基于工程教育认证理念的“虚实结合”实验教学模式探索

徐艳芳刘 瑜李 修黄 敏宋月红

(北京印刷学院印刷与包装工程学院,北京 102600)

2016年3月,中国正式加入华盛顿协议,成为国际工程联盟的缔约成员,标志着我国工程教育认证体系和工程教育标准具备了国际实质等效性。其后,工程教育认证成为高校深化教育教学改革,提高工程教育质量,培养高素质工程人才的一个发展契机,在助推新工科人才培养、产教融合及一流本科专业建设等方面均发挥了积极的作用[1-3]。

工程教育认证的三大核心理念是:成果导向、以学生为中心、持续改进。其基础是课程体系,而课程体系中的实验教学环节尤为重要,不仅是培养学生工程实践能力和创新能力的重要途径,也是与理论教学相辅相成的重要组成部分。工程教育专业认证标准要求通过实验教学培养学生的实验内容设计、仪器设备选择、结果分析等综合实践能力,以及解决复杂工程问题的能力,而这些能力的培养对实验教学体系、实验的设计及实验教学的模式提出了新要求[4-5]。

现代教育正不断完善着“互联网+教育”的模式。特别是新冠疫情的出现,网络教学、在线教学得到迅猛发展[6]。即便是正常的在校教学,借助于“网络”也已蔚然成风。此外,使用网络教学平台及APP中的教学监测工具,简化证据收集与报告,并开展基于信息技术的精细化教学管理与学生学业产出评估,被认为是解决当前我国工程教育认证存在问题的一个有效对策[7]。因此,基于网络平台的教学正成为现代教育的一个有益手段和补充。

“色彩管理技术与应用”是我校印刷工程专业的必修核心课程。既具有理论与技术结合紧密的特点,也具有综合性、应用性强的特点,实验教学效果直接影响该课程的教学质量和学生解决色彩管理技术行业应用复杂工程问题的能力培养作用。本文基于工程教育专业认证的三大核心理念,辅以网络教学工具,探索满足学生毕业要求目标达成总体要求的色彩管理技术与应用课程的实验教学模式。

一、实验教学目标与内容的设计

按照工程教育认证的要求,依据社会与行业需求、学校的办学定位以及学生的发展期望设计了专业培养目标、毕业要求及指标点和课程体系。“色彩管理技术与应用”课程的实验教学纳入课程整体的教学设计之中。

(一)确立基于成果导向的教学目标

实验为课程的实践环节,是课程不可分割的组成部分,并为课程目标服务。

根据分解到该课程的毕业要求指标点,确定该课程实验的教学大纲,并在其中明确教学目标。该课程的总体目标是:使学生获得媒体设备色彩管理技术的基本理论和技术方法,具备解决印刷相关色彩管理实际工程问题的能力。具体为如下三个目标:

1.正确认识媒体设备的类型和颜色特性,掌握媒体设备的颜色特性化技术。

2.能够根据颜色传递目标要求,合理设计色彩管理方案及实施流程。

3.能够使用多种软件工具,针对印刷工程问题的需要,完成色彩管理技术相关信息处理和操作过程仿真,并能对处理结果、仿真的印刷过程及现象进行分析和评价。

(二)设计基于课程目标的实验内容

工程教育认证的通用标准指出,课程体系每门课程必须为毕业要求的能力结构提供支撑,学生能力的形成要通过明确的课程内容和教学活动来实现[8]。

设计了验证型、综合型和设计型在技术上层层递进的实验内容,构成了对该课程目标支撑的内容体系。具体如表1所示。其中,3个实验随课堂教学顺序进行。实验1、2和实验3分别为验证型和综合型实验。课程设计为单独的实践内容,为期1周,课堂教学结束后进行。内容包括三大部分,分别为对核心技术要素的深层认知,对常规技术应用的流程实施和特征分析,以及较复杂的行业技术应用和效果测评。该实践是对色彩管理技术的深度认知和应用,欲借助专门开发的教学软件和专业应用软件虚拟仿真实施。

表1 教学内容对课程目标的支撑情况

二、“虚实结合”的实验教学模式

根据实验内容和目标建立“以学生为中心”并辅以网络平台工具的“虚实结合”的教学模式,将教学中心落在学生利用网络资源自主学习上。

这里所谓的“虚”,指实验前利用网络教学资源和虚拟仿真软件对实验过程的体验、自主学习,以及实验过程中和实验后在教学软件和专业应用软件中的分析、认知和行业应用仿真等过程;所谓的“实”,则是指在实验室由仪器设备完成的必要的实体操作内容。此外,学生还需利用个人电脑及软件工具,完成实验数据的处理和分析。最后,学生撰写实验报告并上传到教学平台,教师进行批阅、成绩报告和分析。借助于互联网教学资源平台,这一“虚实结合”的学习过程,将实验内容、过程、结果及管理,由线下与线上交融的方式,形成一个完整的实验循环,为后续的教学效果评估和改进打下基础。

(一)建设基于网络教学的实验教学资源

教学的质量保证,是网络教学平台学习的教学资源建设是首要工作。

疫情期间,学校启用了“学习通”互联网教学平台。该平台除了通识课程的公共教学课件资源外,还可上传教师自己开发的PPT课件、Word文档、视频等格式文件供学生线上学习。教师可针对班级或个人发布作业、线上考试、成绩分析及学生管理等。对此,设计和建立了适于该教学平台的实验教学资源。包括实验视频、知识点解析等预习使用素材,相关软件使用方法、报告撰写等参考资料,多方位展示实验相关的基础知识和技术工具,为学生的自主学习提供有利条件。

虚拟仿真技术已在实验和专业实习等教学中得到使用[9-10]。鉴于该课程实验中除了创建设备的特性化文件需借助测色仪器完成外,其后的特性文件分析和应用具有很强的可虚拟仿真特性。为此,特自主开发了色彩管理技术教学软件[11],具有基本技术要素分析、色彩管理技术应用过程仿真和应用效果评价等多个功能模块,能够剖析设备颜色特性文件的技术要素,展示和说明设备的基本颜色性能;能够仿真设备间色彩管理技术的流程步骤,给出每一环节的技术过程和结果数据;能够通过数据结果和视觉图像测评复杂工程应用的效果。这些功能丰富和深入了Indesign、Photoshop等行业专业应用软件中的色彩管理技术,可起到深入理解课程知识和强化应用能力培养的作用。学生可根据实践目标组合不同的功能模块,完成技术要素的解析、过程仿真、数据采集和分析等。

(二)以学生为中心的网络实验教学1.实验前的预习

实验开始前,在网络平台上发布实验内容要求、知识要点解析、实验视频等相关学习材料,引导学生开展自主和探索性学习。促使学生从实验相关资源和素材中学习、思考和形成一定的认知,不仅巩固了基础知识、了解了实验原理、明晰了实验步骤和目的要求,还激发了学生探索科学问题的热情,也起到了启发学生科学思维及分析解决科学问题能力培养的作用。

2.虚实结合的实验

实验前的预习,不仅使学生对实验目的要求及过程有了一定认识,且在一定程度上激发了学生动手实践的欲望和热情。表现为学生均较为积极,且大多数能够自主完成实验。更重要的是,发布的网络平台实验教学资源在实验过程中仍发挥着巨大的作用。因手机的普及性及其已成为一个重要的网络终端,学生在实验过程中能够结合实验内容要求,用自己的手机终端随时参阅相关指导资料,一步步完成实验。

网络资源的内容形式多样,参阅方便灵活,能更有效地引导学生关注和分析实验过程的技术细节,培养学生细致、缜密的科学思维习惯。

借助于所开发的色彩管理技术教学软件,学生按照自己设计的目标组合应用软件模块资源,仿真实施工作过程,并进行必要的数据采集和效果分析。

该虚实结合的实验过程,完全以学生为主体,充分体现了“以学生为中心”的工程教育理念。

3.实验结果的分析和报告

实验获取的结果及相关数据用于实验后的分析和报告撰写。学生需利用相关的课程专业知识、数学知识及计算工具完成数据处理、结果分析和评价,以及问题回答等内容,最后撰写实验报告并上传到学习平台。

实验报告的上传过程中,要求将报告的不同内容模块上传到不同的区域,以便于对其对应的目标要求点的成绩统计和分析,与基于信息技术的精细化教学管理及学生学业产出的评估相衔接。

三、基于工程教育理念的实践教学质量评价和改进

(一)利用网络资源进行实验教学质量评价

网络教学监测工具可实现将教学、学习和评估融合一体的目标[7]。因此,在学生将不同内容模块的实验报告上传到学习平台后,教师可在平台上完成评分、各模块成绩的分项记录和下载,便于成绩的统计、分析,以及实验教学目标的达成度等教学评估。这既是教学过程的一部分,也是基于成果导向的工程教育理念指导教学过程必不可少的工作。

课程实验的基本内容是使用专业软硬件工具得到媒体设备的颜色特性描述文件。学生一般都能正确操作得到该特性文件,但需对其包含的技术要素有正确的认识及合理的应用。因此,实验报告中最后设立了技术原理或应用类问题需要回答,其回答正确率在一定程度上体现了实验教学目标的达成度。如在2017级印刷工程专业121人的实验教学情况,实验报告综合得分(满分10分)及其中的问题回答正确率如表2所示。

表2 实验报告成绩及答题情况分析

表2数据为分析实验教学质量提供了直接的信息。实验1和实验2为利用软硬件仪器完成设备颜色特性化的过程,实验相关问题为基础,容易掌握;而实验3为综合型实验,设置的问题侧重于技术应用及相关的理论知识。由表2中的实验报告平均得分和其中问题回答的正确率数据均可看出,学生对操作性较强的专业技能掌握程度高于综合应用技能及理论知识的理解。这一结果表明:主要由操作软硬件完成的验证性实验,达到了学生正确使用专业仪器设备完成特定专业任务及实践操作能力培养的目的,但对专业技术理论知识的掌握需结合其他教学过程进一步强化。

(二)教学质量的持续改进

持续改进是工程教育的三大核心理念之一。实验教学是课程教学的一个重要环节,实验教学效果需及时反馈到课堂教学中,以持续改进和提高整体教学质量。

该教学实践中,已完成的实验教学及质量评估不仅为后续实验教学的改进提高服务,还及时为本次课程的教学质量保证提供支持。如在表2数据分析后,及时在课堂教学中对实验涉及的理论和应用技术知识进行了再剖析、再学习,并以再回答问题的方式进行效果检验。如经同类技术问题的课堂测验后,得到学生的掌握情况如表3所示。

表3 实验相关知识再学习后答题情况分析

与表2数据对比,表3结果表明,学生对实验相关的理论知识及技术应用掌握程度均有了明显提高。

在其后的课程设计实践环节,根据其三部分内容的特点和对课程目标的支撑作用,设置了相应的内容和分值占比,分别为25分、25分和50分,侧重了利用各种信息技术完成较复杂行业应用的实践能力培养。如2017级课程设计的情况,121人的成绩分析如表4所示。

表4 课程设计成绩统计

从表4数据看到,在课堂教学、实验教学和及时分析、改进后,学生对色彩管理技术的深入认知、常规技术应用及较复杂的行业应用得到了较为均衡的习得效果,总的平均成绩达80.9分。

教学的持续改进,不仅有助于本次该课程的教学质量保证,同时也会对教师不断积累教学经验,在后续的教学中精准施力,以及课程整体教学的持续改进打下基础。

(三)课程目标达成度评价

所谓课程目标达成度是学生通过本课程学习所获能力达到课程目标的程度[12]。包括三个课程实验和课程设计对该课程目标的达成度,体现出实验对课程教学的支撑作用。

参考赵伟华等人的教学工作[12],达成度评价设计思路如下:(1)使用所有学生(含不及格)的平均成绩计算。(2)每个课程目标由两个及以上的考核项目支撑。(3)各考核项目对某个课程目标的支撑权重,由课程组及教师根据授课情况灵活设计。按此思路,设计该课程目标达成度的计算方法如表5所示。

表5 教学目标达成度计算方法

以归一化成绩由表5公式计算,得到归一化达成度表征数值如表6所示,代表实验教学对课程教学目标的达成度。从该达成度数据可看出,实验教学对课程目标1、2的达成度均接近0.9,较好地支撑了该课程对基础理论和技术应用的目标要求;对目标3综合利用色彩管理相关技术解决行业复杂工程应用问题能力的要求,达成度表明也基本达到良好水平。

表6 教学目标达成度

分析该达成度的实现过程,教与学相互交融,以学生为中心,抓住核心技术点,层层递进。每个实验中发现的问题都及时反馈到下一次教学设计和实施中,并在后续实验教学中加以检验,持续改进,使课程教学质量螺旋式提高。

四、结语

基于工程教育认证的理念,提出了“虚实结合”的色彩管理技术与应用实验教学模式。通过明确教学目标,使成果导向成为课程教学的方向和进程的引领;通过完善网络教学资源,引导学生自主学习和实践,践行以学生为中心的教学理念;采用“虚实结合”的教学模式,提升课程教学效率,并通过实验与课堂教学交融促进,持续改进教学,提升教学质量;建立了以毕业要求指标点达成度为指标的考评机制。教学实践的结果表明,该实验教学探索能够充分发挥学生的主观能动性,提高学生分析、解决复杂工程问题的能力。该教学模式可通过逐年的持续改进,不断促进专业培养能力的提高。