新工科背景下高校专业课教学模式改革及教学档案研究——以青岛大学聚合物加工工艺课程为例

杨淑静，杨 超，刘玉魏，丛海林

(1.青岛大学 材料科学与工程学院，山东 青岛 266071；2.青岛大学 人文社科处，山东 青岛 266071)

一、引言

新工科是国家为主动应对新一轮科技革命与产业变革，对高校传统工科专业的升级改造。[1-2]2017年2月，教育部启动了新工科计划，奏响了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”新工科建设三部曲，形成了工科优势高校组、综合性高校组、地方高校组齐头并进的局面，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设，新工科已成为高教战线的广泛共识和积极行动。[3]

新工科的提出为国内高等院校人才培养模式改革指明了新方向，各高校积极推进“新工科研究与实践”计划，以知识型、技能型、创新型人才培养为目标，对人才培养模式进行了一系列探索与实践。如苏州科技大学建筑环境与能源应用工程专业，从地方高校新工科专业建设角度提出了人才培养新模式；[4]青岛大学材料科学与工程学院基于国际化产科教融合实训平台，改革教学模式，推进新工科人才培养；[5]暨南大学包装工程学院以成果导向培养理念为指导，开展包装工程专业的教学改革与实践，探讨工科专业教学改革新思路；[6]大同大学机电工程学院从突破专业限制、构建崭新的教学模式和打造跨专业教师团队方面入手，进行了创新型新工科人才培养体系构建研究。[7]

专业课教学是高校本科教育的关键环节，是学生深入吸收专业知识的必要载体。良好的专业课教学可以为学生打牢坚实的专业理论知识基础，培养理论联系实践的能力，更好地适应未来工作或者进一步深造的要求。高校专业课教学如何契合新兴产业和新经济的需求，培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才，成为新工科人才培养模式改革过程中亟待解决的问题。为此，各高校工科专业教师进行了一系列深入探索，取得了可喜的效果。如陈刚等以锅炉原理课程为例，探讨了新工科背景下课程建设的思路，采用课程教学的“四新”设计提升专业课的教学质量；[8]贺羽等结合国家教育部对“新工科”建设的新要求，探索食品工程原理课程教学模式及评价体系改革；[9]贲宗友等以食品工程原理课程为例，提出新工科背景下课程建设开展的策略；[10]苑东伟等在工程电磁场课程教学的金课建设中，利用MOOC建设成果实现线上线下的统一融合，设计新工科背景下的教学模式。[11]

教育模式改革的顺利实施离不开健全的教学保障体系的支持。在教学改革过程中产生的教学档案具有重要的参考、凭证和传承价值，[12]是新工科教学改革保障体系的重要组成部分。新工科背景下，高校课程教学档案管理具有重要意义，也受到高校教师和管理者的广泛重视。已经有一线教师在这个领域进行了深入研究，也提出了很多创新性建议。如杨扬等提出建立信息数字化、标签化教学档案管理创新模式，以此促进二级学院教学档案管理工作水平；[13]李敏等提出推进教学档案信息化建设的有效措施，拓展教学档案的服务与利用价值；[14]葛翔提出构建基于物联网技术的新型信息化教学档案管理系统，以普遍提高旧有教学档案管理水平等等。[15]

综上所述，在新工科建设过程中，各高校专业课教师开展了多方位的积极探索和深入研究，提供了可借鉴的丰富经验。本文以青岛大学材料学科聚合物加工工艺课程为例，探讨新工科背景下高校专业课教学模式改革，从专业课教学内容的构建、课堂教学模式改革、考核评价模式改革等方面实践创新型专业课教学模式，分析新型教学模式对教学档案管理的新要求，提出新工科背景下高校专业课教学模式改革及教学档案管理的建议。

二、新工科背景下的聚合物加工工艺课程教学内容构建

新工科背景下，专业课学习的一个重要特点就是“与时俱进”，即在教学过程中融入最新的课程研究和行业热点。青岛大学材料学科聚合物加工工艺课程教学改革中，根据21世纪材料学科领域研究型、创新型、应用型复合人才的知识结构和能力需求，重新构建课程内容体系，力求做到实践导向、能力为本、结构合理、重点突出。

(一)基本理论知识教学内容构建

对于课程基本理论知识，如聚合物加工流变学、加工过程的物理化学变化、添加剂的作用原理、各成型加工方法的工艺原理等，在构建教学内容时围绕专业人才培养目标和课程培养目标进行设计，突出与加工工艺设计相关的理论知识，做到有的放矢。对于典型理论知识的教学内容设计采用“前置课程相关理论引导+本课程基础理论+该理论在实践加工中应用”模式。即在内容设计上，一方面重视与前置专业基础课如高分子物理、物理化学、高分子化学等课程的联系性，引导学生从理论知识学习的演绎思维方式向归纳思维方式转变，另一方面重视与加工工艺等工程实践知识之间的联系，强化学生理论联系实践的专业课学习意识。如“加工过程的物理化学变化——取向”教学单元的内容设计与构建如图1所示。

图1 聚合物加工工艺课程“加工过程的物理化学变化-取向”教学内容构建

在该单元的新型教学设计中，符合新工科要求的特点体现在以下几个方面。首先，在“前置课程相关理论引导”部分，通过回顾前置课程高分子物理中线性聚合物分子的结构特点，探讨链段自由运动状态下且受外力作用时产生的聚集态结构改变；其次，在“课程基础理论取向”分析部分，强调课程基本理论部分的每一要点均设计相应的生产和科研实践，以精准的数据分析辅助、深化相关理论的理解与运用；最后，在“该理论在实践加工中应用”部分，设计“典型熔体纺丝产品——聚酯纤维成型过程中的拉伸取向”作为典型案例进行分析，综合运用上述本课程基础理论，进一步强化对学生理论应用于实践的能力培养。

(二)工程应用知识教学内容构建

对于工程应用知识，如聚合物流体与成型物料制备、典型加工过程及加工工艺等，在构建教学内容时，重视教学内容的先进性。坚持“纵向贯通、横向拓宽”的原则，采用 “工程应用基本知识+阅读文献+典型案例分析”模式融学术实践前沿于课堂教学，在教学过程中不断的进行教学内容的充实和修正，结合最新的研究成果和产业需求对教学内容进行重组，加强最新研究内容的融入。

为推进课程改革，课题组按照课程特点组建教学团队，所有成员均从事与本课程相关的科研课题研究。团队根据成员的研究方向对授课内容设计进行分配，要求成员对所分配的课程内容进行细化，将本研究方向的国内外研究动态进行归纳总结，提炼出课程文献阅读方向，并结合自己的科研情况设计出典型的研究案例用于课堂教学与讨论。如在设计挤出成型教学内容时，在组织学生进行广泛文献阅读基础上，加入挤出成型的研究热点——反应挤出成型的典型案例分析。具体而言，案例设计包括以下几个重要环节：通过探索“添加剂和聚合物加工工艺的选择问题”，深化学生对各种添加剂的作用机理以及聚合物熔体加工流变学基本理论的认识；通过在挤出成型加工过程中引入“化学反应对通用商业化聚丙烯改性的创新性开发”，剖析新材料研究思路，培养学生利用所学基本理论进行发散性思维创新的能力；通过改性聚丙烯的应用领域的拓宽性探究开拓学生的视野，培养其专业学习兴趣。

三、新工科背景下的聚合物加工工艺课程课堂教学模式改革

课堂教学是知识传输的桥梁，优秀的专业课课堂教学能够促进学生专业知识的吸收和掌握，激发学生的创新性思维，培养学生解决复杂工程问题的能力。如何有效的实现专业知识的传输，创造主动学习、快乐学习的氛围成为解决问题的关键。青岛大学聚合物加工工艺课程课堂对课堂教学模式进行多元化改革，在多媒体教学实现知识可视化、问题导向的翻转课堂、分组协作探究式学习方面进行了有益的尝试。

(一)多媒体教学实现知识可视化

充分利用多媒体教学的可视化特点，在课堂授课中将抽象的理论知识和工程知识辅助于数据、图片、视频，让课堂情景交融、形声并茂，增加课堂知识容量，为教学注入活力。

如，在讲授挤出成型工艺原理时，理解挤出成型的载体——挤出机的结构是理解挤出加工原理的关键。多媒体授课过程证明，通过计算机技术进行合理的图片、视频展示，将挤出机的结构可视化，并通过实物、视频的紧密结合，展示挤出机结构中进料段、压缩段、均化段的结构特点与作用进行剖析，可以收到良好的教学效果。课后调查发现，配以动画视频模拟成型物料在螺杆上的流动及物理状态的变化，分段展开讨论固体输送、压缩熔融、熔体输送，可以有效提高学生对基本原理的理解。在考核评价中，学生该部分内容的掌握和理解率可以达到90%以上。

(二)问题导向的翻转课堂

翻转课堂是一种突破传统教学方法的课堂教学新模式，已被广泛运用到工科课程的教学中。[16-17]在青岛大学材料学科聚合物加工工艺课堂教学模式改革中，某些教学内容采用问题导向的翻转课堂模式进行，收到了良好的教学效果。问题导向的翻转课堂教学模式实施过程中，一般在前次课堂授课中布置与本次教学内容相关的工程应用类问题，让学生在上课前查阅资料、分组讨论，提出解决问题的方案，在课堂上教师通过提问方式考查学生对相应知识的掌握情况，进而进行归纳总结其中的知识点，将学生欠缺的知识进行重点讲解。

如，在讲授橡胶加工中胶料配方设计章节时，在预习阶段提出“典型代表性橡胶产品——轮胎的结构组成如何？其各个部分结构对胶料要求怎样？在设计轮胎胶料配方中应如何选择配方组成？”等问题。学生课前带着问题去查阅文献资料、进行轮胎实物考察，熟悉掌握轮胎的结构特点与各部分的作用，并根据所学基础理论知识结合轮胎各部分的作用而探究胶料配方设计中如何选择胶料和添加剂。课堂教学过程中，根据学生回答问题的情况进行总结、解释，强化不易理解的橡胶硫磺硫化体系的作用机理知识。这种问题导向的翻转课堂教学模式显著提高了学生的自主学习能力，培养了学生的创新性思维。通过考试档案得分比较可知，新教学模式下该部分知识的平均得分率较传统模式增加了8%。

(三)分组协作探究式学习

分组协作探究式学习已被许多高校课堂教学证明有效。如王卓等通过整合贡献式学习、自主式学习以及多媒体学习的理论框架，提出了CSDMLE模型，从内容、形式和目的三方面进行以学生为中心的教学设计，强化学生的责任感、贡献感，以培养学生的自主、自发性学习能力，形成长期的良性循环。[18]在青岛大学聚合物加工工艺课堂教学模式改革中，也采用了根据教学内容特点分组协作探究式学习的模式。分组协作探究式学习仍然是采用问题导向，对于一些需要归纳总结并理论联系实践的综合性知识点，精心设计探究式学习问题。课堂规定时间内各探究小组在组长的主持下进行讨论，共同探讨出问题答案，并在教师的主持下进行不同小组之间答案的分享、答辩、讨论、完善，通过分析与辩论激发新思想，促进学生深入地掌握专业知识，加强学生团队协作和自主解决复杂工程问题的能力。

如，为了培养聚合物加工流变学基本理论联系实践能力，教师设计并引导学生讨论一个非常贴近现实生产的完整工艺流程：以聚合物加工流变学理论为指导，讨论聚乙烯薄膜加工过程中经历的聚集态结构转变及其流变行为，探讨其加工本质和规律；并在此基础上学习选择适当的加工方法，确定合理的加工工艺，以较低的能耗，高效地生产出质量良好的产品。这种讨论深受学生喜爱，效果明显。学生将课程所学加工流变学基础理论与挤出吹塑薄膜生产实践相结合，小组成员间、各小组间积极讨论、分享、辩论、教师适度引导，集思广益，完善问题答案。这种课堂教学模式显著增加了学生对所学知识梳理、总结及向实践转化的主观能动性，加强了学生理论联系实际能力的培养。教学档案证明，理论知识综合运用于实践生产类的考核平均得分率较传统授课模式增加了5%。

四、新工科背景下的聚合物加工工艺课程考核和评价模式改革

新工科背景下，高校专业课教学模式改革需要建立与之配套的新型考核和评价方法，改变传统一考定终身的评价方式，重视对学习过程的评价。青岛大学材料学科聚合物加工工艺课程按照课程特点构建新型考核和评价模式，采用平时课程学习过程的考核与期终集中考核相结合的评价方式，获得了较好的学习评定效果。

对课程学习效果的评价引入创新型的过程考核，过程考核占总成绩的40%，在每一次课程教学中都根据学生的课堂表现、学习参与度、学习效果给出学习效果评价分数。例如，在分组协作探究式学习过程中，过程考核采用根据“小组讨论参与情况”“讨论所得的问题答案自述情况”“答辩表现”以及“组间讨论分享过程中的参与情况”的“3+3+2+2”评价模式给出学习效果得分，即以上各项所占本次过程考核得分权重分别为0.3、0.3、0.2、0.2；每一项得分按照百分制分为五个评定等级，分别为：优秀90-100分、良好80-89分、中等70-79分、及格60-69分、不及格60分以下；根据课程特点科学设定了各项中每一等级的得分标准。

期终考核占总成绩的60%，考核以闭卷考试形式进行，期终考核试题中重视考试题目得合理设计，重点考查学生对基础理论的掌握、理论联系实践以及对基础理论综合运用的能力培养效果，在考试题目中设定实践研究项目及基础理论综合运用的题目占比60%，突出对学生综合能力的考核和评价。

考核和评价模式的改革，一方面实现了检验学生对知识的实际掌握程度、运用能力的评价目的，使教师能够根据学生的学习实际效果对课堂教学进一步调整、优化；另一方面，显著改善了传统考核模式中的出现的“平时松、考前紧”现象，增加了学生过程学习的主动性，使学生更关注于专业课学习过程的参与，实现了“以评促学、以考促学”的目的，提高了专业课教学质量。

五、教学档案管理对于新型教学模式改革的保障作用

新工科背景下新型专业课教学模式改革是一种有益的尝试，在摸索中前行，推动高校专业课教学效果的提高，其中经验的积累非常重要。教学档案作为教学模式改革的记录载体，具有重要的参考、凭证和传承价值，完善、高效的教学档案管理对于新型教学模式改革提供有力的保障，加强教学模式改革课程的教学档案管理具有重要的意义。教学模式改革对教学档案的管理提出了新要求，如除了对于培养方案、教学目标、教学大纲、试卷、成绩、成绩分析等传统档案要素都需要完整外，还需要授课教师对于教学模式改革的思路、教学内容的设计、课堂教学模式设计、课堂实时教学数据、学生针对于教学模式改革的响应情况以及学习效果等进行原始的记录和整理，并辅助有教学模式改革分析报告，形成完整的新型教学档案体系，为教学检查、教学评估、教学改革持续发展以及教学质量的提升提供厚实的材料支撑。

因此，针对于新工科背景下专业课教学模式改革中教学档案管理的特点，高校有必要采取措施加强教学档案管理。一方面，应通过加强教学档案管理信息化和标准化建设、提升教学档案管理人员综合素质、对专业课教师进行档案管理知识培训和教育来提高教学档案管理的质量；另一方面，还应重视教学档案的服务功能，注重对教学档案的分析利用，定期展示优秀的教学档案以供广大教师学习，全面提高教师对教学档案的重视。

青岛大学材料学科聚合物加工工艺课程在教学档案的整理上充分利于现代信息技术及“互联网+”技术对教学模式改革中的改革思路、内容与授课模式设计、改革实施过程及实施效果的原始教学数据进行采集、保存与分析，力求教学档案的完整性、原始性和标准性。每一学期教学结束后及时进行存档，并定期在课程团队进行教学档案展示与完善研究，对专业课教学模式改革的持续推进起到了良好的借鉴作用。

六、结论

新工科背景下，知识型、技能型、创新型新工科人才的培养对高校人才培养模式提出新的要求，工科专业课教学作为实现复合型人才培养的重要环节受到广泛的重视，各高校对于人才培养模式和专业课教学模式的创新和改革进行了一系列有益的探索。

青岛大学材料学科聚合物加工工艺课程教学模式改革过程中，专业课教学内容的构建上基本理论知识采用“前置课程相关理论引导+本课程基础理论+该理论在实践加工中应用”模式，工程应用知识采用“工程应用基本知识+阅读文献+典型案例分析”模式；课堂教学上采用多媒体教学实现知识可视化、问题导向的翻转课堂、分组协作探究式学习等教学模式创新；考核和评价上采用多元化过程考核与期终考核相结合的模式；在新型专业课教学模式改革的保障措施上强化教学档案管理对于推进、深化教学模式改革的保障作用，取得了良好的效果，推动了专业课程教学模式改革的前行。

在教学模式改革实践过程中，教师们也发现了一些需要注意的问题。如部分学生对新型教学模式适应性差，在“翻转课堂”及“分组协作探究式”学习过程中不能积极参与，导致自主学习知识掌握不理想；部分学生在专业学习中仍然沿袭演绎性思维模式，对课程基础理论的理解存在困难等。为有效解决这些问题，聚合物加工工艺课程教学改革团队设计了专门的教改修正与完善机制，定期召开教研会，及时查漏补缺。目前比较有效的做法包括优化授课设计中基础理论和科研实践比例、积极培养学生的专业课思维模式、对部分适应性较差的学生“点对点”重点辅导等等。通过这种“修正与完善机制”，课程团队努力探索科学的解决方案，尽量保障全体学生获得良好的学习效果，努力推动教学改革的顺利进行。