面向“卓越工程2.0”的工科專業基礎課程多元協同教學模式研究

董桂偉，管延錦，王桂龍

（山東大學，山東濟南 250061）

工程師是工程技術創新的核心力量，工程教育承擔著培養工程人才的使命。應對新一輪科技革命和產業變革，服務建設創新型國家、建設人才強國等重大戰略部署，教育部于2018 年啟動實施了“卓越工程師教育培養計劃2.0”（以下簡稱“卓越計劃2.0”），提出了“持續深化工程教育改革，加快培養適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程科技人才”的目標要求[1]，高等工程教育改革和卓越工程人才培養進入新的歷史階段。眾所周知，高校是培養人才的重要陣地，課程是人才培養的核心要素，是影響學生發展最直接的中介和變量。隨著時代的發展，工科專業基礎課程教學在全面支撐卓越工程人才培養方面面臨諸多困境和挑戰，主要體現在：第一，知識傳授與價值引領融合不足，導致卓越工程人才的科學精神與專業素養等品行品格塑造相對薄弱[2-3]。第二，課程教學與產業發展存在脫節，造成工程知識的學習僅停留在理論層面，未能實現學以致用[4]。第三，傳統課堂教學模式仍占據主流，與信息技術的迅猛發展和當代大學生學習需求存在巨大反差，導致學生在課堂上的學習積極性和主動性不高，課程學習效率和效益難以保證[5-7]。如何解決上述問題，改革課程教學，提升育人質量，成為新時期卓越工程人才培養亟待解決的重要課題。

為解決上述問題，本文以材料成型及控制工程專業的有關課程為基礎，面向卓越計劃2.0 人才培養需求，根據匯聚資源形成合力、多元協同共培共育的指導原則[8]，將課程思政、產學融合和信息化教學手段進行協同，構建“思政鑄魂、產學淬能、信息化增效”多元協同教學模式，以發揮教學改革與創新合力，助力工程人才培養質量提升。具體思路是以下幾點。

1.工科專業基礎課程教學要樹立教書與育人并重理念，在傳授知識的同時，切實發揮好“守好一段渠、種好責任田”的協同育人作用。在系統分析學校辦學定位、人才培養目標以及專業基礎課程知識特點的基礎上，科學確立相關課程的知識、能力、素質三維教學目標，圍繞素質目標開展具有本課程特色的課程思政建設與實踐，建設課程思政案例資源，創新課程思政育人模式，提升課程育人成效。

2.工科基礎課程教學要強化主動服務國家戰略需求、主動服務行業企業需求的意識，積極延攬和吸納相關行業企業深度參與課程教學和人才培養過程，參照通用標準和行業標準培養工程人才。充分利用校內外科研合作平臺、產學育人基地、共建實驗室等各種產學合作關系，搭建基于課程的產學合作教育平臺，將相關產業資源納入課程教學范疇以及探索校內外協同育人機制。

3.工科專業基礎課程教學還要重視互聯網和多媒體新技術在教學中的應用和當代大學生的學習特點和方式變遷，突出信息技術手段和基礎課程教學的深度和有效融合。改變傳統的“教師一直教、學生一直聽”課堂教學模式，堅持以學生為中心，開發信息化教育資源，運用科技型教學手段和現代化教學方式，提升教師教學效果和學生學習效益。

一、多元協同教學模式的構建

在學校和學院教學指導委員會的指導下，根據山東大學“中國特色、世界一流”辦學定位和材料成型及控制工程專業“培養品質優秀和素質可靠的材料領域卓越工程人才”目標，遴選“材料物理化學”“材料成型工藝設計與實踐”等專業基礎課程，確立了“理解和掌握材料成型的基本原理和基本規律”等知識目標，“能夠運用基本原理和規律解決材料成型的有關工藝問題”等能力目標，以及“培育學生優秀的科學精神、深厚的專業素養和良好的創新意識”等素質目標的三維教學目標體系。

根據確立的素質教學目標，開展有關課程思政建設，在“一核心二拓展三面向”的總體原則指導下[9]，開發課程思政資源案例庫，實施以學生積極參與和引導其自我思考感悟的互動教學形式，在傳授知識的同時對學生進行思政浸潤和熔鑄，塑造學生健康、向上、積極的優秀品行與品格。圍繞確立的能力教學目標，以材料成型及控制工程領域人才鏈與產業鏈的有機銜接為指導，結合相關的新材料、智能制造、清潔化工等行業發展背景，革新課程教學內容，融合材料、機械、化學、能源等領域校內教學資源和山東京博中聚新材料有限公司、濱州魏橋國科高等技術研究院等校外優質生產資源，建立了校內課堂與實驗室相結合、校外實踐基地與合作項目相結合的產學合作教學平臺。合作開發了“中聚溴化丁基橡膠工藝生產中升降溫比熱容概念的應用”“溴化丁基橡膠工藝生產中深冷相變概念的應用”等產學合作育人項目，開展了“材料物理化學產教融合校外課堂——京博產業知識進課堂”與“先進材料成型工藝與裝備——魏橋生產實習實踐”系列校外拓展活動，將企業生產實際納入校內教學過程，強化學生對比熱容、相變等物理化學概念的理解運用和對先進材料成型工藝與設備的認知。

針對互聯網和多媒體新技術在教育教學中的大量應用和當代大學生的學習方式，建設了“材料工程中的物理化學基礎”“材料成型工藝基礎”等在線開放課程資源，進一步以有效教學理論為指導，基于BOPPPS 和雨課堂智慧工具，構建了集課前預習、課堂學習、課后復習于一體的有效教學模型。將傳統的專業基礎課堂教學按照BOPPPS 模型的導言、目標、前測、參與式學習、后測、總結六個環節進行了拆分，引導學生從對知識的一知半解到深刻理解再到能夠靈活運用的螺旋上升式發展。利用雨課堂開發了對應BOPPPS 模型不同環節的雨課件和雨試卷，對學生原本碎片化、無規劃的課下以及課上學習時間進行有機整合和規范化指導，幫助學生形成良好學習習慣，提升學習效率和效益。通過課前預習雨課件和雨試卷指導和檢查學生的預習效果，通過課后總結雨課件和雨試卷鞏固課堂學習成效，并充分利用雨課堂的限時答題、課堂測驗等互動教學功能，實時檢測課堂教學過程中學生的理解和掌握程度。

以上述三個方面改革為重點，同時注重協同匯聚三者合力，進行有效協同，構建了“思政鑄魂、產學淬能、信息化增效”多元協同教學模式，如圖1 所示。如課程思政和產學合作之間可以資源協同，企業一線生產資源既可為知識教學所用，其面臨的技術壁壘和自主創新過程又可作為良好的課程思政教學素材；又如信息化教學與課程思政之間可以模式協同，在課程思政教學過程中，雨課堂的彈幕、投稿等功能可以讓學生更加主動地參與到思政育人過程中。

圖1 材料成型及控制工程專業基礎課程多元協同教學模式

二、教學效果及分析

面向“卓越計劃2.0”的工科專業基礎課程多元協同教學模式，于2018 年秋季在“材料物理化學”“材料成型工藝設計與實踐”等專業基礎課程啟動實施，目前已有三年，其中，2018 學年從實施課程中各選取一個班作為實驗班，其余班級為對照班。2019 學年和2020 學年為全部班級施行。為檢驗新教學模式的實施效果和學生認可情況，對所有參加教學模式改革的學生（2018學年僅為實驗班學生）開展了問卷調查，調查內容包括課程思政教學、產學合作教學和信息化智慧教學三個方面，每個方面又分別涉及學習目標、參與式學習、學習者地位以及學習氛圍四個指標維度的內容，學生從滿意、基本滿意和不滿意中進行評價，并給出進一步意見和建議。三年累計發出調查問卷289 份，問卷采用無記名形式，學生按要求回答并收回為有效，總收回有效問卷266 份，有效率92.04%，見表1。

表1 調查問卷回收情況

根據調查統計結果發現，2018 學年實驗班課程思政教學的學習目標、參與式學習、學習者地位和學習氛圍四個方面學生滿意程度均相對較低，這與首次在專業基礎課程中開展針對性的課程思政教學有關，教師在前期準備和具體教學設計上還存在不足，如有學生在建議中希望“能開展與課程知識銜接度高和參與度高的思政教學”。對此，課程教學團隊進行了進一步的思政教學研究，深入分析和確定有關課程知識傳授和價值引領融合點，開發思政元素，并根據思政元素的題材、內涵以及融合度等特點，將其分為一般性元素、知識性元素和典型性元素三類，設計了一般性元素直接嵌入融合、知識性元素模塊化設計、典型性元素拓展升華的教學途徑[9]，在2019 和2020 學年進行了教學實踐。新的思政教學受到了學生的廣泛認可，2019 和2020 學年學生整體滿意度在90%左右，超過85%的學生認為專業基礎課程思政教學十分必要，不僅能夠深化對有關知識的感性認知，同時能夠從中感悟和提升自己的科學和專業素養，特別是與雨課堂融合在一起的思政教學形式，新穎且互動性和參與度高，較之傳統的講授式教學對自己的教育更加深入。

與思政教學效果相比，產學合作教學在2018 年進行實驗班教學中就收獲了學生的良好評價，學生對于開展的產學合作教學的學習目標、參與式學習、學習者地位和學習氛圍四個方面學生滿意程度達到85%及以上。這得益于與合作企業開發的系列產學融合教學案例的引入，使學生對于理論知識在生產中的應用有了深刻的認識，也加深了學生對于知識轉化為生產力的理解，不少學生在問卷中反饋，“以前在課本上所學的都是公式與數字，是紙上的，現在通過產學合作教學，能夠很快的應用這些知識分析和解決生產中的問題，感覺很有意義”“有一種真正工程師的感覺”。

自2018 年進行實驗教學以來，基于雨課堂和BOPPPS 模型的有效教學模式就受到了廣大學生的歡迎。超過95%的學生認為新模式下的學習目標明確，能夠幫助自己有計劃地進行學習。94%的學生認為自己主動和全程參與了教師的課堂教學過程，自己與教師的交流更加深刻和深入。91.6%的學生認可自己在新教學模式中的主體地位和教師的主導作用，認為能夠吸引和指導自己主動參與學習，學習有效性提升明顯。88.7%的學生認可新模式下的課堂氛圍和環境，能夠促進自己更好的學習。在問卷調查的基礎上，課程組還進一步隨機抽取了部分學生進行了半結構化訪談，訪談結果表明：BOPPPS 模型的設計合理有效，學生能夠清晰地指導自己在課前、課堂和課后進行有針對性的學習。學生在熟悉了該模型后“可以在有限的時間內完成更多的學習內容，學習效率得到了顯著提升”，且“對自己形成良好的學習習慣具有明顯的促進作用”。雨課堂的設計使學生可以實現隨時隨地接收學習資料，而且只用一部手機就可以完成。而雨課堂和BOPPPS 模型的綜合利用實現了“1+1>2”的實際效果，一方面雨課件和雨試卷的設計和使用讓BOPPPS 模型不再是為了設計而設計，而是真正實現了各個環節的設計初心，且形式和方法更加容易讓大學生接受；另一方面，基于BOPPPS 模型的教學設計讓雨課堂有了“靈魂”，使雨課堂的教學價值得到了良好體現。

三、結論

針對工科專業基礎課程教學在全面支撐卓越工程人才培養方面面臨的知識傳授與價值引領融合不足、課程教學與產業發展存在脫節以及傳統課堂教學信息化程度低、學生學習效率和效益難以保證等問題，本文以匯聚資源形成合力、多元協同共培共育的指導原則，將課程思政、產學融合和信息化教學手段進行協同，構建了“思政鑄魂、產學淬能、信息化增效”多元協同教學模式，開展了教學改革實踐。結果表明，新教學模式受到了學生的廣泛認可，在培養學生科學精神與專業素養、鍛煉學生知識綜合運用與實踐能力以及幫助學生提高學習效率等方面具有明顯效果。