工程教育專業認證背景下的教學改革與探索

范聰敏 李絳 許琪 張偉彬

[摘 要] “現代化學基礎”課程作為成都理工大學材料科學與工程專業一門重要的專業基礎課，為響應工程教育專業認證的新需求，總結分析目前的教學現狀，以工程教育專業認證的三個基本理念為指導，進行教學方案改革。具體的措施為以結果為導向優化教學內容和授課順序、建立以學生為主體的教學體系、實現持續性改進的多元性教學評價以及加強構建教學團隊建設。

[關鍵詞] 工程教育專業認證;現代化學基礎;教學改革

[基金項目] 2020—2022年成都理工大學中青年骨干教師發展資助計劃（10912-JXGG2020-06236;10912-JXGG2020-06848）

[作者簡介] 范聰敏（1987—），女，陜西渭南人，理學博士，成都理工大學材料與化學化工學院講師（通信作者），碩士生導師，主要從事納米材料的制備及性能研究;李 絳（1966—），男，山東泰安人，理學博士，成都理工大學材料與化學化工學院副教授，主要從事量子化學計算應用研究;許 琪（1989—），女，湖北荊門人，工學博士，成都理工大學材料與化學化工學院講師，碩士生導師，主要從事介電陶瓷研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2022）20-0001-05[收稿日期] 2021-07-26

在2016年6月舉辦的國際工程聯盟大會上，我國成為第18個《華盛頓協議》的成員國，這意味著通過工程教育專業認證的畢業生，在互相認可的國家申請工程師執業資格時將與本國畢業生享有同等的待遇[1]。教育部參照《華盛頓協議》中《畢業要求與執業能力》的12條要求，發布了2017版的《工程教育認證標準》，依托專業認證機構對高等院校開設的工程類專業教育客觀評估，以提升高等教育機構培養人才的能力。近幾年來，各個高校都迅速組建圍繞以本科專業為中心的教師團隊積極應對工程教育專業認證。以學生為中心、持續改進，才有可能在這場激烈的競爭中占據優勢。成都理工大學材料科學與工程專業已于2018年通過中國工程教育協會專業認證，隨后入選教育部公布的2019年度四川省首批一流本科專業建設點。在已通過工程教育專業認證的背景下，全系教師仍需鉆研認證報告并采取切實有效的改進措施，因此在本專業學生的后續培養工作中如何確保各門課程的教學工作真正落實工程教育認證的教學理念成為亟待解決的難題[2]。“現代化學基礎”課程作為一門重要的專業基礎課為材料專業的工程教育認證提供了重要支撐，本文以“現代化學基礎”為例結合工程認證的教學理念，首先分析目前課程面臨的教學現狀，其次從優化課程內容、突出學生為主體、完善評價體系和構建教學團隊等方面給出有效的改革嘗試和思考。

一、“現代化學基礎”課程教學現狀

“現代化學基礎”作為一門省級精品課程，是材料專業重要的學科基礎課，結合材料科學與工程專業對現代化學知識的需求，將無機化學、物理化學、有機化學、分析化學四大化學進行融合。課程需兼顧學生中學階段已掌握的基礎化學知識，又必須為后續專業課程的學習儲備化學理論基礎和實驗操作能力，在整個培養方案中起著承前啟后的作用。

現代化學基礎課程在本校材料專業的教學計劃中，分為兩個學期完成理論課4.5學分和實驗2學分總共6.5學分104學時的教學任務。上課時間安排為大一學年的春季學期開展理論課2.5學分和依附于理論課程的實驗內容1學分共3.5學分;大二學年的秋季學期理論課2學分和課程實驗1學分共3學分。該課程包含兩個課程目標，目標1為掌握扎實的化學自然科學基礎知識，掌握固體結構、配合物結構、膠體化學等基本理論對材料專業涉及的化學問題進行分析和處理;目標2為熟練現代化學實驗方法和技能，掌握研究化學問題的基本方法和手段，運用所學的現代化學知識及實驗技能對材料科學與工程專業中具體的化學問題進行研究路線的選擇和實驗方案的設計，安全開展實驗，科學采集實驗數據。

表1給出了課程支撐的畢業要求、分解的指標點及畢業要求與課程目標的關系。為高質量完成材料專業認證報告的持續改進，針對“現代化學基礎”的教學改革和探索是十分必要的。而在全校課時數趨緊的大背景下，參照工程教育專業認證的教學理念優化現代化學基礎課程，將四大基礎化學與后續專業課巧妙銜接，充分利用知識的階段性、延續性和整體性，激發學生的學習興趣及對專業學習的熱情。

二、已通過工程教育專業認證背景下對“現代化學基礎”課程的改革和探索

（一）以結果為導向優化課程內容和授課順序

目前“現代化學基礎”課程選用的教材為胡忠鯁等主編由高等教育出版社出版的《現代化學基礎》一書，是“十一五”規劃教材和教育部面向21世紀系列教材。教材包含的內容廣泛，教材的內容包括四大化學無機化學、有機及高分子化學、物理化學、分析化學等。表2展示了教學計劃中理論課內容和實驗學時的分配建議，課程的教學重點為：化學熱力學、化學動力學、化學平衡等化學基本原理;原子、分子、晶體結構等物質結構基礎;元素化學、無機化合物性質、有機化合物及有機化學反應;電化學、界面化學、膠體化學等內容。教學難點主要集中在化學熱力學、化學動力學、物質結構基礎、化學鍵相關理論等教學內容。

材料專業“現代化學基礎”課程的教學內容和授課順序上經歷了幾次調整，摸索出一套合理的滿足專業需求的教學內容和授課模塊的教學方案。材料專業早期的總課時為128課時，理論授課中包含分析化學，實驗內容中加入配套實驗如果蔬中維生素含量的測定。隨著材料專業課程培養方案的優化課時縮減為104課時，考慮到與現代材料測試技術等課程內容重疊刪減了分析化學部分;在2017版大綱實行之前，材料專業的授課順序按照教材的編排從第一章至第十四章依次進行，試卷分析表顯示學生的掌握情況有限授課結果并不理想。筆者認為學生在物理化學和無機化學兩個體系中來回穿梭交叉學習，學習興趣和思維邏輯性很難維持，而物理化學需具備一定的高等數學基礎，又增加了學習難度[3]。若調整教學順序為先修物理化學再進行無機化學的學習，按照兩個教學模塊獨立進行，章節分布上為物理化學部分由第一章、第五章、第六章、第七章、第十章、第十二章、第十三章構成，無機化學的部分包含第二章、第三章、第四章、第八章、第九章、第十一章、第十四章、第十五章、第十六章，學生能集中精力攻克難點，內容上的銜接和邏輯上更合理，從調整后的課堂調查問卷來看學生的反饋也較好。129A7E80-822D-4535-B8B7-AE76B156EFE4

根據課程教學內容的特點“現代化學基礎”包含理論課同時必須匹配實驗課，現采用的實驗內容多為驗證性實驗。為了貫徹以結果為導向的教學理念使學生認識到實踐能力的重要性，在2021版的培養方案中，實驗課不再依附于理論課，將兩個學期的實驗課合并為現代化學基礎實驗單獨設課，理論和實驗課程分離的嘗試促使學生的學習更有針對性和系統性，充分挖掘實驗課的變化和可能性。調整后實驗課的設置可結合兩大模塊的所有理論，增強實驗內容的趣味性和探索性，例如已嘗試在實驗課教學中引導學生自己設計實驗方案，以固體比表面積的測定為例，啟發學生結合無機化學的酸堿平衡原理摸索溶液pH對固體材料吸附容量的影響并探究原因。在實驗教學中發布類似任務，學生都興趣極高積極參與。理論課結束后開展趣味性實驗教學，興趣引導學生將理論和實踐完美結合。

而“現代化學基礎”作為大一新生唯一接觸到的與專業銜接緊密的一門課程，若直接授課學生將面對的是滿屏難理解的公式，學生對專業學習的興趣將大幅下降甚至產生抵觸心理。如果加入適當的緒論，讓學生了解化學的分支構建總的學習框架以學生感興趣的材料為切入點，將帶領學生走近現代化學基礎的課堂。例如在化學動力學引言時拋出藥物代謝的動力學問題，為什么醫生規定藥物必須在幾個小時以后才能服用，時間間隔依據的標準是什么？學習結束后，再回答引言中的問題，讓學生通過理論聯系實際深化理解課堂知識在生活中的應用。在以產出為導向的工程教育認證理念中，課程學習中學生必須牢記并反復思考的幾個重要的問題。什么是現代化學？為什么要學習現代化學基礎？課程開設的目的是讓學生能在工作多年以后，辨析遇到的問題哪一部分屬于化學問題，應該找哪些專業領域的人共同解決。而現代化學基礎作為材料科學與工程專業多門專業課和核心課程如結晶礦物學等的先修課程，為后續專業課程的學習奠定理論基礎，在學生專業能力的培養中起到舉足輕重的作用。

（二）構建以學生為中心的教學體系

“現代化學基礎”主要講授的是化學基本原理、元素化學以及物理化學中的基本理論，大量的知識點和公式需要推導記憶，特別是公式的靈活運用如上述藥物代謝的動力學問題即計算隨著時間的推移藥物在人體內殘留濃度的問題。學生對課程的直接感覺就是難，要在課堂上吸引維持學生的關注，必須要建立以學生為中心的教學體系。

筆者通過與學生的多次溝通和問卷調查總結本門課程知識的連貫性和邏輯性較強，單一形式的理論授課最終會演變為“填鴨式”教學，使教學效果大打折扣。筆者認為必須適當增加學生在課堂中的角色，在近幾年的教學工程中深刻體會如果讓學生自己主動學習，通過學以致用的方式知識的保留率是最高的。理論課堂時長有限，可選取難度適宜的教學內容，增加一定次數的翻轉課堂，最終結果顯示學生通過自己講授的知識點得分率明顯提高。本教材內容豐富知識點眾多，需在教學內容上有所取舍重難點清晰，一部分簡單易理解的內容則不需要占用課堂時間例如酸堿理論的簡介、原子結構的發展史等內容可安排課后學生自己學習。

目前大部分課程是通過觀察多媒體課件伴隨教師講解，難以長時間維持學生的熱情。2020年初受到新冠疫情的影響，線上授課成為當時課堂的主要形式，也加速了授課教師對線上教學的思考和嘗試。若合理利用現代計算機多媒體技術，將授課內容動態直觀地展現，會極大地促進教學效果[4]。本課程的教學課件包含文字、圖表、動畫演示和小視頻等豐富的教學形式，保證教學內容的先進和教學效果優質的呈現。“現代化學基礎”課程中三大結構的理解要求學生有空間想象的能力，若只是采用傳統文字展示很難實現，采用三維動畫可完整展示原子軌道、分子軌道，學生能形象、立體的構建四個量子數及原子結構，不僅能提高學生關注力加深學生的印象，更有利于知識點的傳授。工業精餾塔是一個重要且與實際生產緊密結合的知識點，在課堂實驗中加入仿真模擬展示，在模擬時可針對可能出現的問題進行理論講解。以學生為中心有效利用現代教學手段，實現學生充分掌握理論知識，又能真正將所學知識應用到工程實踐中。

本課程的難點在于課堂學習涉及大量計算，學生普遍反映聽得懂課，但在靈活運用上不夠熟練，最直觀的感受就是不會做題。要解決這個問題，需要任課老師給予及時地輔導和反饋，切實解決學生的疑惑才能促進學生更好地掌握課程內容，本教學團隊的老師在上課時分享溝通方式供學生反饋課堂中的疑問。例如按班級建立課程專屬的QQ群，為學生交流提供一個開放自由的平臺，所有提問和回答均在群里公開，學生能感受到其他同學的學習情況，督促學生像掌握情況好的同學學習，既避免教師重復回答問題同時也形成一種良性的競爭氛圍。

在近年來“現代化學基礎”課程的教學改革中，通過理論教學與實驗課程相結合的方式吸引和提高學生的學習興趣，增強學生思維的條理性，效果良好。實驗課單獨開設后可在驗證性試驗上增加設計性試驗和開放性試驗，突出和強化學生的主體地位，關注學生的學習感受。此舉有利于學生綜合認知能力的提升、鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，尤其在培養學生操作動手能力及創新能力時效果明顯。而一些表現優秀的學生，需要高難度和高層次的學習和交流，若以化學競賽思維為切入點，通過化學競賽激發學生的學習動力，變被動學習為主動學習，將極大地提高學習效率。以2020年11月舉辦的四川省第四屆大學生化學實驗競賽為例，本學院的化學、應用化學、化學工程與工藝專業的同學組隊參加獲得了較好的名次。培養學生的創新意識和實踐能力，促進課程關注學習能力好的學生探索教學改革措施，能與其他專業的優秀學生互相學習交流，也會激發學生整體的科研熱情。

（三）持續改進評價體系，實現多元考核

工程教育專業認證體系下，強調學習過程和學習能力的考核。本課程采取閉卷考試，課程成績由平時成績（占30%）和期末考試成績（占70%）構成，其中平時成績包含課堂綜合成績（占1/3）和實驗成績（占2/3）構成。課堂綜合成績由課堂考勤（占20%）、課堂表現（占30%）、作業成績（占50%）三項組成。每次的實驗成績由操作成績（占40%）、綜合表現成績（占20%）、實驗報告成績（占40%）三部分組成，最后多次實驗取平均值作為最終的實驗成績。課堂綜合成績主要考查課堂提問、平時作業及課堂出勤情況;實驗成績考查的依據為實驗過程中實驗操作、實驗預習記錄及實驗態度和紀律、實驗報告的編寫。129A7E80-822D-4535-B8B7-AE76B156EFE4

為了響應工程教育認證的持續性改進，多元考核體現在考核應注重學生學習過程的參與度，不能只依賴期末考試的卷面分數，而持續性改進則需要教與學雙方都參與評價。以學生的角度出發：實驗與理論課獨立考核的評價方式，學生能體會實踐操作能力的重要性;注重學習過程中的動態監測，采用“雨課堂”隨堂測驗、單元測試、課堂筆記等;減少記憶性知識點的簡單考核，增加能力范疇的內容。加大落實學習過程的反饋，倡導學生培養良好的學習習慣，杜絕學生形成“平時不學、考試突擊”的學習惡習，提升課程對畢業要求的支撐。教師是推動持續性評價的實施者，在優化評價體系中仍需加強對授課教師和教法的評價。教師的評價體現在：善用期末試卷分析，統計試卷題目的數量、難度和得分情況，調整下一輪教學計劃;在合適的教學環節中收集學生的課堂的反饋如“雨課堂”的網上問卷，有助于教師及時調整教學方式;通過課堂設置問答環節，在線收集學生的答題情況，可掌握記錄該部分的學習情況;加強對階段性學習情況的測評如每一章或兩章學習完成后，“雨課堂”推送測試題進行在線測試，在教學中間階段性的考核能實時發現問題解決問題。如在已進行的測評中，發現學生會混淆熱力學概念，則在課程教學中針對具體的概念幫助學生針對性辨析。

持續性改進評價還體現在應不斷完善評價體系，將近幾年的期末成績數據縱向對比，在每學期開始之前，課題組研討在合適范圍內調整考核方式。每一版本的教學大綱都要隨教學情況優化，例如在疫情暴發之前線下批改作業次數較多，現在“雨課堂”隨堂測試、單元測試的增加，則應加強在線測試的占比。授課老師可實現線上發布作業、批改作業、統計知識點的習題知識點標簽。多元性評價應是動態變化的，不只拘泥于某一種形式和比例。每一輪教學過程中需及時收集上述評價，指導下一輪教學改革，新一輪教學過程中再收集評價，繼續指導后續的教學……形成良性閉合循環，推動課程持續改進，最終形成能持續性改進的“基于學習產出的教育模式”（OBE）的合理評價。

（四）對于課程教學團隊建設的思考

本教學團隊從參編現代化基礎教材開始，就形成了一個穩定的教學團隊，依托學院成立的教學督導組，對新教師實行傳幫帶的模式，老教授們深入一線課堂一對一指導青年教師的課堂教學，對存在的問題給出指導意見，本人也在此項工作中受益匪淺。為了保證高質量的課堂教學，加強對青年教師的培養，本教學團隊秉承著開放進步的態度去面對教學團隊的建設和逐步優化。

在應對新工程教育專業認證的背景下，借鑒一些國家級精品課程的建設經驗，教學團隊多次與同行業專家開展線上討論會。最終形成以“現代化學基礎”精品課程網站為基礎，積極建設配套教學資源如章節題庫、標準答案、評分系統等，這項工作也得到學校的支持，并入選四川省2018—2020年高等教育人才培養質量和教學改革項目。

本教學團隊已有計劃地選送教師深造、參與短期培訓和線上研討課等進修計劃，而針對材料科學與工程專業有計劃地吸納既具有材料專業背景又具備扎實化學功底的教師加入教學團隊，組成具有特色的專業教學團隊，及時了解工程教育認證背景下材料專業的新情況、新問題、新需求，結合本課程的特點，教學團隊能夠專業、有效的解決存在的問題持續優化“現代化學基礎”課程。

結語

基于工程教育專業認證背景下材料專業對“現代化學基礎”課程提出的新要求，本文從教學內容上關注以結果為導向的教學內容和授課順序的設置，構建以學生為中心的教學體系。在教學過程中實現持續性改進、優化教學團隊等，這些措施都已得到了良好的反饋。在后續的教學改革中，教學團隊仍需積極尋找機會迎接挑戰，秉承積極開放的態度去協助材料專業的新發展，實現專業與課程同成長共進步，在培養材料與科學工程專業高質量的本科生上取得雙贏的結果。

參考文獻

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[3]彭邦華，肖芙蓉，廉宜君，等.材料科學與工程專業物理化學課程教學改革的幾點建議：以石河子大學化學化工學院材料專業為例[J].教育教學論壇，2016（37）：128-129.

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Teaching Reform and Exploration under the Background of Engineering Education Professional Certification： Taking the Course of “Basic Modern Chemistry” of Materials Specialty as an Example

FAN Cong-min， LI Jiang， XU Qi， ZHANG Wei-bin

（College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering， Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan 610059， China）

Abstract： The course of Basic Modern Chemistry is an important professional basic course for materials science and engineering major of Chengdu University of Technology. In response to the new demand of engineering education professional certification， we summarize and analyze the current teaching situation， and carry out the teaching scheme reform under the guidance of the three basic concepts of engineering education professional certification. It is result-oriented that the specific measures include optimizing teaching content and teaching sequence， establishing a student-centered teaching system， realizing diversified teaching evaluation of continuous improvement， and strengthening the construction of teaching team.

Key words： engineering education professional certification; Basic Modern Chemistry; teaching reform129A7E80-822D-4535-B8B7-AE76B156EFE4