基于能力導向的《高分子創新綜合實驗》課程教學改革與實踐*

2022-01-26 03:22:38楊繼年黃新華王周鋒丁國新

廣州化工 2022年1期

楊繼年，黃新華，王周鋒，丁國新

(安徽理工大學材料科學與工程學院，安徽淮南 232001)

為了適應新形勢下工程類專業發展的需要，我國從2006年開始在構建能夠銜接工程師制度的工程教育專業認證體系，并在2016年加入《華盛頓協議》之際制定了“面向世界、面向未來”的高等教育發展戰略，全面推動工程類專業的專業認證行動，促進學科和專業發展。工程教育專業認證是一種基于能力導向的認證標準，其倡導的核心理念包括成果導向、學生中心和持續改進等三個方面，目的是確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準。因此，在能力導向的培養背景下，必須圍繞“學生畢業能力達成度”這一核心任務進行專業課程體系設置、師資隊伍配置、教學條件以及能力培養的配置和優化[1]；要改變傳統的知識傳導型學生培養理念，基于學生預期獲得能力的問題進行反向設計和正向措施的實施[2]，促進高等教育的發展從外延式擴張發展向內涵式質量提升的轉變，向用人單位需求為驅動的發展，促進高等教育人才市場供求關系的可持續發展[3-4]。因此，基于能力導向的教學培養體系要以學生為中心，出發點不是教師想要教給學生什么，而是要確認學生達到最終能力需要什么，并以此開展課程教學體系的優化設計[2]。

《高分子創新綜合實驗》是我校高分子材料與工程專業開設的一門專業必修的綜合型實驗課程，與高分子物理實驗、高分子化學實驗和高分子成型加工實驗等共同構成了高分子材料專業的實驗教學模塊。該實驗課程是學生在全部完成了基礎課和專業課后，進行專業知識體系的構建、提升工程實踐能力和培養發現、分析和解決復雜工程問題能力的重要環節。該課程通過在教師的指導下，在一定的時間內完成項目選題、分組討論、方案制定、過程實施、結果分析以及報告撰寫等全部過程[5]。此類實驗課程因其能夠打破傳統實驗課程在理論知識上的桎梏、提升學生的工程實踐能力以及訓練學生多方面的能力等優點而頗受國內眾多高校青睞[6-9]。國內各高校開設的高分子材料類綜合實驗課程普通存在一定的共性問題：一是時間短，任務重，留給學生和老師自主發揮的空間小；二是所選實驗方案陳舊，不具有創新性，難以體現材料發展的前沿，對學生的創新能力培養有限；三是課程評價體系不夠完善，幾乎都是看著撰寫的實驗報告給學生打分，不夠公平。本文將結合該課程在我校高分子專業的多年教學實踐，針對以上問題提出一些見解和改進措施，以期更好地適應工程認證背景下的實踐教學體系，切合“能力達成度”的學生培養目標。

1 基于能力導向的課程教學目標設計

依據工程認證體系中的成果導向教育理念，教學設計和實施的最終目標是學生通過教育過程所獲得的學習成果[3]。基于能力導向的課程目標設計應在確定專業課程體系支撐矩陣的前提下，根據課程的具體支撐指標點來確定教學指標點和設計具體的課程教學內容、教學方式和考核程序[10]。根據我校高分子專業認證的課程體系支撐矩陣，《高分子創新綜合實驗》支撐了工程知識、問題分析、研究、使用現代工具和溝通等5點畢業要求。因此，課程的教學目標可設計為：掌握并能夠應用高分子材料合成、改性和加工的基本原理和基本方法，根據材料的性能缺點提出解決措施并優化方案實施過程，掌握正確的高分子材料評價手段并得出正確的結論，具有從事開發高分子新材料的能力。為了進一步明確教學目標與畢業要求指標點之間的對應邏輯，適應學生的能力達成度評價，將課程教學目標進一步細化為5點，并與畢業要求相對應：

目標一：掌握常見的高分子材料的合成、改性和加工方法，具有運用工程基礎和專業知識進行復雜工程問題的恰當表達的能力；

目標二：掌握分析高分子材料與工程相關問題的影響因素的能力，能正確提出一個工程問題的解決方案，并證實其合理性；

目標三：能夠搭建合理的實驗裝置和平臺開展材料制備、性能檢測和采集數據等實驗過程，具備運用專業和工程知識設計合理的研究路線的能力；

目標四：能夠正確選用現代分析測試工具正確采集、整理實驗數據對試驗結果進行關聯、建模、分析處理，獲取合理有效的結論，具有將現代工具用于解決高分子材料開發與應用中的復雜工程問題的能力。

目標五：能夠正確用圖紙、報告或實物形式呈現高分子材料與工程方向的報告和設計文稿。

2 基于能力導向的課程教學內容構建

基于研教相促的基本理念，本項目擬從教學和科研這兩個既有聯系又有區別的方面出發，旨在利用科研工作的創新性為創新性綜合實驗的開設提供必要的素材和創新的思路，同時也通過此類綜合實驗教學的實施能夠讓學生，尤其是本科生能夠盡早接觸科研、了解科研并最終喜歡上科研，為科研工作培育更多的候選人。因此，為了培養學生具有敏銳的專業視野，在實驗課程內容選用上必須擯棄陳舊的實驗方案，體現出較強的創新性，同時在實驗課程的實施內容上也要提出更高的要求。具體如下：

(1)從實驗課程指導教師所承擔的科研項目中選取實驗內容，保證了實驗教學內容能夠滿足創新性實驗的基本特征，即實驗結果的不確定性和探索性、實驗設計程序的自主性和開放性以及實驗過程的可行性和可操作性等；

(2)提前與學校和學院分析測試中心溝通，在實驗過程中增加先進分析儀器的測試環節，合理安排階段性實驗試樣的結構和性能測試，必要時選取代表性試樣進行外協測試，使學生不但能觀察材料的宏觀表象，更能探索材料的微觀世界，拓展專業視野和科研興趣；

(3)做到實驗未動，理論先行，要確保學生在開始動手之前已經對整個實驗流程做到嫻熟于胸，能夠理解實驗原理，預測可能的實驗結果，并具有制定出相應改進措施的能力；

(4)將實驗教學過程與高分子專業主干課程相結合，充分利用有機化學、高分子化學、高分子物理等課程中所學的基本理論，對實驗現象和實驗結果進行描述和解釋，并與類似文獻中報道的結果進行比較，闡述相關的反應機理和作用機制；

(5)采用個人獨立實驗和小組成員協作完成實驗相結合的方式，在鍛煉學生獨立實驗能力的同時，著重培養小組成員之間的協調配合能力。

根據專業學生人數、實驗室容納能力以及專業教師承擔的國家和省部級科研課題的情況，本課程著重選取了“聚苯胺納米纖維的合成、表征及在高分子復合材料中的應用”、“原位熔融聚合制備聚乳酸/硫酸鈣晶須復合材料及其結構與性能表征”以及“聚乳酸/四氧化三鐵納米復合材料的制備及微波發泡性能研究”等3個課題作為實驗內容。基于能力達成度的考核要求，在教學大綱修訂時進一步明確了課程教學目標與具體教學內容的支撐關系，如表1所示。

表1 課程教學內容對課程教學目標的支撐關系Table 1 Supporting relationship between teaching content and teaching objectives

3 基于能力導向的課程教學學時安排

針對本課程的教學學時安排短，實驗教學任務重，留給學生和老師自主發揮的空間比較小的缺點，在無法增加有效教學學時的前提下，可以通過對《高分子創新綜合實驗》課程的教學方案進行合理細化和劃分，優化各部分的學時安排，做到謀劃全局和著眼細節相結合。具體如下：

(1)可以提前2～4周將該實驗課的整體操作過程對學生進行動員，讓每一個學生都能充分認識到該課程的重要性和必要性，熟悉實驗流程的每一個步驟，同時完成學生分組和選題等基本任務；

(2)將課程中的理論環節，包括實驗選題、文獻查閱和實驗方案優化等，提前下達給學生，讓學生能夠利用課余和周末等時間自行完成，不占用寶貴的實驗周學時；

(3)通過個別與分組討論，以及建立網絡討論群等方式，讓實驗指導教師能夠及時對學生提出的實驗方案進行點評并反饋給學生，以便合理優化；

(4)在實驗周期內，根據既定的實驗方案推動實驗有序進行，完成實驗內容。

4 基于能力導向的課程考核

為了消除傳統的根據實驗報告的撰寫而盲目給學生打分的評價方式，需要建立一套完善的、能夠全方面評價學生綜合實驗成績的成績體系。考慮到實驗類課程在流程上的復雜性，如涉及到文獻查閱、資料分析、相互協作、集體討論以及撰寫實驗報告等一系列環節，對學生的考核應靈活運用多種形式，并結合過程管理和結果考核相并重。具體如下：

(1)學生實驗表現：要求授課教師在指導學生進行實驗過程中密切關注每位學生的實驗表現，并及時做好記錄，或者委托各小組長在每節課后進行匯總報告，主要考察學生的實驗操作技能、相互協作能力以及現場解決問題的方式和途徑等。此部分應為實驗課程的主要考核內容，應占總分的40%；

(2)結果處理和討論：要求學生在獲得測試結果后，進行小組討論，評價所得結果的合理性，積極運用所學理論知識來揭示相關作用機理，主要考察學生對測試數據的再現能力、實驗結果的分析能力以及作用機理的提煉和歸納能力等。此部分對個人專業知識和邏輯思維能力的要求較高，應占總分的30%；

(3)實驗報告的撰寫：要求學生在單獨查閱和整理資料的基礎上，獨立撰寫并提交實驗報告，主要考察學生對國內外文獻的收集和分析能力、邏輯分析能力以及文字組織能力。此部分內容是綜合實驗過程的再現和結尾，應占總分的20%；

(4)現場結果匯報：要求學生根據所撰寫的實驗報告，進行PPT的制作，并公開匯報答辯，主要考察學生對綜合實驗課程的整體回顧和反饋，同時考察學生的言語表達技能。此部分內容應占總分的10%。

對照工程教育認證中對本專業學生支撐度較高的畢業要求，包括工程知識、問題分析、研究、使用現代工具和溝通等，與上述考核內容相對照并進行細化分析，設計合理的能力分析表，通過對各項能力的得分進行分析，有效地評估《高分子綜合創新實驗》課程的實施對學生各項能力的提升情況，凸顯出本課程的實施在提升學生能力方面的優勢和短板，做到強化優勢的同時，積極尋找有效的改進措施來彌補短板。通過我校高分子材料與工程專業近幾年的課程教學實踐，基于能力導向的課程改革與實施對于提高學生的綜合能力大有裨益。

5 結語