新工科課程目標重構與達成閉環教學改革實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）20-0043-04

Abstract：Considering thegrowing demandfornurturingnewqualitytalents，theinsuffcientemphasisinnovativethinking andliteracy，andtheweaksupportincourseobjectives，basedonthecasestudyof InterchangeabilityandTechnical Measurement，thispaperdetailsthereconstructionofourseobjectivesandachievementmodelfromthedimensionsofknowledge， ability，andqualityandthehierarchicaldecompositionofoursebjectives，ensuringthealigmentbetweenteachingactities andcourseobjectives，therebyenhancing theoverallefectivenessofeducationalprocess.Thecoursecontent，teachingmode， teachingassessment，andotherelementsarecomprehensivelyoptimized.Basedontheevaluationofcourseobjectiveataient， continuousimprovement measuresandrefinedfedbackareprovided，therebyformingaclosed loopteaching practice path，which providesreferences for currculum reform of mechanical engineering and construction of emerging enginering.

Keyords：emergingengineeing;profesionalacreditation;courseojectives;achievementevaluatio;Interchangeabilityand Technical Measurement

面向深入推進“四新\"建設國家戰略的新質工科人才需求，高等工科教育肩負著能推動新質生產力發展的高素質人才培養的使命。相較于傳統工業化時代注重人才的專業技能培養，新時代高等教育更重視新質人才的知識、技能、素養的培養。為順應新時代人才培養迫切需求，傳統大學教育正在經歷轉型重塑2-3]。高等教育新的教學范式由知識傳授向能力培養轉變45。為助力新工科課程教學質量的提升，知識圖譜已成為數智教育的重要技術支撐。數智教育理念的推行和新興教育技術手段的流行，給予工科課程建設新的發展機會和新的支撐力量。如何推動人工智能等信息技術與教育教學深度融合，如何運用數字技術對傳統教學系統進行重構升級，建立教育新生態系統，迫切需要對現有問題難點要素進行全面梳理。新的理念和技術如何與工科課程有機結合，在新質人才培養中發揮出高效作用，其中最關鍵的問題是如何基于傳統工科課程進行教學轉型重構。

互換性與技術測量（以下簡稱“互換性\"）課程是高校機械類和近機類專業必修技術基礎課程，以該課程作為教學研究對象，對于工科課程教學研究具有普適性參考意義。該課程具有知識點多、理論與實踐互存、學生人數多等典型特點，基礎與應用創新同時兼顧難，個性化精細化教學實施困難，普遍存在課程教學目標對創新思維和素養考核的關注度較弱、課程目標達成度支撐關系不強等問題。

為更好地適應新工科建設內涵，針對以上課程特點與問題，結合湘潭大學國家一流專業課程建設，從知識、能力和素質三個層次重構課程目標和達成度模型，并進行課程目標層級分解，優化課程內容、教學模式和教學評價等教學環節，基于課程目標達成預測評價，給出精細化課程持續改進反饋，形成閉環教學基本路徑和具體實踐方案，為新工科課程教學改革與創新提供新思路和方法參考。

一"教學現狀分析

工科類課程傳統教學與當前“知識-能力-素養”需求有一定差距，存在的典型問題有“高階思維目標達成困難、學科素養弱”“學生獲得感不強、積極性不高”等，教學呈現的是教師主動教和學生被動學，難以構建知識體系來深化學習，難以形成高階思維模型，難以適應新時代工科教育人才培養需求。這些問題現象背后可以歸結為以下教學設計層面問題：課程目標設置未與畢業自標進行有效銜接，即課程目標與培養目標的關聯和支撐不明確，課程內容和模式未與課程目標合理對接，教學任務和活動與課程目標關聯支撐度不夠；教學體系結構僵化，內容側重理論知識傳授，未能呈現各知識點間的關系，導致學生知識系統框架難以形成、對于課程體系全局性的認知難以建立、學習效果不佳；教學模式傳統，教學活動以教材章節順序為依據開展，教學方法手段落后，課堂教學知識滿堂灌，學時不夠、學生參與度低，內容設置不夠彈性化、沒有分類培養，影響學習積極性；課程評價方式單一，重結果輕過程，過程考核難以衡量，考核挑戰度不足，教學過程線性化，缺乏閉環式即時教學反饋等。

二 課程目標重構和達成度計算模型

課程目標的設置及達成度計算模型是開展教學工作與持續改進的指揮棒。湘潭大學國家一流專業機械設計制造及其自動化專業，已通過工程教育專業認證，經過專家組多輪教學大綱修訂與實施，圍繞課程目標設置問題，重新梳理了專業課程目標體系，針對達成度支撐問題，從達成度評價模型構建和教學實施方面開展了多項教學改革，建立持續改進機制，課程目標設置逐步合理化，達成度評價模型科學性提升。

（一） 課程目標重構

依據國家高等教育教學改革精神和政策，基于知識-能力-素養的教育理念，重構課程目標。在知識目標基礎上，兼顧學生能力和價值觀培養的目標，重視高階性、創新性和挑戰度。為保證課程目標與人才培養目標的一致性，依據課程體系與人才培養目標關聯矩陣分解本課程畢業要求指標點。互換性課程目標與畢業指標點對應關系設置見表1，知識目標提煉核心知識要點，能力目標關注畢業能力指標點，即解決核心問題的能力，素養目標關注工程素養。

（二） 達成度計算模型

通用的單個課程目標達成度計算模型為[8]

式中： D_i 為第 i 個課程目標達成度； H_j 為第 j 個考核環節的實際平均分值； h_j 為第 j 個考核環節的目標分值;W_j 為第 j 個考核環節的權重系數。

課程目標總達成度計算模型為

課程目標總達成度 ， （2）式中： Z_i 為反映第 i 個課程目標在總課程目標中重要性的權重系數，通常根據該課程目標對畢業能力指標點支撐強度的強弱而定。可見，考核環節的權重直接影響單個課程目標達成度，課程目標權重系數直接影響總課程目標達成度。因此各個課程目標的達成度之間應各有差異，單個課程目標之間的權重應體現出課程目標對于畢業要求指標點的支撐強度關系。同時，結果性評價中考試內容如何對應不同目標的支撐關系，如何根據不同目標之間的權重關系去決定試卷內容分值的組成比例，也是影響課程目標達成的關鍵。

在廣泛調研高等學校課程目標達成度模型的基礎上，通過學院資深專業教師研討，形成互換性課程教學目標達成評價模型，見表2。該課程目標達成度模型兼顧過程性評價和結果性評價，在過程性評價階段，根據教學環節對單個目標的貢獻程度和學時分配比例設置權重，在結果性評價階段，將考試試卷內容按課程目標模塊化出題，單個課程目標的支撐強度較大時，該模塊分數占比越大。

三基于課程目標層級分解與達成的閉環教學實踐

基于OBE教育理念，以學生為中心，綜合考慮知識-能力-素養多位一體，首先從課程目標重構出發，將教學目標進行層級分解，挖掘指導、支撐和實施關系，逐步從教學內容、教學模式、教學資源、教學團隊和教學評價等方面進行全課程教學生態系統的重構。

（一） 教學目標的層級分解

為保證教學活動目標與課程目標的一致性，同時形成與課程自標達成的強支撐關系，注重加強教學任務和活動與課程目標的關聯度，首先將課程目標按目標層級細化為各個單元子目標，然后根據單元目標設置任務目標和活動目標，以活動目標指導教學活動，最終以教學活動數據支撐課程目標達成。根據重構后的教學內容構建知識圖譜，其基本步驟：首先，賦予知識點基本屬性，如對應教學自標、思維維度；其次，挖掘定義知識點之間的包含、遞進、并列關系等，形成層次化的網絡結構；進行跨學科知識關聯，對機械制造基礎、現代工程圖學等先修課程和機械制造工藝學等后續課程知識點進行挖掘與關聯。

（二） 教學內容重構

依據“四新\"建設、學校定位和專業建設要求，重構教學內容，其基本原則：一是突破傳統教材對內容的限定，通過完善教學內容、滲透學科前沿、融入課程思政和設置開放性思考題等方式，建立包容開放教學內容體系；二是強化知識點之間的關聯，以來源于生活和專業領域的問題和案例為導向，建立先修課程和課內先修部分與新知識點的連接關系；三是融合專業實踐和行業發展前沿，進行知識綜合、遷移應用，以培養學生解決工程復雜問題的能力。

基于多位一體的教育理念和總體指導思想，秉持從基礎到應用、從通識到專深基本原則[，以表1課程目標為指導，在不脫離原有教學內容的基礎上，對課程內容進行縱向和橫向梳理。以“圓柱體結合”單元為例，橫向梳理將課程教學內容分為基礎知識、方法和工程應用模塊;縱向梳理往深度方向挖掘，分為認知、能力和素質三個遞進維度，教學內容重構如圖1所示。突破傳統教材對內容的限定，融合專業實踐和行業發展前沿，融入課程思政、設置開放性思考題等方式，建立包容開放實驗教學體系，培養學生解決工程復雜問題的能力。

（三） 教學模式重構

以學生為中心，基于布魯姆認知理論，將課程教學組織模式由傳統課堂講授轉換為線上線下混合多模式教學。以教學目標為導向，課程教學采用計劃、實施、測評和反饋的閉環模式。注重以學生為本，開課前開展問卷調查，了解學生性格、學習方式、學習習慣、專業認知、知識儲備和學習期望等。課前布置預習任務，課中采用問題導入、分組討論、互動搶答，通過學習通或雨課堂輔助課堂測驗、延伸拓展思考。重視教學問題設計，以核心問題為主線，設計系列相互關聯的問題，以課前課后任務微型項目化形式組織與討論，培養學生高階思維。結合課前學情調研與過程性學習數據，按表2課程目標達成情況每周給出針對每個學生的個性化評價和對話式反饋。

橫向內容廣度遞進基礎知識模塊 方法模塊 工程應用模塊基本尺寸與極限尺寸、上下 上下偏差計算、配合公差計 減速箱齒輪軸關鍵部位精偏差、公差、公差等級、公 算、配合種類判斷、配合性 度設計、箱體孔與軸承精差帶大小和位置、基本偏差、 質判斷、基本偏差設計反求、 度設計、發動機活塞銷與標準公差、配合種類、配合 孔軸配合讀圖和標注、孔軸 活塞連桿精度設計、與尺制、配合公差 配合精度設計、配合優化 寸精度有關前沿問題縱向深度遞進 標準認知 分析設計流程 工程實踐認知原理理解 分析與設計 分析解決工程問題遵守標準 嚴謹分析精益設計 科學思辯與創新

（四） 教學內資源重構及教學團隊

采用課程知識圖譜技術，開展教學資源建設與重構。互換性課程以尺寸公差、形狀與位置公差、表面粗糙度、典型零件公差及其檢測為知識點系統的基本架構，將工程案例、微課視頻、疑難講解、試題和擴展資源等與課程知識點進行關聯。師資方面，從類型和素養兩方面組建教學團隊，類型上在線添加實體教師和虛擬AI助教，素養上融合資深工程教育師資和數字平臺技術師經驗知識。

（五） 教學達成評價分析及持續改進

基于達成度計算模型和全過程學習數據進行教學達成度評估分析。以互換性2024年春季學期學習數據為例，根據表2進行教學目標達成度計算評價，數據分析對象為2022級機械設計5班、6班學生。從達成度來看，三個課程目標達成度分別為0.777、0.735、0.716，均為0.7以上，說明課程教學目標整體達成較好。從學生個體達成度分布情況來看，課程目標3個體達成差異相對較大，反映出在該目標上個體關注度和精細化幫扶不夠，該目標對應考核內容為公差綜合設計與應用，對于工程經驗缺乏的初次學習者來說難度較大，反映出在后續教學改進中應加強工程素養與應用能力的培養，加強精細化重點幫扶。

四 結束語

新工科背景下機械類課程建設應注重工程知識和專業技能的培養，更應注重創新思維、系統思維、高階思維能力的培養。開展課程轉型與重構是傳統機械類課程改革的必由之路，是順應數智時代課程發展和新質人才培養的內在需求。

面向新質人才培養需求，結合湘潭大學國家一流專業課程建設，以互換性與技術測量課程為例，基于OBE教育理念，以學生為中心，綜合考慮知識-能力-素養多位一體，從課程目標、教學內容、教學模式、教學資源、教學團隊和教學評價六個方面深挖支撐指導關系，重構全課程教學生態系統。

課程目標保證與畢業目標的有效銜接，重構知識、能力和素質高階課程目標，重視高階性、創新性和挑戰度，構建課程目標與知識內容的關聯矩陣，層級分解保證教學活動目標、任務目標與課程目標、畢業目標的一致性，指導和優化教學各個環節，開展課程閉環教學改革。教學內容以課程目標為導向進行縱向和橫向梳理，橫向拓寬課程廣度，縱向挖掘課程深度；從類型和素養兩方面組建教學團隊，充分發揮AI助教和數字技術師的作用；構建全過程教學考核評價體系，動態設置過程性評價和結果性評價各子部分組成百分比，以教學活動數據精準支撐課程目標達成，為教學持續改進與專業建設提供參考依據；建立持續更新機制，重視傳統工科教育和數字教育的雙向融合，最終構建精準教學、個性化教學、開放性教學、科學性評價、及時閉環反饋和終身學習的新質工科課程教學體系。

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