題，建立數學或力學模型，比較模型的計算結果與工程實際的誤差（支撐指標點1.2）。

課程目標2，能針對一個金屬材料及熱處理的復雜工程問題，制定一個的實驗研究方案，并利用金屬材料及熱處理的理論知識分析后進行實驗驗證（支撐指標點4.2）。

課程目標3，能夠站在環境保護和可持續發展的角度思考金屬材料及熱處理相關工程實踐的可持續性，評價熱處理工藝可能對人類和環境造成的損害和隱患（支撐指標點7.2）。

3.2 課程目標的實現

3.2.1 課程目標1的實現

第四章鐵基合金，第二節結構鋼部分，講授普通碳碳素結構鋼Q235與Q345以及合金結構鋼Q420與Q460等。引入金屬材料數學模型與力學模型的求解，實現課程目標1。

示例1：武漢長江大橋的鋼結構用A3鋼（Q235）制造，最大跨度128米，南京長江大橋用16Mn（Q345），利用學過的工程知識建一個模型，計算南京長江大橋最大跨度？并分析其的合理性。

（1）工程問題分析與建模：從武漢長江大橋可以看出，橋梁的主體結構由鋼結構支承的，其鋼結構選用A3鋼（Q235），任意兩個橋墩之間承受的載荷是均勻，可取兩個橋墩，假設兩個橋墩之間的距離為l （m），均布載荷為q （kN/m），建立數學力學模型如圖1。

（2）求最大彎曲正應力：

（3）求南京長江大橋最大跨度：

3.2.2課程目標2的實現

本課程通過3個途徑培養學生分析與解決復雜工程問題的能力，實現目標2。

第一，本課程設計了“45鋼熱處理工藝、組織與性能綜合實驗”（4學時），訓練學生實驗技能，如何表征、分析實驗結果的能力。

第二，本課程設計了多個與教學內容相關復雜工程問題，如“航空母艦甲板選材料”“殲20航空發動機的葉片”“盾構機的刀具”等等，撰寫研究報告，要求學生選擇一個復雜工程問題，通過查詢文獻，制定多個實驗研究方案，通過分析選擇一個合理的解決方案，來訓練學生解決復雜工程問題的能力。

第三，期末考試題檢查學生對實驗結果的分析能力，期末考試題：40CrMn鋼820 ℃淬火645 ℃回火后隨爐冷卻，沖擊韌性值為90 kJ/m2，而820 ℃淬火645 ℃回火后水冷，沖擊韌性值則為720 kJ/m2。分析隨爐冷卻沖擊韌性值低的原因。期末考試題，設計汽輪機葉片，要求：為其選材，說明其熱處理工藝，以及室溫下組織。檢查解決課程內容相關工程問題的能力。

3.2.3課程目標3的實現

傳統熱處理過程不可避免產生廢渣、廢水、廢氣（三廢）污染環境，還是有名的電老虎。本課程在熱處理教學內容中，安排了2學時以“熱處理新技術與環境”為主題的研討課，要求學生3個1組，制作PPT，課內展示研討。研討課結束后，每個同學要提交“XXXX熱處理新技術對環境與可持續發展的影響”研究報告。期末考試，設計了“桂林福達集團有限公司連續熱處理生產線，采用甲醇燃料加熱，而不用電能。分析原因”，檢查學生對環境與可持續發展的理解程度。

4 選擇合適的定性或定量評價方法

4.1 課程目標的評價方法

本課程目標的定性或定量評價方法如表4所示。

4.2 本課程目標的評價結果

依據表4課程評價方式與評價標準，2018-2019學年度第 二 學期本課程達成情況計算如表5所示。

課程目標2達成情況計算：

從表5可以看出，課程目標1達成情況是0.682，課程目標3達成情況是0.761。本專業課程達成情況合格標準為0.65。由此可見，很好地完成本課程目標，有效地支撐了專業交給了本課程的畢業要求指標點1.2、指標點4.2以及指標點7.2。

5 結論

持續改進的質量文化理念，主要針對高校課程體系設置及教學質量，要求建立完善的質量評價標準和質量監控體系。[6]

課程評價的結果可知，目標3的達成情況是0.761最高，說明通過本課程目標3的學習，學生環境與可持續發展的理念理解最好，能夠活學活用;而課程目標1的達成情況是0.682最低，說明學生利用數學或力學建模解決工程問題的能力有待提高，在下年度的教學中，要加強對學生通過建模解決工程問題能力的培養。盡管課程目標2達成情況為0.731，（下轉第132頁）（上接第129頁）但是有關“工程設計”的期末考試平均成績僅68.5，下年度要加強“基于原理通過分析解決問題”能力的培養。

基金項目：2019 年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“工程認證引領材料科學與工程專業從“形似”到“神似”的探索與實踐”（ 編號：2019JGA170）;2018 年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“基于工程認證和OBE理念材料大類人才培養模式的研究與實踐”（ 編號：2018JGA159）

參考文獻

[1] 教育部高等教育教學評估中心，中國工程教育專業認證協會，關于發布已通過工程教育認證專業名單的通告，2020.7.15.

[2] 中國計算機學會. 關于中國計算機學會不再承擔工程教育認證工作的公告.https：//www.ccf.org.cn/c/2019-04-03/661339.shtml

[3] 丁若曦，喬偉峰.探路未來國際工程教育：對接全球發展，革新傳統課堂[J].高等工程教育研究，2017（6）：116-119.

[4] 朱建芳.“以學生為中心”的高校內部教學質量保障體系研究與實踐[J].黑龍江高教研究，2019（5）：138-142.

[5] 趙炬明，高筱卉.關注學習效果：建設全校統一的教學質量保障體系——美國“以學生為中心”的本科教學改革研究之五[J].高等工程教育研究，2019（3）：5-20.

[6] 李偉，繆培仁，胡燕，王恬.基于專業認證思維的農業院校專業建設研究與實踐[J].中國大學教學，2018（6）：53-58.