基于工程教育專業認證的“材料工程基礎”持續改進研究

王小紅，王平，程小偉，Mohd Talha，馬志遠

（西南石油大學 新能源與材料學院，四川 成都）

一 研究背景

“持續改進”是工程教育認證三大理念之一。依據最新的《工程教育認證工作指南2020 版[R]》及《工程教育認證通用標準解讀及使用指南（2020 版，試行）》，“持續改進”不僅包括人才培養目標、畢業要求、課程體系等宏觀層面的持續改進，還包括基于課程質量評價的教學目標、教學內容、教學方法等微觀層面的持續改進[1-3]。

西南石油大學新能源與材料學院材料科學與工程專業以工程認證為契機，遵循“以評促建，以評促改，評建結合”宗旨，以持續改進作為認證過程的內驅力并將其貫穿于整個體系之中[4-5]，基于對宏觀層面人才培養體系評價結果的深入分析，提出了持續改進意見，并最終將其落實到微觀層面的具體的課程教學活動的持續改進中，最終實現專業的持續改進目標[4]。

本文以我校材料科學與工程專業的核心課程“材料工程基礎”為例，介紹我校材料科學與工程專業以成果為導向，基于“評價—反饋—改進”的持續改進機制在本專業課程教學活動持續改進中采取的措施及取得的成果。

二 以課程教學質量為中心的課程教學持續改進機制

切實提高課堂教學質量，才能真正將工程教育專業認證工作落到實效[6]。為解決工程教育改革的“最后一公里”軟肋，西南石油大學新能源與材料學院以基層教研室為主要責任主體，建立了以課程教學質量為中心的課程教學持續改進機制，如圖1 所示。課程教學持續改進的主體為分管教學工作的副院長、材料科學與工程專業建設分委會、課程負責人及課程團隊。課程負責人及課程團隊是課程教學持續改進的主要責任人。課程負責人帶領課程團隊基于課程教學過程數據分析、課程質量評價報告及專家評教、同行評教、學生評教、教師自評結果制定改進措施，報材料科學與工程專業建設分委會及主管教學工作的副院長批準后，在課程教學各環節實施，進行持續改進。

圖1 以課程教學質量為中心的課程教學持續改進機制

三 “材料工程基礎”課程特點與不足

材料工程基礎是我校材料科學與工程專業的一門2.5 學分的核心課程，在專業培養計劃中具有重要地位。課程以在工業生產中占主導地位的鋼鐵材料為主線，著重講解其熔煉、連鑄、液態成形、壓力加工、焊接的基本原理和常用方法，以及冶金質量控制；在此基礎上講解薄膜材料、復合材料的基礎理論與常見制備工藝及其特點。通過本課程的學習，培養學生運用材料科學基礎知識和材料制備基本原理，結合工程實際評價材料制備工藝的可行性、合理性的能力；結合工程問題，分析材料制備工藝對材料力學性能的影響的能力；基于復雜工程問題,優化材料制備工藝、提高材料性能的解決工程實際問題的能力。

材料工程基礎前期主要采用線下課堂授課的教學方式，基于課程與工程實際結合緊密的特點，在教學過程中使用自制的材料制備及成形工藝的Flash動畫，幫助同學們對主要的制備與成形工藝建立直觀的認識；基于各制備工藝的演變歷程及相應的制備設備的特點，適當采用啟發式教學方法，引導學生分析其優、缺點及可能的改進措施。通過過程數據分析、課程質量評價報告、專家評教、同行評教、學生評教及教師自評，發現存在如下問題。（1）教學大綱中的思政內容未能在教案中具體化；教學過程中對思政內容以講述為主，教學形式較單一。（2）課程知識點多、工程背景強、學時相對較少，在課堂教學中講解的工程案例數量及分配的時間均較少，導致培養學生解決工程實際問題的能力這一培養目標達成度偏低。（3）按照教材章節順序進行授課，學生一直處于學習新知識的狀態，對教學內容理解不夠深刻，難以全面掌握，并熟練運用這些知識解決工程問題。（4）采用線下教學，缺乏教學過程數據的收集及定量分析，問題的查找主要靠老師基于考試結果及課程質量評價報告憑經驗進行，并根據教師憑經驗查找到的問題提出改進措施。其缺點在于問題的查找嚴重依賴于老師的經驗，且問題的產生與出問題的教學環節很難準確關聯，因此，采取的改進措施不一定能真正解決問題。同時，因為對問題的查找在課程結束后依據考試結果進行，因此難以在教學過程中精準掌握學生的薄弱點、易錯點；難以在教學過程中準確掌握學生學習態度及學習效率；難以及時發現學困生并有效幫扶。（5）課程考核主要由平時成績、期末成績兩大部分組成，其中平時成績主要包括考勤和課后作業成績，未將學習態度、團隊協作能力等納入課程考核中。

四 材料工程基礎教學持續改進的舉措與成效

（一） 創立基于課程平臺的螺旋式混合教學模式（BTDSM）

以西南石油大學校級教改項目“基于新工科背景的《材料工程基礎》混合教學”的成果為導向[7]，基于西南石油大學《材料工程基礎》精品示范課線上平臺教學資源、慕課資源及其它網絡資源，打破按章節順序獨立設計每節課教學內容的模式，以章為單位，創立了“基礎導學（線下）+任務導向型自學（線上）+重難點精準研討（線下）+專題討論（線下）”的BTDSM 教學模式。對低階基礎知識采用講授法、辨析法、練習法，教學全過程中適時宣傳辯證唯物主義和愛國主義思想；對生產工藝部分采用“任務導向型”在線學習方式，充分運用慕課，綜合運用任務驅動法、在線討論法、VR 參觀教學法、練習法實現學生主動參與的探究式自主學習，解決課程內容密切結合工程實際與學生工程概念缺乏的矛盾；對重、難點則采用線下“案例”教學法，通過實時深度分析學生在線學習數據，針對性的設計基于工程問題的典型案例，綜合運用討論法、辯論法、啟迪法、VR 參觀教學法實現對重、難點問題的精準突破；專題討論采用分組教學法，學生通過對選定專題題目的課前準備、課中答疑及課后修改，實現知識的融會貫通，借助互聯網絡，自主學習和了解該領域的最新成就、瓶頸問題及可能的解決措施，培養學生的團隊協作能力及創新意識。

該教學模式在教學內容的安排上先“基礎”，再“重、難點”，最后是知識的綜合運用，不但起到“溫故”的效果，同時有助于實現基于現有工程技術痛點的微創新；在教學方式上采用線上、線下混合教學，可以將各章節涉及的主要工藝及相應的工程背景以視頻的形式加入，方便同學們在課前自主學習或課后帶著問題自主回看，解決了課程知識點多，課時少的矛盾，解決了課程與工程實際結合緊密，而學生缺乏相應工程背景的矛盾。

（二） 采用“思政案例”+“工程案例”的“雙案例”教學方法

針對前述思政內容在教案中不夠具體的問題，結合課程內容及我國在材料制備與成形領域的重大成果，充分挖掘課程在“技術創新、為國爭光、工匠精神、精益求精”等方面蘊含的思政元素，打造16 個典型案例，并在教案中對16 個典型案例的思政點進行詳細闡述，使教其更好的承載思想政治教育功能；針對前述思政教學方式單一的問題，依據思政案例特點，綜合運用講述法、VR 教學法、視頻教學法、分析討論法等多種教學方式，將社會主義核心價值觀、中國夢等思政元素融入教學環節全過程，提升思政教學效果。

選擇材料工程前沿技術及熱點問題，結合具有我校特色科研成果，打造18 個典型工程案例，建立工程案例庫。在課堂教學中針對工程案例采取先分析案例工程背景及工藝難點、再結合本課程相關知識點分析案例中的工藝解決方案的科學性及優缺點，最后引導同學們針對工程案例中現有解決方案的局限性提出可能的優化方案。

采用“思政案例”+“工程案例”的“雙案例”教學方法，不但培養了學生分析、解決工程問題的能力，為學生奠定了深厚的工程背景，還培養了同學的創新意識；不斷實現了專業知識的學習，還實現了思想、價值引領。

（三） 充分運用智慧教學工具及時深入分析教學過程數據

材料工程基礎借助西南石油大學課程中心平臺及學習通等智慧教學工具，在新一學年的教案及課件準備階段，對課程中心該課程每一章節的在線測試題、討論題、課后作業題、搶答題及問卷調查進行深入分析，梳理出同學們在各個章節學習中的薄弱點、難點，分析產生原因，并據此對原教案進行針對性的改進，如調整課時分配，增加工程案例或強化工程案例剖析深度等。

在教學過程中，借助學習通等智慧教學工具，通過分析學生參與搶答次數、在主題討論中的發言次數及發言質量、在線學習知識點的完成時間、課后作業提交時間等數據，了解學生學習態度；通過隨堂測驗正確率、課后作業完成質量等數據，掌握學生的學習效果；通過專題討論前期準備過程中學生與老師的線上、線下交流情況，掌握學生的團隊協作精神、深入分析工程問題的能力及結合專業知識解決復雜工程問題的能力及創新能力。基于教學過程中的過程數據分析，可以及時發現學生學習的薄弱點及難點，并在教學過程中采取相應措施進行解決，提高教學效果。同時，基于教學過程中的過程數據分析，可以在教學早期發現學習態度不端正或學習有困難的學生并積極采取干預措施。最后，基于教學過程中的過程數據分析，可以及早發現自主學習能力強、學習積極高、創新意識強的學生，并對其合理引導，適度拓展其學習內容，增加其學習難度，實現因材施教。

（四） 將學的態度、習的投入等非標準化考試內容納入課程考核

針對前述考核方式未能將學生學習態度、團隊協作能力等方面納入課程考核的不足，基于BTDSM教學模式，圍繞課程目標，將學生線上學習過程、學習效果、線下學習狀態、課堂參與度、活躍度、思辨精神、創新性思維等非標準化考試內容[8]納入課程考核中，制定了相應的量化評價標準。

成績構成= 期末成績×60%+ 平時成績（線上學習數據、專題討論、在線測試成績）×40%

其中：

平時成績= 線上學習時間×25%+ 線上學習任務點完成及在線測試25%+× 學生課堂搶答次數×25%+專題討論成績×25%

專題討論成績= 資料查閱×25%+ 專題匯報×50%+團隊協作×25%

（五） 持續改進成效

在材料工程基礎的教學過程中采用上述措施進行持續改進后，2020 年該課程4 個課程目標達成度分別為0.77、0.79、0.72、0.89，較2018 年分別提高了6.9%、25.4%、18.0%、4.7%。課程目標2 提高了25.4%，表明通過上述改進措施，學生應用材料工程基礎中的專業知識，借助文獻調研，分析與材料制備與成形相關的工程問題的影響因素并獲得有效結論的能力大幅提升。